CN102250628B - 用于活性炭制备的零排放式双筒旋转炭化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于活性炭制备的零排放式双筒旋转炭化炉，其包括：可旋转的内筒及可旋转的外筒、位于内筒内的加热装置、驱动内筒及外筒旋转的驱动装置；其中，外筒套在内筒之外；炭化炉还包括有燃气-烟气回路结构，该回路结构将炭化炉之炭粉原料受热所产生的燃气送入燃烧装置进行燃烧，并将燃气所产生的烟气进一步用于加热炭粉原料。由于设置了燃气-烟气回路结构，炭化过程中产生的可燃性气体从该回路结构进入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气从该回路结构中进入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化；既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

Description

用于活性炭制备的零排放式双筒旋转炭化炉

技术领域

本发明涉及一种用于活性炭制造中所使用的炭化炉，更具体地讲，本发明涉及一种从粉煤灰出发制备活性炭的、零排放式双筒旋转炭化炉。

背景技术

炭化工序是气体活化法生产活性炭过程中的重要工序之一，该过程把原料隔绝空气加热，使非碳元素减少，以生产出适合活化工序所需要的碳质材料，是活化前的主要准备与基础。在煤基活性炭生产过程中，炭化过程通常包括物料的炭化和炭化尾气处理两部分。

中国专利88221216.8公开了一种化学法制活性炭用的多螺杆炭化炉,其涉及化学法制活性炭用的炭化炉的改进。其主要特点是在固定不动的炉内用螺杆推送物料，进入炉内的热炉气不和物料直接接触，而是和热辐射板接触，使热辐射板受热后发射远红外线加热物料，完成干燥、活化和炭化过程。

中国专利93227406.4公开了一种井式活性炭纤维材料活化炭化炉,其由炉体固定设置部分和炉体可移位部分组成,炉体固定设置部分的炉体为立式，在地坑内井式设置，原料由炉体上部开口进出，电热元件在井内分布，电控系统与此连结以对炉温进行自动控制。炉体可移动部分的炉胆与炉裙盖固定连结一起。

中国专利200710068892.9公开了一种炭化炉,包括炉体、燃烧室,炉体外围整体包覆有包温材料,炉体上设有进料口和出料口,所述的炭化炉设有余热回收管,余热回收管分别连接炉体和燃烧室,余热回收管出口处设有点火装置。

中国专利201010233150.9公开了一种生产生物质炭的炭化炉,包括烟筒,旋转炉体,进料斗、出料斗、油气排出管，旋转炉体由旋转托轮支承，进料斗、出料斗、油气排出管装置在旋转炉体上，烟筒设置在旋转炉体内，烟筒与旋转炉体同轴，旋转炉体内壁上设置有螺旋叶片或烟筒与旋转炉体的同轴线与水平面有一角度5°<&<30°。

中国专利201010197974.5公开了一种多管外热式烟气回抽旋转炭化炉,它有一个斜卧式回转炉体，炉体高端一侧装有进料斗，低端一侧有出料口和燃烧室，炉体内有沿截面环形分布的管束，炭化料与烟气道分隔，炭化料走管程，烟气走壳程。

但上述的现有技术中，炭化炉的结构为单筒结构，炭粉原料行程相对较短，而且没有对炭化过程中所产生可燃性有机物进行合理地解决，直接将其排入大气中，既引起环境污染，又造成资源浪费。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种既节约资源、又减少环境污染的炭化炉。该炭化炉特别适合于由粉煤灰所制备的炭粉的炭化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于活性炭制备的零排放式双筒旋转炭化炉，其包括：可旋转的内筒及可旋转的外筒、位于内筒内的加热装置、驱动内筒及外筒旋转的驱动装置；其中，外筒套在内筒之外；炭化炉还包括燃气-烟气回路结构，该回路结构将炭化炉之炭粉原料受热所产生的燃气送入燃烧装置进行燃烧，并将燃气所产生的烟气进一步用于加热炭粉原料。

本发明中所称的“炭粉原料”特指在炭化炉内炭化的原料，其可为颗粒状含碳物料，例如由粉煤灰浮选制得的含碳颗粒。

本发明中所称的“燃气”特指炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体，其可包括CO、H₂、CH₄、烷烃、烯烃、煤焦油等各种挥发物组分；所称的“烟气”为燃气在燃烧装置中燃烧后所产生的气体。

