本發明專利技術公開了一種制備納米二氧化硅稻殼灰的工業化生產裝置及其生產方法，包括流化床鍋爐、旋風分離器、換熱器和布袋除塵器，所述流化床鍋爐的設計采用變截面爐膛、分段式控溫與布風、采用二次風系統、增高稀相區的特征。流化床鍋爐的運行溫度為670℃～720℃，運行風速為0.9~1.4m/s，過量空氣系數為1.16~1.21。本發明專利技術既可以有效利用稻殼自身的能量用于供熱，提高了鍋爐的熱效率，節約了能源，也可以制備出高純納米結構SiO2稻殼灰，確保反應條件穩定。經檢驗，制備的稻殼灰含有大于90%的無定型高純SiO2，其形態為15-30nm的納米粒子。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術是關于制備納米結構SiOjg殼灰的,特別涉及一種納米結構SiOjg殼灰的工業化生產裝置及其生產方法。
技術介紹
我國每年的稻谷產量約2億噸，占世界總產量的1/3，居世界首位。稻殼是稻谷 加工的副產品，約占稻谷籽粒重量20%，每年產生4000萬噸左右稻殼，資源量巨大。大量的稻殼資源未得到充分利用，在農村多以田間焚燒為主要處理方式，既污染環境又浪費能源。近年來，研究表明稻殼灰中含有約20%的無定形SiO2，其具備高活性，是一種建筑材料的添加齊U，提純后可以作為精細陶瓷、光導纖維和太陽能電池等工業基本原料，具有高的附加值。因此，既利用稻殼的能量又能工業化生產無定型高純SiO2的工藝急需提高與完善。申請號93116790. 6“生產活性稻殼灰的裝置”的專利技術專利，介紹了間歇式焚燒裝置制備稻殼灰方法，但這一技術存在下列不足1.無法連續給料，二步法操作復雜，不利于工業化推廣；2.稻殼自身的能量未得到充分利用，造成能源浪費。申請號200410026459. 5“一種稻殼焚燒裝置及其產出的納米結構Si02稻殼灰”的專利技術專利，采用封閉式稻殼焚燒裝置制備納米結構Si02稻殼灰，此專利設置熱交換管，有效帶走稻殼燃燒放熱的熱量，但受限于封閉式焚燒裝置，無法連續供料，難以解決工業化推廣等問題。公開號102252325A的“燃燒稻殼的循環流化床鍋爐”是以燃燒發電為目的，并無涉及稻殼灰的制備工藝。
技術實現思路
本專利技術的目的，是克服現有技術的缺點和不足，提供一種可以工業化生產高純納米結構SiO2稻殼灰的裝置及其生產方法，并能有效利用稻殼焚燒產生的熱能。本專利技術通過如下技術方案予以實現。一種制備納米二氧化硅稻殼灰的工業化生產裝置，包括鍋爐、給料器、分離器和除塵器，其特征在于，所述鍋爐為變截面爐膛的流化床鍋爐，該流化床鍋爐6的爐膛上部設置有稀相區18，稀相區直徑為920mm ;爐膛下部設置有密相區17，密相區直徑為620mm ;爐膛中部設置有變截面區19，變截面區19的垂向夾角為12. 5° ;流化床鍋爐6的總高為6m ;密相區和變截面區各設置一個冷卻水夾套A 4和冷卻水夾套B 20，每個冷卻水夾套的高度為40(T500mm，兩個冷卻水夾套相互連通；鍋爐的最下部設置有燃燒室16，燃燒室16的下面設置有點火裝置1、一次風入口(2)和灰斗A 11 ;燃燒室16與密相區17的連接處設置有布風板15，密相區17的一側設置有螺旋給料器3，在變截面區19設置有二次風入口 5，在鍋爐爐膛出口依次設置有一級旋風分離器7、二級旋風分離器8、換熱器9和布袋除塵器10 ;在一級旋風分離器7、二級旋風分離器8和布袋除塵器10的底部分別設置有灰斗B 12、灰斗C 13和灰斗D 14。所述流化床鍋爐6的爐膛內襯為防腐耐火材料。制備納米二氧化硅稻殼灰的工業化生產裝置的生產方法，具有如下步驟(I)通過螺旋給料器3投入粒徑為0.6mm石英砂，形成石英砂床，料層高度為400-600mm,通入一次風，以5°C /min的加熱速度程序升溫到400°C ；(2)啟動點火裝置1，螺旋給料器3持續供給稻殼；點火成功后切斷電源，以稻殼燃燒的熱量維持所需溫度，調節二次風供給量以保證燃燒效率，并以循環冷卻水控制爐內密相區17和變截面區19的溫度；流化床鍋爐的運行溫度為670°C 720°C，運行風速為0.9 1. 4m/s，過量空氣系數為1. 16 1. 21 ；(3)稻殼燃燒后的煙氣攜帶燃盡稻殼灰通過密相區17、變截面區19和稀相區18進入一級旋風分離器7、二級旋風分離器8、換熱器9和布袋除塵器10，稻殼灰通過爐膛底部的灰斗A 11和兩級旋風分離器以及布袋除塵器底部的灰斗B 12、灰斗C 13和灰斗D 14進行收集； (4)熱煙氣經過換熱器9冷卻，再經脫硫等處理后由煙 排出，對余熱進行再利用。所述步驟(I)是通過電加熱方式升溫到400°C。所述步驟(2)的優選過量空氣系數為1. 18。所述步驟(3)收集的稻殼灰含有大于90%的無定型高純SiO2，其形態為15 30nm的納米粒子。