用于竹材炭化的加热炉、釜体、炭化系统及炭化工艺方法

摘要

本发明公开了一种用于竹材炭化的加热炉、釜体、炭化系统及炭化工艺方法，所述加热炉包括一本体，位于本体内部、相互分离、顺次放置的加热腔、预炭化腔及预热腔；所述炭化系统包括竹材炭化设备、醋液回收设备和燃气回收设备；所述的炭化工艺方法包括竹材炭化、醋液回收和燃气回收。本发明提供了用于竹材炭化的新型加热炉和新型釜体，避免了对加热炉的反复加热与冷却，节约了大量的升、降温时间，缩短了炭化周期，在确保竹炭质量和炭化效率的前提下，提高了生产效率和能源利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于竹材炭化的加热炉、釜体、炭化系统及炭化工艺方法，尤其涉及一种适用于片型或筒型竹材的加热炉、釜体、炭化系统及炭化工艺方法。

背景技术

目前，随着人们生活水平的提高，环保、保健意识的增强，人们对竹炭制品的使用也日益增加，如：制作竹炭床垫、竹炭坐垫等生活用品，使用竹炭净化饮用水、除臭、保鲜等等。

目前烧制竹炭的方法主要有干馏热解法和土窑直接烧制法两种。对于干馏热解法而言，其设备主要是外热式立式干馏釜，这种干馏釜在烧制竹炭过程中基本不存在竹炭氧化问题，因此竹炭得率较高，一般为25％左右，高者可达35％，烧制周期一般在48-72小时。但是，其缺陷也很明显，如：精炼温度不高，影响竹炭密度；干馏釜容积小、竹炭产量低；竹醋液和煤气回收利用率不高，且不适用于片形和筒形竹材的炭化等。土窑烧制法是采用燃料直接加热方式，烧制过程通常包括烟熏预干燥、干燥、预炭化、炭化、锻烧(精炼)、自然冷却等阶段。从目前土窑烧炭的过程来看，各阶段的温度和炭化速度是通过操作者“眼观鼻嗅”来确定。从装窑到出炭一般需要25-30天，竹炭得率一般为20％左右。虽然土窑造价便宜、精炼温度高、竹炭密度大，但是，质量稳定性差，炭的得率较低，竹醋液和煤气回收利用率较低。可见，上述两种方法均存在着能源利用率低、生产效率低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于，针对现有技术的不足，提供一种用于竹材炭化的加热炉，用于解决现有技术中能源浪费、炭化周期长的问题。

本发明要解决的技术问题之二在于，针对现有技术的不足，提供一种用于竹材炭化的釜体，便于安装至加热炉，在竹材炭化过程中易于更换。

本发明要解决的技术问题之三在于，提供一种竹材的炭化系统及其炭化工艺方法，在确保竹炭质量和炭化效率的前提下，提高能源利用率和生产效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于竹材炭化的加热炉，包括一本体，位于本体内部、相互分离、顺次放置的加热腔、预炭化腔及预热腔；所述加热腔通过第一烟气通道与所述预炭化腔连接，所述预炭化腔通过第二烟气通道与所述预热腔连接，所述预热腔通过烟气排出口与烟囱连接。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的加热炉中，所述第一烟气通道位于加热炉的上部；所述第二烟气通道位于加热炉的下部；所述烟气排出口位于加热炉的上部。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的加热炉中，所述烟囱内设有烟道控制阀，用于调节加热温度。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的加热炉中，所述本体上具有釜外温度测量口，所述釜外温度测量口与所述加热腔相通。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的加热炉中，所述本体下部设有辅助燃烧通道，所述辅助燃烧通道与加热腔相通。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的加热炉中，所述加热腔为一个或多个。

本发明还提供了一种用于竹材炭化的釜体，包括一筒形容器及盖体，所述筒形容器内表面附有耐高温、耐腐蚀的内衬；所述盖体顶部开有气相产物出口。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的釜体中，在所述盖体顶部还开设有催化剂加入口。

