CN105423291A - H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉 - Google Patents

H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉 Download PDF

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H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉，属于化工技术领域，解决了目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅存在的问题，H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法包含将稻壳用浓度为5～30%的H2O2在20～50℃下进行1~10？h的浸泡处理，然后进行清洗并脱水，再干燥至水分达到15%以下；将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧；H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2所使用的循环流化床锅炉，它包含螺旋给料器，由螺旋给料器输送H2O2处理后的稻壳至炉内；螺旋给料器的输送行程为渐缩型；在主炉膛与旋风分离器之间设置有附加炉膛一和附加炉膛二；本发明用于制备纳米SiO2。

Description

H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉。
背景技术
二氧化硅是一种应用非常广泛的化工添加剂，在橡胶、油墨、塑料、医药、农药、牙膏、化妆品、油漆等许多产品生产中有着重要的作用。稻壳灰是稻壳燃烧的产物，稻壳灰的二氧化硅含量高达90%以上，因此，稻壳是制备生产高纯无定形态二氧化硅的理想原料。
循环流化床锅炉可以准确控制燃烧时间和温度，是燃烧稻壳制备生产高纯无定形态二氧化硅的理想设备。
稻壳在600℃温度下燃烧可得到较高纯度的无定形态二氧化硅，但在实际生产应用中，稻壳的燃烧温度较高，会导致稻壳中的二氧化硅与碱金属氧化物发生共晶反应生成低熔点的硅酸盐使得无定形二氧化硅转化为石英晶体，从而失去进一步反应的活性。所以需要将稻壳在燃烧前除去阻碍反应的碱金属杂质，以保证二氧化硅的质量。
目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅是先采用一定浓度的无机酸浸泡稻壳，除去阻碍反应的碱金属，然后将稻壳清洗、干燥后控温燃烧。或者先将稻壳干馏炭化然后再酸洗燃烧制得二氧化硅，存在以下缺陷：
1、无机酸（H2SO4、HNO3及HCl）处理稻壳后燃烧会造成SO2、NOX、HCl等二次污染；
2、现有工艺采用固定床间歇燃烧或干馏稻壳，温度难以控制，不能连续生产；
3、在干馏炭化之后增加了酸洗步骤，增加了废水处理难度及成本；
4、热量回收率不高或者不能回收。
因此，很有必要提供一种低污染、以稻壳为原料连续高效生产制备高纯纳米级二氧化硅的工艺方法及装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅存在的上述问题，提供了H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉，其技术方案如下：
H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，它包含以下步骤：
第一步，将稻壳用浓度为5～30%的H2O2在20～50℃下进行1~10h的浸泡处理，然后进行清洗并脱水，再用正负压结合气流干燥机干燥至水分达到15%以下，正负压结合气流干燥机已由于1996年公开，专利号为95216460.4；
第二步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，得到白色稻壳灰即纯度为99%以上的纳米级活性二氧化硅，具体参数如下：
炉内床料采用纯度为99.8%以上的石英砂颗粒，石英砂颗粒的粒径为0.1～1mm，石英砂颗粒的主要成份是SiO2，以石英砂颗粒充当循环物料，即使有少量石英砂颗粒在炉内摩擦、碰撞成为粉末而带入所制备的稻壳灰中，对所制备的纳米SiO2品质的影响也很小；
炉内燃烧温度设置为700～900℃，控制流化速度为4～6m/s，烟气停留时间为10～15秒。
由于要保证烟气停留时间为10～15秒，现有循环流化床锅炉都难以满足要求，所以本发明对现有的循环流化床锅炉进行了改进，提供了一种H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2所使用的循环流化床锅炉，它包含主炉膛、旋风分离器和尾部烟道竖井，主炉膛的内壁是膜式水冷壁，在主炉膛的下锥段设置有进料口和二次风口，在主炉膛的底部设有风室，风室的侧壁设有一次风口，在风室与主炉膛之间设置有布风板，在布风板上设置有排渣管用于排放底渣；在旋风分离器的底部设有回料装置与主炉膛连接，用于未燃烬的燃料循环燃烧；在旋风分离器的顶部设置出口芯管与尾部烟道竖井连接，尾部烟道竖井内由上到下依次布置高温过热器、中温过热器、省煤器、空气预热器一和空气预热器二；空气预热器一通过一次风道与一次风口连接，空气预热器二通过二次风道与二次风口连接；
所述进料口与正压的螺旋给料器连接，由螺旋给料器输送H2O2处理后的稻壳至炉内；螺旋给料器的输送行程为渐缩型，螺旋给料器为正压给料且输送行程为渐缩型有效的解决了以往其他给料装置负压给料造成的物料反烧的问题；
在主炉膛与旋风分离器之间设置有附加炉膛一和附加炉膛二，附加炉膛一的内壁与主炉膛相同，均为膜式水冷壁；附加炉膛二的内壁为膜式壁结构，作为低温过热器；附加炉膛一的高度低于主炉膛的直段高度，主炉膛的顶部与附加炉膛一的顶部连通，附加炉膛一与附加炉膛二通过底部的方型分离器连通，附加炉膛一的底部设为倾斜结构，利于烟气转向进入方型分离器；方型分离器的底部设置有回料装置与主炉膛连接，用于未燃烬的燃料循环燃烧，附加炉膛二的顶部通过烟道与旋风分离器连接。
