本實(shí)用新型涉及固定床熱解系統(tǒng)，特別涉及一種帶有攪拌功能的廢舊線(xiàn)路板固定床熱解系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著電子工業(yè)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，因而隨之產(chǎn)生了大量的電子廢棄物。我國(guó)每年產(chǎn)生的電子廢棄物的數(shù)量為230萬(wàn)t，是世界第二大電子垃圾產(chǎn)生國(guó)，僅次于美國(guó)，同時(shí)全世界電子垃圾中的80％出口至亞洲，其中又有90％進(jìn)入了中國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)電子廢棄物每年以18％/年的速度增長(zhǎng)，是世界上增長(zhǎng)最快的垃圾之一。

傳統(tǒng)的廢舊電路板的回收處置方法主要有火法技術(shù)(焚燒法)和濕法技術(shù)(即采用王水對(duì)線(xiàn)路板進(jìn)行溶解后，再采用氰化物進(jìn)行萃取提取貴金屬)。這兩種方法對(duì)環(huán)境的危害性極大，會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。熱解是將有機(jī)可燃物在少氧或缺氧(惰性氣體)氛圍下加熱，隨著物料溫度的升高，熱解物料所含的大分子量有機(jī)可燃物的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生小分子量的物質(zhì)(熱解氣和熱解油)及固體殘?jiān)幕瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程。熱解法能夠有效回收廢棄印刷線(xiàn)路板中的金屬以及非金屬物質(zhì)，避免有毒有害氣體的產(chǎn)生，研究熱解法處置廢棄印刷線(xiàn)路板具有重要的意義。

固定床熱解爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除熱解過(guò)程需要加熱以外，不需消耗其他能量，但物料內(nèi)部的溫度梯度很大，反應(yīng)會(huì)分區(qū)域(完全熱解區(qū)、部分熱解區(qū)和完全未熱解區(qū))，因此熱解反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，固體殘?jiān)蜔峤庥偷漠a(chǎn)生比例較大。