进一步地，在所述的用于竹材炭化的釜体中，在所述盖体顶部还开设有釜内温度测量口。

本发明还提供了一种竹材的炭化系统，其特征在于，包括：

竹材炭化设备，其包括起吊装置、上述任一加热炉及上述任一釜体，所述釜体为一个或一个以上，通过所述釜体上的连接部件由起吊装置将所述釜体放置于所述加热炉内；

醋液回收设备，其原料入口通过管道与所述釜体的气相产物出口连接，由所述醋液回收设备回收醋液，并通过醋液排出口排出；

燃气回收设备，其原料入口通过管道与所述醋液回收设备的气体排出口连接，用于回收炭化过程中产生的可燃烧气体，并通过气体出口与所述加热炉连接，将回收的可燃烧气体输送给所述加热炉作为燃料进行利用。

进一步地，在所述的竹材的炭化系统中，所述竹材炭化设备还包括釜体冷却装置，所述釜体冷却装置为水封冷却装置。

进一步地，在所述的竹材的炭化系统中，所述醋液回收设备包括醋液冷凝器和冷却循环装置；所述醋液冷凝器的原料入口通过管道与所述釜体的气相产物出口连接；所述醋液冷凝器的冷却水入口、出口分别与冷却循环装置的出口、入口连接；所述醋液冷凝器的气体排出口与燃气回收设备的原料入口连接；冷却后的醋液通过所述醋液冷凝器醋液排出口排出。

进一步地，在所述的竹材的炭化系统中，所述醋液冷凝器的气体排出口与燃气回收设备的原料入口之间还连接有气液分离装置，用于将少量尚未冷凝的醋液和可燃烧气体分离开。

进一步地，在所述的竹材的炭化系统中，所述冷却循环装置包括循环水泵和循环水箱，所述循环水箱的入口、出口分别与所述醋液冷凝器的冷却水出口、循环水泵的入口连接，所述循环水泵的出口与所述醋液冷凝器的冷却水入口连接。

进一步地，在所述的竹材的炭化系统中，所述燃气回收设备包括气相产物水洗装置，其入口与气液分离装置的气体出口连接，其出口与所述加热炉连接。

本发明还提供了一种竹材的炭化工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

竹材炭化，即，通过起吊装置将一个或一个以上的釜体吊装入加热炉内，进行竹材炭化；

醋液回收，即，收集所述釜体输出的气相产物，冷凝、回收；

燃气回收，即，收集经过醋液回收后的剩余气体，经过水洗去除杂质后，将回收的可燃烧气体输送给所述加热炉作为燃料进行利用。

进一步地，在所述的竹材的炭化工艺方法中，所述进行竹材炭化包括以下步骤：

将一个或一个以上的釜体分别吊装入加热炉内的加热腔、预炭化腔及预热腔，点燃位于加热腔底部的燃料对釜体进行炭化和煅烧，加热所产生的炽热的烟气通过烟气通道依次通过预炭化腔和预热腔，由所述烟气分别对预炭化腔和预热腔内的釜体进行加热，分别进行竹材的预炭化和干燥；

监测加热腔内釜体的釜内、釜外温度，在加热腔内釜体内竹材的热解反应处于炭化阶段(温度约为275～450℃)时，打开并调节位于釜体顶端的催化剂加入口通入适量空气，使炭化产生热量与所需热量达到一定平衡，以减少外部供热量；在煅烧阶段(煅烧阶段的温度为450～1000℃，煅烧阶段的保温时间根据炭的用途、品质和生产效率等因素确定)结束时，由催化剂加入口通入水蒸汽，利用水蒸汽活化的原理，提高炭的活性；

待加热腔釜体中的炭化过程结束后，将所述釜体从加热腔中吊出，进行冷却、出料，同时，依次将预炭化腔和预热腔内的釜体及一个新的釜体分别吊装入加热腔、预炭化腔和预热腔，进行下一个炭化过程。

