燒室一阻火網5 —析出室一罐蓋I揮發分排出口 11 —罐底3揮發分通入口31 —燃燒室路徑循環流動，剩余煙氣以低至110°C?130°C溫度水平從陶瓷蓄熱室4排出。燃燒室氣相空間溫度900 °C?950 °C，氧濃度〈15%，常壓操作，運行安全。析出室氣相空間溫度900 °C?950 °C，氧濃度低至2 %?5 %，常壓操作，運行安全。
[0017]發明結構創新、技術特征及帶來的技術效果詳細描述如下:
[0018]發明具有“燃燒室和析出室分開”結構特征。沿垂直于罐體中心軸線方向，阻火網5將炭化罐罐體內腔空間分隔為上下兩部分，上部空間為揮發分析出室，下部空間為揮發分燃燒室。從上到下析出室和燃燒室依次布置，析出室在燃燒室之上，和燃燒室高溫煙氣熱浮升擴散運動相適應，使高溫低氧煙氣較順暢流入析出室，避免了罐內氣流循環流動設計復雜性。傳統炭化爐只有一個炭化室，揮發分析出和揮發分燃燒集中于同一區域。
[0019]發明具有“阻火網5隔開燃燒室和析出室”結構特征。阻火網5網孔上下部分別和析出室、燃燒室相連通。阻火網5眾多網孔為燃燒室生成的高溫低氧煙氣因熱浮力上升擴散至析出室的氣流通道。阻火網5由2層?4層不銹鋼絲網重疊制成，絲網網孔大小16目?40目，燃燒室燃燒反應在網孔通道中中止，超過燃燒室物質平衡的那部分高溫低氧煙氣能穿過網孔進入析出室，從而為析出室秸桿炭化提供所需的高溫低氧煙氣條件。阻火網5眾多網孔設置，為析出室組織高溫低氧煙氣活性炭化過程創造了條件，提高了秸桿炭產品質量，提高了炭化速度和炭化效率。傳統炭化爐設置陶瓷板，通過陶瓷板的高溫導熱作用燜燒秸桿捆，啟動時間長，炭化過程緩慢，炭化反應不均勻，產品質量不均勻，炭化效率低。
[0020]發明具有“罐底3成對設置陶瓷蓄熱室4”結構特征。罐底3兩個氣流進出口 32分別對應一個陶瓷蓄熱室4，陶瓷蓄熱室4內置高比表面積陶瓷球蓄熱體或蜂窩狀蓄熱體，完成30s?60s時間內快速預熱助燃空氣和快速冷卻燃燒煙氣兩過程。傳統炭化爐不設置蓄熱系統，沒有考慮回收煙氣余熱用于預熱助燃空氣，秸桿及秸桿揮發分燃燒形成的高溫煙氣直接排空，既不節能又污染周邊環境。
[0021]發明“燃燒室和析出室分開”結構特征直接導致“揮發分析出和揮發分燃燒兩過程分別調控”技術特征。析出室和燃燒室分開設計，是秸桿揮發分析出過程和秸桿揮發分燃燒過程分開調節控制的前提。避免傳統炭化爐存在的秸桿和火焰大面積相接觸，導致部分秸桿炭被燃燒消耗問題。發明燃燒室揮發分燃燒所需的氧分子無過剩，供給析出室的炭化劑始終是高溫低氧煙氣，可抑制傳統炭化爐秸桿炭快速燃燒反應，從而控制秸桿燃燒消耗量，增大炭化成品率。析出室高溫低氧煙氣流進秸桿捆內部，以自然對流換熱方式和秸桿發生傳熱傳質作用，強化了秸桿炭化作用，提高了能量利用率，縮短了炭化時間，提高了炭化生產效率。設置燃燒室，高溫低氧煙氣流量及氧濃度可以調節。
[0022]發明“燃燒室和析出室分開”和“阻火網5隔開燃燒室和析出室”兩個結構特征，直接導致“900°C?950°C高溫煙氣活性炭化”技術特征。阻火網5分隔燃燒室和析出室，使得燃燒室和析出室具有不同的反應條件。燃燒室有足夠的揮發分燃燒條件，如供應600°C以上的高溫助燃空氣，氧濃度在15 %?21 %和燃燒著火條件，而析出室只具備900 °C?950 °C高溫條件，但缺乏秸桿炭燃燒所需的氧濃度、火星或明火等點火源條件。這樣就保護秸桿炭免受燃燒消耗，析出室始終是高溫低氧煙氣和秸桿均勻接觸，炭化劑溫度和低氧濃度適中且恒定，均勾活性炭化條件穩定。由于和稻桿炭接觸的空氣氧濃度低至2%?5%，一直到炭化結束析出室秸桿炭重量均不會發生變化，無因秸桿炭燃燒消耗而減少秸桿炭產量現象發生。秸桿在炭化過程中形成表面積和毛細管，使之具有吸附能力，但由于炭化形成的焦油與碳氫化合物使比表面積變小，從而失去活性。傳統炭化爐一方面通過陶瓷板的高溫導熱作用燜燒秸桿捆，啟動時間長，炭化反應不均勻，產品質量不高。和傳統炭化爐燜燒秸桿使之自然析出秸桿揮發分相比，使用900°C?950°C煙氣活化劑進行活化，可以使殘留在炭中的焦油和其它含碳化合物氧化分解，清除表面的雜質，使原來被堵塞的孔隙重新開放。同時，原來孔隙之間的薄壁有可能被燒毀，使孔隙擴大，形成更發達的孔隙結構，使比表面積大大增加，從而提高了炭的吸附力，即提高了秸桿炭產品質量。
