CN112999973A - 一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，它包括生物质进料单元、烘焙预处理单元、产物收集处理单元和造粒单元。在太阳照射下，太阳能真空集热管经过线聚焦的方式达到高温状态；生物质通过螺旋输送机送入烘焙室进行烘焙预处理，烘焙预处理后的产物在气固分离后，可凝性气体产物在冷凝箱被冷凝为生物油，不可凝性气体经干燥过滤器处理后进入储气罐，固体产物进入到生物质造粒机中进行造粒。本发明利用太阳能对生物质烘焙预处理反应供热，并使用烘焙后的生物质进行造粒，节约了转化成本，减少了能源消耗，同时获得了堆积密度高、能量密度高、利于运输和储存的新型生物质颗粒燃料。

Description

一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置
技术领域
本发明涉及生物质能源技术领域，具体是一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置。
背景技术
煤、石油、天然气等化石能源储量的减少和地球环境的恶化促使人们越来越关注人类的可持续发展问题，生物质能、太阳能、风能和海洋能等可再生、环境友好型能源的开发和利用越来越受人们的重视，根据国际能源机构（IEA）的调查显示，生物能源是迄今为止最大的可再生能源，占全球基础能源需求量的10％左右。
生物质是仅次于煤、石油和天然气处于能源消费总量第四位的能源，在整个能源***中占有重要地位，在世界能源消耗中，生物质能能耗占总能耗的14%。
由于生物质中的N和S含量较低，在转化中不会产生大量有害的氮氧化物和硫氧化物等污染物。
在许多研究者看来，生物质是一种碳中性能源，理论上可以实现零碳排放。因此发展生物质能源能够更好的改变世界能源结构，促进可持续发展。
但生物质资源存在着堆积密度低、能量密度低、含氧量高、难破碎和不易储存等缺点，严重限制了其后续高效和低成本燃烧、热解或气化利用。
烘焙法作为一种简单高效的预处理方法，能够除去生物质中的自由水分和低分子量的有机挥发性成分，使生物量和生物质均质化、能量致密化。
与生物质原材料相比，烘焙预处理后的生物质具有较低的O/C比和水分，热值升高，提高了热解油的品质和气体质量。
此外，烘焙破坏了生物质的显微结构，使得生物质更好研磨，有效提高了生物质能的密度，通过将烘焙后的生物质进行致密化处理（造粒）更能够增加生物质的能量密度、增大堆积密度，有利于运输和储存。
然而生物质的烘焙预处理和生物质造粒是非常消耗热量的过程，通常需要投入大量较昂贵的传统燃料以维持设备运转，因此其成本较高，阻碍了大规模的产业化应用进程。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中提出的问题，提出一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置。
本发明具有以下有益效果：本发明所涉及的生物质烘焙热源来自于太阳能，显著减少生物质烘焙过程中的能耗；本发明所涉及的生物质烘焙室具有相变储热层，有效缓解了太阳辐射变化对烘焙室内温度场的影响；本发明所涉及的造粒装置的原料是烘焙的生物质，能够有效降低造粒过程所需的能耗且得到的生物质颗粒更加稳定。
本发明的技术方案是：一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，包括生物质进料单元、烘焙预处理单元、造粒单元和产物收集单元，其中，生物质进料单元由原料仓（2）、粉碎机（1）、惰性气体气罐（3）、载气物料仓（4）、电动机（5）和螺旋输送机（6）组成；烘焙预处理单元包括太阳能真空集热管（7）、太阳能聚光反射板（8）、真空层（8）、相变储热层（9）和烘焙室（10）；产物收集单元包括气固分离器（11）、冷凝器（20）、挥发分管道（24）、不可凝气体管道（23）、干燥过滤器（22）和储气罐（21）；造粒单元包括粉碎机（12）、添加剂料斗（13）、输料风管（14）、旋风除尘器（15）、输料皮带（16）、生物质造粒机（19）、储料仓（18）。
