专利名称：垂直移动床稻壳碳化炉及其碳化稻壳方法
技术领域：
本发明涉及稻壳碳化技术领域，具体涉及一种垂直移动床稻壳碳化炉，还涉及利用所述垂直移动床稻壳碳化炉实现稻壳碳化的方法。
背景技术：
目前，稻壳是稻谷的附属器官，产自大米加工厂，是一种资源丰富、收集成本低廉的生物质。全球稻壳年产量大约为I. 26亿吨，其中亚洲占90%约I. 14亿吨。中国的稻壳年产量约0. 36亿吨，占全球稻壳资源总量的29%。稻壳的利用途径主要有三种，一是作为廉价材料直接使用，二是以稻壳为原料制取生物基产品，三是进行能源利用。后两种方式可以得到更高的附加值。通常，源自植物的木质纤维素类生物质，其有机质主要组分皆为木质素、半纤维素和纤维素，差异性不大。从能源利用的角度来看，木质纤维素类生物质之间的差异性主要在于无机组分的差异性，即灰分的差异性。一般而言，木兰纲植物(木本植物)的灰分含量相对较低并且灰分中钙的含量较高，而百合纲植物(草本植物)的灰分含量相对较高并且灰分中硅的含量较高。稻壳是一种非常特殊的生物质首先，稻壳的干燥基灰分含量为15%以上，远远高于其它种类的生物质，稻壳的灰分是木材的10 30倍，是常见草本植物的3 5倍；其次,稻壳灰分中，二氧化娃的含量占65%以上,远高于其它草本植物,稻壳是含硅量最高的生物质。稻壳中的硅主要以无定形态二氧化硅的形式存在。高灰富硅的特征，使得稻壳在能源利用过程中有一些特殊困难，比如稻壳直接作为燃料使用时，固定碳难以燃尽，燃烧效率低，产生的大量灰渣成为固体废弃物难以处理等。稻壳利用途径中，利用有机质制取生物基广品时，稻壳劣于其它生物质，但是考虑到稻壳灰分的特殊性，利用其高灰富硅的特征，以稻壳为原料生产无机生物基产品，则具有明显的优势。如上所述，稻壳的最佳利用路径为有机组分进行能源利用，而无机组分用于生产硅碳产品。最容易实现的技术路径为通过对稻壳进行加热，使得有机组分(木质纤维素)热解，产生的气相组分作为燃料使用，剩余的固体残余物是二氧化硅和木炭的混合物，该混合物即称为碳化稻壳。碳化稻壳可以进一步用于生产各种硅碳材料。为了充分发掘稻壳基硅碳产品的附加值，则必须保留稻壳中的木炭和二氧化硅的无定性结构，以保持硅碳产品的活性。已经证实的结论是稻壳中的二氧化硅从高活性的无定形态结构转变为石英态结构，对应的转变温度约为680°C。也就是说，稻壳热解的温度如果超过680°C，就会严重影响碳化稻壳的使用价值。所以，在低于680°C的条件下生产出来的碳化稻壳，是高附加值的活性碳化稻壳，而在高温条件下生产出来的碳化稻壳(比如通过燃烧、气化等技术路径)，则属于附加值很低的普通碳化稻壳。在实验室中，人们已经利用活性碳化稻壳制备出了很多高附加值的产品，比如活性二氧化硅、活性炭(目前人类制取的最高品质的活性炭是利用活性碳化稻壳脱灰制成 的)、高端碳化硅制品(包括碳化硅晶须)等。另外，活性碳化稻壳本身就是一种优质的硅碳产品，其优异的表面活性和吸附能力，使得活性碳化稻壳有广泛的工业应用。为了生产出活性碳化稻壳，人们已经尝试过许多技术路径，其中不乏失败的案例。t匕如，利用稻壳气化炉(固定床、流化床、气流床等)，在缺氧的条件下使得稻壳部分燃烧以得到碳化稻壳，但最后得到的是失去活性的产品。再比如，在气化炉中设置水冷管，以求控制床层温度，但由于难以精确控温，也难以产出合格的产品。目前可以稳定地得到活性碳化稻壳的生产设施有两类一种是沿用传统的炭窑，在400°C左右将稻壳碳化，这种方式的窑内传热过程极其缓慢，需要500小时左右的碳化时间，所以产能很低，单位生产成本高昂，碳化过程产生的可燃气体难以进行能源利用；另外一种是对稻壳进行间接加热，稻壳在金属管内的封闭空间内被间接加热而发生热解碳化，管外利用温度低于680°C的烟气作为热源，碳化时间可以减少到5小时(即300分钟)以内，热解产生的可燃气体也可以进行能源利用，但由于成本太高和产能太低，几乎没有工业应用价值。 