[0023]“罐底3成對設置陶瓷蓄熱室4”結構特征，直接導致“高效回收煙氣余熱和預熱助燃空氣”技術特征。傳統炭化爐一高溫煙氣直接排空，能量利用率低。發明經過陶瓷蓄熱室4排出的煙氣溫度低至110°C?130°C，秸桿揮發分燃燒放熱最大限度地得到回收利用，既節省了秸桿炭化過程補充的外界熱量，又避免了煙氣污染物排放。另外高效陶瓷蓄熱技術的應用，改善了燃燒室揮發分燃燒物理化學條件。800°C以上助燃空氣通入燃燒室，提高了燃燒溫度，加快了燃燒速度，提高了燃燒反應完全程度，降低了煙氣污染物排放。
[0024]上述三大結構特征和三大技術特征帶來的綜合技術效果是:發明無秸桿炭產量損失、炭化率高、無需外界熱量補充、排煙溫度低，解決糧食主產區秸桿堆放及焚燒帶來的浪費能源、環境污染和途中運輸交通安全等問題。
[0025]活性炭化高值化綜合利用農林生物質秸桿和生物質廢料等農業農村領域節能、減排和資源綜合利用場所，工業領域蘭炭加工場所，可以使用本發明。
[0026]工業應用表明:發明無需高成本的秸桿制粒工序，只需簡單人工去殘枝樹葉打捆粗加工。發明所指的罐體及管道連接簡單，經濟性好，安全性高。秸桿炭形狀規整，秸桿炭活性增強，秸桿商品附加值增加。秸桿炭產量高，炭化率>95%，秸桿炭炭化均勻。排煙溫度低至110°C?130°C，煙氣污染物排放達到《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)和《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)要求。整個炭化過程無需外界熱量補充，管道少、運動部件少，日常運行費用低，車間環境干凈。整個裝置可以緊湊地安裝或集成在一輛機動車上，可方便地移至糧食主產區，就地進行秸桿高效活性炭化處理。
【主權項】
1.蓄熱式秸桿活性炭化罐，主要包括罐蓋，罐壁，罐底，陶瓷蓄熱室和阻火網，其特征在于:罐蓋呈球冠狀，罐蓋中心設置揮發分排出口，罐蓋和罐壁頂面法蘭連接，罐壁呈圓筒狀，罐壁底面和罐底固定連接，罐底中心設置揮發分通入口，揮發分通入口和揮發分排出口用管道聯通，罐蓋，罐壁和罐底組成罐體，以揮發分通入口為中心罐底對稱設置兩個氣流進出口，兩個氣流進出口分別連通一個陶瓷蓄熱室，兩個陶瓷蓄熱室周期性交替承擔快速預熱空氣和快速冷卻煙氣功能，阻火網呈圓盤狀，阻火網沿垂直于罐體中心軸線方向安裝在罐體內，阻火網圓周邊和罐壁固定連接，阻火網將罐體內腔空間分隔為上下兩部分，上部空間為揮發分析出室，析出室內放置秸桿捆，下部空間為揮發分燃燒室，阻火網由2層?4層不銹鋼絲網重疊制成，每層絲網網孔大小16目?40目，網孔上部和析出室相連通，網孔下部和燃燒室相連通，阻火網能供高溫低氧煙氣從燃燒室擴散滲入析出室，能切斷火焰從燃燒室傳播至析出室。
【專利摘要】蓄熱式秸稈活性炭化罐，包括罐蓋，罐壁，罐底，陶瓷蓄熱室和阻火網，罐蓋和罐壁頂面法蘭連接，罐底揮發分通入口和罐蓋揮發分排出口用管道聯通，罐底底部連通兩個陶瓷蓄熱室，兩個陶瓷蓄熱室交替快速預熱空氣冷卻煙氣，阻火網將罐體內腔分隔為秸稈揮發分析出室和揮發分燃燒室，阻火網眾多16目～40目網孔，供高溫(900℃～950℃)低氧(2％～5％)煙氣從燃燒室滲入析出室且切斷火焰從燃燒室傳播至析出室。農業農村領域活性炭化秸稈及生物質廢料可使用本發明。應用表明：炭化罐無需外界熱量補充，炭化率>95％，排煙溫度低至110℃～130℃，煙氣污染物排放達到《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)和《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)要求。
【IPC分類】C10J3/20
【公開號】CN105176590
【申請號】
【發明人】艾治文, 劉曉文, 黃淑輝, 周睿
【申請人】中南大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月14日