覆膜砂熱法再生設備及其再生方法
2023-06-21 17:57:51
覆膜砂熱法再生設備及其再生方法
【專利摘要】本發明屬於能源工程【技術領域】，涉及一種以立式流化床爐為主的覆膜砂熱法再生設備及覆膜砂熱法再生方法,包括立式流化床爐、加料鬥、對噴煤氣噴嘴、煙道、排煙管道、間壁冷卻器和空氣預熱器，間壁冷卻器設置在立式流化床爐的下方，間壁冷卻器的頂端通過落砂管與立式流化床爐連接；間壁冷卻器的進風口與鼓風機相連，出風口通過熱風管I與空氣預熱器相連；空氣預熱器輸氣管道的入口與熱風管I相連通，輸氣管道的出口通過熱風管II與風室相連通，煙道通過空氣預熱器的腔體與排煙管道相連；熱法覆膜砂熱法再生方法，步驟為：啟動，入料，穩定；能量利用率高、再生完善、操作簡單的節能環保。
【專利說明】覆膜砂熱法再生設備及其再生方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於能源工程【技術領域】，具體地說，涉及一種以立式流化床爐為主的覆膜砂熱法再生設備及覆膜砂熱法再生方法。
【背景技術】:
[0002]我國於20世紀50年代開始研究應用覆膜砂及殼(芯)的鑄件工藝，近幾年被大量採用。由於我國汽車工業的快速發展和機械產品外貿出口需要，以及鑄件國際市場的開發，對鑄件品質的要求越來越高，覆膜砂的應用得到迅速增長，許多廠家年用量已達到數千噸，研究覆膜砂舊砂的再生回用已具有重大的現實意義，再生不僅能夠提高覆膜砂的性能，而且還能節約成本，降低廢舊物對環境的汙染。目前常用的再生方法為機械再生與熱法再生。機械再生的基本原理是利用約3500r/min高速迴轉輪的砂輪和慢速轉動的迴轉框之間的5-10mm的間隙對舊砂進行磨擦，以達到去除舊砂表面的樹脂和對舊砂進行整形的目的，所產生的粉塵則通過通風除塵設備進行處理。熱法再生的基本原理是利用舊砂預處理和沸騰式熱法再生爐設備，首先對舊砂進行振動破碎和磁分離，然後在沸騰式再生爐中焙燒，出砂後再經保溫、冷卻、篩分即可回用。經過高溫焙燒後的砂子膨脹係數變小，更適用於如汽車發動機缸體、缸蓋等複雜薄壁精密的鑄鐵件以及如貨櫃角和火車剎車緩衝器殼體等高要求的鑄鋼件的生產，因此，熱法再生受到越來越多的關注。我國現有的熱法再生爐以沸騰式再生爐為主，也有移動床爐，主要以燃氣、焦炭或煤的氣化氣為燃料，雖布置空氣預熱器但排煙溫度高，爐膛側面出料的再生後砂顯熱得不到回收，因此，普遍存在熱效率低下、爐體壽命短等問題，再生爐沒有形成標準化產品；揚塵、未燃盡的酚醛樹脂熱解物以及二氧化硫等組分的釋放，也造成了對環境的二次汙染，嚴重影響了其推廣應用前景。
[0003]中國專利201110020516.9公開了一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，具有火焰廢氣阻斷燃燒層，焙燒爐中加集砂鬥和換熱器，能充分利用廢砂中的有機質和碳素在焙燒過程中所產生的熱能，節省焙燒過程中的外需能源，有利於環境保護；中國專利201210192336.1公開了一種將廢砂焙燒成覆膜砂用材料的工藝，包括:落砂一磁選一破碎一篩分一磁選一焙燒一除塵一冷卻一儲存，在對破碎磁選後的砂子進行焙燒時，需先將砂子送入預熱器預熱後再送進焙燒爐內進行焙燒，在預熱器內，用於承載砂子的通道呈「階梯」狀，砂子在「階梯」狀通道上呈絮流狀態，焙燒之前對砂進行預熱，使砂子焙燒均勻，避免了惰性氣體的產生，提高了焙燒再生砂的質量。