本发明的有益效果为：稻壳经H2O2处理后能有效除去碱金属，解决了稻壳在较高温度的燃烧过程中转化为石英晶体的问题，保证连续生产高纯度二氧化硅，而且经H2O2处理后的稻壳燃烧不产生二次污染；从而解决了固定床间断燃烧、耗时长、燃烧温度不易控制，产品质量不易保证等问题；同时循环流化床锅炉氮氧化物排放低，环保效果好，燃烧稻壳产生的热量可以直接于工业生产或者发电。
附图说明：
图1是循环流化床锅炉的俯视结构示意图；
图2是循环流化床锅炉的正视结构图示意；
图3是循环流化床锅炉的侧视结构图示意；
图4是方形分离器的结构示意图；
图5是循环流化床锅炉的汽水循环流程图。
具体实施方式：
H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，它包含以下步骤：
第一步，将稻壳用浓度为5～30%的H2O2在20～50℃下进行1~10h的浸泡处理，然后进行清洗并脱水，再用正负压结合气流干燥机干燥至水分达到15%以下，正负压结合气流干燥机已由于1996年公开，专利号为95216460.4；
第二步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，得到白色稻壳灰即纯度为99%以上的纳米级活性二氧化硅，具体参数如下：
炉内床料采用纯度为99.8%以上的石英砂颗粒，石英砂颗粒的粒径为0.1～1mm，石英砂颗粒的主要成份是SiO2，以石英砂颗粒充当循环物料，即使有少量石英砂颗粒在炉内摩擦、碰撞成为粉末而带入所制备的稻壳灰中，对所制备的纳米SiO2品质的影响也很小；
炉内燃烧温度设置为700～900℃，控制流化速度为4～6m/s，烟气停留时间为10～15秒。
实施例一
干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为700～800℃，控制流化速度为4~4.5m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
实施例二
干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为700～800℃，控制流化速度为4.5~5.5m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
实施例三
干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为700～800℃，控制流化速度为5.5~6m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
实施例四
干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为800～900℃，控制流化速度为4.5~5.5m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
参照图1至图5，H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2所使用的循环流化床锅炉，它包含主炉膛1、旋风分离器2和尾部烟道竖井3，主炉膛1的内壁是膜式水冷壁，在主炉膛1的下锥段设置有进料口和二次风口，在主炉膛1的底部设有风室1-1，风室1-1的侧壁设有一次风口，在风室1-1与主炉膛1之间设置有布风板1-2，在布风板1-2上设置有排渣管1-3用于排放底渣；在旋风分离器2的底部设有回料装置4与主炉膛1连接，用于未燃烬的燃料循环燃烧；在旋风分离器2的顶部设置出口芯管5与尾部烟道竖井3连接，尾部烟道竖井3内由上到下依次布置高温过热器3-1、中温过热器3-2、省煤器3-3、空气预热器一3-4和空气预热器二3-5；空气预热器一3-4通过一次风道3-4-1与一次风口连接，空气预热器二3-5通过二次风道3-5-1与二次风口连接；
所述进料口与正压的螺旋给料器6连接，由螺旋给料器6输送H2O2处理后的稻壳至炉内；螺旋给料器6的输送行程为渐缩型，螺旋给料器6为正压给料且输送行程为渐缩型有效的解决了以往其他给料装置负压给料造成的物料反烧的问题；
在主炉膛1与旋风分离器2之间设置有附加炉膛一7和附加炉膛二8，附加炉膛一7的内壁与主炉膛1相同，均为膜式水冷壁；附加炉膛二8的内壁为膜式壁结构，作为低温过热器；附加炉膛一7的高度低于主炉膛1的直段高度，主炉膛1的顶部与附加炉膛一7的顶部连通，附加炉膛一7与附加炉膛二8通过底部的方型分离器9连通，附加炉膛一7的底部设为倾斜结构，利于烟气转向进入方型分离器9；方型分离器9的底部设置有回料装置4与主炉膛1连接，用于未燃烬的燃料循环燃烧，附加炉膛二8的顶部通过烟道8-1与旋风分离器2连接。
方型分离器9内包含两组分离装置，并且在两组分离装置的内壁均敷设耐火耐磨浇注料浇注成圆弧内廓，避免形成漩涡，降低阻力及磨损；两组分离装置的芯管9-1均为渐扩型，烟气通过后是被减速进入附加炉膛中从而降低烟气阻力；在方型分离器9的入口处设置有加速段9-2，有利于烟气进入方型分离器前的加速以提高分离效率。
省煤器3-3与汽包10通过管道连接，汽包10通过管道连接主炉膛1及附加炉膛一7的膜式水冷壁，汽包10还与附加炉膛二8，一级减温器、中温过热器3-2、二级减温器、高温过热器3-1通过管道依次连接；
汽水循环流程为：给水通入省煤器3-3中进行加热后送入汽包10中，汽包10中的饱和水进入主炉膛1和附加炉膛一7的水冷壁中进行蒸发受热后，其汽水混合物再次进入汽包10中进行汽水分离，汽包10中被分离的饱和蒸汽首先进入附加炉膛二8中进行初级加热，过热后的过热蒸汽经一级减温器降温后，进入尾部烟道8-1中的中温过热器3-2中过热，然后经过二级减温器降温后，进入高温过热器3-1中加热，高温过热器3-1输出的热气达到设计温度可用于供汽轮机发电等。