进一步地，在所述的竹材的炭化工艺方法中，所述醋液回收具体包括以下步骤：

通过醋液冷凝器对所述釜体输出的气相产物进行冷凝，并收集冷凝后的醋液；

所述醋液冷凝器连接冷却循环装置连接，由所述冷却循环装置对所述醋液冷凝器进行循环冷却。

进一步地，在所述的竹材的炭化工艺方法中，对所述醋液冷凝器中输出的气体进行气液分离，分离出所述醋液冷凝器未冷却的醋液，并收集。

综上所述，本发明提供了用于竹材炭化的新型加热炉和新型釜体，并基于该新型加热炉和新型釜体提供了一种竹材的炭化系统及工艺方法。在一个炭化周期中，竹材的加料、釜体的冷却及出料，均是在加热炉以外完成的，从而避免了对加热炉的反复加热与冷却，且釜体经过预热腔、预炭化腔和加热腔连续的升温，节约了大量的升、降温时间，缩短了炭化周期。在整个炭化过程中可以准确地监测釜内温度的变化，当热解反应处于炭化阶段时打开并调节位于釜体上端的催化剂加入口通入适量空气，使炭化产生热量与所需热量达到一定平衡，以减少外部供热量；在煅烧阶段结束时，由催化剂加入口通入水蒸汽，利用水蒸汽活化的原理，提高炭的活性。并且对炭化过程中产生的热量进行充分利用，与现有技术相比，在提高竹炭质量和炭化效率的前提下，实现竹材炭醋液和煤气最大限度的回收利用。

附图说明

图1为本发明所述系统一实施例的结构图；

图2为本发明所述方法的流程图；

图3为本发明所述系统另一实施例中加热炉的俯视图。

附图标记说明：

1起吊装置支架       2烟道控制阀

3烟囱               4加热炉

5釜体               6催化剂加入口

7气相产物出口       8釜内温度测量口

9起吊装置           10醋液冷凝器

11排气阀            12气液分离装置

13连接管            14醋液排出阀

15气相产物水洗装置  16回气管

17循环水泵          18循环水箱

19储液槽            20辅助燃烧头

21釜外温度测量口    22、22′加热腔

23预炭化腔          24预热腔

25釜体水封冷却装置  26第一烟气通道

27第二烟气通道

具体实施方式

本发明提供了一种竹材的炭化系统，包括：竹材炭化设备、醋液回收设备和燃气回收设备，分别用于竹材的炭化、醋液回收和可燃气体的回收。

具体地，如图1所示，为本发明所述系统一实施例的结构图，其中，竹材炭化设备包括：起吊装置支架1、起吊装置9、釜体水封冷却装置25、加热炉4和釜体5。起吊装置9位于起吊支架1上，釜体水封冷却装置25、加热炉4和釜体5位于起吊装置9下部、起吊装置支架1两支腿之间，通过起吊装置9对釜体5进行吊出或吊装入加热炉4。

在本实施例中，所述的加热炉4具有三个腔室，分别为加热腔22、预炭化腔23和预热腔24，釜体5有多个，分别位于这三个腔室的上部，而且，这三个腔室通过第一烟气通道26、第二烟气通道27相通，预热腔24与烟囱3相通。为了使加热腔22中燃料燃烧所产生的炽热的气体能最大程度地为预炭化腔23和预热腔24利用，所述第一烟气通道26位于加热炉的上部；所述第二烟气通道位于加热炉的下部；所述烟气排出口位于加热炉的上部；在加热炉4上设有与加热腔22相通的釜外温度测量口21。

在本实施例中，所述的釜体5包括一筒形容器及盖体，所述筒形容器内表面附有耐高温、耐腐蚀的内衬；所述盖体顶部开有气相产物出口7、催化剂加入口6和釜内温度测量口8。

醋液回收设备包括：醋液冷凝器10、循环水泵17、循环水箱18、储液槽19和气液分离装置12，其中，循环水泵17的入口与循环水箱18的出口连接，构成冷却循环装置。醋液冷凝器10为两个，其各自的原料入口分别通过管道与加热腔22和预炭化腔23内釜体的气相产物出口连接，其冷却水入口与循环水泵17的出口连接，其冷却水出口与循环水箱18的入口连接，其气体排出口与气液分离装置12的入口连接，其醋液排出口与储液槽19连接，收集冷却后的醋液。气液分离装置12用于对少量尚未冷凝的醋液部分和煤气进行再次分离，分离后得到的醋液经醋液排出阀14排出并收集，煤气部分则通过连接管13进入气相产物水洗装置15。

可燃气体的回收设备包括气相产物水洗装置15，经过气液分离装置12后的煤气部分通过连接管13进入气相产物水洗装置15，经水洗去除杂质后的煤气，再经回气管16进入辅助燃烧头20处燃烧。