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點，設計一種能量利用率高、再生完善、操作簡單的節能環保型覆膜砂熱法再生設備及覆膜砂熱法再生方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案為:一種覆膜砂熱法再生設備，包括立式流化床爐、加料鬥、對噴煤氣噴嘴、煙道和排煙管道，所述加料鬥設置在立式流化床爐的頂端，所述對噴煤氣噴嘴為於立式流化床爐的爐腔中下部，所述立式流化床爐的爐腔通過煙道與排煙管道相連通，所述排煙管道的端部設有引風機；還包括間壁冷卻器和空氣預熱器，所述間壁冷卻器設置在所述立式流化床爐的下方，所述間壁冷卻器的頂端通過落砂管與立式流化床爐連接；所述立式流化床爐的底部設有布風板，所述布風板的上方、下方分別為燃燒室和風室，所述落砂管的頂部貫通布風板；所述間壁冷卻器的上方設有出風口，所述間壁冷卻器的底部設有出砂口和進風口，所述進風口與鼓風機相連，所述出風口通過熱風管I與空氣預熱器相連；所述空氣預熱器由輸氣管道和輸氣管道外的腔體組成，所述輸氣管道的入口與熱風管I相連通，所述輸氣管道的出口通過熱風管II與風室相連通，所述煙道通過所述空氣預熱器的腔體與排煙管道相連。
[0006]優選的是:所述煙道、排煙管道與空氣預熱器的連接處分別設有水冷盤管，所述水冷盤管通過循環水泵與水箱相連。
[0007]優選的是:所述立式流化床爐爐腔的頂部設有內固件，所述內固件為三角形或楔形。
[0008]優選的是:所述空氣預熱器的底部設有與腔體相連通的灰鬥。
[0009]優選的是:所述立式流化床爐側面設有側出料口，側出料口與立式流化床爐之間設有閥門。
[0010]優選的是:所述加料鬥上設有條形孔板。
[0011]優選的是:落砂管與間壁冷卻器之間設有流量調節閥。
[0012]優選的是:所述對噴煤氣噴嘴與爐壁的夾角為20-30°。
[0013]優選的是:所述立式流化床爐的橫截面為圓形或矩形。
[0014]一種熱法覆膜砂熱法再生方法，步驟為:
[0015](I)啟動:先小開度啟動鼓風機和引風機，啟動對噴煤氣噴嘴進行立式流化床爐的烘爐，此時助燃空氣為常溫，助燃空氣依次經過鼓風機、間壁冷卻器、熱風管一、空氣預熱器、熱風管二進入風室，流過布風板和風帽後助燃；
[0016](2)入料:立式流化床爐內爐溫達到400°C時，啟動水冷盤管上的循環水泵，水冷盤管內的水與水箱內的冷水開始循環，小開度打開加料鬥上的條形孔板，覆膜砂落入立式流化床爐並被上行煙氣預熱，布風板上覆膜砂的厚度逐漸增加並處於沸騰狀態，覆膜砂表面的樹脂部分點燃，此時落砂管與間壁冷卻器之間的流量調節閥處於關閉狀態；
[0017](3)穩定:立式流化床爐內爐溫達到500°C後逐步增大對噴煤氣噴嘴的噴氣量，大開度運行引風機和鼓風機，大開度打開條形孔板，達到產能所需，打開落砂管與間壁冷卻器8之間的流量調節閥，實現壁冷卻器底部出砂口連續出砂，根據布風板上覆膜砂的厚度調節條形孔板和流量調節閥，控制入料速度和出砂速度，開始穩定生產。助燃空氣在間壁冷卻器中吸收再生覆膜砂的熱量形成一次熱風進入熱風管一。立式流化床爐內燃燒產生的煙氣，上行預熱落入的覆膜砂後，經過爐壁上部的內固件，由於流通面積突然縮小和擴大，煙氣速度突增和突降，使煙氣攜帶的細覆膜砂與煙氣分離，貼壁回流，煙氣通過煙道進入空氣預熱器殼程，煙氣進入空氣預熱器前經過水冷盤管初步冷卻，煙氣在空氣預熱器殼程中對經過熱風管一進入空氣預熱器管程的一次熱風加熱，煙氣離開空氣預熱器進入排煙管道前再次經過水冷盤管冷卻，然後排出；煙氣在空氣預熱器殼程中折流，煙氣中攜帶的飛灰落入空氣預熱器底部的灰鬥。落砂管或間壁冷卻器出現故障時，開啟側出料口上的閥門從立式流化床爐側面排放砂料。[0018]本發明的有益效果:
[0019]本發明的有益效果為:以快速流化狀態取代了沸騰狀態的燃燒，以立式流化床爐替代了臥式沸騰爐，增加了料層高度和顆粒群起落次數，延長了廢舊覆膜砂在燃燒室內的停留時間，被預熱的助燃空氣從風室經布風板上的風帽進入燃燒室，將覆膜砂快速流化，氣固上行過程中，助燃空氣與斜噴的煤氣混合燃燒，在立式流化床密相區即加熱並點燃覆膜砂表面樹脂，燃燒過程中上行的氣固兩相遇到從加料鬥自上而下進入燃燒室的廢舊覆膜砂，將廢舊覆膜砂預熱，回收了部分煙氣餘熱；設置了間壁冷卻器和空氣預熱器，對助燃空氣進行一次預熱和二次預熱，實現了對再生覆膜砂餘熱的回收和煙氣餘熱的回收，提高了能源轉化率；水冷盤管保證了空氣預熱器的管壁不超溫，防止管壁快速氧化；立式流化床爐頂部的內固件強化氣固分離和顆粒回流，提高了煙氣潔淨度，保證了空氣預熱器處換熱係數。該爐型真正實現了高效環保型覆膜砂再生，尤其適用於中型、大型規模的鑄造用覆膜砂的熱法再生，設備生產能力可調節，靈活性好，因燃燒和再生完善，不僅保證覆膜砂再生品質，也淨化了出爐煙氣，保證了排空煙氣的潔淨度，提高了能源利用效率，綠色環保。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明覆膜砂熱法再生設備的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明中所述布風板的結構示意圖；
[0022]圖3為本發明中所述條形孔板的結構示意圖；
[0023]其中，加料鬥1、內固件2、立式流化床爐3、側出料口 4、對噴煤氣噴嘴5、落砂管6、流量調節閥7、間壁冷卻器8、出砂口 9、煙道10、排煙管道11、引風機12、水冷盤管13、循環水泵14、空氣預熱器15、熱風管二 16、熱風管一 17、鼓風機18、風帽19、風室20、閥門21、條形孔板22、布風板23、水箱24、灰鬥25。
【具體實施方式】
[0024]下面通過具體實施例結合附圖對本發明做進一步描述:
[0025]實施例1:
[0026]本實施例的覆膜砂熱法再生設備，包括立式流化床爐3、加料鬥1、對噴煤氣噴嘴
5、煙道10、排煙管道11、間壁冷卻器8和空氣預熱器15，加料鬥I設置在立式流化床爐3的頂端，對噴煤氣噴嘴5為於立式流化床爐3的爐腔中下部，立式流化床爐3的爐腔通過煙道10與排煙管道11相連通，排煙管道11的端部設有引風機12 ;間壁冷卻器8設置在所述立式流化床爐3的下方，間壁冷卻器8的頂端通過落砂管6與立式流化床爐3連接；立式流化床爐3的底部設有布風板23，布風板23的上方、下方分別為燃燒室和風室20，落砂管6的頂部貫通布風板23 ;間壁冷卻器8的上方設有出風口，間壁冷卻器8的底部設有出砂口 9和進風口，進風口與鼓風機18相連，出風口通過熱風管117與空氣預熱器15相連；空氣預熱器15由輸氣管道和輸氣管道外的腔體組成，輸氣管道的入口與熱風管117相連通，輸氣管道的出口通過熱風管1116與風室20相連通，煙道10通過所述空氣預熱器15的腔體與排煙管道11相連。
[0027]實施例2
[0028]本實施例的覆膜砂熱法再生設備，除以下區別外，其他同實施例一:[0029]煙道10、排煙管道11與空氣預熱器15的連接處分別設有水冷盤管13，水冷盤管13通過循環水泵14與水箱24相連，立式流化床爐3爐腔的頂部設有三角形內固件2，空氣預熱器15的底部設有與腔體相連通的灰鬥25，加料鬥I上設有條形孔板22，對噴煤氣噴嘴5與爐壁的夾角為20°，立式流化床爐3的橫截面為圓形。
[0030]實施例3
[0031]本實施例的覆膜砂熱法再生設備，除以下區別外，其他同實施例一:
[0032]煙道10、排煙管道11與空氣預熱器15的連接處分別設有水冷盤管13，水冷盤管13通過循環水泵14與水箱24相連，立式流化床爐3爐腔的頂部設有楔形內固件2 ;空氣預熱器15的底部設有與腔體相連通的灰鬥25 ;立式流化床爐3側面設有側出料口 4，側出料口 4與立式流化床爐3之間設有閥門21 ;加料鬥I上設有條形孔板22 ;落砂管6與間壁冷卻器8之間設有流量調節閥7 ;對噴煤氣噴嘴5與爐壁的夾角為30° ;立式流化床爐3的橫截面為圓形或矩形；
