一种水冷控温可连续生产无定型纳米SiO2的稻壳焚烧装置的制作方法

本发明涉及利用稻壳制备无定型纳米二氧化硅技术领域，更具体地，涉及一种水冷控温可连续生产无定型纳米sio2的稻壳焚烧装置。

背景技术：

对稻壳等农业废弃物的高质化利用，对社会的可持续发展具有极其重要的意义，是世界的重大科技发展问题。根据联合国粮食与农业组织提供的最新数据表明，2018年全世界生产的稻谷大约7.69亿吨，稻壳质量约占20%，由此可见稻壳资源十分丰富。但到目前为止，稻壳仍未找到很好的开发利用途径，大部分地区过去长期将稻壳当作猪或家禽的饲料。事实上，稻壳营养价值极低。不少农村地区，将稻壳灰当做农业废弃物，只能就地焚烧，一方面浪费了资源，另一方面也严重污染空气环境。事实上，数量庞大的农业废弃物稻壳中含有大约20%的无定形sio2，这是一种宝贵的矿物资源，应当设法加以提取利用。

虽然稻壳灰的经济价值巨大，但如何大量制取低温高活性的稻壳sio2依然是个难题。稻壳所含热量很高，少量稻壳堆聚焚烧内部温度就可能超过1000℃。然而稻壳只有在600℃以下进行控温燃烧，才能使得大部分sio2转化成为无定型sio2，超过800℃后，就容易转化成活性很低的结晶态sio2。

为了得到更高产率的无定型sio2，1993年8月26日，日本人杉田修一在中国申请了“生产活性稻壳灰的装置”的发明专利(申请号为cn93116790.6)，其公开的间歇式箱式焚烧装置，简单易行，不需要电、燃气或任何其它燃烧热源，是一种可较大规模实现工业化生产稻壳灰的方法。但是其存在三个方面的缺陷：一是热量没有导出；二是产量小；三是燃烧热量没有得到利用。而专利cn200410026459.5针对上述缺陷一进行了改性，提供了一种可产出纳米结构sio2稻壳灰的稻壳焚烧装置专利中，将稻壳产生的热量尽量了利用，用来加热水，但是一方面，其仍然存在装置内部的温度不均匀，热量利用率不高的问题。而针对这一问题，专利cn201220345572.x提出了改进，通过将热交换管换成u形管，环绕燃烧炉体内壁一圈，但是这一装置由于加热元件设置在稻壳内部，而u形热交换管环绕燃烧炉体内壁一圈，仍然容易导致稻壳内部的温度分布不匀，容易导致局部温度过高，从而导致无定型sio2的生成率较低，同时稻壳内部热量的应用率仍然具有较大的提升空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有利用稻壳灰制备无定型sio2装置中存在的问题和不足，提供一种水冷控温可连续生产无定型纳米sio2的稻壳焚烧装置。本发明所述装置通过将加热元件均匀的分布于加热炉体内部，同时还将热交换水管设计成为来回多次弯折的形状，可以均匀的分布于稻壳中，便于更加充分吸收稻壳释放的热量，降低稻壳内部的温度，使稻壳内部的温度较为均匀且温度稳定维持在600℃以下，提高无定型sio2的生成率，同时更加充分的利用稻壳释放的热量。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种水冷控温可连续生产无定型纳米sio2的稻壳焚烧装置，包括焚烧炉体，其上部为进料口，下部为出料部，所述出料部包括锥形底板和出料口，所述锥形底板敞口端与焚烧炉体密封固定连接，另一端和出料口连接，所述锥形底板上均匀的设有孔径小于稻壳的孔；所述焚烧炉体还设有均匀分布于其内部空间的多个加热元件以及热交换系统，所述热交换系统包括水箱和多弯折输水管，所述水箱设有进水口和出口，所述多弯折输水管的两端均与水箱相连，其多弯折部分均匀分布于焚烧炉体内部空间；所述焚烧炉体侧壁上还设有进气口，所述进气口设于锥形底板与焚烧炉体连接处下端；所述稻壳焚烧装置还设有烟囱，其一端位于焚烧炉体内部，一端位于焚烧炉体顶部上方。

本发明针对稻壳焚烧时，其内部容易出现温度过高的情况，在焚烧炉体内部均匀的设置了加热元件和多弯折输水管，均匀设置的加热元件替代了现有装置中直立的加热元件，其在焚烧炉体内部空间的分布更加均匀，产生的热量在稻壳内部，也分布的更加均匀；同时为了防止稻壳内部的温度过高，本发明将热交换水管设计成了多弯折输水管，均匀的分布于焚烧炉体内部，一方面可以更加均匀、充分的吸收稻壳焚烧产生的热量，保证稻壳内部的温度不会过高，持续维持在600℃以下，以便生成更多无定型的sio2；另一方面，吸收的热量可以更多的用于其他需要热量的仪器或者装置，充分利用了稻壳焚烧产生的热量，更加环保。