本发明中，内筒及外筒的旋转方向可相同，也可相反。优选地，外筒的轴线与内筒的轴线重合。

外筒和内筒的轴线可水平，也可与水平面有微小的夹角，例如，该夹角为5°-8°。外筒和内筒在驱动装置的驱动下旋转，使位于其内的炭粉原料（例如经浮选的粉煤灰颗粒）加热得更均匀更充分。

由于设置了燃气-烟气回路结构，炭化过程中产生的可燃性气体从该回路结构进入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气从该回路结构中进入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而将其炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

根据本发明的一实施方式，燃气-烟气回路结构包括位于内筒首部的第一开口、位于内筒尾部的第二开口、位于外筒尾部的第三开口；第二开口套在外筒之内。

第二开口的数目可以有多个，例如位于与内筒的尾端距离相等的同一纵截面上，外筒将所有第二开口均套于其内。

炭粉原料从内筒的第一开口处进入，在内筒旋转的作用下，流向第二开口，并经第二开口进入外筒，同样在外筒的旋转作用下，流向第三开口。燃气-烟气与炭粉原料可为顺流接触，也可为逆流接触。当顺流接触，炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体从第三开口流出炭化炉，进入燃烧装置进行燃烧；可燃性气体燃烧产生的高温烟气从第一开口进入炭化炉，并经第二开口流向第三开口。当逆流接触，炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体从第一开口流出炭化炉，进入燃烧装置进行燃烧；可燃性气体燃烧产生的高温烟气从第三开口进入炭化炉，并经第二开口流向第一开口。本发明优选为顺流接触。

根据本发明的另一实施方式，第一开口位于内筒首部的端面上。炭粉原料也从该第一开口进入内筒。

根据本发明的另一实施方式，外筒的尾部邻近内筒的首部，外筒的首部邻近内筒的尾部。

根据本发明的另一实施方式，内筒和/或外筒为首部细、尾部粗的圆台状。还可为首部细、尾部粗的半球状、半椭球状或其它形状。这样，在内筒和/或外筒旋转的过程中，在自身重力的作用下，位于其内的炭粉原料自筒的首部流向筒的尾部。当内筒和/或外筒为圆台状，内筒和/或外筒的侧边与中轴线的夹角优选为5°-15°，在此基础上进一步优选为8°-12°，在此基础上进一步优选为10°-11°。

根据本发明的另一实施方式，内筒可为圆柱形。而外筒可为圆柱形，也可为圆台状。

根据本发明的另一实施方式，本发明的炭化炉还包括收集装置，该收集装置套在外筒之外，并将第三开口套于其内。该第三开口的数目可以有多个，例如位于与外筒的尾端距离相等的同一纵截面上，该收集装置可为将所有第三开口均套于其内的内空环套。在该实施方式中，收集装置的外壁上设有第四开口，用于连接通向燃烧装置的气体管道，该第四开口设于收集装置的上部或顶端。

根据本发明的另一实施方式，本发明的炭化炉还包括推送装置；该推送装置为设置在内筒和/或外筒的内壁上的多个扬板。这里的扬板又称扬料板或抄板，用于把筒内的物料抄起又洒下，使物料与气流的接触表面增大，以提高干燥、加热的速率并促进物料前行。炭化炉的内筒及外筒旋转时，位于其内的颗粒状的炭粉原料在扬板的作用下被向前推送。为了达到更好的推送效果，该多个扬板在内筒和/或外筒的内壁上呈螺旋线状排布。

根据本发明的另一实施方式，加热装置可为位于内筒的轴线处的轴状电加热管；或者为多个分散在内筒内以及内外筒之间的体积较小的电加热管；或者在内筒内设置轴状电加热管，在内外筒之间设置多个分散的体积较小的电加热管。

在本发明的另一实施方式中，炭化炉还包括进料装置；该进料装置为与第一开口连通的进料管道；进料管道设有进料口；进料管道内设有倾斜设置的、指向第一开口的挡板。炭粉原料从进料口进入，落到挡板上，并沿着挡板滑进第一开口，进入内筒。

