本发明专利技术公开了一种制备纳米二氧化硅稻壳灰的工业化生产装置及其生产方法，包括流化床锅炉、旋风分离器、换热器和布袋除尘器，所述流化床锅炉的设计采用变截面炉膛、分段式控温与布风、采用二次风系统、增高稀相区的特征。流化床锅炉的运行温度为670℃～720℃，运行风速为0.9~1.4m/s，过量空气系数为1.16~1.21。本发明专利技术既可以有效利用稻壳自身的能量用于供热，提高了锅炉的热效率，节约了能源，也可以制备出高纯纳米结构SiO2稻壳灰，确保反应条件稳定。经检验，制备的稻壳灰含有大于90%的无定型高纯SiO2，其形态为15-30nm的纳米粒子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于制备纳米结构SiOjg壳灰的,特别涉及一种纳米结构SiOjg壳灰的工业化生产装置及其生产方法。
技术介绍
我国每年的稻谷产量约2亿吨，占世界总产量的1/3，居世界首位。稻壳是稻谷 加工的副产品，约占稻谷籽粒重量20%，每年产生4000万吨左右稻壳，资源量巨大。大量的稻壳资源未得到充分利用，在农村多以田间焚烧为主要处理方式，既污染环境又浪费能源。近年来，研究表明稻壳灰中含有约20%的无定形SiO2，其具备高活性，是一种建筑材料的添加齐U，提纯后可以作为精细陶瓷、光导纤维和太阳能电池等工业基本原料，具有高的附加值。因此，既利用稻壳的能量又能工业化生产无定型高纯SiO2的工艺急需提高与完善。申请号93116790. 6“生产活性稻壳灰的装置”的专利技术专利，介绍了间歇式焚烧装置制备稻壳灰方法，但这一技术存在下列不足1.无法连续给料，二步法操作复杂，不利于工业化推广；2.稻壳自身的能量未得到充分利用，造成能源浪费。申请号200410026459. 5“一种稻壳焚烧装置及其产出的纳米结构Si02稻壳灰”的专利技术专利，采用封闭式稻壳焚烧装置制备纳米结构Si02稻壳灰，此专利设置热交换管，有效带走稻壳燃烧放热的热量，但受限于封闭式焚烧装置，无法连续供料，难以解决工业化推广等问题。公开号102252325A的“燃烧稻壳的循环流化床锅炉”是以燃烧发电为目的，并无涉及稻壳灰的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的，是克服现有技术的缺点和不足，提供一种可以工业化生产高纯纳米结构SiO2稻壳灰的装置及其生产方法，并能有效利用稻壳焚烧产生的热能。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种制备纳米二氧化硅稻壳灰的工业化生产装置，包括锅炉、给料器、分离器和除尘器，其特征在于，所述锅炉为变截面炉膛的流化床锅炉，该流化床锅炉6的炉膛上部设置有稀相区18，稀相区直径为920mm ;炉膛下部设置有密相区17，密相区直径为620mm ;炉膛中部设置有变截面区19，变截面区19的垂向夹角为12. 5° ;流化床锅炉6的总高为6m ;密相区和变截面区各设置一个冷却水夹套A 4和冷却水夹套B 20，每个冷却水夹套的高度为40(T500mm，两个冷却水夹套相互连通；锅炉的最下部设置有燃烧室16，燃烧室16的下面设置有点火装置1、一次风入口(2)和灰斗A 11 ;燃烧室16与密相区17的连接处设置有布风板15，密相区17的一侧设置有螺旋给料器3，在变截面区19设置有二次风入口 5，在锅炉炉膛出口依次设置有一级旋风分离器7、二级旋风分离器8、换热器9和布袋除尘器10 ;在一级旋风分离器7、二级旋风分离器8和布袋除尘器10的底部分别设置有灰斗B 12、灰斗C 13和灰斗D 14。所述流化床锅炉6的炉膛内衬为防腐耐火材料。制备纳米二氧化硅稻壳灰的工业化生产装置的生产方法，具有如下步骤(I)通过螺旋给料器3投入粒径为0.6mm石英砂，形成石英砂床，料层高度为400-600mm,通入一次风，以5°C /min的加热速度程序升温到400°C ；(2)启动点火装置1，螺旋给料器3持续供给稻壳；点火成功后切断电源，以稻壳燃烧的热量维持所需温度，调节二次风供给量以保证燃烧效率，并以循环冷却水控制炉内密相区17和变截面区19的温度；流化床锅炉的运行温度为670°C 720°C，运行风速为0.9 1. 4m/s，过量空气系数为1. 16 1. 21 ；(3)稻壳燃烧后的烟气携带燃尽稻壳灰通过密相区17、变截面区19和稀相区18进入一级旋风分离器7、二级旋风分离器8、换热器9和布袋除尘器10，稻壳灰通过炉膛底部的灰斗A 11和两级旋风分离器以及布袋除尘器底部的灰斗B 12、灰斗C 13和灰斗D 14进行收集； (4)热烟气经过换热器9冷却，再经脱硫等处理后由烟 排出，对余热进行再利用。所述步骤(I)是通过电加热方式升温到400°C。所述步骤(2)的优选过量空气系数为1. 18。所述步骤(3)收集的稻壳灰含有大于90%的无定型高纯SiO2，其形态为15 30nm的纳米粒子。