一种内热式循环加热碳化及活化一体炉的制作方法

本发明属于活性碳生产，具体是一种内热式循环加热碳化及活化一体炉。

背景技术：

1、目前在生物质碳化生产方面，比较常见的是老式碳窑、土坑堆积烧碳、干馏碳化等。老式碳化窑和土坑堆积烧碳，环境污染大并且原料在碳化过程中损耗非常大。而干馏碳化也存在有原材在碳化炉内温度不均匀、温度难以准确控制的问题，碳得率虽比土窑高，但在高温裂解时碳得率也会降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种内热式循环加热碳化及活化一体炉，以解决现有技术中碳化设备能耗高、环境污染严重、碳得率不高以及碳材完整性不够好的问题。

2、提供一种内热式循环加热碳化及活化一体炉，包括：

3、碳化及活化炉，其包括料口、碳化活化炉入口以及碳化活化炉出口；

4、循环管道冷却段，其包括液气分离预干燥设备，所述液气分离预干燥设备的输入端与碳化活化炉出口连通；

5、循环管道直通段，所述循环管道直通段的输入端与碳化活化炉出口连通；

6、加热炉设备，所述循环管道冷却段以及循环管道直通段的输出端与加热炉设备的输入端连通，所述加热炉设备的输出端与碳化活化炉入口连通；

7、活化气体发生炉，所述活化气体发生炉的输出端与碳化活化炉入口连通，所述加热炉设备与活化气体发生炉连通。

8、碳化工艺流程主要包括装料、干燥、碳化、升温、活化以及冷却。其中，碳化及活化炉是碳化材料进行碳化、升温、活化和冷却过程的主要场所。料口用于装料，碳化及活化炉内部的烟气是从碳化活化炉入口向碳化活化炉出口流通。

9、循环管道冷却段主要用于对碳化材料进行预干燥、并通过冷凝作用分离碳化材料内的木醋液和焦油。此外，循环管道冷却段还能对烟气进行降温，调节进入加热炉设备内的气体温度，在低温碳化阶段需要通过循环管道冷却段控制加热炉设备入口处温度以及控制加热炉设备内温度来调节所需碳化温度。在碳化及活化炉进行碳化过程中，液气分离预干燥设备能对木材及竹材等同时进行预干燥处理，利用碳化时的余热进行预干燥，提高了热能的利用率，缩短了干燥时间。这样，部分碳化材料可以直接进入碳化阶段，无需进行干燥处理。

10、循环管道直通段能使烟气不经过循环管道冷却段进行降温，而直接进入加热炉设备内。在升温阶段，通过加热炉设备对循环管道冷却段输出的低温气体进行升温，此时气体的初始温度较低，升至预设温度需消耗大量热量。此时循环管道直通段阀门打开，使部分烟气不加处理直接输送到加热炉设备的入口处，与循环管道冷却段配合以提高加热炉设备入口温度，以匹配碳化及活化炉内所需温度。通过提高初始温度，节约了大量升温所需热量，缩短了升温时间，提高了升温效率。

11、碳化阶段开始，碳化及活化炉内产生的可燃烟气能输送至加热炉设备内燃烧加热，进入升温阶段，加热后的烟气进入碳化及活化炉内内部升温，对碳化材料进一步碳化和高温凝炼。升温阶段完成后，关闭循环管道直通段，打开循环管道冷却段对高温烟气进行降温处理，降温的目的，一是为了利于烟气余热加热蒸汽发生器，对木材及竹材等预干燥；二是控制循环风机输入端温度，使循环风机运行温度不超过550℃，保证循环风机不超温工作。降温后的烟气进入活化气体发生炉内生成活化气体，然后将活化气体输送至碳化及活化炉内对碳化材料进行活化。在活化阶段，碳化及活化炉的活化作用以及液气分离预干燥设备的预干燥作用能同时进行，提高了生产效率。