另外，具体而言，可在炭化炉的旁边设置燃烧炉以及配套的第一气体管道和第二气体管道。例如，第二气体管道与收集装置的第四开口相连通。第二气体管道的末端连接到燃烧炉的进气口，且燃气管道中间设有气体泵。第一气体管道的起始端连接到燃烧炉的出气口，末端通向炭化炉内。第二气体管道收集炭化炉内产生的燃气并输入燃烧炉内进行燃烧，第一气体管道将燃烧后产生的高温气体通入炭化炉内。在这种实施方式中，炭化炉的加热装置可以仅仅为设置在内筒轴线处的轴状电加热管，该电加热管加热一段时间后关闭，电加热管加热时产生的可燃性气体被气体泵泵送到燃烧炉里进行燃烧，燃烧后产生的高温烟气通过烟气管道进入炭化炉内，对炭化炉内的炭粉原料进行加热，加热产生的燃气又被泵回燃烧炉内燃烧并产生高温烟气，如此循环。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、由于设置了燃气-烟气回路结构，炭化过程中产生的可燃性气体从该回路结构进入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气又从该回路结构中进入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热；如此循环，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染；

2、由于设置了双筒，内筒中的炭粉原料进入外筒后从外筒出炉，这样，在同样长度的设备中，延长了炭粉原料的行程和加热时间，使原料被充分加热并炭化；

3、内筒和/或外筒设置为圆台状，使炭粉原料在重力分力的作用下沿着筒的内壁向前流动，使炭粉原料在向前流动的过程中被加热，提高了工作效率；

4、在内筒及外筒的筒壁上设置扬板，有效地推送炭粉原料前进。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明炭化炉的实施例1沿着其中轴线的纵向截面的结构示意图；

图2是本发明炭化炉的实施例1与燃烧炉组成的系统沿着其中轴线的纵向截面的结构示意图；

图3是本发明炭化炉的实施例2与燃烧炉组成的系统沿着其中轴线的纵向截面的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明炭化炉的实施例1，包括进料装置1、可旋转的内筒2、可旋转的外筒3、收集装置4、燃气-烟气回路结构、加热装置6、驱动内筒及外筒旋转的驱动装置（图中未示）。

其中，内筒2为封闭的圆柱，其轴线水平，其内壁上设有多个扬板（图中未示）；内筒2首部的端面上设有第一开口503；内筒2尾部的侧面设有多个第二开口504，其均位于与内筒2的尾端距离相等的同一纵截面上。

进料装置1为与第一开口503连通的进料管道101；进料管道101的底端封闭，顶端设有进料口102；进料管道101内设有倾斜设置的、指向第一开口503的挡板103；进料管道101的侧壁、第一开口503的下方设有第五开口502，该第五开口502连接通向燃烧装置的第一气体管道501。

外筒3为封闭的圆台状，其轴线与内筒2的轴线重合，外筒3的侧边与中轴线的夹角为10°；外筒3套在内筒2之外，内筒2的多个第二开口504被套在外筒3之内；外筒3较细的首部邻近内筒2的尾部，外筒3较粗的尾部邻近内筒2的首部；外筒3的内壁上设有多个扬板（图中未示）。外筒3尾部的侧面设有多个第三开口505，其均位于与外筒3的尾端距离相等的同一纵截面上。

收集装置4套在外筒3之外，并将所有第三开口505均套于其内，收集装置4的顶端设有第四开口506，该第四开口506连接通向燃烧装置的第二气体管道507。收集装置4的底端设有出料管道401。

燃气-烟气回路结构包括第一气体管道501、第五开口502、第一开口503、第二开口504、第三开口505、第四开口506、第二气体管道507。

加热装置6为位于内筒2的轴线处的轴状电加热管。

本实施例的工作流程如下：

1、炭粉原料。炭粉原料从进料口102进入进料管道101，被挡板103阻挡后，从第一开口503进入内筒2，在驱动装置的驱动下，内筒2及外筒3旋转，带动位于内筒2及外筒3内壁上的扬板旋转，将炭粉原料向第二开口504的方向推送。炭粉原料前行的过程中，与位于内筒2的加热装置6或高温烟气接触，并被加热。炭粉原料从第二开口504落入外筒3，并被旋转的扬板向第三开口505的方向推送。在整个移动过程中，炭粉原料被加热、干燥、热解，最终被炭化。炭化后的炭粉原料从第三开口505落到套在外筒3之外的收集装置4内，并经出料管道401离开炭化炉。

