CN109489344A - 一种基于聚光太阳能的生物质干燥*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质处理附属相关设备技术领域，并公开了一种基于聚光太阳能的生物质干燥***，其包括太阳能聚光单元、分段式干燥单元、给料单元、送风单元以及控制终端，其中聚光单元用于将入射的太阳能聚焦后导向整个双管式干燥单元；该干燥单元包括同轴设置的预热段管和干燥段管，并且沿着这两个段管的内部轴向方向设置有绞龙，由此通过绞龙实现对物料的轴向输送，同时接收来自聚光单元的太阳光完成物料的预热及干燥。为保证***可靠运行，还通过控制终端来使得不同太阳辐射强度下的出口物料干燥程度一致化。通过本发明，能够充分利用排气余热，提高了整体***的能量利用率，降低了干燥过程的能耗，且避免了因受热不均匀造成的结构损坏。

Description

一种基于聚光太阳能的生物质干燥***
技术领域
本发明属于生物质处理附属相关设备技术领域，更具体地，涉及一种基于聚光太阳能的生物质干燥***。
背景技术
全球化石能源的储量正在不断减少，为保证能源的绿色与可持续使用性，全球许多国家都在大力发展研究新能源利用技术。其中生物质能便是新能源中十分重要的一个部分。原始生物质材料含水是十分丰富的，草本植物的含水率一般可达70％-85％，木本植物则可达到50％-70％，因而存在广阔的应用前景。
在现有生物质利用技术中，干燥预处理是必不可少的重要工序之一。经干燥处理后的生物质，存储周期长、低位热值高、燃烧稳定性好。现有技术中针对生物燃料的干燥处理方式通常包括自然摊晒和人工干燥。就人工干燥技术而言，热风干燥技术由于干燥操作方式简单，过程易于控制，因而具有一定的应用优势，但它也存在干燥热源能耗大、热利用率低等缺点。自然摊晒受天气影响大、干燥时间长且干燥不均匀。
目前国内外已经提出了一些利用太阳能干燥生物质的初步研究方案。然而，进一步的研究表明，这类方案仍然具备以下的缺陷或不足：首先干燥器较大程度上受限于太阳能的日照时长与天气情况，使用灵活性及适用性不强；其次，在缺乏辅助装置控制时，干燥室内的温度较低、温度浮动大，通常无法将生物质中的束缚水完全去除；最后，现有的太阳能生物质干燥器一般结构庞大、操控不便，而且无法较好地满足按需干燥和更为复杂的干燥指标的需求。相应地，本领域亟需做出进一步的改良，以便更好地符合现代生物质干燥及高效利用的更高要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于聚光太阳能的生物质干燥***，其中通过对其关键组成模块如干燥单元、聚光单元、监控终端等的具体结构形式及相互设置方式进行重新设计，较多的实际测试表明，能够确保在不同太阳辐射强度下出口物料的干燥程度一致化，而且还具备连续干燥、节能高效、场地要求低，以及干燥效率及质量更高等优点；此外，还通过对整个***的构造布局和实时调控改进，相应能够有效提高自动化程度和干燥控制的精准性。
相应地，按照本发明，提供了一种基于聚光太阳能的生物质干燥***，其特征在于，该***包括太阳能聚光单元、分段式干燥单元、给料单元、送风单元以及控制终端，其中：
所述太阳能聚光单元包括分段槽式聚光镜场，用于将入射的太阳能聚焦后，导向设置于邻近一侧的整个所述分段式干燥单元以进行加热；
所述分段式干燥单元包括同轴设置的预热段管和干燥段管，并且沿着这两个段管的内部轴向方向设置有绞龙；其中对于该预热段管而言，它与所述给料单元的料斗保持相连，并经由该料斗导入待干燥的生物质物料后，在所述绞龙的作用下沿着该预热段管的内部输送物料，同时接受来自所述太阳能聚光单元的太阳能以执行物料的预热；对于该干燥段管而言，它的整体外部加装有真空耐热管，该干燥段管的入口端外部套合安装于所述预热段管上，它的出口端与送风单元的风机相连且在管壁下端开设出料口由此在所述绞龙的作用下将预热后的物料继续向前输送，并在接收来自所述风机的逆流送风的同时，还接受来自所述太阳能聚光单元的太阳能以执行物料的干燥；
