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申请/专利权人：浙江农林大学

摘要：本发明公开了一种节能环保的竹炭窑结构，通过炭窑的合理排布以及热气主管和废气主管设置为若干子管道并通过膨胀节的转动连接，可以适应更多炭窑的组合使用，热气主管和废气主管不会因热胀冷缩而影响相互之间以及其他管道的连接稳定，有利于整体炭窑结构的长期使用；通过复合管道的布置，令若干炭窑之间的热气可以进行流通，令一个炭窑中竹处在放热阶段时所产生的热量，提供给其他处在吸热阶段的炭窑供热，有效利用热能，降低热能损耗，达到节能效果；热气主管和废气主管在输送气体的同时可起到集污的效果，气体中的杂质如悬浮颗粒物或焦油可以囤积到热气主管和废气主管，减少其排放到外界的量，达到环保的效果。

主权项：1.一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：包括炭窑（1）、进气管（2）、出气管（3）、热气主管（4）、废气主管（5）、热气支管（6）、废气支管（7）、空气进管（8）、温度传感器（9）和控制器（10），所述炭窑（1）、进气管（2）、出气管（3）、温度传感器（9）一一对应的设置多组，所述进气管（2）连接至炭窑（1）的底部，出气管（3）连接至炭窑（1）的顶部，所述进气管（2）连接至热气主管（4），所述出气管（3）分别连接至热气支管（6）和废气支管（7），若干所述热气支管（6）连接至热气主管（4），若干所述废气支管（7）连接至废气主管（5），所述空气进管（8）连接至进气管（2）；所述炭窑（1）排列成两排，每排设置若干个，所述热气主管（4）和废气主管（5）设置于两排炭窑（1）之间，所述热气主管（4）和废气主管（5）均包括若干子管道（41），相邻子管道（41）之间通过一倒U形的膨胀节（42）进行连接，所述膨胀节（42）与子管道（41）可旋转的连接设置；所述进气管（2）、热气支管（6）、废气支管（7）、空气进管（8）分别设置有开关阀（11），所述温度传感器（9）、开关阀（11）分别与控制器（10）进行信号连接，由温度传感器（9）反馈炭窑（1）的温度至控制器（10），之后由控制器（10）反馈给各开关阀（11）进行开与关的控制；所述热气主管（4）外部包裹保温层；所述温度传感器（9）设置于炭窑（1）的顶部。

全文数据：一种节能环保的竹炭窑结构技术领域本发明涉及一种制竹炭设备领域，尤其是涉及一种节能环保的竹炭窑结构。背景技术现有的炭窑，尤其是土窑，在烧制的过程中基本上由一个排气孔不受控制的自由排放，热能浪费，大气污染严重。按照理论计算，在整个炭化过程中热能消耗是可以平衡的，即炭化阶段放出的热量能满足干燥和预炭化阶段的热能消耗。本研究设计的系统旨在两个及以上炭窑上应用，进行炭窑和管道的合理设计，满足多炭窑的热能循环使用，并且管道耐用，达到节能、环保的目的。发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种节能环保的竹炭窑结构，其结构简单，通过炭窑和管道的合理设计，以及管道的布置和开关，来充分利用热能、并降低杂质的排放。本发明采用以下技术方案：一种节能环保的竹炭窑结构，包括炭窑、进气管、出气管、热气主管、废气主管、热气支管、废气支管、空气进管、温度传感器和控制器，炭窑、进气管、出气管、温度传感器一一对应的设置多组，进气管连接至炭窑的底部，出气管连接至炭窑的顶部，进气管连接至热气主管，出气管分别连接至热气支管和废气支管，若干热气支管连接至热气主管，若干废气支管连接至废气主管，空气进管连接至进气管；炭窑排列成两排，每排设置若干个，热气主管和废气主管设置于两排炭窑之间，热气主管和废气主管均包括若干子管道，相邻子管道之间通过一倒U形的膨胀节进行连接，膨胀节与子管道可旋转的连接设置；进气管、热气支管、废气支管、空气进管分别设置有开关阀，温度传感器、开关阀分别与控制器进行信号连接，由温度传感器反馈炭窑的温度至控制器，之后由控制器反馈给各开关阀进行开与关的控制。作为一种改进，若干热气支管设置的高于热气主管，若干废气支管设置的高于废气主管。作为一种改进，出气管竖直设置，侧边分别连接出热气支管和废气支管。作为一种改进，热气主管和废气主管沿其长度方向均设置有若干位于下部用于收集固体杂质的集污罐，集污罐可拆卸的与热气主管和废气主管进行安装。作为一种改进，热气主管和废气主管的子管道数量与每排设置的炭窑数量一致，并且每个子管道上均设置有集污罐。