CN111072028A - 一种管式炭化活化一体炉及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种管式炭化活化一体炉，包括炉体、沿竖直方向固定于炉体内的钢制下料管和向下料管提供蒸汽的锅炉，所述下料管从上到下被划分为炭化段、炭化预热段、活化段和冷却段，从炭化段到活化段的管体上具有气孔，所述活化段对应的炉体上连通有空气管道，所述活化段的管体上设置有与锅炉连通的蒸汽管道；所述冷却段下方设置有卸料器；所述炉体上还设置有从炉体内穿过的烟气管道。本发明提供的优点在于：使用钢管作为反应空间，加热快，开炉消耗的热量显著降低；物料在下料管内实现炭化活化一步发的效果，提高了生产效率；开炉后利用挥发份在炉体内的燃烧为整个系统提供热量，同时又利用燃烧烟气的预热产生水蒸气，提高能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭生产设备技术领域，尤其涉及一种管式炭化活化一体炉及使用方法。
背景技术
活性炭具有极强的气体吸附能力，可有效吸附污染气体、颗粒等，广泛用于食品、医药、家居、净水等领域；活性炭的生产过程主要包括炭化和活化两个阶段，炭化阶段需要使原料在厌氧环境下高温焖烧，主要目的是将非碳元素分解掉，排出挥发气体和水份，提高炭化料的强度，在颗粒表面形成初步孔隙；活化是利用水蒸气、二氧化碳等气体在高温厌氧环境下与碳原子反应疏通增大孔隙，并生成新的孔隙，增加活性炭的孔隙率，提高活性。
现有技术中生产活性炭的炉体一般用耐火砖砌筑构成，而且炭化和活化两个步骤分开完成，由于耐火砖升降温较慢，导致开炉的周期长，浪费的热量多；另外目前的炭化和活化主要依靠外部热源进行加热，消耗能源较多；同时生成中产生的可燃挥发份没有被充分利用，大都直接排放，对环境造成的污染也较为严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够同步完成炭化和活化两个步骤的管式一体炉，以克服现有技术存在的开炉周期长、能源浪费多的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种管式炭化活化一体炉，包括炉体、沿竖直方向固定于炉体内的钢制下料管和向下料管提供蒸汽的锅炉，所述炉体上方设置有向下料管上端提供物料的送料机构，所述下料管从上到下被划分为炭化段、炭化预热段、活化段和冷却段，从炭化段到活化段的管体上具有气孔，所述活化段对应的炉体上连通有空气管道，所述活化段的管体上设置有与锅炉连通的蒸汽管道；所述冷却段下方设置有卸料器；所述炉体上还设置有从炉体内穿过的烟气管道。
本申请提供的炉体内部使用钢管作为炭化和活化的反应空间，加热快，开炉时消耗的热量显著降低；物料在下料管内实现炭化活化一步发的效果，提高了生产效率；通过外部热源加热炉体使炉体处于工作温度下，物料依次在炭化段发生碳化反应，在活化段与水蒸气发生活化反应，在炭化段、炭化预热段和活化段均有挥发份从气孔中溢出，挥发份溢出到炉体内后，遇到从活化段处进入炉体的空气，由于炉体内温度大于挥发份的燃点，挥发份被点燃，从而在开炉后通过挥发份在炉体内的燃烧保持炉体在工作温度，不需要额外提供热源，降低了能量消耗，提高能源利用率；同时燃烧后烟气通过烟气管道进入到锅炉内加热产生供活化反应使用的水蒸气，从而使整个生产系统几乎不需要额外提供能量，充分利用物料自身的炭化、活化反应产生的热量和挥发份燃烧热量，而且排放的烟气中污染物显著降低，便于后期的烟气处理和利用；水蒸气在活化段与炭化后的物料发生反应，除去大量的非碳元素，增加和扩大产品的孔隙，提高活性炭的活性。
优选地，所述炉体由内而外依次包括耐火墙、隔热层和支撑墙。
优选地，所述烟气管道在锅炉内弯折形成盘管或列管结构。