2、燃气-烟气。本实施例中燃气-烟气与炭粉原料为顺流接触。在加热装置6的加热作用下，内筒2内的炭粉原料产生可燃性气体，该可燃性气体顺着炭粉原料的流动方向经第二开口504进入外筒3，并经第三开口505、第四开口506、第二气体管道507进入燃烧装置，在燃烧装置中燃烧后产生高温的烟气。高温烟气经第一气体管道501、第五开口502、第一开口503进入内筒2。内筒2内的炭粉原料在高温烟气的加热作用下，产生可燃性气体，该可燃性气体重复上述流程。

如图2所示，本发明炭化炉的实施例1与燃烧炉组成的系统。其燃烧炭粉原料炭化时产生的可燃性气体，用燃烧产生的高温烟气对炭化炉内的炭粉原料进行加热。

上述系统中，燃烧炉7包括位于燃烧炉内的蓄热砖701、位于燃烧炉下方的进气口702、位于燃烧炉上方的出气口703。燃烧炉7的进气口702与第二气体管道507的另一端连接，第二气体管道507中间设有气体泵8。第一气体管道501的另一端连接到燃烧炉的出气口703。

实施例2

图3所示为本发明炭化炉的实施例2与燃烧炉组成的系统。该实施例2与实施例1的区别在于：燃气-烟气与炭粉原料为逆流接触，即内筒2内的炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体逆着炭粉原料的流动方向经第一开口503、第五开口502、第一气体管道501进入燃烧装置，在燃烧装置中燃烧后产生高温的烟气。高温烟气经第二气体管道507、第四开口506、第三开口505进入外筒3，并经第二开口504进入内筒2。

实施例3

作为本发明的又一种方案，其它部分与实施例1相似，不同之处在于：内筒、外筒均为圆台状，外筒较粗的尾部邻近内筒较细的首部，外筒较细的首部邻近内筒较粗的尾部。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于活性炭制备的零排放式双筒旋转炭化炉，其包括：可旋转的内筒及可旋转的外筒、位于所述内筒内的加热装置、驱动所述内筒及所述外筒旋转的驱动装置；其中，所述的外筒套在所述的内筒之外；所述的炭化炉还包括有燃气-烟气回路结构，该回路结构将炭化炉之炭粉原料受热所产生的燃气送入燃烧装置进行燃烧，并将燃气所产生的烟气进一步用于加热炭粉原料； 

其中，所述的燃气-烟气回路结构包括位于所述内筒首部的第一开口、位于所述内筒尾部的第二开口、位于所述外筒尾部的第三开口；所述第二开口套在所述外筒之内；所述内筒与所述外筒的旋转方向相同或相反； 

所述的炭化炉还包括收集装置，该收集装置套在所述外筒之外，并将所述第三开口套于其内； 

其中，炭粉原料从内筒的第一开口处进入，在内筒旋转的作用下，流向第二开口，并经第二开口进入外筒，同样在外筒的旋转作用下，流向第三开口； 

燃气-烟气与炭粉原料为顺流接触或逆流接触：当为顺流接触时，燃气从第三开口流出炭化炉并进入燃烧装置进行燃烧，燃气燃烧所产生的高温烟气则从第一开口进入炭化炉，并经第二开口流向第三开口；当为逆流接触时，燃气从第一开口流出炭化炉并进入燃烧装置进行燃烧，燃气燃烧所产生的高温烟气则从第三开口进入炭化炉，并经第二开口流向第一开口。 

2.如权利要求1所述的炭化炉，其中，所述第一开口位于所述内筒首部的端面上。 

3.如权利要求1或2所述的炭化炉，其中，所述外筒的尾部邻近所述内筒的首部，所述外筒的首部邻近所述内筒的尾部。 

4.如权利要求3所述的炭化炉，其中，所述外筒的轴线与所述内筒的轴线重合。 

5.如权利要求1所述的炭化炉，其中，所述内筒和/或所述外筒为首部细、尾部粗的圆台状。 

6.如权利要求1所述的炭化炉，其中，所述收集装置的外壁上设有第四开口，用于连接通向燃烧装置的气体通道。 

7.如权利要求1所述的炭化炉，其中，还包括推送装置；所述推送装置为设置在所述内筒和/或所述外筒的内壁上的多个扬板。 

8.如权利要求7所述的炭化炉，其中，所述多个扬板在所述内筒和/或所述外筒的内壁上呈螺旋线状排布。 

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