生产活性碳化稻壳的技术现状是可以大规模工业化生产的装置，无法保证碳化稻壳的活性；而能够保证碳化稻壳活性的装置，又因为产能太低或成本太高，而无法实现工业化生产。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供垂直移动床稻壳碳化炉及其碳化稻壳方法，其针对大规模工业化生产碳化稻壳提出了一种新的思路设计一种垂直移动床稻壳碳化炉，并利用可以精确控制温度和残氧量的操作气，以及由重力驱动的稻壳连续流动，使得稻壳与操作气直接接触并发生逆流换热，稻壳与操作气之间的换热过程和换热效率都得到极大的强化，从而实现稻壳的控温连续碳化，稻壳碳化时间被压缩到30分钟左右，实现了活性碳化稻壳的工业化生产，从而解决上述背景技术中的问题。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现
垂直移动床稻壳碳化炉，包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。本发明的思路实际上是将碳化炉转变为一个操作气与稻壳颗粒之间的直接式换热器，颗粒流动模式为垂直移动床。垂直移动床是一种常见的颗粒床，比如石灰石立窑就是一种典型的垂直移动床，但将垂直移动床用于稻壳的热解，会产生大量新的技术障碍，本发明的目标即为解决这些技术障碍。为了解决技术障碍，本发明的发明人做了大量的创造性工作。所述颗粒系统包括自上而下依序设置的上位料仓、上炉体、炉体和炉底，所述上位料仓的底部设置有延伸至所述上炉体内部的喉口，所述炉体内部设置有布气器，所述布气器的下方设置有内冷器，所述炉底的下部利用下锁气器连接外冷器。所述燃气系统包括冷凝器、燃气风机和副燃气风机，所述燃气风机和副燃气风机利用管道连接所述上炉体的排气口，所述冷凝器设置于所述管道上。所述操作气系统包括设置有主燃烧器和点火燃烧器的燃烧室，所述主燃烧器连接送风机和所述副燃气风机，所述燃烧室的出口设置有烟箱，所述烟箱的上游位置设置有喷水减温器；所述燃烧室还设置有点火燃烧器，所述点火燃烧器连接液化气罐。所述控制系统包括
设置于所述上位料仓上 且控制所述上位料仓内稻壳的料位的稻壳料位传感器、
设置于所述燃烧室出口且控制送风机转速的残氧浓度传感器、
设置于所述燃烧室出口的燃烧室出口温度传感器、
设置于所述烟箱上且控制所述喷水减温器的操作气温度传感器、
设置于所述上炉体排气口且控制所述副燃气风机的炉膛出口温度传感器、
设置于所述上炉体炉顶内腔且控制所述燃气风机转速的炉膛出口压力传感器、
设置于所述下锁气器出口的排料温度传感器、
设置于所述喉口的喉口稻壳温度传感器，
所述排料温度传感器和所述喉口稻壳温度传感器采集的信号作为报警信号使用。所述上位料仓顶部设置有上锁气器。 所述炉体设置有振打器。所述上位料仓设置有喷淋水泵。所述的上炉体和炉体构成了碳化炉本体，两者之间由法兰联接，它们都是由碳钢制成的带有水冷夹套的壳体，内衬耐火浇注料，稻壳充填在碳化炉本体的内腔(即炉膛)内并在重力的作用下向下流动；上炉体是锥体，锥角为120° 150°，锥体壁面的上部设置有防爆门和排气口，排气口上设置有炉膛出口温度传感器，炉顶内腔设置有炉膛出口压力传感器；喉口焊接在上炉体的顶盖上。所述喉口是联接上位料仓和上炉体的一段垂直管道，伸入上炉体炉膛部分的长度为100 300mm ;喉口由钢材制成，并设置有聚四氟乙烯内衬，口径不小于300 mm ;稻壳颗粒充满喉口并在重力的作用下向下流动；上炉体内的喉口周边是碳化炉的气相空间，气体是操作气与稻壳相互作用的产物；喉口通过法兰与上位料仓相连。所述的布气器位于炉体的下方，它由进气口、壳体和若干个相互平行的布气通道构成；进气口的一端通过法兰联接到喷水减温器上，另一端焊接在壳体的侧壁上；壳体的上端通过法兰与炉体相连，外壁敷设有保温层；布气通道是一个异型管道，一端透过壳体侧壁与进气口相连，另外一端焊接在对面的侧壁上，该异型管道由底面、垂直侧壁、倾斜顶壁构成，底面是多孔板，操作气从其中的小孔注入炉膛；布气通道之间的净距离不小于200mm ;布气器整体由抗氧化耐热钢制成。