12、作为本发明进一步的方案：所述循环管道冷却段还包括蒸汽发生器以及蒸汽管道，所述蒸汽发生器位于循环管道冷却段的输入端，所述蒸汽发生器与液气分离预干燥设备连通，所述蒸汽管道依次连通有蒸汽发生器、加热炉设备、活化气体发生炉以及碳化活化炉入口。

13、在蒸汽发生器的输入端设置有第一风阀，用于控制循环管道冷却段的开合，而循环管道直通段上设置有第二风阀，用于控制循环管道直通段的开合。碳化及活化炉产生的高温烟气经过蒸汽发生器时，利用高温烟气的热能对蒸汽发生器内的水进行加热产生蒸汽。首先，部分蒸汽进入液气分离预干燥设备内，可挥发性焦油在高温下挥发后能被蒸汽带走，通过冷凝作用回收水蒸汽、木醋液和焦油。此外，蒸汽还能通过蒸汽管道依次输送到加热炉设备和活化气体发生炉，通过加热炉设备和活化气体发生炉对蒸汽进行加热，待蒸汽加热到额定温度时进入加热炉设备内参与活化作用。

14、作为本发明进一步的方案：所述加热炉设备包括循环加热炉、循环风机以及循环管道连接管，所述循环管道连接管与循环管道冷却段以及循环管道直通段之间通过循环风机连通，所述循环加热炉内设置有循环加热盘管，所述循环管道连接管远离循环风机的一端与循环加热盘管的输入端连通，所述循环加热盘管的输出端与碳化活化炉入口连通。

15、循环管道连接管上设置有第三风阀，能控制循环管道连接管的开合。循环加热炉能对可燃烟气进行燃烧加热，将高温烟气输送到碳化及活化炉内进行碳化处理。循环管道直通段输送的高温烟气部分通过循环风机进入循环加热盘管内，通过循环加热炉对循环加热盘管进行加热。

16、作为本发明进一步的方案：所述循环加热炉内还设置有第一蒸汽加热盘管，所述第一蒸汽加热盘管与蒸汽管道连通。同样地，蒸汽发生器产生的高温蒸汽部分通过蒸汽管道输送到循环加热炉内，通过循环加热炉对第一蒸汽加热盘管内的蒸汽进行加热。

17、作为本发明进一步的方案：所述循环加热盘管以及第一蒸汽加热盘管均为螺旋状，且循环加热盘管以及第一蒸汽加热盘管内外分层布置。循环加热盘管的螺旋直径大于第一蒸汽加热盘管，循环加热盘管设置于循环加热炉的外层位置，而第一蒸汽加热盘管设置于循环加热炉的内层位置。螺旋形状能增加高温烟气和高温蒸汽的流通路径，增加滞留时间，循环加热盘管在外部起到保温和调节温度的作用，第一蒸汽加热盘管设置在内层对蒸汽进行加热。循环加热盘管内的烟气从输出端输出后重新进入到碳化及活化炉内参与加热，形成循环，其中，循环加热盘管与碳化及活化炉之间设置有第四风阀。

18、作为本发明进一步的方案：所述加热炉设备还包括气体燃烧入管以及气体燃烧出管，所述循环加热炉的底部设置有燃烧炉腔，气体燃烧入管上设置有第六风阀，所述气体燃烧入管的输入端与循环管道连接管连通，所述气体燃烧入管的输出端与气体燃烧出管的输入端之间通过燃烧炉腔连通，所述气体燃烧出管的输出端与活化气体发生炉连通。

19、升温阶段完成后，需启动活化气体发生炉对碳化材料进行活化，活化气体发生炉与碳化及活化炉之间设置有第五风阀，打开第五风阀即可开始对需要活化的碳材进行活化。此时循环加热炉内的循环加热盘管已经不需要使用，关闭循环管道连接管上的第三风阀，打开气体燃烧入管上的第六风阀，关闭循环管道直通段上的第二风阀，打开循环管道冷却段上的第一风阀。此时，烟气通过循环管道冷却段冷凝降温处理后通过气体燃烧入管进入燃烧炉腔内燃烧，燃烧后的气体通过气体燃烧出管进入活化气体发生炉内进行活化处理，产生活化气体。