基于上述设备，本发明还提供了一种竹材的炭化工艺方法，如图2所示，首先，竹材炭化，即，通过起吊装置将一个或一个以上的釜体吊装入加热炉内，进行竹材炭化；接着，醋液回收，即，收集所述釜体输出的气相产物，冷凝、回收；然后，燃气回收，即，收集经过醋液回收后的剩余气体，经过水洗去除杂质后，将回收的可燃烧气体输送给所述加热炉作为燃料进行利用。

以图1所示的设备结构为例，对本发明所述的工艺方法进行详细说明。

在进行竹材的炭化时，首先将待炭化竹材装入釜体5中，开动运行于起吊装置支架1横梁上的起吊装置9，将多个釜体5分别吊装入加热炉4中的加热腔22、预炭化腔23及预热腔24内；

之后，点燃位于加热腔22底部的燃料，对釜体5进行加热；

选用两只温度传感器分别插入釜内温度测量口8和釜外温度测量口21，分别对釜体的釜内、外温度进行监测；

炽热的烟气分别流经加热腔22、预炭化腔23和预热腔24，在换热之后的由烟囱3排出，加热腔22中的温度(或釜外温度)可通过控制燃料的加入量和调节烟道控制阀2来实现；

待釜体5升温后，启动循环水泵17，在循环水泵17的带动下，冷凝水进入醋液冷凝器10的冷凝水入口端，经热交换后由出口端经管路进入循环水箱18，经热交换后的冷凝水在循环水箱18内自然冷却后，在循环水泵17的带动下，可再次循环使用；

炭化过程中的气相产物由釜体5顶部的气相产物出口7排出，经由连接管路进入醋液冷凝器10，经冷凝分离之后的醋液部分经管路流入储液槽19，其中，在加热腔22和预炭化腔23中的釜体5，分别与各自独立的醋液冷凝器10相连；

少量尚未冷凝的醋液和煤气则进入气液分离装置12，经过再次分离后经醋液排出阀14排出并收集，煤气部分则通过连接管13进入气相产物水洗装置15，经水洗去除杂质后的煤气，再经回气管16进入辅助燃烧头20处燃烧；

待加热腔釜体中的炭化过程结束后，即可将釜体5从加热炉4中吊出，并吊装入釜体水封冷却装置25中进行冷却，待釜体降温后即可出料。

在将加热腔22中的釜体5吊出的同时，将预炭化腔23中的釜体吊入加热腔22，而将预热腔24中的釜体吊入预炭化热腔23，最后将另一个装好竹材的釜体吊装入预热腔24中，如此反复，开始连续的炭化过程。

该炭化设备工艺方法的关键步骤是：在整个炭化过程中准确地监测加热腔釜内温度的变化，当热解反应处炭化阶段(温度约为275～450℃)时打开并调节位于釜体5顶端的催化剂加入口6通入适量空气，使炭化产生热量与所需热量达到一定平衡，以减少外部供热量；在煅烧阶段(煅烧阶段的温度为450～1000℃，煅烧阶段的保温时间根据炭的用途、品质和生产效率等因素确定)结束时，由催化剂加入口6通入水蒸汽，利用水蒸汽活化的原理，提高炭的活性。

参见图3，为本发明所述系统另一实施例中加热炉的俯视图，在本实施例中，所述的加热炉有两个加热腔22、22′。由于当竹材炭化过程结束时，加热腔处于高温状态，此时若直接将加热腔中的釜体吊出冷却，不仅会因骤然降温加速釜体的氧化腐蚀进而缩短使用寿命，而且会增加操作的危险性。因此，在炭化过程结束后，要停止对加热腔加热，让釜体5在加热腔内自然冷却一段时间，待温度降低后再从加热腔中吊出。如果是一个加热腔，则整个生产过程不连续，所以，为保证炭化生产过程的连续性，本实施例中设有两个加热腔22、22′。在实际生产过程中，所述的两个加热腔22、22′处于间歇工作状态，其中一个腔中的炭化过程结束后，则停止加热，并关闭对应的烟道阀门，使釜体处于自然冷却状态；此时另一个加热腔开始工作。如此反复，以保证操作的安全性和生产的连续性。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。