所述控制终端与上述太阳能聚光单元、分段式干燥单元、给料单元、送风单元分别信号相连，并用于对它们的相关工作数据进行实时监测，相应基于所述太阳能聚光单元的太阳辐射强度数据来调节所述绞龙的运行速度，进而控制生物质物料的输送速度与干燥时间以确保物料获得所需的干燥程度。
作为进一步优选地，所述分段槽式聚光镜场优选设计为由多个反射镜依次联接而成，并且后一反射镜反射的太阳光线恰好经过前一反射镜边缘。
作为进一步优选地，所述预热段管和干燥段管优选均由不锈钢制成；所述真空耐热管优选为真空耐热玻璃管。
作为进一步优选地，所述预热段管的内径优选与所述干燥段管的外径相等；所述干燥段管与所述真空耐热管之间优选通过波纹管联接，并且两者之间抽真空。
作为进一步优选地，所述控制终端优选设计为PID的形式，并且以太阳光辐射强度作为输入信号，绞龙所连接的电机转速作为输出信号，整个控制***围绕电机转速关于物料干燥时间与太阳光辐射强度来建立函数。
作为进一步优选地，所述控制过程优选采用Box-Behnken法及minitab函数来进行函数求解和建模。
作为进一步优选地，上述***还可以包括存储单元，其用于将完成干燥后的生物质物料予以收集及存储。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有的各类设备相比，通过对其关键组成模块及其具体设置方式、尤其是分段式干燥方式、逆流换热法和智能监控算法等方面进行研究和设计，相应与现有设备相比，能够充分利用排气余热，提高了整体***的能量利用率，降低了干燥过程的能耗，且避免了因受热不均匀造成的结构损坏，同时具有干燥时间更短、干燥效率更高、干燥程度更为一致等优点，同时有效降低了对生产场地及操控要求方面的要求，因而尤其适合于各类高效利用太阳能对生物质物料进行加值转化的应用场合。
附图说明
图1是按本发明所构建的基于聚光太阳能的生物质干燥***的整体构造示意图；
图2是更为具体地显示了图1中分段式干燥单元的结构剖面图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
绞龙-1、料斗-2、预热段管-3、干燥段管-4、真空耐热管-5、波纹管-6。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按本发明所构建的基于聚光太阳能的生物质干燥***的整体构造示意图，图2是更为具体地显示了图1中分段式干燥单元的结构剖面图。如图1和图2所示，该***主要包括太阳能聚光单元、分段式干燥单元、给料单元、送风单元以及控制终端等，下面将对其逐一进行具体解释说明。
如图1所示，太阳能聚光单元优选包括分段槽式聚光镜场，用于将入射的太阳能聚焦后，导向设置于邻近一侧的整个所述分段式干燥单元以进行加热；更具体地，可以在平面框架上依次放置条形抛物面反射镜，使得反射的太阳光线都能汇聚于吸热管有效区内。为了最大限度利用空间，后一反射镜反射的太阳光线恰好经过前一反射镜边缘。平板框架固定在跟踪装置上。
作为本发明的关键改进之一，分段式干燥单元包括同轴设置的预热段管3和干燥段管4，并且沿着这两个段管的内部轴向方向设置有绞龙1；其中对于该预热段管3而言，它与所述给料单元的料斗2保持相连，并经由该料斗导入待干燥的生物质物料后，在所述绞龙的作用下沿着该预热段管的内部输送物料，同时接受来自所述太阳能聚光单元的太阳能以执行物料的预热；对于该干燥段管4而言，它的整体外部加装有真空耐热管5，该干燥段管的入口端外部套合安装于所述预热段管3上，它的出口端与送风单元的风机相连且在管壁下端开设出料口由此在所述绞龙的作用下将预热后的物料继续向前输送，并在接收来自所述风机的逆流送风的同时，还接受来自所述太阳能聚光单元的太阳能以执行物料的干燥。
更具体而言，如图2中所示，绞龙1、料斗2、预热段管3和干燥段管4优选均由不锈钢制成。干燥段管4与耐热玻璃管5可通过波纹管6连接，且两者之间抽真空。干燥段管4一端连接风机且在管壁下端预开出料口，另一端连接预热段管3。料斗2可通过预热段管3上的预留孔与后者连接。绞龙1依次穿过预热段管3和干燥段管4，在预热段管3端与电机连接。生物质原料通过料斗2进入预热段管3。绞龙1由电机带动旋转并推动物料前进，依次经过预热段管3和干燥段管4完成干燥过程，最后由干燥段管4管壁下端的出料口离开干燥单元。