作为一种改进，废气主管的尺寸大于废气支管，热气主管的尺寸大于热气支管，令气体从小尺寸管路进入大尺寸管路时降速缓冲沉淀杂质。作为一种改进，废气主管对外连接醋液回收管，醋液回收管倾斜设置并且出口端斜向上设置。作为一种改进，热气主管上设置有安全阀。作为一种改进，热气主管外部包裹保温层。作为一种改进，温度传感器设置于炭窑的顶部。本发明的有益效果：通过复合管道的布置，令若干炭窑之间的热气可以进行流通，通过控制器、温度传感器、各管路开关阀的配合控制，令一个炭窑中竹处在炭化阶段、精炼阶段、冷却初段时所产生的热量，可以提供给其他处在干燥阶段、预炭化阶段的炭窑的供热，有效的利用了热能，降低热能的损耗浪费，达到了节能的效果，且产生的气体进行利用而不直接排放向大气，避免环境的污染，达到环保的效果；另一方面，热气主管和废气主管在输送气体的同时可起到集污的效果，气体中的杂质如悬浮颗粒物或焦油可以囤积到热气主管和废气主管，减少其排放到外界的量，达到环保的效果；未进行炭化时对热气主管和废气主管进行清洁即可；通过炭窑的合理排布以及热气主管和废气主管设置为若干子管道并通过膨胀节的转动连接，可以适应更多炭窑的组合使用，热气主管和废气主管不会因热胀冷缩而影响相互之间以及其他管道的连接稳定，有利于整体炭窑结构的长期使用。附图说明图1是本发明竹炭窑结构的正面结构剖视示意图。图2是本发明竹炭窑结构的侧面结构剖视示意图。图3是本发明竹炭窑结构去除部分结构之后的俯视结构剖视示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。如图1、2、3所示，为本发明节能环保的竹炭窑结构的一种具体实施例。该实施例包括炭窑1、进气管2、出气管3、热气主管4、废气主管5、热气支管6、废气支管7、空气进管8、温度传感器9和控制器10，炭窑1、进气管2、出气管3、温度传感器9一一对应的设置多组，进气管2连接至炭窑1的底部，出气管3连接至炭窑1的顶部，进气管2连接至热气主管4，出气管3分别连接至热气支管6和废气支管7，若干热气支管6连接至热气主管4，若干废气支管7连接至废气主管5，空气进管8连接至进气管2；炭窑1排列成两排，每排设置若干个，热气主管4和废气主管5设置于两排炭窑1之间，热气主管4和废气主管5均包括若干子管道41，相邻子管道41之间通过一倒U形的膨胀节42进行连接，膨胀节42与子管道41可旋转的连接设置；进气管2、热气支管6、废气支管7、空气进管8分别设置有开关阀11，温度传感器9、开关阀11分别与控制器10进行信号连接，由温度传感器9反馈炭窑1的温度至控制器10，之后由控制器10反馈给各开关阀ll进行开与关的控制。当使用炭窑l进行竹的炭化时开关阀ll的控制状态如下：[1]从室温到150℃的干燥阶段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制与该炭窑1连接的进气管2和废气支管7的开关阀11处于打开状态，而热气支管6和空气进管8的开关阀11处于关闭状态；此时热气主管4输送其他炭窑l的热气进入该炭窑l内干燥竹，降温后的废气经废气支管7、废气主管5向外排放；[2]从150℃到275℃的预炭化阶段，其与干燥阶段时开关阀11的控制状态相同；[3]从275℃到450℃的炭化阶段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制与该炭窑1连接的进气管2、废气支管7和空气进管8的开关阀11处于关闭状态，而热气支管6的开关阀11处于打开状态；此时该炭窑1的竹开始热解，产生高温的可燃气体，该具有较高温度的可燃气体通过热气支管6到达热气主管4输送至其他处于干燥阶段和预炭化阶段的炭窑1供热；[4]从450℃到煅烧工艺要求温度的精炼阶段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制与该炭窑1连接的进气管2、废气支管7的开关阀11处于关闭状态，而热气支管6和空气进管8的开关阀11处于打开状态；此时空气通过空气进管8进入该炭窑1内，使竹开始煅烧，产生高温的热气，并通过热气支管6到达热气主管4输送至其他处于干燥阶段和预炭化阶段的炭窑1供热；[5]从煅烧工艺要求温度到300℃的冷却初段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制与该炭窑1连接的进气管2、废气支管7和空气进管8的开关阀11处于关闭状态，而热气支管6的开关阀11处于打开状态；此时热气通过热气支管6到达热气主管4输送至其他处于干燥阶段和预炭化阶段的炭窑1供热；[6]从300℃到出窑温度的冷却末段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制与该炭窑1连接的进气管2、废气支管7、空气进管8、热气支管6的开关阀11处于关闭状态；此时进行闷窑，到出窑温度后开门出炭。