所述的内冷器布置在布气器的下方，它是一组由椭圆管组成的顺列管束型换热器，管内冷却介质为循环冷却水，管外是碳化稻壳；椭圆管轴线方向与布气器的布气通道的轴线方向互相垂直，水平方向的管间净距离不小于200 mm ;椭圆管穿过壳体并焊接在壳体的侧壁上，壳体侧壁是布气器壳体侧壁的向下延伸，壳体的下端通过法兰联接在仓底上。所述的上锁气器和下锁气器，可以是各种类型的常规锁气设备(如星型关风器)；所述的外冷器可以是各类常规的灰渣冷却设备。所述的主燃烧器是常规的低热值气体燃烧器，燃烧室是一个绝热燃烧室，燃烧室的壁面由耐火材料构筑而成。所述的喷水减温器，由水夹套构成的腔体、喷雾水泵、雾化器等构成，外壁敷设保温层；工作流程为可以精确调节流量的喷雾水泵将冷水输送到水夹套中，流出水夹套的热水通过雾化器喷入腔体；腔体的一端通过法兰联接在燃烧室的出口，另外一端通过法兰联接在烟箱上。所述的烟箱由抗氧化耐热钢制成，外壁敷设保温层。所述的布气器布气通道的轴线方向与内冷器椭圆管的轴向方向相互垂直。垂直移动床稻壳碳化炉碳化稻壳的方法，包括如下步骤
1.进料至上位料仓满仓；
2.启动燃气风机和循环冷却水泵；
3.燃烧室的点火燃烧器点火，同时开启控制系统； 4.调整残氧浓度传感器的目标参数不得小于1%，操作气温度传感器的目标参数为675 685°C，炉膛出口温度传感器的目标参数为96 100°C，炉膛出口压力传感器的目标参数为-50 -30 Pa,排料温度传感器的目标参数为小于400°C ；
5.炉膛出口温度传感器的目标参数达到96 100°C时，逐步投入副燃气风机、送风机，并逐步减少点火燃烧器负荷到零，利用稻壳料位传感器，逐步加大出料量到额定负荷；
6.正常生产；
7.停机给料停用稻壳改用其它小颗粒惰性物料，下锁气器调节到最大负荷；依次关闭副燃气风机、送风机、停用控制系统；燃气风机降到最低负荷；直至稻壳出净后停炉。所述操作气温度传感器的目标参数为680°C。所述炉膛出口温度传感器的目标参数为98°C 本发明的工作过程为
稻壳依次通过给料机、提升机、上锁气器，加入上位料仓，通过喉口自流到碳化炉内；碳化炉本体是一个垂直移动床，它由上炉体和炉体两个部件构成；炉体下方依次是布风器、内冷器、炉底、下锁气器、外冷器；下锁气器同时承担着出料功能，出料量决定了垂直移动床的稻壳流量；从上位料仓到下关风器之间，稻壳依靠重力实现自流；在布风器、内冷器、炉底等部位，设置有机械振打装置，以消除料流不畅的现象。以上部件共同构成了碳化炉的颗粒系统。稻壳在碳化炉内发生热解反应，反应的气相产物经过冷凝器分离为两相气相产物为可燃气体，液相产物为粘度很低的轻质木焦油，轻质木焦油在冷凝器的底部由阀门定期排出，可燃气体由燃气风机驱动，送至燃气用户(比如燃气锅炉)。燃气风机承担着碳化炉的排气功能。以上部件共同构成了碳化炉的燃气系统。稻壳热解反应所需要的热源来自流经布气器的操作气。燃气风机送出的可燃气体分出一路，由副燃气风机升压后送入燃烧器，燃烧器燃烧所需的空气由送风机提供；可燃气体与空气在燃烧室内燃烧，生成高温烟气；高温烟气经过喷水减温器后，烟气温度被精确调制到指定温度，作为碳化炉的操作气使用；喷水减温器的喷雾水由喷雾水泵提供；操作气经过烟箱分配到布气器，进入炉体，与垂直移动床中的稻壳颗粒发生逆流热交换使得稻壳热解。以上部件共同构成了碳化炉的操作气系统。此外，液化气罐和燃烧器起到启动作用。停炉时需要对床层降温以防发生事故，降温设施为设置在上位料仓的喷淋水喷头；上位料仓、喉口、上炉体、炉体、炉底等部件皆为水冷夹套结构，内部为循环冷却水；冷凝器的放热元件为水冷换热器；以上设备的冷却水皆来自水箱，由循环冷却水泵驱动。
设置在各个部位的温度、压力、料位等测点，测点信号的处理与传输，以及各个风机和水泵的变频器、各个驱动电机及其调速机构、控制器等，构成了控制系统。本发明提出的垂直移动床稻壳碳化装置，其工作机理是