本专利技术与现有技术相比，显著效果如下本专利技术的制备纳米二氧化硅稻壳灰的工业化生产设装置，由于设计了变截面锅炉并引入二次风，提高了锅炉的热效率，同时解决了稻壳堆积体积受限的问题。由于增加了二级旋风分离器，使稻壳燃烧充分，分离完全，制备出高纯纳米结构SiO2稻壳灰；同时，由于采用冷却水夹套和换热器，能够有效控制锅炉的焚烧温度，确保反应条件稳定，同时此部分余热可以充分利用，如供暖，供热水，利用蒸汽发电等，节约了大量能源。附图说明图1是本专利技术的纳米结构SiO2稻壳灰生产装置的结构示意图；图2是采用本专利技术制备的稻壳灰结构透视图(SEM)；图3是采用本专利技术制备的稻壳灰蜂窝状结构透视图(TEM)。本专利技术附图标记如下I——点火装置2——一次风入口3——螺旋给料器4——冷却水夹套A5-二次风入口6-流化床锅炉7-一级旋风分离器 8—二级旋风分离器9-换热器10-布袋除尘器11-灰斗 A12--灰斗 B13-灰斗 C14--灰斗 D15-布风板16-燃烧室17-密相区18-稀相区19-变截面区20-冷却水夹套B具体实施例方式本专利技术采用常规的生产设备和制备工艺，下面结合附图对本专利技术作进一步描述。图1是本专利技术的纳米结构SiO2稻壳灰生产装置的结构示意图。如图1所示，本专利技术的锅炉为变截面炉膛的流化床锅炉6，该流化床锅炉6的炉膛上部设置有稀相区18，稀相区直径为920mm ;炉膛下部设置有密相区17，密相区直径为620mm ;炉膛中部设置有变截面区19，变截面区19的垂向夹角为12. 5° ;流化床锅炉6的总高为6m，炉膛内衬为防腐耐火材料；密相区和变截面区各设置一个冷却水夹套A4和冷却水夹套B20，每个冷却水夹套的高度为40(T500mm，两个冷却水夹套相互连通；锅炉 的最下部设置有燃烧室16，燃烧室16的下面设置有点火装置1、一次风入口 2和灰斗A 11 ;燃烧室16与密相区17的连接处设置有布风板15，密相区17的一侧设置有螺旋给料器3，在变截面区19设置有二次风入口 5，在锅炉炉膛出口依次设置有一级旋风分离器7、二级旋风分离器8、换热器9和布袋除尘器10 ；在一级旋风分离器7、二级旋风分离器8和布袋除尘器10的底部分别设置有灰斗B 12、灰斗C 13和灰斗D 14。本专利技术工作原理如下粒径为0. 6mm的石英砂床料置于流化床锅炉6底部，高度在400-600mm。打开一次风2,通过布风板15,进入炉膛的风均勻分布使床层达到微流化状态。以5°C /min的加热速度程序升温到400°C时，启动床下点火装置1，使用轻柴油进行点火，通过螺旋给料器3少量供给稻壳送入流化床锅炉6，增大风量(250m3/h)使床层达到稳定流化状态，当床温达到600°C时，增大给料机给料量，同时关闭床下点火装置1，并视床温变换情况调整风量、冷却水量和给料量。调整给料量和冷却水夹套4的冷却水流量使床温稳定在适宜的工况下(670°C 720°C)，投入二次风5，实际运行风速为0. 9^1. 4m/s。稻壳在密相区挥发份燃烧，释放大量热量，随烟气到稀相区进一步燃烧，燃烧后产生的高温烟气依次通过一级旋风分离器7，二级旋风分离器8，换热器9和布袋除尘器10，降温后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备纳米二氧化硅稻壳灰的工业化生产装置，包括锅炉、给料器、分离器和除尘器，其特征在于，所述锅炉为变截面炉膛的流化床锅炉，该流化床锅炉（6）的炉膛上部设置有稀相区（18），稀相区直径为920mm；炉膛下部设置有密相区（17），密相区直径为620mm；炉膛中部设置有变截面区（19），变截面区（19）的垂向夹角为12.5°；流化床锅炉（6）的总高为6m；密相区和变截面区各设置一个冷却水夹套A（4）和冷却水夹套B（20），每个冷却水夹套的高度为400~500mm，两个冷却水夹套相互连通；锅炉的最下部设置有燃烧室（16），燃烧室（16）的下面设置有点火装置（1）、一次风入口（2）和灰斗A（11）；燃烧室（16）与密相区（17）的连接处设置有布风板（15），密相区（17）的一侧设置有螺旋给料器（3），在变截面区（19）设置有二次风入口（5），在锅炉炉膛出口依次设置有一级旋风分离器（7）、二级旋风分离器（8）、换热器（9）和布袋除尘器（10）；在一级旋风分离器（7）、二级旋风分离器（8）和布袋除尘器（10）的底部分别设置有灰斗B（12）、灰斗C（13）和灰斗D（14）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，马文超，颜蓓蓓，王艳，高文学，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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