20、作为本发明进一步的方案：所述加热炉设备还包括可燃烟气供给管，所述可燃烟气供给管一端与循环管道冷却段的输出端以及循环管道直通段的输出端连通，且另一端与燃烧炉腔连通，所述可燃烟气供给管上连通有排气管，所述排气管上设置有泄压阀。在进行碳化、升温阶段，循环管道直通段输出的烟气通过可燃烟气供给管进入燃烧炉腔内进行燃烧。

21、由于碳化及活化炉以及连接的循环管道中不同功用设备是处于密闭环境中运行，前期随着干燥阶段进行，当一体炉内压力开始升高0.1mpa时，打开泄压阀，碳化及活化炉以及管道内氧气会随着排气管排到空气中，到碳化阶段碳化及活化炉内已处于微氧环境中，不会产生燃烧反应。

22、作为本发明进一步的方案：所述活化气体发生炉包括生物质气化炉腔以及活化气体出口，所述气体燃烧出管的输出端与生物质气化炉腔内部连通，所述活化气体出口的一端与生物质气化炉腔连通且另一端与碳化活化炉入口连通。

23、生物质气化炉腔的侧壁上设置有生物质燃料投料口，投放的生物质燃料与气体燃烧出管输出的气体燃烧反应产生活化气体。在活化反应开始时，碳化及活化炉内空间充满可燃烟气，因此为避免碳化及活化炉内可燃烟气与活化气体中氧气发生燃烧反应，在开始活化时，活化气体发生炉燃烧要控制成缺氧燃烧状态。燃烧产生气体逐步进入碳化及活化炉内，置换可燃气体所占空间，然后活化气体发生炉逐步增加燃烧供氧，直到活化反应所需的气体流量。

24、作为本发明进一步的方案：所述活化气体发生炉还包括第二蒸汽加热盘管，所述第二蒸汽加热盘管为螺旋状，所述第二蒸汽加热盘管与蒸汽管道连通。活化气体发生炉在活化过程中能对第二蒸汽加热盘管进行加热，充分利用活化气体发生炉的余热，降低活化气体发生炉内的热量损失。螺旋状能增大蒸汽与内腔热量的接触面积和接触时间，保证加热效果。

25、作为本发明进一步的方案：所述循环加热炉上还设置有空气加热盘管以及排气烟道，所述空气加热盘管环绕排气烟道设置，所述空气加热盘管外接有轴流风机，所述排气烟道与外部连通。循环加热炉以及活化气体发生炉内的氧气不足时，轴流风机能抽取外部空气经由空气加热盘管输送至循环加热炉内部。由于循环风机的工作温度通常不能超过500℃，导致抽取的烟气温度较低，而有些碳化材料所需升温阶段或活化阶段的温度在900℃乃至1000℃以上，单纯通过循环加热炉对抽取而来的低温空气进行升温难以快速达到额定温度。因此在循环加热炉燃烧期间，烟气从排气烟道排出时，经过排气烟道的烟气能对空气加热盘管内的空气进行加热。利用烟气余热对空气加热，增加了余热利用，经过升温后的空气再参与循环加热炉的燃烧，能达到快速升温、提高效率的效果。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、本发明提供的一体炉能对生产流程中的烟气热进行循环利用，利用烟气热量余热对液气分离预干燥设备内的碳化材料进行预干燥，减少了能量损耗、提高了生产效率。因烟气直接参与燃烧循环利用，无需对烟气做进一步净化处理，减少了工艺流程，减小了环境污染。该炉能够较好地改善传统制碳工艺能耗大、环境污染、碳得率不高的问题，同时能对碳化材料产生的可燃烟气进行循环燃烧利用，对副产品木醋液、焦油进行回收利用。