颗粒系统是本发明提出的垂直移动床稻壳碳化装置的主体，其它系统皆为附属设施。颗粒在重力的驱动下垂直向下运动，形成垂直移动床，主床层所处的空间即为碳化炉的炉膛；来自布气器的操作气在床层内自下向上流动，操作气与颗粒床层共同构成了一个直接式逆流气粒换热器；由于操作气的残氧量得到精确控制，不小于1%，所以碳化炉的炉膛内不发生放热的氧化反应，稻壳热解碳化所需的热量皆来自于操作气的显热放热，所以碳化炉内的最高颗粒温度即为操作气的进口温度，该温度被精确控制为675 685°C，可以确保产出的碳化稻壳为活性碳化稻壳。操作气与稻壳颗粒之间在发生热量交换的同时，稻壳也发生热解，放出气相热解产物进入气流之中；流出床层的气体温度被精确控制为96 100°C，所以气流中的低沸点有机物在床层上方反复发生着凝结、随着颗粒下行、再次受热热解的循环过程，只有沸点低于98°C的气体组分才会最终流出炉膛，这个过程实际上相当于一个分馏过程，气体产物中不含重质焦油，消除了焦油的处理和污染问题，彻底解决了长期困扰生物质热解装备含焦油燃气难以处理的技术瓶颈。床层的换热量由换热面积和换热温差以及换热系数决定，对于稻壳而言，实测的垂直移动床稻壳碳化装置的床层中，换热系数较低大约为8W/ m2. °C，全逆流换热的平均传热温差为10°C，但是换热面积高达3000m2/m3以上，所以垂直移动床稻壳碳化装置的床层中，换热量至少可以达到860MJ/m3. h，考虑到每千克稻壳完成碳化所需要的热量低于2 MJ,按照换热能力计算，理论上床层对稻壳的碳化处理能力大于340kg/m3. h，该数据已经远远超出了实际需求，所以，对于本发明提出的垂直移动床稻壳碳化装置而言，换热能力不再是稻壳碳化产能的限制性因素。从换热过程来看，与现有的稻壳碳化技术相比，本发明提出的垂直移动床稻壳碳化装置具有明显的技术优势。由于传热过程得到了大幅度强化而不再是限制产能的因素，则床层对稻壳的碳化处理能力，限制型因素转变为热解过程，也就是稻壳颗粒的热解过程本身所需要的时间。测试证明，680°C下对稻壳颗粒加热时，需要的碳化时间至少需要20分钟，工程实施时设置为30分钟左右。由于稻壳的堆积密度只有100 kg/m3，所以碳化炉的有效炉膛容积才是产能的限制性因素，稻壳在床层内停留30分钟时，对应的稻壳处理能力为200kg/m3.h，以此数据计算出稻壳与操作气之间的平均换热温差仅仅为5. 9°C。综上所述，本发明提出的垂直移动床稻壳碳化装置，稻壳处理能力理论上约为200kg/m3. ho保证垂直移动床生产出活性碳化稻壳的关键，在于操作气的温度和残氧必须能够被精确地控制。本发明采取的操作气残氧控制措施为使用绝热燃烧室作为燃气的燃烧场所，炉膛出口使用氧量传感器实现对送风流量的闭环控制。本发明采取的操作气温度控制措施为炉膛出口之后对高温烟气喷水减温，喷水减温器的出口设置温度传感器实现对喷雾流量的闭环控制。根据活性碳化稻壳的技术要求，操作气的进口温度为680 土 5°C，排气温度为98 土 2°C，则操作气的换热效率大约为85%，每处理I kg稻壳需要的操作气流量约为 3. ONm3。下面对本发明提出的垂直移动床稻壳碳化装置的工作特性和操作方式作进一步的描述
控制系统设置的在线传感器有8个
设置于所述上位料仓上且控制所述上位料仓内稻壳的料位的稻壳料位传感器、
设置于所述燃烧室出口且控制送风机转速的残氧浓度传感器、
设置于所述燃烧室出口的燃烧室出口温度传感器、
设置于所述烟箱上且控制所述喷水减温器的操作气温度传感器、
设置于所述上炉体排气口且控制所述副燃气风机的炉膛出口温度传感器、
设置于所述上炉体炉顶内腔且控制所述燃气风机转速的炉膛出口压力传感器、
设置于所述下锁气器出口的排料温度传感器、
设置于所述喉口的喉口稻壳温度传感器，