[0033]使用覆膜砂熱法再生設備進行熱法覆膜砂再生的步驟為:
[0034](I)啟動:先小開度啟動鼓風機18和引風機12，啟動對噴煤氣噴嘴5進行立式流化床爐3的烘爐，此時助燃空氣為常溫，助燃空氣依次經過鼓風機18、間壁冷卻器8、熱風管一 17、空氣預熱器15、熱風管二 16進入風室20，流過布風板23和風帽19後助燃；
[0035](2)入料:立式流化床爐3內爐溫達到400°C時，啟動水冷盤管13上的循環水泵14，水冷盤管13內的水與水箱24內的冷水開始循環，小開度打開加料鬥I上的條形孔板22，覆膜砂落入立式流化床爐3並被上行煙氣預熱，布風板23上覆膜砂的厚度逐漸增加並處於沸騰狀態，覆膜砂表面的樹脂部分點燃，此時落砂管6與間壁冷卻器8之間的流量調節閥7處於關閉狀態；
[0036](3)穩定:立式流化床爐3內爐溫達到500°C後逐步增大對噴煤氣噴嘴5的噴氣量，大開度運行引風機12和鼓風機18，大開度打開條形孔板22，，達到產能所需，打開落砂管6與間壁冷卻器8之間的流量調節閥7，實現間壁冷卻器8底部出砂口 9連續出砂，根據布風板23上覆膜砂的厚度調節條形孔板22和流量調節閥7，控制入料速度和出砂速度，開始穩定生產。助燃空氣在間壁冷卻器8中吸收再生覆膜砂的熱量形成一次熱風進入熱風管一 17。立式流化床爐3內燃燒產生的煙氣，上行預熱落入的覆膜砂後，經過爐壁上部的內固件2，由於流通面積突然縮小和擴大，煙氣速度突增和突降，使煙氣攜帶的細覆膜砂與煙氣分離，貼壁回流，煙氣通過煙道10進入空氣預熱器15殼程，煙氣進入空氣預熱器15前經過水冷盤管13初步冷卻，煙氣在空氣預熱器15殼程中對經過熱風管一 17進入空氣預熱器15管程的一次熱風加熱，煙氣離開空氣預熱器15進入排煙管道11前再次經過水冷盤管13冷卻，然後排出；煙氣在空氣預熱器15殼程中折流，煙氣中攜帶的飛灰落入空氣預熱器15底部的灰鬥25。落砂管6或間壁冷卻器8出現故障時，開啟側出料口 4上的閥門21從立式流化床爐3側面排放砂料。
【權利要求】
1.一種覆膜砂熱法再生設備，包括立式流化床爐(3)、加料鬥(I)、對噴煤氣噴嘴(5)、煙道(10)和排煙管道(11)，所述加料鬥⑴設置在立式流化床爐(3)的頂端，所述對噴煤氣噴嘴(5)為於立式流化床爐(3)的爐腔中下部，所述立式流化床爐(3)的爐腔通過煙道(10)與排煙管道(11)相連通，所述排煙管道(11)的端部設有引風機(12)，其特徵在於:還包括間壁冷卻室⑶和空氣預熱器(15)，所述間壁冷卻室⑶設置在所述立式流化床爐(3)的下方，所述間壁冷卻室(8)的頂端通過落砂管(6)與立式流化床爐(3)連接；所述立式流化床爐(3)的底部設有布風板(23)，所述布風板(23)的上方、下方分別為燃燒室和風室(20)，所述落砂管(6)的頂部貫通布風板(23);所述間壁冷卻器(8)的上方設有出風口，所述間壁冷卻器(8)的底部設有出砂口(9)和進風口，所述進風口與鼓風機(18)相連，所述出風口通過熱風管1(17)與空氣預熱器(15)相連；所述空氣預熱器(15)由輸氣管道和輸氣管道外的腔體組成，所述輸氣管道的入口與熱風管1(17)相連通，所述輸氣管道的出口通過熱風管11(16)與風室(20)相連通，所述煙道(10)通過所述空氣預熱器(15)的腔體與排煙管道(11)相連。
2.根據權利要求1所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述煙道(10)、排煙管道(11)與空氣預熱器(15)連接處分別設有水冷盤管(13)，所述水冷盤管(13)通過循環水泵(I)與水箱(24)相連。
3.根據權利要求2所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述空氣預熱器(15)的底部設有與腔體相連通的灰鬥(25)。