优选地，所述炉体内沿竖直方向设置有多层与炉体固定配合的耐火板，所述耐火板上设置有能够与下料管过盈配合的固定孔，所述耐火板一端与炉体固定配合，另一端为与炉体具有间隙的自由端，且相邻耐火板的自由端交错。
优选地，最下层耐火板的固定端下方的炉体侧壁上设置有与外部热源联通的加热通道。
优选地，所述炉体内设置有沿长度和/或宽度方向将炉体分割为多个炉芯空间的隔墙。
优选地，所述炉体内沿长度方向设置有将炉体分隔为两个炉芯空间的隔墙，所述炉体与隔墙平行的两侧分别设置有与锅炉连通的主管道，所述主管道向隔墙方向延伸设置所述蒸汽管道，每个蒸汽管道连接一组沿直线排列的下料管，与蒸汽管道连通的一组下料管的排列方向与隔墙垂直。
优选地，每个蒸汽管道上分别设置有阀门；与隔墙平行的炉体两个侧面上分别设置有至少一个空气管道和烟气管道。
优选地，所述下料管从炭化段到活化段均匀设置有多层气孔，每层均匀设置有8个气孔，所述气孔从内向外向上倾斜设置。
本发明还提供了使用所述管式炭化活化一体炉生产活性炭的方法，通过送料机构将原料输送到炉体上方的下料管上端，原料沿下料管逐渐下降，原料在炭化段发生炭化反应，从气孔中挥发出挥发份，所述挥发份在炭化预热段被点燃为炉体提供热源，所述炉体的燃烧烟气进入锅炉加热热水，锅炉中的水蒸气沿蒸汽管道进入活化段与炭化后的原料发生活化反应；活化后的活性炭进入冷却段进行冷却，冷却后的活性炭从下料器离开炉体。
本发明提供的管式炭化活化一体炉及使用方法的优点在于：使用钢管作为炭化和活化的反应空间，加热快，开炉时消耗的热量显著降低；物料在下料管内实现炭化活化一步发的效果，提高了生产效率；开炉后利用挥发份在炉体内的燃烧为整个系统提供热量，同时又利用燃烧烟气的预热产生水蒸气，提高能源利用率。
附图说明
图1为本发明的实施例所提供的管式炭化活化一体炉的示意图；
图2为本发明的实施例所提供的管式炭化活化一体炉的俯视图；
图3是图2中A部分的局部放大图；
图4为本发明的实施例提供的管式炭化活化一体炉的气孔示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种管式炭化活化一体炉，包括炉体1、沿竖直方向固定于炉体1内的钢制下料管2和向下料管2提供蒸汽的锅炉(图未示)，所述炉体1上方设置有向下料管2内输送物料的送料机构(图未示)，所述送料结构可选用传送带、刮板运输机、蛟龙运输机等设备将物料分别输送到对应的下料管2即可。所述下料管2从上到下被划分为炭化段21、炭化预热段22、活化段23和冷却段24，从炭化段21到活化段23对应的管壁上设置有气孔25，所述气孔25的直径小于物料直径，所述活化段23对应的炉体1上连通有空气管道11，所述活化段23的管体上设置有与锅炉连通的蒸汽管道3，所述冷却段24下方设置有卸料器4，所述炉体1上还设置有从锅炉内穿过的烟气管道12。
本实施例提供的炉体1内部使用钢管作为炭化和活化的储料空间，加热快，开炉时消耗的热量显著降低；物料在下料管2内实现炭化活化一步发的效果，提高了生产效率；通过外部热源加热炉体1使炉体1处于工作温度下，物料依次在炭化段21发生碳化反应，在活化段23与水蒸气发生活化反应，在炭化段21、炭化预热段22和活化段23均有挥发份从气孔25中溢出，挥发份溢出到炉体1内后，遇到从活化段23处进入炉体1的空气，由于炉体1内温度大于挥发份的燃点，挥发份被点燃，从而在开炉后通过挥发份在炉体1内的燃烧保持炉体1处于工作温度，不需要额外提供热源，降低了能量消耗，提高能源利用率；同时燃烧后烟气通过烟气管道12进入到锅炉内加热产生供活化反应使用的水蒸气，从而使整个生产系统几乎不需要额外提供能量，充分利用物料自身的炭化、活化反应产生的热量和挥发份燃烧热量，而且排放的烟气中污染物显著降低，便于后期的烟气处理和利用。水蒸气在活化段23与炭化后的物料发生反应，除去大量的非碳元素，增加和扩大产品的孔隙，提高活性炭的活性。
