CN104832938A - 竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置及其方法,装置包括一水池及斜向设置的冷却装置，冷却装置包括一中空的筒状壳体，壳体内设有沿壳体轴向设置贯穿壳体的管束，所述管束一端与进气腔室联通，另一端与出气腔室相联通，所述壳体设有一进水管与水池联通，所述壳体由朝向进气腔一端向朝向出气腔一端抬升，该方法不仅能够有效地提炼出竹醋液、竹焦油是等在竹炭生产过程中产生的副产品，还能够实现对烟气热能的转换以及再利用。

Description

竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置及其方法。

背景技术

竹炭作为一种功能性材料和环境保护材料,由于其优越的性能,越来越受到人们的青睐。竹炭在农林上可用于土壤的改良绿色植物生长促进剂,在建筑室内起到除臭、净化空气,屏蔽电磁波,调湿,防止地板发霉、腐烂,吸附空气异味等;还可以作为水质净化,制作炭枕、竹炭香皂等日用保健品,另外可当燃料、制取活性炭等等。

竹炭是竹材经热解后的产物,目前我国竹炭产业技术含量低,科技投入力度不大,研究相对滞后,企业生产不规范, 竹材热解过程产生大量的黑色烟气，没有充分利用。这部分热量白白排入空气中，不但造成了能源的巨大浪费，而且造成了环境污染。竹炭产业成了严重污染企业，随着全社会对节能减排的提倡和企业对节能降耗越来越重视，为降低成本，充分利用排掉的烟气中的有效物质竹醋液、竹焦油及热量是我国竹炭企业急待研究的课题之一。

竹醋液、竹焦油是竹炭生产过程中产生的副产品。竹材中含有各种化学成分,其中的纤维素、半纤维素和木质素在炭窑中随温度的上升依次分解。目前,竹子中含有的各成分的分解起始温度尚无测定数据。竹材在400℃即可全部热解成炭。竹醋液随着竹炭的烧制不断产生的烟气,可以回收加以利用。竹材热解过程中产生的气体混合物经冷凝器分离后,得到棕黑色的粗竹醋液和黑色的竹焦油,经较长时间存放后,上层为澄清竹醋液,下层为沉淀竹焦油。竹醋液含有醋酸、丙酸、甲醇等多种化合物,有特殊的烟焦气味;竹焦油是黑色、粘稠的油状液体,含有大量的酚类物质和多种有机物质。竹醋液具有抗菌、消毒及促进植物生根及根的吸收等作用，在农业方面，可用作植物发根促进剂、农药添加剂及抗菌剂土壤改良、有机农业的害虫驱除以及美容、沐浴剂及医药原料；焦油则可用作木材防腐剂、消臭剂，还可用作皮炎药。

发明内容

本发明旨在提供一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置及其方法,该方法不仅能够有效地提炼出竹醋液、竹焦油是等在竹炭生产过程中产生的副产品，还能够实现对烟气热能的转换以及再利用。

本发明采用以下方案：

一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，包括一水池及斜向设置的冷却装置，所述冷却装置包括一中空的圆筒状壳体，所述壳体两端设有使壳体形成封闭腔室的封头压盖，所述壳体内还设有一对管板，所述管板之间形成冷却腔室，所述一对管板之间设有沿壳体轴向设置贯穿管板的管束；

所述壳体一侧封头压盖与一侧管板之间形成进气腔室，所述进气腔室与输入竹炭热解高温烟气的进气管相联通，所述壳体的另一端封头压盖与另一侧管板形成出气腔室，所述管束一端与进气腔室联通，另一端与出气腔室相联通，所述两管板间管束外侧设有冷却水，所述壳体设有一进水管使与水池与冷却腔室联通，所述管板由朝向进气腔一端向朝向出气腔一端抬升。

进一步的，所述水池上端面具有一弧形槽口，所述壳体架置于弧形槽口上，所述架设壳体的水池两侧部靠近出气腔室一侧高度高于另一侧。

进一步的，所述进气腔室下方设有一物料排出口，所述与物料排出口下方对应设置有一竹醋液竹焦油分离器。

进一步的，所述竹醋液竹焦油分离器包括一池体，所述池体内设有一纵向隔板将池体分隔形成两个腔室，所述纵向隔板高度低于池体侧壁，所述物料排出口下方的腔室底部设有出料口。

进一步的，所述管板内壁设有最高水位电极及最低水位电极，所述进水管上设有抽水泵与止回阀，所述壳体下方设出水管，出水管上设有阀门，所述最高位水位电极及最低水位电极经控制电路与阀门及抽水泵联通。