本发明在实施时，可以配置四个或者以上的偶数个炭窑1，设置成两排，热气主管4和废气主管5设置于两排炭窑1之间，炭窑1的数量越多，热气主管4和废气主管5会设置的越长；因热气主管4和废气主管5要承受整个炭化过程中温度的升降变化，金属的管道会存在一定的热胀冷缩，几百度的温度变化会影响到结构间连接位置的稳定性，设置为若干子管道41并通过膨胀节42进行连接后，子管道41的热胀冷缩会驱动相邻膨胀节42的相对旋转，从而不会在整个长度上产生硬性的拉扯，保证管道在温度变化较大时也不会产生结构上的错位损坏。膨胀节42为倒U形设置的管道结构，其结构上不易囤积杂质，有利于气体的流通。炭窑1使用时由工作人员调配好每个炭窑1的开窑时间，一开始先对部分炭窑1加燃料进行点火，部分炭窑1经过干燥阶段和预炭化阶段的吸热，进入炭化阶段后，开始热解而产生大量的热量和可燃气体，其热量可以供给其他炭窑1完成干燥阶段和预炭化阶段，即后续所需热能均能实现整个系统的自给自足，实现节能的效果；避免原来土窑把气体尤其是如甲烷等气体直接排放向大气，造成对大气的污染，甲烷等可燃气体可进一步利用到精炼阶段中进行煅烧，实现节能环保的效果。本发明在实施时，热气主管4和废气主管5作为两条气体流动的主管道可在输送气体时起到集污的效果，气体中的杂质如悬浮颗粒物或焦油可以囤积到热气主管4和废气主管5，减少其排放到外界的量，达到环保的效果；未进行炭化时对热气主管4和废气主管5进行清洁即可，相对于减少对所有管路进行清洁的工作量，降低维护难度。进气管2在通到炭窑1底部的中途，可以贴着炭窑1的侧壁向下布管，那从进气管2壁所散发的热量可进入炭窑1中供能，不浪费热能，进气管2通到底部，有利于热气和竹充分接触传热。从室温到150℃干燥阶段和从150℃到275℃的预炭化阶段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制对应炭窑1的开关阀11；竹进行吸热升温，并且在缺氧状态下进行，因此关闭热气支管6和空气进管8的开关阀11，打开进气管2和废气支管7的开关阀11，热气主管4输送其他炭窑1的热气由进气管2进入该炭窑1内干燥和预炭化竹，热气从炭窑1底部进入，降温后向上漂浮并从顶部出气管3向外排出，其符合气体冷热状态下的特性，保证热气更好的与竹进行接触传热并有效排出，降温后的废气经出气管3、废气支管7、废气主管5向外排放。从275℃到450℃的炭化阶段，控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制对应炭窑1的开关阀11；炭化阶段即竹缺氧干馏的过程，是在隔离空气条件下加热分解的反应过程，竹在高温下开始热解，放出大量的热量、产生大量的可燃气体，该阶段也是在缺氧状态下进行，关闭进气管2、废气支管7和空气进管8的开关阀ll，打开热气支管6的开关阀11；产生的高温可燃气体通过热气支管6到达热气主管4输送至其他处于干燥阶段和预炭化阶段的炭窑1供热。从450℃到煅烧工艺要求温度的精炼阶段，此处所指的煅烧工艺要求温度，根据炭化材料的不同而采用设定不同的数值，如一般的竹子，其煅烧工艺要求温度为600℃及以上，目前生产条件最高能达到1200℃；根据具体数值的不同而对控制器10进行设定控制；控制器10根据温度传感器9检测到的温度数据控制对应炭窑1的开关阀11；打开热气支管6和空气进管8的开关阀11，关闭进气管2、废气支管7的开关阀11；在此阶段下，竹无法在缺氧状态下令自身继续反应升温，因此要打开空气进管8而通入氧气，令竹消耗自身的一部分进行煅烧吸热，达到所需煅烧工艺要求温度而产出炭；同时产生的高温热气由热气支管6到达热气主管4输送至其他处于干燥阶段和预炭化阶段的炭窑1供热。从煅烧工艺要求温度到300℃的冷却初段，此时的温度还高于干燥阶段和预炭化阶段的275℃，因此可以继续把热量供给这两个阶段使用，即进气管2、废气支管7和空气进管8的开关阀ll处于关闭状态，而热气支管6的开关阀11处于打开状态；热气通过热气支管6到达热气主管4输送至其他处于干燥阶段和预炭化阶段的炭窑1供热。