对于所述控制终端而言，它与上述太阳能聚光单元、分段式干燥单元、给料单元、送风单元分别信号相连，并用于对它们的相关工作数据进行实时监测，相应基于所述太阳能聚光单元的太阳辐射强度数据来调节所述绞龙的运行速度，进而控制生物质物料的输送速度与干燥时间以确保物料获得所需的干燥程度。
更具体地，该控制终端优选为PID***的形式，并且以太阳光辐射强度为输入信号，绞龙连接的马达转速为输出信号。整个控制***可围绕马达转速关于干燥时间与太阳光辐射强度来构建相应的函数，并譬如采用Box—Behnken法，利用minitab软件进行函数求解和模型建立，实现根据太阳辐射强度控制绞龙的运行速度进而调控物料运输速度与干燥时间，保证出口物料干燥程度一定。
综上，本发明通过使用聚光太阳能为干燥过程提供热量，在满足***能量密度需求的同时，能够提高整个***的效率；使用绞龙及分段式干燥单元的配合，不仅可实现物料输运和连续干燥，同时能够避免局部过热，保证***安全运行；特别是，采用逆流换热法与两段管设计，能够充分利用排气余热，提高了***的热效率，降低了干燥过程的能耗，且避免了因受热不均匀造成的结构损坏。此外，通过使用PID控制***调节干燥速度，确保出口处物料干燥程度相同；与目前的干燥技术相比，具有干燥时间短，干燥效率高，干燥程度高等优点，能够满足更高的生物质干燥要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于聚光太阳能的生物质干燥***，其特征在于，该***包括太阳能聚光单元、双管式干燥单元、给料单元、送风单元以及控制终端，其中：
所述太阳能聚光单元包括分段槽式聚光镜场，用于将入射的太阳能聚焦后，导向设置于邻近一侧的整个所述分段式干燥单元以进行加热；
所述分段式干燥单元包括同轴设置的预热段管(3)和干燥段管(4)，并且沿着这两个段管的内部轴向方向设置有绞龙(1)；其中对于该预热段管(3)而言，它与所述给料单元的料斗(2)保持相连，并经由该料斗导入待干燥的生物质物料后，在所述绞龙的作用下沿着该预热段管的内部输送物料，同时接受来自所述太阳能聚光单元的太阳能以执行物料的预热；对于该干燥段管(4)而言，它的整体外部加装有真空耐热管(5)，该干燥段管的入口端外部套合安装于所述预热段管(3)上，它的出口端与送风单元的风机相连且在管壁下端开设出料口由此在所述绞龙的作用下将预热后的物料继续向前输送，并在接收来自所述风机的逆流送风的同时，还接受来自所述太阳能聚光单元的太阳能以执行物料的干燥；
所述控制终端与上述太阳能聚光单元、分段式干燥单元、给料单元、送风单元分别信号相连，并用于对它们的相关工作数据进行实时监测，相应基于所述太阳能聚光单元的太阳辐射强度数据来调节所述绞龙的运行速度，进而控制生物质物料的输送速度与干燥时间以确保物料获得所需的干燥程度。
2.如权利要求1所述的生物质干燥***，其特征在于，所述分段槽式聚光镜场优选设计为由多个反射镜依次联接而成，并且后一反射镜反射的太阳光线恰好经过前一反射镜边缘。
3.如权利要求1或2所述的生物质干燥***，其特征在于，所述预热段管(3)的内径优选与所述干燥段管(4)的外径相等；所述干燥段管(4)与所述真空耐热管(5)之间优选通过波纹管(6)联接，并且两者之间抽真空。
4.如权利要求1-3任意一项所述的生物质干燥***，其特征在于，所述控制终端优选设计为PID的形式，并且以太阳光辐射强度作为输入信号，绞龙所连接的电机转速作为输出信号，整个控制***围绕电机转速关于物料干燥时间与太阳光辐射强度来建立函数。
5.如权利要求4所述的生物质干燥***，其特征在于，所述控制过程优选采用Box-Behnken法及minitab函数来进行函数求解和建模。
6.如权利要求1-5任意一项所述的生物质干燥***，其特征在于，上述***还优选包括存储单元，其用于将完成干燥后的生物质物料予以收集及存储。
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