进一步的，所述出气腔室联通有一出气管，所述出气管与竹材烘干炉连接。

进一步的，所述壳体顶部设有蒸汽排出管，所述蒸汽排出管上设有安全阀和排气口。

进一步的，所述水池底部设有排水口。

进一步的，所述竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置材料为ND钢。

本发明还包括一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用方法，包括上述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述步骤如下：

（1）将高温烟气导入管束内，同时经进水管由水池向壳体内的冷却腔室壳体内通入冷却水；

（2）烟气经过冷却水冷却使350-380℃高温度烟气温度降至80-150℃烟气、冷凝竹醋液、竹焦炭的液态混合物；

（3）醋液、竹焦炭的液态混合物经竹醋液竹焦油分离器后分离，冷却腔室内的蒸汽排出用于生产;

（4）所述将带有余热烟气送入竹材烘干炉用于烘干炉进风口，以提高烘干炉燃烧室温度。

本发明的优点在于：

（1）本发明将高温烟气通入管束内,高温烟气横掠管束受热段,管束置于充满冷却水的管板内，高温烟气通过中不与冷却水接触，工作时，高温烟气的热量经管束传给管板内的饱和水,使其冷却水汽化产生蒸气, 这样,由于热管不断吸收热风热量,产生蒸气,再通过外部水循环,从而达到将高温烟气显热及烧结辐射热转变成低压蒸气的目的，蒸汽可送往用户回收利用。

（2）本发明水池上部采用倾斜设置能够有效地实现烟气冷凝形成的竹醋液、竹焦炭直接流出并导入竹醋竹焦炭分离器，竹醋竹焦炭分离器利用竹醋液与竹焦炭的特点利用高位溢流的方法实现分离。

（3）经过高温烟气回收与热能利用装置后烟气还有余热输送到竹材烘干炉热能在一次利用。

（4）高温烟气回收与热能利用装置设有高位水位控制器及低位水位控制器，所述进水管上设有抽水泵，所述壳体下方设出水管及蒸汽排出管，所述进水管上设有止回阀，出水管上设有阀门，所述最高位水位电极及低位水位电极经控制电路与阀门及抽水泵联通。补充高温烟气回收与热能利用装置的冷却水。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

附图说明

附图1为本发明结构示意图；

具体实施方式

一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，包括一水池10斜向设置的冷却装置，所述冷却装置包括一中空的圆筒状壳体20，所述壳体20两端设有使壳体形成封闭腔室的封头压盖210，所述壳体20内还设有一对管板30，所述管板30之间形成冷却腔室，所述一对管板30之间设有沿壳体轴向设置贯穿管板的管束40；

所述壳体一侧封头压盖210与一侧管板30之间形成进气腔室310，所述进气腔室310与输入竹炭热解高温烟气的进气管311相联通，所述壳体的另一端封头压盖与另一侧管板30形成出气腔室320，所述管束40一端与进气腔室310联通，另一端与出气腔室320相联通，所述两管板30间管束40外侧设有冷却水，所述壳体20设有一进水管使与水池10与冷却腔室联通，所述管板30由朝向进气腔310一端向朝向出气腔320一端抬升。

本实施例中，水池10上端面具有一弧形槽口，所述管板架置于弧形槽口上，所述架设管板20的水池两侧部，位于管板与出气腔联通的一侧高度高于另一侧,以使管板20由朝向进气腔室310一端向朝向出气腔室320一端抬升，倾斜角度可以是10～20°，采用该结构利于管束40内冷凝形成的混合液流出。

所述进气腔室310下方设有一物料排出口312，所述与物料排出口312下方对应设置有一竹醋液竹焦油分离器，所述竹醋液竹焦油分离器包括一池体50，所述池体内设有一纵向隔板510将池体分隔形成两个腔室，所述纵向隔板510高度低于池体侧壁，所述物料排出口下方的对应腔室设有可启闭出料口。

由于竹醋液比竹焦油轻，当混合物由物料排出口312下方排出时，竹焦油沉淀至物料排出口312对应腔室内，而竹醋液则通过纵向隔板510流入相邻的腔室内，当竹醋液排净后，将出料口开口打开即可实现竹焦油的收集。

本实施例中，为了更好地实现烟气的再次利用，出气腔室320联通有一出气管321，所述出气管321与竹材烘干炉322连接，以提高竹材烘干炉322温度，实现热能再利用。