从300℃到出窑温度的冷却末段，此处所指的出窑温度，根据炭化材料的不同而采用设定不同的数值，如一般的竹子，其出窑温度达到100℃以下即可，通常最合适可为60℃，若温度过高时竹炭出窑可能还会自燃；此时的温度不再能提供给干燥阶段和预炭化阶段，所以关闭所有开关阀11进行闷窑，到出窑温度后开门出炭，完成一个炭窑1的全部炭化工作。本发明通过若干炭窑1以及对应管道的布置，令若干炭窑1之间的热气可以进行流通，通过控制器10、温度传感器9、各管路开关阀ll的配合控制，令一个炭窑中竹处在炭化阶段、精炼阶段、冷却初段时所产生的热量，可以提供给其他处在干燥阶段、预炭化阶段的炭窑的供热，有效的利用了热能，降低热能的损耗浪费，达到了节能的效果，且产生的气体进行利用而不直接排放向大气，避免环境的污染，达到环保的效果；热气主管4和废气主管5在输送气体的同时可起到集污的效果，气体中的杂质如悬浮颗粒物或焦油可以囤积到热气主管4和废气主管5，减少其排放到外界的量，达到环保的效果；未进行炭化时对热气主管4和废气主管5进行清洁即可。作为一种改进的具体实施方式，若干热气支管6设置的高于热气主管4，若干废气支管7设置的高于废气主管5。如图1、2所示，热气支管6高于热气主管4，废气支管7高于废气主管5，在气体流通的带动下杂质会更易落向热气主管4和废气主管5，降低杂质在热气支管6和废气支管7处沉淀囤积的可能性，不必清洁热气支管6和废气支管7，仅需集中清洁热气主管4和废气主管5，降低维护难度和成本。作为一种改进的具体实施方式，出气管3竖直设置，侧边分别连接出热气支管6和废气支管7。如图1、2所示，通过竖直设置出气管3，气体中的杂质因其重量易于落回到炭窑1之中，便于炭化完成后在炭窑1之中进行杂质的清理，降低杂质在出气管3处沉淀囤积的可能性，不必清洁出气管3，降低维护难度和成本。作为一种改进的具体实施方式，热气主管4和废气主管5沿其长度方向均设置有若干位于下部用于收集固体杂质的集污罐12，集污罐12可拆卸的与热气主管4和废气主管5进行安装。如图1、2所示，沿着热气主管4和废气主管5的长度方向，可以具体设置差不多间距的集污罐12，集污罐12类似于在管道中形成的一个低谷，令气体带动时经过的杂质，如悬浮颗粒物或焦油可以落入从而囤积到其中，更有利于对杂质进行收集，而在清洁时仅需将集污罐12拆下处理即可，而不必清洁整根热气主管4和废气主管5，或者说可以短期内清洁集污罐12，较长时间段后再统一清洁热气主管4和废气主管5，降低维护难度和成本，并且提高收集杂质的能力，确保更少的杂质排出到大气之中，保证环保效果。集污罐12和热气主管4、废气主管5的可拆装方式可以通过现有技术如螺纹、卡接、插接等方式实现，这里不多加阐述。作为一种改进的具体实施方式，热气主管4和废气主管5的子管道41数量与每排设置的炭窑1数量一致，并且每个子管道4l上均设置有集污罐12。如图l、2、3所示，子管道41和每排的炭窑1数量相对应设置，来承接对应炭窑1引出的热气支管6和废气支管7，连接效果更好，热气支管6和废气支管7连接位置接近子管道41的中部，子管道41相两侧热胀冷缩时对两者的拉扯形变较小，不易产生损坏，而两侧令膨胀节42灵活调整，保证整体耐用度；每个子管道41上均设置集污罐12，可实现对每组炭窑1排出的气体进行分别杂质的沉淀，提高收集杂质的效果。作为一种改进的具体实施方式，废气主管5的尺寸大于废气支管7，热气主管4的尺寸大于热气支管6，令气体从小尺寸管路进入大尺寸管路时降速缓冲沉淀杂质。如图1、2所示，在实际结构中，炭窑1的空间会远远大于出气管3以及和出气管3相连接的废气支管7、热气支管6，所以气体在顺着出气管3流入废气支管7和热气支管6时气体流速相对较快，当气体到达尺寸较大的废气主管5、热气主管4后，气体会因膨胀受到缓冲，从而降速，有利于杂质在废气主管5和热气主管4处进行沉淀，便于集中清理。作为一种改进的具体实施方式，废气主管5对外连接醋液回收管13，醋液回收管13倾斜设置并且出口端斜向上设置。如图l、2所示，因竹在炭化过程中会产生竹醋液，设置口端斜向上的醋液回收管13令气体在经过醋液回收管13时经过对气体的冷凝，气态的竹醋液被冷凝后变成液态能流回废气主管5，竹醋液可以进入集污罐12进行储存，工作人员可以在对集污罐12进行清洁时进行收集利用；醋液回收管13可采用现有技术实现，如在管道外部设置冷却源进行降温冷凝；同时斜置的醋液回收管13也有利于杂质落回废气主管5的集污罐12中收集；作为优选，可以在醋液回收管13和废气主管5的交界处设置一集污罐12。