稻壳料位传感器安装在上位料仓的仓顶，实际使用表明，超声料位计适合于稻壳料位的在线测量。驱动电机采用变频调节的部件有燃气风机、副燃气风机、送风机、喷雾水泵。调速电机驱动的部件有给料机、下锁气器。驱动其它部件的电机只设置启停操作模式。控制与操作的基本逻辑关系为
稻壳料位传感器控制给料机，闭环调节；
残氧浓度传感器控制送风机，目标参数小于1%，闭环调节；
操作气温度传感器控制喷雾水泵，目标参数680 土 5°C，闭环调节；
炉膛出口温度传感器控制副燃气风机，目标参数98 土 2°C，闭环调节；
炉膛出口压力传感器控制燃气风机，目标参数-40 土 10 Pa，闭环调节；
喉口稻壳温度传感器控制喷淋水泵，目标参数为小于80°C，启停控制；
排料温度传感器的目标参数为小于400°C，超温时表示冷却水故障或下锁气器故障，触发报警信号，不能排除故障时停炉检修。实际使用时，执行以下启动程序依次开启上锁气器、提升机、送料机，装料到上位料仓满仓后停止装料；启动燃气风机和循环冷却水泵；投入点火燃烧器点火，并启动残氧浓度传感器、燃烧室出口温度传感器、操作气温度传感器、炉膛出口温度传感器、炉膛出口压力传感器、排料温度传感器和喉口稻壳温度传感器，监视炉膛出口温度；炉膛出口温度达到98°C时，逐步投入副燃气风机、送风机，并逐步减少点火燃烧器负荷到零，启用稻壳料位传感器，逐步加大出料量到额定负荷；完成以上程序后，碳化炉转入正常生产状态。停炉检修时，执行以下停炉程序给料用稻壳改用黄沙(或其它小颗粒惰性物料)，下锁气器调节到最大负荷；依次关闭副燃气风机、送风机、停用残氧浓度传感器、燃烧室出口温度传感器、操作气温度传感器、炉膛出口温度传感器、炉膛出口压力传感器、排料温度传感器和喉口稻壳温度传感器，燃气风机降到最低负荷；直至稻壳出净后停炉。有益效果
本发明在生产规模上实现了稻壳的控温连续碳化，产品为活性碳化稻壳、轻质木焦油和可燃气体，无废水排放。
图I为本发明结构示意图。
图2为本发明布气器的安装结构示意图。图3为图2所示的布气器A向结构示意图。图4为图2所示的布气器B向结构示意图。图5为本发明循环冷却水的流程图。图中1.上位料仓，2.上炉体，3.炉体，4.炉底，5.喉口，6.布气器，7.内冷器，8.下锁气器，9.外冷器，10.喷水减温器，11.上锁气器，12.冷凝器，13.燃气风机，14.副燃气风机，15.振打器，16.喷淋水泵，17.主燃烧器，18.点火燃烧器，19.燃烧室，20.送风机，21.烟箱，22.喷淋水喷头，23.液化气罐，24.喷雾水泵，25.提升机，26.给料机；27.水箱，28.循环冷却水泵，
炉膛出口温度传感器Tl，燃烧室出口温度传感器T2，操作气温度传感器T3，排料温度传感器T4，喉口稻壳温度传感器T5，稻壳料位传感器H，残氧浓度传感器02，炉膛出口压力 传感器P。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。参见图1，垂直移动床稻壳碳化炉，包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。本发明的思路实际上是将碳化炉转变为一个操作气与稻壳颗粒之间的直接式换热器，颗粒流动模式为垂直移动床。垂直移动床是一种常见的颗粒床，比如石灰石立窑就是一种典型的垂直移动床，但将垂直移动床用于稻壳的热解，会产生大量新的技术障碍，本发明的目标即为解决这些技术障碍。所述颗粒系统包括自上而下依序设置的上位料仓I、上炉体2、炉体3和炉底4，所述上位料仓I的底部设置有延伸至所述上炉体2内部的喉口 5，所述炉体3内部设置有布气器6，所述布气器6的下方设置有内冷器7，所述炉底4的下部利用下锁气器8连接外冷器9。所述的上炉体2和炉体3构成了碳化炉本体，两者之间由法兰联接，它们都是由碳钢制成的带有水冷夹套的壳体，内衬耐火浇注料，稻壳充填在碳化炉本体的内腔(即炉膛)内并在重力的作用下向下流动；上炉体2是锥体，锥角为120° 150°，锥体壁面的上部设置有防爆门和排气口，排气口上设置有炉膛出口温度传感器Tl，炉顶内腔设置有炉膛出口压力传感器P ;喉口 5焊接在上炉体2的顶盖上。