为了更好地实现壳体内的冷却腔室的水位控制冷却水补充，所述冷却腔室内设有高位水位电极610及低位水位电极620,所述进水管上设有抽水泵，所述壳体20下方设出水管及蒸汽排出管，所述进水管上设有止回阀，出水管上设有阀门，所述高位水位控制器及低位水位控制器经控制电路与阀门及抽水泵联通。

本实施例中，高位水位控制器位于高温烟气回收与热能利用装置冷却腔室高度的的五分之四处，低位位于冷却腔室高度的五分之二处，工作时，当水位降至冷却腔室的五分之二处自动进水，当水位升至冷却腔室的五分之四处自动停止进水。水池10底部设有排水口120。

由于竹醋液是一种组成成分相当复杂的有机混合溶液,其主要有机成分有酸类、酚类、醛类、酮类、醇类和酯类等对普通钢铁具有腐蚀作用，因此烟气回收与热能利用装置应选用特种钢，本实施例中，所述竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置即与竹醋液相接触的管束、管板、封头压盖、壳体等所用材料为ND钢。

本发明还保护一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用方法，包括上述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述步骤如下：

（1）将高温烟气导入管束内，同时经进水管由水池向壳体内的冷却腔室壳体内通入冷却水；

（2）烟气经过冷却水冷却使350-380℃高温度烟气温度降至80-150℃烟气、冷凝竹醋液、竹焦炭的液态混合物；

（3）醋液、竹焦炭的液态混合物经竹醋液竹焦油分离器后分离，冷却腔室内的蒸汽排出用于生产。

经过烟气回收与热能利用装置后降至80-150℃还有热能可以利用，将带有余热烟气送入竹材烘干炉322用于烘干炉进风口，以提高烘干炉燃烧室温度,所述将带有余热烟气送入竹材烘干炉用于烘干炉进风口，以提高烘干炉燃烧室温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，其特征在于，包括一水池及斜向设置的冷却装置，所述冷却装置包括一中空的圆筒状壳体，所述壳体两端设有使壳体形成封闭腔室的封头压盖，所述壳体内还设有一对管板，所述管板之间形成冷却腔室，所述一对管板之间设有沿壳体轴向设置贯穿管板的管束；

所述壳体一侧封头压盖与一侧管板之间形成进气腔室，所述进气腔室与输入竹炭热解高温烟气的进气管相联通，所述壳体的另一端封头压盖与另一侧管板形成出气腔室，所述管束一端与进气腔室联通，另一端与出气腔室相联通，所述两管板间管束外侧设有冷却水，所述壳体设有一进水管使与水池与冷却腔室联通，所述管板由朝向进气腔一端向朝向出气腔一端抬升。

2.根据权利要求1所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述水池上端面具有一弧形槽口，所述壳体架置于弧形槽口上，所述架设壳体的水池两侧部靠近出气腔室一侧高度高于另一侧。

3.根据权利要求2所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述进气腔室下方设有一物料排出口，所述与物料排出口下方对应设置有一竹醋液竹焦油分离器。

4.根据权利要求3所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述竹醋液竹焦油分离器包括一池体，所述池体内设有一纵向隔板将池体分隔形成两个腔室，所述物料排出口下方的腔室底部设有出料口。

5.根据权利要求1所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述管板内壁设有最高水位电极及最低水位电极，所述进水管上设有抽水泵与止回阀，所述壳体下方设出水管，出水管上设有阀门，所述最高位水位电极及最低水位电极经控制电路与阀门及抽水泵联通。

6.根据权利要求1所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述出气腔室联通有一出气管，所述出气管与竹材烘干炉连接。

7.根据权利要求1所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述壳体顶部设有蒸汽排出管，所述蒸汽排出管上设有安全阀和排气口。

8.根据权利要求1所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述水池底部设有排水口。

9.根据权利要求1所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置材料为ND钢。

10.一种竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用方法，其特征在于，包括如权利要求4所述的竹炭热解过程高温烟气回收与热能利用装置，所述步骤如下：

（1）将高温烟气导入管束内，同时经进水管由水池向壳体内的冷却腔室壳体内通入冷却水；

（2）烟气经过冷却水冷却使350-380℃高温度烟气温度降至80-150℃烟气、冷凝竹醋液、竹焦炭的液态混合物；

（3）醋液、竹焦炭的液态混合物经竹醋液竹焦油分离器后分离，冷却腔室内的蒸汽排出用于生产;

（4）所述将带有余热烟气送入竹材烘干炉用于烘干炉进风口，以提高烘干炉燃烧室温度。