烧室一阻火网5 —析出室一罐盖I挥发分排出口 11 —罐底3挥发分通入口31 —燃烧室路径循环流动，剩余烟气以低至110°C?130°C温度水平从陶瓷蓄热室4排出。燃烧室气相空间温度900 °C?950 °C，氧浓度〈15%，常压操作，运行安全。析出室气相空间温度900 °C?950 °C，氧浓度低至2 %?5 %，常压操作，运行安全。
[0017]发明结构创新、技术特征及带来的技术效果详细描述如下:
[0018]发明具有“燃烧室和析出室分开”结构特征。沿垂直于罐体中心轴线方向，阻火网5将炭化罐罐体内腔空间分隔为上下两部分，上部空间为挥发分析出室，下部空间为挥发分燃烧室。从上到下析出室和燃烧室依次布置，析出室在燃烧室之上，和燃烧室高温烟气热浮升扩散运动相适应，使高温低氧烟气较顺畅流入析出室，避免了罐内气流循环流动设计复杂性。传统炭化炉只有一个炭化室，挥发分析出和挥发分燃烧集中于同一区域。
[0019]发明具有“阻火网5隔开燃烧室和析出室”结构特征。阻火网5网孔上下部分别和析出室、燃烧室相连通。阻火网5众多网孔为燃烧室生成的高温低氧烟气因热浮力上升扩散至析出室的气流通道。阻火网5由2层?4层不锈钢丝网重叠制成，丝网网孔大小16目?40目，燃烧室燃烧反应在网孔通道中中止，超过燃烧室物质平衡的那部分高温低氧烟气能穿过网孔进入析出室，从而为析出室秸杆炭化提供所需的高温低氧烟气条件。阻火网5众多网孔设置，为析出室组织高温低氧烟气活性炭化过程创造了条件，提高了秸杆炭产品质量，提高了炭化速度和炭化效率。传统炭化炉设置陶瓷板，通过陶瓷板的高温导热作用焖烧秸杆捆，启动时间长，炭化过程缓慢，炭化反应不均匀，产品质量不均匀，炭化效率低。
[0020]发明具有“罐底3成对设置陶瓷蓄热室4”结构特征。罐底3两个气流进出口 32分别对应一个陶瓷蓄热室4，陶瓷蓄热室4内置高比表面积陶瓷球蓄热体或蜂窝状蓄热体，完成30s?60s时间内快速预热助燃空气和快速冷却燃烧烟气两过程。传统炭化炉不设置蓄热系统，没有考虑回收烟气余热用于预热助燃空气，秸杆及秸杆挥发分燃烧形成的高温烟气直接排空，既不节能又污染周边环境。
[0021]发明“燃烧室和析出室分开”结构特征直接导致“挥发分析出和挥发分燃烧两过程分别调控”技术特征。析出室和燃烧室分开设计，是秸杆挥发分析出过程和秸杆挥发分燃烧过程分开调节控制的前提。避免传统炭化炉存在的秸杆和火焰大面积相接触，导致部分秸杆炭被燃烧消耗问题。发明燃烧室挥发分燃烧所需的氧分子无过剩，供给析出室的炭化剂始终是高温低氧烟气，可抑制传统炭化炉秸杆炭快速燃烧反应，从而控制秸杆燃烧消耗量，增大炭化成品率。析出室高温低氧烟气流进秸杆捆内部，以自然对流换热方式和秸杆发生传热传质作用，强化了秸杆炭化作用，提高了能量利用率，缩短了炭化时间，提高了炭化生产效率。设置燃烧室，高温低氧烟气流量及氧浓度可以调节。
[0022]发明“燃烧室和析出室分开”和“阻火网5隔开燃烧室和析出室”两个结构特征，直接导致“900°C?950°C高温烟气活性炭化”技术特征。阻火网5分隔燃烧室和析出室，使得燃烧室和析出室具有不同的反应条件。燃烧室有足够的挥发分燃烧条件，如供应600°C以上的高温助燃空气，氧浓度在15 %?21 %和燃烧着火条件，而析出室只具备900 °C?950 °C高温条件，但缺乏秸杆炭燃烧所需的氧浓度、火星或明火等点火源条件。这样就保护秸杆炭免受燃烧消耗，析出室始终是高温低氧烟气和秸杆均匀接触，炭化剂温度和低氧浓度适中且恒定，均勾活性炭化条件稳定。由于和稻杆炭接触的空气氧浓度低至2%?5%，一直到炭化结束析出室秸杆炭重量均不会发生变化，无因秸杆炭燃烧消耗而减少秸杆炭产量现象发生。秸杆在炭化过程中形成表面积和毛细管，使之具有吸附能力，但由于炭化形成的焦油与碳氢化合物使比表面积变小，从而失去活性。传统炭化炉一方面通过陶瓷板的高温导热作用焖烧秸杆捆，启动时间长，炭化反应不均匀，产品质量不高。和传统炭化炉焖烧秸杆使之自然析出秸杆挥发分相比，使用900°C?950°C烟气活化剂进行活化，可以使残留在炭中的焦油和其它含碳化合物氧化分解，清除表面的杂质，使原来被堵塞的孔隙重新开放。同时，原来孔隙之间的薄壁有可能被烧毁，使孔隙扩大，形成更发达的孔隙结构，使比表面积大大增加，从而提高了炭的吸附力，即提高了秸杆炭产品质量。