一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置其特征还在于：原料仓（2）出口连接粉碎机（1）进口，粉碎机（1）出口与惰性气体气罐（3）出口连接载气物料仓（4）进口，载气物料仓（4）下方设置螺旋输送机（6），螺旋输送机（6）左侧与电动机（5）连接；太阳能真空集热管（7）设置在太阳能聚光反射板（25）聚焦轴线上，烘焙室（10）内部设置螺旋输送机（6），相变储热层（9）内部填充相变材料，其外表面设置太阳能选择性吸收涂层；气固分离器（11进口与烘焙预处理单元管道出口相连，气体出口通过挥发分管道（24）与冷凝箱（20）进口相连，冷凝箱（20）出口通过不可凝气体管道（23）与干燥过滤器（22）进口相连，干燥过滤器（22）出口与储气罐（21）连接；固体出口和添加剂料斗（13）出口与造粒单元的粉碎机（12）进口相连，粉碎机（12）出口与旋风除尘器（15）进口相连，旋风除尘器（15）出口与生物质造粒机（19）进口相连，生物质造粒机（19）出口与储料仓（18）相连，从而构成了完整的反应装置。
本发明所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其工作原理在于：生物质原料经粉碎机初步粉碎后从载气物料仓（4）进入到螺旋输送机（6），电动机（5）带动螺旋输送机（6）转动，通过调节电动机（5）的频率来控制螺旋输送机（6）的转速，从而将生物质原料连续不断地送入烘焙室（10）进行烘焙预处理，烘焙室温度控制在200～300℃，同时，惰性气体从惰性气体气罐（3）经载气物料仓（4）输送至烘焙室（10）；太阳能真空集热管（7）得到来自于太阳能聚光反射板（25）反射的光线，太阳光经过真空层（8）在具有太阳能选择性吸收涂层的相变储热层（9）外表面进行光热能量转换，并将热量传递至相变储热层（9）内部的相变材料，通过相变材料的相变向烘焙室（10）传递热量，完成生物质原料的烘焙预处理；烘焙预处理后的产物进入到气固分离器（11）实现气固分离，固体产物被气固分离器（11）收集，气体产物通过挥发分管道（24）进入到冷凝器（20）中，可凝性气体在冷凝器（20）中冷凝为液体产物，不可凝性气体经过不可凝气体管道（23）进入干燥过滤器（22），处理后进入储气罐（21）。经气固分离器（11）收集的固体产物与添加剂料斗（13）的添加剂一起进入到粉碎机（12）中进一步粉碎，然后经输料风管（14）进入到旋风除尘器（15）中进行气固分离，固体产物经输料皮带进入到生物质造粒机（19）中致密化处理，得到的烘焙生物质颗粒燃料进入储料仓（18）。
进一步，本发明专利所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的生物质进料单元中惰性气体气罐（3）中的惰性气体是烘焙预处理的载气，氮气可以作为该惰性气体。
进一步，本发明专利所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的烘焙预处理单元中相变储热层（9）利用相变材料的相变吸热和放热保证烘焙室（10）温度的相对恒定，减小太阳辐射变化的影响。
进一步，本发明专利所述的一种基于太阳能供热的生物烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的造粒单元中送入粉碎机的生物质与煤粉或硅藻土混合比例为：生物质占90～97％，煤粉或硅藻土占3～10％。也可以不加添加剂，烘焙生物质直接成型。
附图说明
图1是基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置工艺流程图。
图2是基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置结构示意图。