所述喉口 5是联接上位料仓I和上炉体2的一段垂直管道，伸入上炉体2炉膛部分的长度为100 300mm;喉口 5由钢材制成，并设置有聚四氟乙烯内衬，口径不小于300 mm ;稻壳颗粒充满喉口并在重力的作用下向下流动；上炉体2内的喉口 5周边是碳化炉的气相空间，气体是操作气与稻壳相互作用的产物；喉口 5通过法兰与上位料仓I相连。所述的布气器6位于炉体3的下方,它由进气口、壳体和若干个相互平行的布气通道构成；进气口的一端通过法兰联接到喷水减温器10上，另一端焊接在壳体的侧壁上；壳体的上端通过法兰与炉体相连，外壁敷设有保温层；布气通道是一个异型管道，一端透过壳体侧壁与进气口相连，另外一端焊接在对面的侧壁上，该异型管道由底面、垂直侧壁、倾斜顶壁构成，底面是多孔板，操作气从其中的小孔注入炉膛；布气通道之间的净距离不小于200 mm;布气器6整体由抗氧化耐热钢制成。所述的内冷器7布置在布气器6的下方，它是一组由椭圆管组成的顺列管束型换热器，管内冷却介质为循环冷却水，管外是碳化稻壳；椭圆管轴线方向与布气器6的布气通道的轴线方向互相垂直，水平方向的管间净距离不小于200 mm ;椭圆管穿过壳体并焊接在壳体的侧壁上，壳体侧壁是布气器6壳体侧壁的向下延伸，壳体的下端通过法兰联接在炉底4上。所述上位料仓I顶部设置有上锁气器11 ;所述炉体设置有振打器15 ;所述上位料仓设置有喷淋水泵16，喷淋水泵16具有喷淋水喷头22。所述的上锁气器11和下锁气器8，可以是各种类型的常规锁气设备(如星型关风器)；所述的外冷器9可以是各类常规的灰渣冷却设备。所述燃气系统包括冷凝器12、燃气风机13和副燃气风机14，所述燃气风机13和副燃气风机14利用管道连接所述上炉体2的排气口，所述冷凝器12设置于所述管道上。所述操作气系统包括设置有主燃烧器17和点火燃烧器18的燃烧室19，所述主燃烧器17连接送风机20和所述副燃气风机14，所述燃烧室19的出口设置有烟箱21，所述烟 箱21的上游位置设置有喷水减温器10 ;所述燃烧室19还设置有点火燃烧器18，所述点火燃烧器连接液化气罐23。所述控制系统包括
设置于所述上位料仓I上且控制所述上位料仓I内稻壳的料位的稻壳料位传感器H、 设置于所述燃烧室19出口且控制送风机20转速的残氧浓度传感器02、
设置于所述燃烧室19出口的燃烧室出口温度传感器T2、
设置于所述烟箱21上且控制所述喷水减温器10的操作气温度传感器T3、
设置于所述上炉体2排气口且控制所述副燃气风机14的炉膛出口温度传感器Tl、 设置于所述上炉体2炉顶内腔且控制所述燃气风机13转速的炉膛出口压力传感器P、 设置于所述下锁气器8出口的排料温度传感器T4、
设置于所述喉口 5的喉口稻壳温度传感器T5,
所述排料温度传感器T4和所述喉口稻壳温度传感器T5采集的信号作为报警信号使用。所述的主燃烧器17是常规的低热值气体燃烧器，燃烧室19是一个绝热燃烧室，燃烧室19的壁面由耐火材料构筑而成。所述的喷水减温器10，由水夹套构成的腔体、喷雾水泵24、雾化器等构成，外壁敷设保温层；工作流程为可以精确调节流量的喷雾水泵24将冷水输送到水夹套中，流出水夹套的热水通过雾化器喷入腔体；腔体的一端通过法兰联接在燃烧室19的出口，另外一端通过法兰联接在烟箱21上。所述的烟箱21由抗氧化耐热钢制成，外壁敷设保温层。本发明中，为了能够更好的对温度进行控制，设置了冷却水循环系统，其包括串联的水箱27和循环冷却水泵28，并供给喷淋水泵16和喷雾水泵24冷却用水，同时供给冷凝器12的冷凝水；同时，上炉体2、炉底4、喉口 5、布气器6、内冷器7、烟箱21的外壁均设置有冷却水夹套，冷却水夹套与水箱27和循环冷却水泵28连通。下列实施例中，以一台产能为每小时处理I吨稻壳的小型稻壳碳化炉为例