本專利技術與現有技術相比，顯著效果如下本專利技術的制備納米二氧化硅稻殼灰的工業化生產設裝置，由于設計了變截面鍋爐并引入二次風，提高了鍋爐的熱效率，同時解決了稻殼堆積體積受限的問題。由于增加了二級旋風分離器，使稻殼燃燒充分，分離完全，制備出高純納米結構SiO2稻殼灰；同時，由于采用冷卻水夾套和換熱器，能夠有效控制鍋爐的焚燒溫度，確保反應條件穩定，同時此部分余熱可以充分利用，如供暖，供熱水，利用蒸汽發電等，節約了大量能源。附圖說明圖1是本專利技術的納米結構SiO2稻殼灰生產裝置的結構示意圖；圖2是采用本專利技術制備的稻殼灰結構透視圖(SEM)；圖3是采用本專利技術制備的稻殼灰蜂窩狀結構透視圖(TEM)。本專利技術附圖標記如下I——點火裝置2——一次風入口3——螺旋給料器4——冷卻水夾套A5-二次風入口6-流化床鍋爐7-一級旋風分離器 8—二級旋風分離器9-換熱器10-布袋除塵器11-灰斗 A12--灰斗 B13-灰斗 C14--灰斗 D15-布風板16-燃燒室17-密相區18-稀相區19-變截面區20-冷卻水夾套B具體實施例方式本專利技術采用常規的生產設備和制備工藝，下面結合附圖對本專利技術作進一步描述。圖1是本專利技術的納米結構SiO2稻殼灰生產裝置的結構示意圖。如圖1所示，本專利技術的鍋爐為變截面爐膛的流化床鍋爐6，該流化床鍋爐6的爐膛上部設置有稀相區18，稀相區直徑為920mm ;爐膛下部設置有密相區17，密相區直徑為620mm ;爐膛中部設置有變截面區19，變截面區19的垂向夾角為12. 5° ;流化床鍋爐6的總高為6m，爐膛內襯為防腐耐火材料；密相區和變截面區各設置一個冷卻水夾套A4和冷卻水夾套B20，每個冷卻水夾套的高度為40(T500mm，兩個冷卻水夾套相互連通；鍋爐 的最下部設置有燃燒室16，燃燒室16的下面設置有點火裝置1、一次風入口 2和灰斗A 11 ;燃燒室16與密相區17的連接處設置有布風板15，密相區17的一側設置有螺旋給料器3，在變截面區19設置有二次風入口 5，在鍋爐爐膛出口依次設置有一級旋風分離器7、二級旋風分離器8、換熱器9和布袋除塵器10 ；在一級旋風分離器7、二級旋風分離器8和布袋除塵器10的底部分別設置有灰斗B 12、灰斗C 13和灰斗D 14。本專利技術工作原理如下粒徑為0. 6mm的石英砂床料置于流化床鍋爐6底部，高度在400-600mm。打開一次風2,通過布風板15,進入爐膛的風均勻分布使床層達到微流化狀態。以5°C /min的加熱速度程序升溫到400°C時，啟動床下點火裝置1，使用輕柴油進行點火，通過螺旋給料器3少量供給稻殼送入流化床鍋爐6，增大風量(250m3/h)使床層達到穩定流化狀態，當床溫達到600°C時，增大給料機給料量，同時關閉床下點火裝置1，并視床溫變換情況調整風量、冷卻水量和給料量。調整給料量和冷卻水夾套4的冷卻水流量使床溫穩定在適宜的工況下(670°C 720°C)，投入二次風5，實際運行風速為0. 9^1. 4m/s。稻殼在密相區揮發份燃燒，釋放大量熱量，隨煙氣到稀相區進一步燃燒，燃燒后產生的高溫煙氣依次通過一級旋風分離器7，二級旋風分離器8，換熱器9和布袋除塵器10，降溫后本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備納米二氧化硅稻殼灰的工業化生產裝置，包括鍋爐、給料器、分離器和除塵器，其特征在于，所述鍋爐為變截面爐膛的流化床鍋爐，該流化床鍋爐（6）的爐膛上部設置有稀相區（18），稀相區直徑為920mm；爐膛下部設置有密相區（17），密相區直徑為620mm；爐膛中部設置有變截面區（19），變截面區（19）的垂向夾角為12.5°；流化床鍋爐（6）的總高為6m；密相區和變截面區各設置一個冷卻水夾套A（4）和冷卻水夾套B（20），每個冷卻水夾套的高度為400~500mm，兩個冷卻水夾套相互連通；鍋爐的最下部設置有燃燒室（16），燃燒室（16）的下面設置有點火裝置（1）、一次風入口（2）和灰斗A（11）；燃燒室（16）與密相區（17）的連接處設置有布風板（15），密相區（17）的一側設置有螺旋給料器（3），在變截面區（19）設置有二次風入口（5），在鍋爐爐膛出口依次設置有一級旋風分離器（7）、二級旋風分離器（8）、換熱器（9）和布袋除塵器（10）；在一級旋風分離器（7）、二級旋風分離器（8）和布袋除塵器（10）的底部分別設置有灰斗B（12）、灰斗C（13）和灰斗D（14）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳冠益，馬文超，顏蓓蓓，王艷，高文學，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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