[0023]“罐底3成对设置陶瓷蓄热室4”结构特征，直接导致“高效回收烟气余热和预热助燃空气”技术特征。传统炭化炉一高温烟气直接排空，能量利用率低。发明经过陶瓷蓄热室4排出的烟气温度低至110°C?130°C，秸杆挥发分燃烧放热最大限度地得到回收利用，既节省了秸杆炭化过程补充的外界热量，又避免了烟气污染物排放。另外高效陶瓷蓄热技术的应用，改善了燃烧室挥发分燃烧物理化学条件。800°C以上助燃空气通入燃烧室，提高了燃烧温度，加快了燃烧速度，提高了燃烧反应完全程度，降低了烟气污染物排放。
[0024]上述三大结构特征和三大技术特征带来的综合技术效果是:发明无秸杆炭产量损失、炭化率高、无需外界热量补充、排烟温度低，解决粮食主产区秸杆堆放及焚烧带来的浪费能源、环境污染和途中运输交通安全等问题。
[0025]活性炭化高值化综合利用农林生物质秸杆和生物质废料等农业农村领域节能、减排和资源综合利用场所，工业领域兰炭加工场所，可以使用本发明。
[0026]工业应用表明:发明无需高成本的秸杆制粒工序，只需简单人工去残枝树叶打捆粗加工。发明所指的罐体及管道连接简单，经济性好，安全性高。秸杆炭形状规整，秸杆炭活性增强，秸杆商品附加值增加。秸杆炭产量高，炭化率>95%，秸杆炭炭化均匀。排烟温度低至110°C?130°C，烟气污染物排放达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)要求。整个炭化过程无需外界热量补充，管道少、运动部件少，日常运行费用低，车间环境干净。整个装置可以紧凑地安装或集成在一辆机动车上，可方便地移至粮食主产区，就地进行秸杆高效活性炭化处理。
【主权项】
1.蓄热式秸杆活性炭化罐，主要包括罐盖，罐壁，罐底，陶瓷蓄热室和阻火网，其特征在于:罐盖呈球冠状，罐盖中心设置挥发分排出口，罐盖和罐壁顶面法兰连接，罐壁呈圆筒状，罐壁底面和罐底固定连接，罐底中心设置挥发分通入口，挥发分通入口和挥发分排出口用管道联通，罐盖，罐壁和罐底组成罐体，以挥发分通入口为中心罐底对称设置两个气流进出口，两个气流进出口分别连通一个陶瓷蓄热室，两个陶瓷蓄热室周期性交替承担快速预热空气和快速冷却烟气功能，阻火网呈圆盘状，阻火网沿垂直于罐体中心轴线方向安装在罐体内，阻火网圆周边和罐壁固定连接，阻火网将罐体内腔空间分隔为上下两部分，上部空间为挥发分析出室，析出室内放置秸杆捆，下部空间为挥发分燃烧室，阻火网由2层?4层不锈钢丝网重叠制成，每层丝网网孔大小16目?40目，网孔上部和析出室相连通，网孔下部和燃烧室相连通，阻火网能供高温低氧烟气从燃烧室扩散渗入析出室，能切断火焰从燃烧室传播至析出室。
【专利摘要】蓄热式秸秆活性炭化罐，包括罐盖，罐壁，罐底，陶瓷蓄热室和阻火网，罐盖和罐壁顶面法兰连接，罐底挥发分通入口和罐盖挥发分排出口用管道联通，罐底底部连通两个陶瓷蓄热室，两个陶瓷蓄热室交替快速预热空气冷却烟气，阻火网将罐体内腔分隔为秸秆挥发分析出室和挥发分燃烧室，阻火网众多16目～40目网孔，供高温(900℃～950℃)低氧(2％～5％)烟气从燃烧室渗入析出室且切断火焰从燃烧室传播至析出室。农业农村领域活性炭化秸秆及生物质废料可使用本发明。应用表明：炭化罐无需外界热量补充，炭化率>95％，排烟温度低至110℃～130℃，烟气污染物排放达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)要求。
【IPC分类】C10J3/20
【公开号】CN105176590
【申请号】
【发明人】艾治文, 刘晓文, 黄淑辉, 周睿
【申请人】中南大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月14日