几何特征参数如下炉体3的腔内横截面尺寸1500 X 1500mm,炉体3有效高度(从布气器6上缘到炉体3壳体的上部接口法兰)为2500 mm。部件参数的典型配置如下
(1)给料机26:螺旋输送机,最大输送能力10m3/h,调速电机驱动；
(2)提升机27:斗式提升机，最大输送能力15m3/h，不调速；
(3)上锁气器11:星型关风器，输送能力25m3/h，电机驱动，不调速；
(4)送风机20:离心风机，流量1500m3/h，压头2kPa，变频调速；
(5)燃气风机13:防爆型离心风机，流量4000m3/h，压头3kPa，变频调速；
(6)副燃气风机14:防爆型离心风机，流量800m3/h，压头3kPa，变频调速；
(7)下锁气器8:耐热型星型关风器，最大输送能力15m3/h，调速电机驱动；
(8)外冷器9:壳体带有水夹套的埋刮板输送机，最大输送能力20m3/h。实施例I
垂直移动床稻壳碳化炉碳化稻壳的方法，包括如下步骤
1.进料至上位料仓I满仓；
2.启动燃气风机13和循环冷却水系统；
3.燃烧室的点火燃烧器点火，同时开启控制系统；
4.调整残氧浓度传感器02的目标参数为I.5%，操作气温度传感器T3的目标参数为675°C，炉膛出口温度传感器Tl的目标参数为96°C，炉膛出口压力传感器P的目标参数为-50 Pa，排料温度传感器T4的目标参数为300°C ；
5.炉膛出口温度传感器的目标参数达到96°C时，逐步投入副燃气风机14、送风机20，并逐步减少点火燃烧器18负荷到零，利用稻壳料位传感器H，逐步加大出料量到额定负荷；
6.正常生产；
7.停机给料停用稻壳改用黄沙，下锁气器8调节到最大负荷；依次关闭副燃气风机14、送风机20、停用控制系统；燃气风机13降到最低负荷；直至稻壳出净后停炉。实施例2
垂直移动床稻壳碳化炉碳化稻壳的方法，包括如下步骤
1.进料至上位料仓I满仓；
2.启动燃气风机13和循环冷却水系统；
3.燃烧室的点火燃烧器点火，同时开启控制系统；
4.调整残氧浓度传感器02的目标参数为2.0%，操作气温度传感器T3的目标参数为685°C，炉膛出口温度传感器Tl的目标参数为100°C，炉膛出口压力传感器P的目标参数为-30 Pa，排料温度传感器T4的目标参数为350°C ；
5.炉膛出口温度传感器的目标参数达到100°C时，逐步投入副燃气风机14、送风机20，并逐步减少点火燃烧器18负荷到零，利用稻壳料位传感器H，逐步加大出料量到额定负荷;
6.正常生产；
7.停机给料停用稻壳改用黄沙，下锁气器8调节到最大负荷；依次关闭副燃气风机14、送风机20、停用控制系统；燃气风机13降到最低负荷；直至稻壳出净后停炉。实施例3垂直移动床稻壳碳化炉碳化稻壳的方法，包括如下步骤
1.进料至上位料仓I满仓；
2.启动燃气风机13和循环冷却水系统；
3.燃烧室的点火燃烧器点火，同时开启控制系统；
4.调整残氧浓度传感器02的目标参数为2.3%，操作气温度传感器T3的目标参数为680°C，炉膛出口温度传感器Tl的目标参数为98°C，炉膛出口压力传感器P的目标参数为-40 Pa，排料温度传感器T4的目标参数为345°C ；
5.炉膛出口温度传感器的目标参数达到98°C时，逐步投入副燃气风机14、送风机20，并逐步减少点火燃烧器18负荷到零，利用稻壳料位传感器H，逐步加大出料量到额定负荷； 6.正常生产；
7.停机给料停用稻壳改用黄沙，下锁气器8调节到最大负荷；依次关闭副燃气风机14、送风机20、停用控制系统；燃气风机13降到最低负荷；直至稻壳出净后停炉。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。
2.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述颗粒系统包括自上而下依序设置的上位料仓、上炉体、炉体和炉底，所述上位料仓的底部设置有延伸至所述上炉体内部的喉口，所述炉体内部设置有布气器，所述布气器的下方设置有内冷器，所述炉底的下部利用下锁气器连接外冷器。