4.根據權利要求3所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述立式流化床爐(3)爐腔的頂部設有內固件(2)，所述內固件(2)為三角形或楔形。
5.根據權利要求4所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述立式流化床爐(3)側面設有側出料口(4)，側出料口(4)與立式流化床爐(3)之間設有閥門(21)。
6.根據權利要求5所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述加料鬥(I)上設有條形孔板(22)。
7.根據權利要求6所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述落砂管(6)與間壁冷卻器(8)之間設有流量調節閥(7)。
8.根據權利要求7所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述對噴煤氣噴嘴與爐壁的夾角為20-30°。
9.根據權利要求8所述的覆膜砂熱法再生設備，其特徵在於:所述立式流化床爐的橫截面為圓形或矩形。
10.一種使用如權利要求9所述覆膜砂熱法再生設備進行覆膜砂熱法再生方法，其特徵在於:步驟為: ①啟動:先小開度啟動鼓風機(18)和引風機(12)，啟動對噴煤氣噴嘴(5)進行立式流化床爐⑶的烘爐，此時助燃空氣為常溫，助燃空氣依次經過鼓風機(18)、間壁冷卻器(8)、熱風管一(17)、空氣預熱器(15)、熱風管二(16)進入風室(20)，流過布風板(23)和風帽(19)後助燃； ②入料:立式流化床爐(3)內爐溫達到400°C時，啟動水冷盤管(13)上的循環水泵(14)，水冷盤管(13)內的水與水箱(24)內的冷水開始循環，小開度打開加料鬥⑴上的條形孔板(22)，覆膜砂落入立式流化床爐(3)並被上行煙氣預熱，布風板(23)上覆膜砂的厚度逐漸增加並處於沸騰狀態，覆膜砂表面的樹脂部分點燃，此時落砂管(6)與間壁冷卻器(8)之間的流量調節閥(7)處於關閉狀態； ③穩定:立式流化床爐(3)內爐溫達到500°C後逐步增大對噴煤氣噴嘴(5)的噴氣量，大開度運行引風機(12)和鼓風機(18)，大開度打開條形孔板(22)，，達到產能所需，打開落砂管(6)與間壁冷卻器⑶之間的流量調節閥(7)，實現壁冷卻器⑶底部出砂口(9)連續出砂，根據布風板(23)上覆膜砂的厚度調節條形孔板(22)和流量調節閥(7)，控制入料速度和出砂速度，開始穩定生產。助燃空氣在間壁冷卻器(8)中吸收再生覆膜砂的熱量形成一次熱風進入熱風管一(17);立式流化床爐(3)內燃燒產生的煙氣，上行預熱落入的覆膜砂後，經過爐壁上部的內固件(2)，由於流通面積突然縮小和擴大，煙氣速度突增和突降，使煙氣攜帶的細覆膜砂與煙氣分離，貼壁回流，煙氣通過煙道(10)進入空氣預熱器(15)殼程，煙氣進入空氣預熱器(15)前經過水冷盤管(13)初步冷卻，煙氣在空氣預熱器(15)殼程中對經過熱風管一(17)進入空氣預熱器(15)管程的一次熱風加熱，煙氣離開空氣預熱器(15)進入排煙管道(11)前再次經過水冷盤管(13)冷卻，然後排出；煙氣在空氣預熱器(15)殼程中折流，煙氣中攜帶的飛灰落入空氣預熱器(15)底部的灰鬥(25);落砂管(6)或間壁冷卻器⑶出現故障時，開啟側出料口⑷上的閥門(21)從立式流化床爐(3)側面排放砂料。
【文檔編號】B22C5/00GK103894538SQ201410168200
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】王翠蘋, 李剛, 王鳳印, 李厚洋, 姜旭 申請人:青島大學