附图标记说明：1、粉碎机2、原料仓3、惰性气体气罐4、载气原料仓5、电动机6、螺旋输送机7、太阳能真空集热管8、真空层9、相变储热层10、烘焙室11、气固分离器12、粉碎机13、添加剂料斗14、输料风管15、旋风除尘器16、输料皮带17、输料皮带18、储料仓19、生物质造粒机20、冷凝器21、储气罐22、干燥过滤器23、不可冷凝气体管道24、挥发分管道25、太阳能聚光反射板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：
请参阅图1～2，惰性气体气罐（3）中充有惰性气体，载气物料仓（4）中放置一定质量的经初步粉碎的生物质原料，惰性气体气罐（3）出口连接物料及载气供给仓（4）进口，物料及载气供给仓（4）下方设置螺旋输送机（6），螺旋输送机（6）左侧连接电动机（5）；太阳能真空集热管（7）设置在太阳能聚光反射板（25）聚焦轴线上，线性聚光反射板（25）利用线性聚焦的方式将太阳光聚焦到太阳能真空集热管（7）上，其主要形式有线性菲涅尔式、抛物面槽式，它能够确保太阳能真空集热管（7）轴向温度的均匀性，烘焙室（10）设置螺旋输送机（6），相变储热层（9）内部填充相变材料，相变储热层（9）外表面涂有太阳能选择性吸收涂层，可以吸收来自于太阳能聚光反射板（25）的反射光，完成光热能量转换；气固分离器（11）进口与烘焙预处理单元出口相连，气固分离器（11）气体出口通过挥发分管道（24）与冷凝器（20）进口相连，冷凝器（20）出口通过不可凝气体管道（23）与干燥过滤器（22）进口相连，干燥过滤器（22）出口与储气罐（21）连接，气固反应分离器（11）固体出口与造粒单元中的粉碎机（12）相连，烘焙生物质与添加剂料斗（13）中的添加剂一起在粉碎机中（12）经进一步粉碎后进入到旋风除尘器（15）中，固体产物进入到生物质造粒机（19）中进行致密化处理，生物质造粒机（19）出口与储料仓（18）相连，从而构成了完整的生产装置。
具体实施过程如下：首先调整烘焙预处理单元的朝向和倾斜角度，放置在面向太阳，接收阳光最佳的位置；照射一定时间，烘焙室（10）内温度达到200～300℃，打开惰性气体气罐（3），设置一定的出气压力，同时将初步破碎的秸秆、农林废弃物等生物质原料放入载气物料仓（4）；打开电动机（5），调节好电动机（5）频率，螺旋输送机（6）转动，生物质原料被螺旋输送机（6）输运到烘焙室（10），进行烘焙预处理；烘焙预处理后的产物进入到气固分离器（11），气体产物通过挥发分管道（24）进入到冷凝器（20）中，可凝性气体产物在冷凝器（20）中冷凝为液体产物，不可凝性气体经过不可凝气体管道（23）进入干燥过滤器（22），处理后进入储气罐（21）。固体产物被气固分离器（11）收集，烘焙生物质与添加剂料斗（13）中的添加剂被一起送入到粉碎机中进一步粉碎，然后经输料皮带（16）进入到生物质造粒机（19）中进行造粒，得到的的新型烘焙生物质颗粒送入到储料仓（18）中储存。
所述的惰性气体气罐（11）中的惰性气体是烘焙预处理的保护气，也是原料输运的载气。
所述的太阳能聚光反射板（22）采用线性聚光的方式将太阳光反射到太阳能真空集热管（21）上，也可以采用其他形式的线性聚光反射板替代。
所述的相变储热层（24）中的相变材料可以通过通过相变的吸热和放热的方式维持烘焙室（25）内温度的相对恒定，抵制外部太阳辐射的变化，也可以用其他相变材料替代。
所述的烘焙室（10）中设置温度传感器，监控温度，通过温度信号调制电动机转速来控制螺旋输送机的速度，稳定生物质在200-300℃的温度范围内进行烘焙预处理。
所述的干燥过滤器（45）中采用硅胶干燥剂作为干燥材料，脱脂棉作为过滤材料。
所述的添加剂料斗（13）中采用煤粉或者硅藻土作为添加剂。

Claims (7)