固定床熱解反應(yīng)器是一種不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)熱解的熱解裝置，其操作工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低。從熱解爐上方投入物料，熱解生成的氣體上從爐體上部排出，在熱氣體上升的過(guò)程中加熱爐膛內(nèi)上部的物料，從上到下可分為：預(yù)熱區(qū)、熱解區(qū)和熱解完成區(qū)。固定床的加熱方式有外加熱式和內(nèi)加熱式。外加熱式通過(guò)爐壁或爐底向物料傳遞熱量，通過(guò)物料之間的傳熱和熱解氣的對(duì)流換熱，使得熱量向爐膛內(nèi)部傳遞和擴(kuò)散，爐內(nèi)溫度上升緩慢，溫度分布不均勻。內(nèi)加熱式是從爐底引入高溫氣體等加熱，爐內(nèi)溫度分布較均勻，熱解速率較快，但需要消耗大量的有限資源，經(jīng)濟(jì)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種能夠使得熱解的傳熱效果加強(qiáng)，熱解速率提高，完全熱解區(qū)域擴(kuò)大的帶有攪拌功能的廢舊線(xiàn)路板固定床熱解系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種帶有攪拌功能的廢舊線(xiàn)路板固定床熱解系統(tǒng)，包括熱解爐，所述的熱解爐包括爐身，在所述的爐身頂部固定有爐蓋，所述的爐蓋與爐身固定連接，在所述的爐蓋上開(kāi)有填料孔和排氣孔，所述的爐身包括構(gòu)成爐膛的爐膽，所述的填料孔和排氣孔與爐膛連通,在所述的爐膽外包覆有保溫結(jié)構(gòu)，在所述的保溫結(jié)構(gòu)外包覆有熱解爐外壁，在所述的熱解爐外壁上刷有絕緣漆，所述的爐身固定在電加熱裝置上，所述的電加熱裝置設(shè)置在稱(chēng)重裝置上,所述的電加熱裝置包括爐體，在所述的爐體內(nèi)安裝有電加熱絲,在所述的爐蓋上固定有電機(jī)，所述的電機(jī)輸出軸與伸入爐膛內(nèi)的攪拌裝置固定相連，在所述的熱解爐外壁上以及保溫結(jié)構(gòu)上上下間隔的沿水平方向開(kāi)有多個(gè)通向爐膛的安裝孔，在每一個(gè)安裝孔內(nèi)固定有陶瓷套管，在每一個(gè)陶瓷套管內(nèi)安裝有一組熱解爐熱電偶，每組熱解爐熱電偶與陶瓷套管內(nèi)壁的間隙用石棉填充固定，每組熱解爐熱電偶包括三個(gè)伸入爐膛的長(zhǎng)度不同的三個(gè)熱電偶，分別用于測(cè)量同一高度不同徑向位置的爐膛溫度，每組熱解爐熱電偶的三個(gè)熱電偶固定在一起，每一個(gè)熱解爐熱電偶的熱偶絲穿過(guò)雙孔陶瓷珠設(shè)置，在所述的陶瓷珠外套有不銹鋼套管，位于最上部靠近爐蓋處的熱解爐熱電偶用于測(cè)量熱解氣體排放溫度并且其余的熱解爐熱電偶用于測(cè)量爐內(nèi)溫度分布，在所述的加熱裝置的爐體上安裝有加熱裝置熱電偶，加熱裝置熱電偶用于測(cè)量加熱裝置中的溫度，所述的熱解爐熱電偶連接數(shù)據(jù)采集儀，所述的熱解爐熱電偶測(cè)得的溫度由數(shù)據(jù)采集儀記錄，并上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和儲(chǔ)存，所述的加熱裝置熱電偶、電機(jī)以及電加熱絲分別通過(guò)控制線(xiàn)與控制器相連，電能表通過(guò)電線(xiàn)與控制器相連，電能表測(cè)量熱解過(guò)程中電加熱絲消耗的電量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：能夠避免物料自然堆積形成結(jié)塊，使其成為單顆粒個(gè)體參與反應(yīng)，改善傳熱效果；同時(shí)攪拌有助于增大顆粒間孔隙率，從而增強(qiáng)熱解氣與線(xiàn)路板顆粒間的對(duì)流換熱，使料層內(nèi)溫度分布更加均勻，有助于提高熱解率。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的一種帶有攪拌功能的廢舊線(xiàn)路板固定床熱解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的熱電偶組裝示意圖；

圖3是無(wú)攪拌狀態(tài)下線(xiàn)路板熱解過(guò)程爐膛內(nèi)溫度分布；

圖4是攪拌器轉(zhuǎn)速4.5r/min狀態(tài)下線(xiàn)路板熱解過(guò)程爐膛內(nèi)溫度分布；

圖5是攪拌器轉(zhuǎn)速9r/min狀態(tài)下線(xiàn)路板熱解過(guò)程爐膛內(nèi)溫度分布；

圖6是攪拌器轉(zhuǎn)速13.5r/min狀態(tài)下線(xiàn)路板熱解過(guò)程爐膛內(nèi)溫度分布；

圖7是攪拌器轉(zhuǎn)速18r/min狀態(tài)下線(xiàn)路板熱解過(guò)程爐膛內(nèi)溫度分布；

圖8是e測(cè)點(diǎn)溫度變化隨攪拌轉(zhuǎn)速的變化情況。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示的本實(shí)用新型的一種帶有攪拌功能的廢舊線(xiàn)路板固定床熱解系統(tǒng)，包括熱解爐，所述的熱解爐包括爐身，在所述的爐身頂部固定有爐蓋16，所述的爐蓋16與爐身可以采用鎖扣11固定連接，使用中鎖扣處于閉合狀態(tài)。在所述的爐蓋16上開(kāi)有填料孔9和排氣孔10，所述的爐身包括構(gòu)成爐膛的爐膽，所述的填料孔9和排氣孔10與爐膛連通。

在所述的爐膽外包覆有保溫結(jié)構(gòu)2，所述的保溫結(jié)構(gòu)由硅酸鋁纖維構(gòu)成，具有良好的保溫性能。在所述的保溫結(jié)構(gòu)外包覆有熱解爐外壁3，在所述的熱解爐外壁上刷有絕緣漆，確保使用中操作安全。

