[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明是关于制备纳米结构SiO₂稻壳灰的，特别涉及一种纳米结构SiO₂稻壳灰的工业化生产装置及其生产方法。

背景技术

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剂，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”的发明专利，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SiO2稻壳灰”的发明专利，采用封闭式稻壳焚烧装置制备纳米结构SiO2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。

发明内容

本发明的目的，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。

本发明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。

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：

（1）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℃/min的加热速度程序升温到400℃；

（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℃～720℃，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囱排出，对余热进行再利用。

所述步骤（1）是通过电加热方式升温到400℃。

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。

本发明与现有技术相比，显著效果如下：