所述炉体1的上端还设置有储料仓19，物料直接落在储料仓19内，可以通过人工摊铺物料使物料自然落在不同下料管内，也可以让物料在储料仓19内自然堆放，逐渐铺满储料仓19的底面从而能够落入所有下料管2内。
活化后的物料在冷却段24逐渐冷却后打开卸料器4收集物料即可，由于生产中整个炉体1相对地面悬空架设，因此可以使用类似漏斗的结构承接多个下料管4内生产的物料，也可以通过小漏斗分别收集每个下料管2产生的物料并通过物料输送装置输送到指定位置即可，当然冷却后的物料也可以直接包装，在卸料器4下方设置承接物料的包装袋或包装箱即可。
为了提高余热利用效率，所述烟气管道12在锅炉内部的部分可弯折呈盘管或列管结构。
结合图2和图3，所述炉体1由内而外依次包括耐火墙13、隔热层14和支撑墙15；所述隔热层14优选为隔热珍珠棉，也可选用现有技术中的其他隔热材料；所述耐火墙13直接承受炉体1内的火焰燃烧，对整个炉体1结构进行保护，本实施例中选用耐火砖砌筑而成；所述隔热层12用来降低炉体1内的热量损失，提高热量的利用率；所述支撑墙15为主要的支持结构，本实施例中选用高温烧制的红砖砌筑得到。
所述炉体1内沿竖直方向设置有多层与下料管2配合的耐火板17；本实施例中炉体1内砌筑固定有五层耐火板17，所述耐火板17由耐火材料制成，耐火板17上设置有能够与下料管2的外周过盈配合的固定孔(图未示)，从而实现下料管2在炉体1内的固定，同时耐火板17长度方向的一端与炉体1砌筑固定，另一端与炉体1有间隙，且相邻耐火板17的自由端交错设置，从而将炉体1分隔成六层使气流呈S形流动的空间。其中第一层为炭化段21，第二层为炭化预热段22.第三层为活化段23，第四到六层为冷却段24。
第五层耐火板17的固定端对应的炉体1的侧壁上设置有加热管道18，在开炉时，炉体1内部为常温，通过加热管道18向炉体1内提供热气，热气沿耐火板17分隔而成的气流通道在炉体1内行进从而充分加热炉体1，所述烟气管道12设置于炭化段21自由端对应的炉体1侧壁上，热空气从烟气管道12离开加热锅炉，待炉体1的温度达到380℃～450℃，关闭加热管道18，通过空气管道11向炉体1内提供空气，此时物料在下料管2内发生炭化和活化反应，挥发份从气孔25内挥发出来，然后在活化段23被点燃，燃烧后的热气沿耐火板17分隔的通道向上流通加热活化段23、炭化预热段22和炭化段21，然后从烟气管道12离开炉体1；为了充分加热活化段23，所述空气管道11设置于活化段23自由端对应的炉体1的侧壁上，当然也可以在活化段23两侧设置多个空气管道11为炉体1内提供大量空气，确保户挥发份的充分燃烧。
参考图4，所述下料管2在炭化段21到活化段23之间的范围内，沿轴向均匀设置有多层气孔25，每层均匀设置有8个气孔25，所述气孔25从内向外向上倾斜设置，倾斜角度没有严格限制，本实施例中选用的为45°。进一步的，相邻高度的气孔25的位置沿周向交错设置，从而使炉体1内各空间的挥发份密度大致相同，降低因物料阻隔导致挥发份无法溢出下料管2的情况。
参考图2，所述炉体1内设置有沿长度或宽度方向将炉体1分隔为多个炉芯空间的隔墙16，从而将整个炉体1分隔为多个能够独立工作的工作区，方便同时加工不同产品或仅使用单一炉芯空间，降低能源浪费。本实施例中沿炉体1的长度方向设置一道隔墙，将炉体1分隔为两个炉芯空间；炉体1长度方向的两侧分别设置有与锅炉连通的主管道31，所述主管道31向隔墙16方向延伸设置所述蒸汽管道3，每个蒸汽管道3连接一组沿直线排列的多个下料管2，与同一蒸汽管道3连通的一组下料管2的排列方向与隔墙16垂直，每个蒸汽管道3上还分别设置有阀门32，这就要求每一组与同一蒸汽管道3连通的下料管2的生产步调需保持一致，这一组下料管2就可以使用同一个垂直隔墙16的卸料器4控制下料进度，本实施例中提供的卸料器4为气缸驱动的伸缩式卸料器，气缸收缩时，卸料器4打开让物料下降，气缸伸出时卸料器4封堵下料管2的底端。