所述的爐身固定在電加熱裝置上，所述的電加熱裝置設(shè)置在稱(chēng)重裝置12上。所述的電加熱裝置包括爐體，在所述的爐體內(nèi)安裝有電加熱絲6。所述的稱(chēng)重裝置12可以采用電子稱(chēng)，所述的電子稱(chēng)可對(duì)熱解過(guò)程中的物料變化進(jìn)行測(cè)量。所述的稱(chēng)重裝置12還可以采用電子地磅等。

在所述的爐蓋16上固定有電機(jī)5，所述的電機(jī)輸出軸與伸入爐膛內(nèi)的攪拌裝置4固定相連，所述的攪拌裝置4可以包括攪拌軸，在所述的攪拌軸上設(shè)置有多個(gè)翅片。攪拌裝置4可根據(jù)需要進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速可調(diào)。

在所述的熱解爐外壁3上以及保溫結(jié)構(gòu)2上上下間隔的沿水平方向開(kāi)有多個(gè)通向爐膛的安裝孔，在每一個(gè)安裝孔內(nèi)固定有陶瓷套管，在每一個(gè)陶瓷套管內(nèi)安裝有一組熱解爐熱電偶13，每組熱解爐熱電偶與陶瓷套管內(nèi)壁的間隙用石棉填充固定，每組熱解爐熱電偶包括三個(gè)伸入爐膛的長(zhǎng)度不同的三個(gè)熱電偶，分別用于測(cè)量同一高度不同徑向位置的爐膛溫度，測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。將組裝好的熱電偶三根一組按測(cè)點(diǎn)距離固定，每組熱解爐熱電偶的三個(gè)熱電偶固定在一起，如可以采用固定綁帶19綁在一起，每一個(gè)熱解爐熱電偶的熱偶絲16穿過(guò)雙孔陶瓷珠17設(shè)置，在所述的陶瓷珠外套有不銹鋼套管18，以保證強(qiáng)度要求。位于最上部靠近爐蓋處的熱解爐熱電偶13用于測(cè)量熱解氣體排放溫度并且其余的熱解爐熱電偶13用于測(cè)量爐內(nèi)溫度分布。在所述的加熱裝置的爐體上安裝有加熱裝置熱電偶7，加熱裝置熱電偶7用于測(cè)量加熱裝置中的溫度。

如圖2所示，優(yōu)選的，所述的熱解爐熱電偶13為K型熱電偶，冷端有1.5m長(zhǎng)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)外裹有絕緣材料，以保證測(cè)量準(zhǔn)確性。

所述的熱解爐熱電偶13連接數(shù)據(jù)采集儀14，所述的熱解爐熱電偶13測(cè)得的溫度由數(shù)據(jù)采集儀記錄，并上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和儲(chǔ)存。所述的加熱裝置熱電偶7、電機(jī)5以及電加熱絲6分別通過(guò)控制線(xiàn)與控制器8相連。調(diào)節(jié)控制器8可調(diào)節(jié)與攪拌裝置相連的電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速?？梢愿鶕?jù)需要，通過(guò)控制器8調(diào)節(jié)電流和電壓以控制電加熱絲升溫速率。電能表15通過(guò)電線(xiàn)與控制器8相連，測(cè)量熱解過(guò)程中電加熱絲消耗的電量。

本系統(tǒng)的使用方法如下：

廢舊線(xiàn)路板顆粒由填料孔9進(jìn)入爐膛，通過(guò)控制器8調(diào)節(jié)電流和電壓以控制升溫速率，熱解所需的熱量以導(dǎo)熱方式通過(guò)爐底鋼板傳入爐內(nèi)。調(diào)節(jié)控制器8，可調(diào)節(jié)與攪拌裝置相連的電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速。熱解爐熱電偶13測(cè)量爐內(nèi)不同位置實(shí)時(shí)溫度變化，爐蓋附近的熱解爐熱電偶13測(cè)量熱解氣體排放溫度。電子稱(chēng)12對(duì)熱解過(guò)程中的物料變化進(jìn)行測(cè)量。電能表15測(cè)量熱解過(guò)程中電加熱絲消耗的電量。熱解后，熱解爐內(nèi)物料呈現(xiàn)出分層現(xiàn)象。物料由上自下分為未熱解區(qū)、部分熱解區(qū)與完全熱解區(qū)，但在攪拌狀態(tài)下，幾乎不存在未熱解區(qū)，所有高度上的物料都部分或完全參與了熱解反應(yīng)。部分熱解區(qū)與完全熱解區(qū)的比例大大增加，提高了反應(yīng)的熱解率。熱解完全的物料，玻璃纖維片和金屬片可以自然剝落，可以實(shí)現(xiàn)廢舊線(xiàn)路版的回收和利用。熱解完成后，打開(kāi)爐蓋,將熱解后產(chǎn)生的金屬片及玻璃纖維片取出來(lái)。