1.一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，包括生物质进料单元、烘焙预处理单元、产物收集单元和生物质造粒单元，其中，生物质进料单元由原料仓（2）、粉碎机（1）惰性气体气罐（3）、载气原料仓（4）、及电动机（5）和螺旋输送机（6）组成；烘焙预处理单元由太阳能真空集热管（7）、太阳能聚光反射板（25）、真空层（8）、相变储热层（9）和烘焙室（10）组成；产物收集单元由气固分离器（11）、挥发分管道（24）、冷凝器（20）、不可凝气体管道（23）、干燥过滤器（22）和储气罐（21）组成；生物质造粒单元有粉碎机（12）、添加剂料斗（13）、输料风管（14）、旋风除尘器（15）、输料皮带（16）、生物质造粒机（19）和储料仓（18）组成，其结构特征还在于：原料仓出口连接粉碎机入口，粉碎机出口连接物料及载气仓进口，惰性气体气罐（3）出口连接载气物料仓（4）进口，载气物料仓（4）下方设置螺旋输送机（6），螺旋输送机（6）连接电动机（5）；太阳能真空集热管（7）设置在线性太阳能聚光反射板（25）聚焦的轴线上，烘焙室（10）内部设置螺旋输送机（6）与载气物料仓(4)相连，相变储热层（9）内部填充有相变材料，其外表面涂有太阳能选择性吸收涂层；气固分离器（11）进口与烘焙预处理单元管道出口相连，气体产物通过挥发分管道（24）与冷凝器（20）进口相连，冷凝器（20）出口通过不可凝气体管道（23）与干燥过滤器（22）进口相连，干燥过滤器（22）出口与储气罐（21）相连，固体产物出口与粉碎机（12）相连，粉碎机（12）出口通过输料风管（14）与旋风除尘器（15）进口相连，旋风除尘器出口用过输料皮带（16）与生物质造粒机（19）进口相连，生物质造粒机（19）的出口与储料仓（18）相连；从而构成了完整的生产装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其工作原理在于：生物质原料经粉碎机（1）初步粉碎后614）转动，通过调节电动机（12）的频率来控制螺旋输送机（14）的转速，从而将生物质原料不断地送入烘焙室（10）进行烘焙预处理，温度范围为200-300℃，同时，惰性气体从惰性气体气罐（3）经载气物料仓（4）送至烘焙室（10）；太阳能真空集热管（7）接收到来自于太阳能聚光反射板（25）反射的太阳光，太阳光透过真空层（8）在具有太阳能选择性吸收涂层的相变储热层（9）外表面进行光热能量转换，并将热量传递至相变储热层（9）内部的相变材料，通过相变材料的相变向烘焙室（10）传递热量，完成生物质原料的烘焙预处理；烘焙预处理后的产物进入气固分离器（11）实现气固分离；固体产物被气固分离器（11）收集后进入粉碎机（12）进一步粉碎，粉碎后的烘焙生物质进入到旋风除尘器（15）中分离得到的烘焙生物质原料进入到生物质造粒机（19）中进行致密化处理，气体产物通过挥发分管道（24）进入到冷凝器（20）中，可凝性气体在冷凝器（20）中冷凝为液体产物，不可凝性气体经过不可凝挥发分管道（23）进入干燥过滤器（22）处理后进入储气罐（21）。
3.根据权利要求1和2所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的生物质进料单元中惰性气体气罐（3）中的惰性气是烘焙预处理载气和保护气。
4.根据权利要求1和2所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的烘焙预处理单元中相变储热层（9）利用相变材料的相变吸热和放热保证烘焙室（10）温度的相对恒定，减小一天中太阳辐射变化的影响。
5.根据权利要求1和2所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的造粒单元中送入粉碎机(3)的烘焙生物质生物质与煤粉或硅藻土混合比例为：生物质原料占90～97％，煤粉或硅藻土占3～10％；也可以不加添加剂，烘焙生物质直接成型。
6.根据权利要求1和2所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的造粒单元中在粉碎机(12)上端设置添加剂料斗(13)。
7.根据权利要求1和2所述的一种基于太阳能供热的生物质烘焙耦合造粒装置，其特征在于，所述的产物收集单元中所有的管道外表面设置保温层，防止在反应过程中反应产物的冷凝；产物收集单元中气固分离器（11）进出口管道外设置保温层，防止气体产物冷凝。
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