在炉体1内被隔墙16分隔的情况下，每个炉芯空间内分别设置有一个空气管道11和烟气管道12。
本实施例还提供了生产活性炭的方法，通过送料机构将原料输送到炉体1上方的下料管2上端，原料沿下料管2逐渐下降，原料在炭化段21发生炭化反应，从气孔25中挥发出挥发份，所述挥发份在炭化预热段23被点燃为炉体1提供热源，所述炉体1的燃烧烟气进入锅炉加热热水，锅炉中的水蒸气沿蒸汽管道3进入活化段23与炭化后的原料发生活化反应；活化后的活性炭进入冷却段24进行冷却，冷却后的活性炭从下料器4离开炉体1。
Claims (10)
1.一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：包括炉体、沿竖直方向固定于炉体内的钢制下料管和向下料管提供蒸汽的锅炉，所述炉体上方设置有向下料管上端提供物料的送料机构，所述下料管从上到下被划分为炭化段、炭化预热段、活化段和冷却段，从炭化段到活化段的管体上具有气孔，所述活化段对应的炉体上连通有空气管道，所述活化段的管体上设置有与锅炉连通的蒸汽管道；所述冷却段下方设置有卸料器；所述炉体上还设置有从炉体内穿过的烟气管道。
2.根据权利要求1所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：所述炉体由内而外依次包括耐火墙、隔热层和支撑墙。
3.根据权利要求1所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：所述烟气管道在锅炉内弯折形成盘管或列管结构。
4.根据权利要求2所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：所述炉体内沿竖直方向设置有多层与炉体固定配合的耐火板，所述耐火板上设置有能够与下料管过盈配合的固定孔，所述耐火板一端与炉体固定配合，另一端为与炉体具有间隙的自由端，且相邻耐火板的自由端交错。
5.根据权利要求4所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：最下层耐火板的固定端下方的炉体侧壁上设置有与外部热源联通的加热通道。
6.根据权利要求1所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：所述炉体内设置有沿长度和/或宽度方向将炉体分割为多个炉芯空间的隔墙。
7.根据权利要求6所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：所述炉体内沿长度方向设置有将炉体分隔为两个炉芯空间的隔墙，所述炉体与隔墙平行的两侧分别设置有与锅炉连通的主管道，所述主管道向隔墙方向延伸设置所述蒸汽管道，每个蒸汽管道连接一组沿直线排列的下料管，与蒸汽管道连通的一组下料管的排列方向与隔墙垂直。
8.根据权利要求7所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：每个蒸汽管道上分别设置有阀门；与隔墙平行的炉体两个侧面上分别设置有至少一个空气管道和烟气管道。
9.根据权利要求1所述的一种管式炭化活化一体炉，其特征在于：所述下料管从炭化段到活化段均匀设置有多层气孔，每层均匀设置有8个气孔，所述气孔从内向外向上倾斜设置。
10.使用权利要求1-9任一项所述的管式炭化活化一体炉生产活性炭的方法，其特征在于：通过送料机构将原料输送到炉体上方的下料管上端，原料沿下料管逐渐下降，原料在炭化段发生炭化反应，从气孔中挥发出挥发份，所述挥发份在炭化预热段被点燃为炉体提供热源，所述炉体的燃烧烟气进入锅炉加热热水，锅炉中的水蒸气沿蒸汽管道进入活化段与炭化后的原料发生活化反应；活化后的活性炭进入冷却段进行冷却，冷却后的活性炭从下料器离开炉体。
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