Claims (8)

1.H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，其特征在于它包含以下步骤：
第一步，将稻壳用浓度为5～30%的H2O2在20～50℃下进行1~10h的浸泡处理，然后进行清洗并脱水，再用正负压结合气流干燥机干燥至水分达到15%以下；
第二步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，得到白色稻壳灰即纯度为99%以上的纳米级活性二氧化硅，具体参数如下：
炉内床料采用纯度为99.8%以上的石英砂颗粒，石英砂颗粒的粒径为0.1～1mm；
炉内燃烧温度设置为700～900℃，控制流化速度为4～6m/s，烟气停留时间为10～15秒。
2.如权利要求1所述H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，其特征在于干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为700～800℃，控制流化速度为4~4.5m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
3.如权利要求1所述H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，其特征在于干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为700～800℃，控制流化速度为4.5~5.5m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
4.如权利要求1所述H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，其特征在于干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为700～800℃，控制流化速度为5.5~6m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
5.如权利要求1所述H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法，其特征在于干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧,炉内燃烧温度设置为800～900℃，控制流化速度为4.5~5.5m/s，烟气停留时间为10～15秒，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集可得到纯度为99%以上，平均粒径为50～100nm的无定形纳米二氧化硅。
6.H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2所使用的循环流化床锅炉，它包含主炉膛(1)、旋风分离器(2)和尾部烟道竖井(3)，主炉膛(1)的内壁是膜式水冷壁，在主炉膛(1)的下锥段设置有进料口和二次风口，在主炉膛(1)的底部设有风室(1-1)，风室(1-1)的侧壁设有一次风口，在风室(1-1)与主炉膛(1)之间设置有布风板(1-2)，在布风板(1-2)上设置有排渣管(1-3)用于排放底渣；在旋风分离器(2)的底部设有回料装置(4)与主炉膛(1)连接；在旋风分离器(2)的顶部设置出口芯管(5)与尾部烟道竖井(3)连接，尾部烟道竖井(3)内由上到下依次布置高温过热器(3-1)、中温过热器(3-2)、省煤器(3-3)、空气预热器一(3-4)和空气预热器二(3-5)；空气预热器一(3-4)通过一次风道(3-4-1)与一次风口连接，空气预热器二(3-5)通过二次风道(3-5-1)与二次风口连接；
其特征在于所述进料口与正压的螺旋给料器(6)连接，螺旋给料器(6)的输送行程为渐缩型；
在主炉膛(1)与旋风分离器(2)之间设置有附加炉膛一(7)和附加炉膛二(8)，附加炉膛一(7)的内壁与主炉膛(1)相同，均为膜式水冷壁；附加炉膛二(8)的内壁为膜式壁结构；附加炉膛一(7)的高度低于主炉膛(1)的直段高度，主炉膛(1)的顶部与附加炉膛一(7)的顶部连通，附加炉膛一(7)与附加炉膛二(8)通过底部的方型分离器(9)连通，附加炉膛一(7)的底部设为倾斜结构；方型分离器(9)的底部设置有回料装置(4)与主炉膛(1)连接，附加炉膛二(8)的顶部通过烟道(8-1)与旋风分离器(2)连接。
7.如权利要求6所述H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2所使用的循环流化床锅炉，其特征在于方型分离器(9)内包含两组分离装置，并且在两组分离装置的内壁均敷设耐火耐磨浇注料浇注成圆弧内廓；两组分离装置的芯管(9-1)均为渐扩型；在方型分离器(9)的入口处设置有加速段(9-2)。
8.如权利要求6所述H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2所使用的循环流化床锅炉，其特征在于省煤器(3-3)与汽包(10)通过管道连接，汽包(10)通过管道连接主炉膛(1)及附加炉膛一(7)的膜式水冷壁，汽包(10)还与附加炉膛二(8)，一级减温器、中温过热器(3-2)、二级减温器、高温过热器(3-1)通过管道依次连接。
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