作为一种改进的具体实施方式，热气主管4上设置有安全阀14。如图1所示，安全阀14的设置可以提高管路的安全性，避免热气主管4通入过多气体时压力过高而造成炸裂的风险，安全阀14可设定一个压力值，若热气主管4的压力过高可开启卸掉压力。作为一种改进的具体实施方式，热气主管4外部包裹保温层。保温层图中未示出，其可采用现有的保温材料直接包裹上去，减少在高温气体输送过程中的热量损耗，提高能量利用率，更加的节能。作为一种改进的具体实施方式，温度传感器9设置于炭窑1的顶部。根据热空气下降而冷空气会上升的基本原理，炭窑1底部为最高温度，顶部存在一些温差，将温度传感器9设置于炭窑1的顶部，可较好的检测到炭窑1中的相对较低温度，保证温度传感器9所检测到温度数据反馈至控制器10进行开关阀1l的控制时，炭窑l内竹所处的温度实际是已达到每个阶段的温度的。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：包括炭窑1、进气管2、出气管3、热气主管4、废气主管5、热气支管6、废气支管7、空气进管8、温度传感器9和控制器10，所述炭窑1、进气管2、出气管3、温度传感器9一一对应的设置多组，所述进气管2连接至炭窑1的底部，出气管3连接至炭窑1的顶部，所述进气管2连接至热气主管4，所述出气管3分别连接至热气支管6和废气支管7，若干所述热气支管6连接至热气主管4，若干所述废气支管7连接至废气主管5，所述空气进管8连接至进气管2；所述炭窑1排列成两排，每排设置若干个，所述热气主管4和废气主管5设置于两排炭窑1之间，所述热气主管4和废气主管5均包括若干子管道41，相邻子管道41之间通过一倒U形的膨胀节42进行连接，所述膨胀节42与子管道41可旋转的连接设置；所述进气管2、热气支管6、废气支管7、空气进管8分别设置有开关阀11，所述温度传感器9、开关阀11分别与控制器10进行信号连接，由温度传感器9反馈炭窑1的温度至控制器10，之后由控制器10反馈给各开关阀11进行开与关的控制。2.根据权利要求1所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：若干所述热气支管6设置的高于热气主管4，若干所述废气支管7设置的高于废气主管5。3.根据权利要求2所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述出气管3竖直设置，侧边分别连接出热气支管6和废气支管7。4.根据权利要求2所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述热气主管4和废气主管5沿其长度方向均设置有若干位于下部用于收集固体杂质的集污罐12，集污罐12可拆卸的与热气主管4和废气主管5进行安装。5.根据权利要求4所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述热气主管4和废气主管5的子管道41数量与每排设置的炭窑1数量一致，并且每个子管道41上均设置有集污罐12。6.根据权利要求3或4或5所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述废气主管5的尺寸大于废气支管7，所述热气主管4的尺寸大于热气支管6，令气体从小尺寸管路进入大尺寸管路时降速缓冲沉淀杂质。7.根据权利要求1-5任一项所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述废气主管5对外连接醋液回收管13，所述醋液回收管13倾斜设置并且出口端斜向上设置。8.根据权利要求1-5任一项所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述热气主管4上设置有安全阀14。9.根据权利要求1-5任一项所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述热气主管4外部包裹保温层。10.根据权利要求1-5任一项所述的一种节能环保的竹炭窑结构，其特征在于：所述温度传感器9设置于炭窑1的顶部。

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