本发明所述稻壳焚烧装置上下分别设置进气口和烟囱，下部气体通过锥形底板的小孔进入焚烧容器，上部烟囱用于排烟，使稻壳堆的内部空气循环更顺畅，提供一个稻壳燃烧良好的空气环境。

优选地，所述稻壳焚烧装置还设有温控系统，所述温控系统包括多个温度测试元件和温度显示器，所述温度测试元件均匀的分布于多弯折输水管上，用于监测稻壳内部温度；所述温度测试元件还设于水箱中，用于监测水箱中的水温；所述温度显示器用于分别显示多个温度测试元件的实时监测数据。

优选地，所述进水口处设有流量监测计和增压泵；所述水箱还设有备用出水口。

为了保证稻壳内部的温度持续性的维持在600℃以下，本发明在多弯折输水管和水箱中均设置了温度测试元件，实时在线监控稻壳内部和水箱中的温度，同时还在水箱的进水口出设有流量监测计和增压泵，一旦稻壳内部的温度较高，接近于600℃时，则开启增压泵，增大水箱和多弯折输水管中的水流速度，加快多弯折输水管和稻壳之间的热交换速度，而当增压泵开启后，水箱中的水经过热交换之后，可能并未全部转换成为蒸汽，则可通过备用出水口排除；当稻壳内部温度下降后，则可关闭增压泵，维持稻壳内部的温度在能够持续正常反应的范围内。

优选地，所述多个加热元件分别由多个开关单独控制。本发明将加热元件设为多个，且均匀的分布于焚烧炉体内部空间，是为了保证稻壳内部的温度较为均匀，而不会出现局部温度过高的现象，在此基础上，本发明还将每一加热元件都单独设有开关，当稻壳内部局部温度过高时，则可以通过关闭该局部区域或其邻近区的加热元件，到该局部区域的温度下降后，则可重新开启加热元件，维持稻壳内部的温度较为均匀，也不会出现温度过高的情况。

优选地，所述多弯折输水管与多个加热元件之间间隔均匀。

优选地，稻壳焚烧装置还设有连续进料装置，其一端位于进料口上方。

优选地，所述出料部还设有支撑架，用于支撑锥形底板。

优选地，所述出料部还设有连续出料装置，其一端位于出料口下方。

优选地，所述焚烧炉体的侧壁上还设有检修口。

优选地，所述进料口位于焚烧炉体内部的一端位于焚烧炉体水平方向上的中间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述稻壳焚烧装置通过改进加热元件和多弯折输水管，即可以长时间的维持稻壳内部温度不超过600℃，且稻壳内部各处的温度较为接近，不会出现局部高温的现象，提高无定型sio2的生成量；同时还能够能够充分的吸收和利用稻壳焚烧产生的热量，提高能热量的利用率。

进一步地，本发明还通过温控系统、增压泵以及将多个加热元件分别由多个开关单独控制，可以实时在线的监控稻壳内部的温度，解决稻壳内部温度过高、局部温度过高等情况，可以长时间的维持稻壳内部的温度在能够持续正常反应的范围内，提高无定型sio2的生成量。

附图说明

图1为实施例1所示稻壳焚烧装置的结构示意图。

图2为实施例2所示稻壳灰和硅灰的xrd图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例1

一种水冷控温可连续生产无定型纳米sio2的稻壳焚烧装置，其结构示意图如图1所示，包括焚烧炉体1，其上部为进料口2，下部为出料部3，出料部3包括锥形底板31和出料口32，锥形底板31敞口端与焚烧炉体1密封固定连接，另一端和出料口32连接，锥形底板31上均匀的设有孔径小于稻壳的孔；焚烧炉体1还设有均匀分布于其内部空间的多个加热元件4以及热交换系统5，热交换系统5包括水箱51和多弯折输水管52，水箱51设有进水口53和出口54，多弯折输水管52的两端均与水箱51相连，其多弯折部分均匀分布于焚烧炉体1内部空间；焚烧炉体1侧壁上还设有进气口6，进气口6设于锥形底板31与焚烧炉体1连接处下端；稻壳焚烧装置还设有烟囱7，其一端位于焚烧炉体1内部，一端位于焚烧炉体1顶部上方。

本实施例针对稻壳焚烧时，其内容温度容易过程的情况，在焚烧炉体1内部均匀的设置了加热元件4和多弯折输水管52，均匀设置的加热元件4替代了现有装置中直立的加热元件，其在焚烧炉体1内部空间的分布更加均匀，产生的热量在稻壳内部，也分布的更加均匀；同时为了防止稻壳内部的温度过高，本实施例将热交换水管设计成了多弯折多弯折输水管52，均匀的分布于焚烧炉体1内部，一方面可以更加均匀、充分的吸收稻壳焚烧产生的热量，保证稻壳内部的温度不会过高，持续维持在600℃以下，以便生成更多无定型的sio2；另一方面，吸收的热量可以更多的用于其他需要热量的仪器或者装置，充分利用了稻壳焚烧产生的热量，更加环保。

本实施例所述稻壳焚烧装置上下分别设置进气口和烟囱，下部气体通过锥形底板的小孔进入焚烧容器，上部烟囱用于排烟，使稻壳堆的内部空气循环更顺畅，提供一个稻壳燃烧良好的空气环境。