3.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述燃气系统包括冷凝器、燃气风机和副燃气风机，所述燃气风机和副燃气风机利用管道连接所述上炉体的排气口，所述冷凝器设置于所述管道上。
4.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述操作气系统包括设置有主燃烧器和点火燃烧器的燃烧室，所述主燃烧器连接送风机和所述副燃气风机，所述燃烧室的出口设置有烟箱，所述烟箱的上游位置设置有喷水减温器；所述燃烧室还设置有点火燃烧器，所述点火燃烧器连接液化气罐。
5.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述控制系统包括 设置于所述上位料仓上且控制所述上位料仓内稻壳的料位的稻壳料位传感器、 设置于所述燃烧室出口且控制送风机转速的残氧浓度传感器、 设置于所述燃烧室出口的燃烧室出口温度传感器、 设置于所述烟箱上且控制所述喷水减温器的操作气温度传感器、 设置于所述上炉体排气口且控制所述副燃气风机的炉膛出口温度传感器、 设置于所述上炉体炉顶内腔且控制所述燃气风机转速的炉膛出口压力传感器、 设置于所述下锁气器出口的排料温度传感器、 设置于所述喉口的喉口稻壳温度传感器， 所述排料温度传感器和所述喉口稻壳温度传感器采集的信号作为报警信号使用。
6.根据权利要求2所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述上位料仓顶部设置有上锁气器。
7.根据权利要求2所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述炉体设置有振打器。
8.根据权利要求2所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述上位料仓设置有喷淋水泵。
9.一种如权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉碳化稻壳的方法，其特征在于包括如下步骤 ·51.进料至上位料仓满仓； ·52.启动燃气风机和循环冷却水泵； ·53.燃烧室的点火燃烧器点火，同时开启控制系统； ·54.调整残氧浓度传感器的目标参数不得小于1%，操作气温度传感器的目标参数为·675 685°C，炉膛出口温度传感器的目标参数为96 100°C，炉膛出口压力传感器的目标参数为-50 -30 Pa,排料温度传感器的目标参数为小于400°C ； S5.炉膛出口温度传感器的目标参数达到96 100°C时，逐步投入副燃气风机、送风机，并逐步减少点火燃烧器负荷到零，利用稻壳料位传感器，逐步加大出料量到额定负荷； S6.正常生产； S7.停机给料停用稻壳改用其它小颗粒惰性物料，下锁气器调节到最大负荷；依次关闭副燃气风机、送风机、停用控制系统；燃气风机降到最低负荷；直至稻壳出净后停炉。
10.根据权利要求9所述的垂直移动床稻壳碳化炉碳化稻壳的方法，其特征在于所述操作气温度传感器的目标参数为680°C ;所述炉膛出口温度传感器的目标参数为98°C。
全文摘要
垂直移动床稻壳碳化炉及其碳化稻壳方法。垂直移动床稻壳碳化炉，包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。本发明在生产规模上实现了稻壳的控温连续碳化，产品为活性碳化稻壳、轻质木焦油和可燃气体，无废水排放。
文档编号C10B53/02GK102703099SQ201210201698
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者刘心志, 刘鹏飞, 张厚雷, 朱曙光, 汤华林, 沈建锋, 熊荣辉, 邓存芳 申请人:安徽明太生物科技有限公司