下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)攪拌對(duì)熱解爐內(nèi)溫度場(chǎng)的影響。

在環(huán)境條件、升溫速率、加熱終溫和保溫時(shí)間相同的實(shí)驗(yàn)條件下，將攪拌轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為0、4.5、9、13.5、18r/min五種條件下進(jìn)行FR-4線(xiàn)路板熱解實(shí)驗(yàn)。測(cè)得的爐膛內(nèi)溫度分布如圖3至圖7所示。圖中測(cè)點(diǎn)位置如圖1中a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃、e所示。

由圖3中可以看出，在攪拌器靜止的情況下，熱解爐內(nèi)豎直方向上不同高度的測(cè)點(diǎn)溫度差異較大，底部溫度偏高，頂部溫度偏低，呈明顯的分層狀態(tài)。在同一水平高度上不同徑向距離的三個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度有一定差異，但都呈現(xiàn)爐壁溫度高中心點(diǎn)溫度低的趨勢(shì)。且各測(cè)點(diǎn)溫度均呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。

由圖4中可以看出，在攪拌器轉(zhuǎn)速為4.5r/min的情況下，熱解爐內(nèi)仍呈現(xiàn)底部溫度高，頂部溫度低的現(xiàn)象。但沿豎直方向各層的溫差差異有所減小。底層物料升溫速率明顯變緩，頂部物料的升溫速率有所提高，這是由于攪拌的作用使得熱量不再全部聚集在底層物料中，更多的傳遞給上層物料。

從圖5、6可以看出，底層物料的升溫速率進(jìn)一步變慢，豎直方向上不同高度的測(cè)點(diǎn)溫差也在減小。在同一水平位置沿徑向三個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度仍有一定差異，仍呈現(xiàn)爐壁溫度高于中心點(diǎn)溫度的趨勢(shì)。各測(cè)點(diǎn)溫度出現(xiàn)了一定的波動(dòng)，可能是由于攪拌的作用使得熱電偶位置發(fā)生了輕微的變化。

由圖7可以看出，隨著攪拌轉(zhuǎn)速的提高，底層物料的溫度升高趨勢(shì)逐漸變緩，而上層物料的溫度升高趨勢(shì)則明顯加快，整體料層溫度在豎直方向更加均勻。在攪拌器轉(zhuǎn)速達(dá)到18r/min時(shí)，料層終溫全部達(dá)到了300℃以上，且在同一高度的不同測(cè)點(diǎn)的溫度差異也基本消失，各層物料溫度趨于一致，熱解爐內(nèi)溫度分布整體呈現(xiàn)均勻狀態(tài)。

對(duì)比圖3至圖7可以看出，攪拌作用可以使?fàn)t內(nèi)料層溫度分布更為均勻，使熱量不再聚集于物料底層，而是更快地傳遞給了中上層的物料。爐內(nèi)物料的傳熱性能得到改善，攪拌的強(qiáng)化傳熱作用較為明顯。

由圖8可以看出，當(dāng)攪拌器轉(zhuǎn)速為0，即不攪拌時(shí)，熱解氣體出口溫度明顯較高，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)為270℃左右。當(dāng)攪拌器工作時(shí)，逸出的熱解氣溫度比較接近，在220℃-240℃范圍內(nèi)，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的增加，逸出熱解氣的溫度略有下降。攪拌使顆粒間的間隙增大，增強(qiáng)了熱解氣與線(xiàn)路板顆粒間的對(duì)流換熱，將下部熱量更快地帶給上層物料。