稻壳焚烧装置还设有温控系统8，温控系统8包括多个温度测试元件81和温度显示器，温度测试元件81均匀的分布于多弯折输水管52上，用于监测稻壳内部温度；温度测试元件81还设于水箱51中，用于监测水箱中的水温；温度显示器用于分别显示多个温度测试元件的实时监测数据。

进水口53处设有流量监测计和增压泵；水箱5还设有备用出水口55。

为了保证稻壳内部的温度持续性的维持在600℃以下，本实施例在多弯折输水管52和水箱51中均设置了温度测试元件，实时在线监控稻壳内部和水箱51中的温度，同时还在水箱51的进水口53出设有流量监测计和增压泵，一旦稻壳内部的温度较高，接近于600℃时，则开启增压泵，增大水箱51和多弯折输水管52中的水流速度，加快多弯折输水管52和稻壳之间的热交换速度，而当增压泵开启后，水箱5中的水经过热交换之后，可能并未全部转换成为蒸汽，则可通过备用出水口55排除；当稻壳内部温度下降后，则可关闭增压泵，维持稻壳内部的温度在能够持续正常反应的范围内。

多个加热元件4分别由多个开关单独控制。本实施例将加热元件4设为多个，且均匀的分布于焚烧炉体1内部空间，是为了保证稻壳内部的温度较为均匀，而不会出现局部温度过高的现象，在此基础上，本发明还将每一加热元件4都单独设有开关，当稻壳内部局部温度过高时，则可以通过关闭该局部区域或其邻近区的加热元件4，到该局部区域的温度下降后，则可重新开启加热元件4，维持稻壳内部的温度较为均匀，也不会出现温度过高的情况。

多弯折输水管52与多个加热元件4之间间隔均匀。

稻壳焚烧装置还设有连续进料装置21，其一端位于进料口2上方。

出料部3还设有支撑架33，用于支撑锥形底板31。

出料部3还设有连续出料装置34，其一端位于出料口32下方。

焚烧炉体1的侧壁上还设有检修口9。

进料口2位于焚烧炉体1内部的一端位于焚烧炉体1水平方向上的中间。

本实施例所述稻壳焚烧装置通过改进加热元件4和多弯折输水管52，即可以长时间的维持稻壳内部温度不超过600℃，且稻壳内部各处的温度较为接近，不会出现局部高温的现象，提高无定型sio2的生成量；同时还能够能够充分的吸收和利用稻壳焚烧产生的热量，提高能热量的利用率。

进一步地，本实施例还通过温控系统8、增加泵以及将多个加热元件4分别由多个开关单独控制，可以实时在线的监控稻壳内部的温度，解决稻壳内部温度过高、局部温度过高等情况，可以长时间的维持稻壳内部的温度在能够持续正常反应的范围内，提高无定型sio2的生成量。

实施例2

采用实施例1的水冷控温可连续生产无定型纳米sio2的稻壳焚烧装置，用其焚烧稻壳灰，对得到的稻壳灰进行测定，其化学组成与对比样硅灰（青海省青山机械厂产凝聚硅灰）接近，其中无定形sio2都占90%左右，无定形sio2含量比专利cn201220345572.x产出的sio2含量高约3%。

从稻壳灰和硅灰的xrd图谱（图2）可以看出，制备出的无定型纳米sio2的x射线衍射图与硅灰衍射图也几乎完全一致，均无明显的晶态sio2衍射峰。这表明实施例1稻壳焚烧装置所产出稻壳中的sio2焚烧后保持无定形状态不变。

将上述制备的sio2作为掺合料进行应用，具体为将上述制备的sio2的稻壳灰、硅灰、磨细沸石粉、i级粉煤灰分别与ca(oh)2按重量比3∶1混合，制成水化样，在不同龄期进行xrd分析，测定ca(oh)2d＝4.9å的衍射峰强度，以了解它们的火山灰活性。

结果发现在吸收ca(oh)2的能力上，实施例1稻壳焚烧装置制备的稻壳灰与粉尘状凝聚硅灰明显归于一类，甚至还强于硅灰，远优于其它火山灰材料。

用n2吸附法测定上述制备的sio2的比表面积为77.42m²/g，对比硅灰的比表面积为23.30m²/g。

进一步利用sem、tem技术对实施例1稻壳焚烧装置焚烧后未粉磨的稻壳灰块状样进行研究，发现它由许多大小在50nm左右的细微米粒状颗粒粘聚而成，颗粒之间存在大量孔隙，因此它具有超高火山灰活性。

活性试验表明，实施例1稻壳焚烧装置制备纳米结构sio2稻壳灰对普通混凝土和高强混凝土都具有强烈的增强作用，当用其替代水泥量为5～20%时，可提高高强混凝土抗压强度10mpa以上。

因此，本发明所述稻壳焚烧装置所产出的无定形稻壳纳米sio2在混凝土材料改性中具有广阔应用前景，稻壳焚烧装置所产生的蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。