CN204803266U - 一种烘焙设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种烘焙设备，包括：太阳能集热单元：用于利用太阳能热加热第一工质；换热单元：与所述太阳能集热单元连接，用于利用第一工质加热第二工质；烘焙单元：与所述换热单元连接，用于利用所述第二工质对待烘焙的目标物质进行烘焙处理。该烘焙设备能够对需要烘焙的目标物质进行烘焙，同时具有环保性和经济性。

Description

一种烘焙设备

技术领域

本实用新型涉及生物质加工，尤其涉及一种烘焙设备。

背景技术

烘焙(Torrefaction)是一种在惰性气体气氛及中温条件下，脱除生物质中的水分和轻质挥发分的过程。烘焙过程需要在无氧或缺氧条件下进行，加热温度范围在200～300℃之间，加热时间在30～90分钟之间。

烘焙过程对于多种物质的加工利用具有重要的作用，生物质是具有代表性的一种。生物质是一种重要的可再生能源，具有挥发分含量高，硫、氮含量低等优点，生物质在形态上最为接近化石能源，与化石燃料的利用具有很好的兼容性。中国是一个农业大国，拥有丰富的生物质资源，据测算，中国的生物质的可利用量在2020年将达到5.5亿吨标准煤，具有很好的发展前景。目前，我国生物质资源的利用并不充分，大量的农业秸秆等废弃物被直接焚烧掉，不仅造成巨大的能源浪费，同时燃烧产生大量的烟尘，还会造成严重的环境污染，危害人体健康。因此，生物质的高效利用对中国能源结构调整和环境保护均具有重要的意义。

生物质烘焙预处理是一种对生物质行之有效的热化学预处理方法。随烘焙温度升高，时间延长，生物质的热失重率逐渐升高；生物质逐渐变得易于研磨；挥发分逐渐减少，固定碳成分提高，水分含量大幅下降；氧元素的含量不断下降，碳元素的含量不断上升，从而发热量不断增加；产生一定的厌水性，生物质不容易吸收水分，并降低生物降解的可能性。当烘焙温度为270～300℃时，生物质经烘焙后，体积可减小30％，能量密度为原来的1.3倍。经过烘焙预处理，生物质的各项性质与煤炭接近，便于运输、储存和利用，大大增加了生物质与煤炭混合利用的可能性。

因此，为了更好地利用环境中的资源，尤其是生物质资源，需要提出一种具有较高效率和环保特性的烘焙设备。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种烘焙设备，该烘焙设备能够对需要烘焙的目标物质进行烘焙，同时具有环保性和经济性。

有鉴于此，本实用新型提供一种烘焙设备，包括：用于利用太阳能热加热第一工质的太阳能集热单元、用于利用第一工质加热第二工质的换热单元、以及用于利用所述第二工质对待烘焙的目标物质进行烘焙处理的烘焙单元；其中：

所述换热单元与所述太阳能集热单元连接；

所述烘焙单元与所述换热单元连接。

可选的，所述太阳能集热单元具体包括：用于收集太阳能热的聚光器、以及用于利用所述聚光器收集的太阳能热加热所述第一工质的集热器；其中：

所述集热器与所述聚光器连接。

可选的，所述聚光器为线性菲涅尔聚光器。

可选的，所述太阳能集热单元还包括：除氧器、储热罐、工质泵；所述除氧器与工质泵连接，所述工质泵与储热罐通过设有阀门的管道连接，同时与所述集热器连接；所述储热罐通过设置有阀门的管道与换热单元连接。

可选的，所述换热单元包括换热器；所述烘焙单元具体包括：用于利用第一工质干燥生物质的干燥器、以及用于利用第一工质烘焙目标物质的烘焙机；其中：

干燥器：与所述换热器连接；

烘焙机：与所述干燥器和所述换热器连接。

可选的，所述换热器为烟气型换热器。

可选的，所述待烘焙的目标物质为生物质。

可选的，所述设备还包括：用于燃烧目标物质在烘焙单元处理的过程中产生的气体并生成第三工质的烘焙气体复用单元；其中：

所述烘焙气体复用单元与所述烘焙单元和所述换热单元连接，使得第三工质能够与第二工质进行换热。

可选的，所述烘焙气体复用单元包括：用于使目标物质在烘焙单元处理的过程中产生的气体在其中燃烧，生成第三工质的燃烧室、以及用于将第三工质输送到所述换热单元的风机；其中：

所述燃烧室与所述风机连接。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的烘焙设备，采用太阳能作为主要烘焙热源，能够避免或减少污染大气的废气的排放，在减少烘焙热源材料成本的同时，具有很高的环保特性。同时，本实用新型实施例利用太阳能作为生物质烘焙设备的烘焙热源，太阳能具有无处不在的分散特性，相比于化石能源更加适合分散使用的生物质烘焙装置，在任何地方都可以使用，无需考虑燃料的运输过程，有利于就近于生物质原产地实施烘焙。本实用新型实施例的太阳能聚光器采用线性菲涅尔聚光器，聚光比为数十倍，因此可以将水加热至产生温度为200～300℃的水蒸气，此温度范围与生物质烘焙***所需温度相匹配，因此可节约烘焙所用的第二工质的准备时间，简化工质处理过程。此外，本实用新型实施例还设置有烘焙气体复用单元，能够分解烘焙过程中产生的可能造成大气污染或可燃的气体，实现废气利用的同时，还能够为烘焙补充热源。

附图说明

图1为本实用新型实施例的烘焙设备结构示意图；

图2为本实用新型实施例的聚光器和集热器示意图；

图3为本实用新型另一实施例的烘焙设备结构示意图。

具体实施方式

为了给出有效的实现方案，本实用新型提供了下述实施例，以下结合说明书附图对本实用新型实施例进行说明。

本实用新型首先提供一种烘焙设备，结构如图1所示，包括：

太阳能集热单元101：用于利用太阳能热加热第一工质；

换热单元102：与所述太阳能集热单元连接，用于利用第一工质加热第二工质；

烘焙单元103：与所述换热单元连接，用于利用所述第二工质对待烘焙的目标物质进行烘焙处理。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的烘焙设备，利用太阳能集热单元101向烘焙单元提供烘焙所需要的热量，主要依靠太阳能作为热源，因此无需依赖化石能源和生物质燃料，经济性高的同时具有良好的环保特性。

当所述目标物质为生物质时，采用太阳能作为烘焙热源的优势更能够体现出来。太阳能和生物质能均具有分散的特性。生物质烘焙装置一般布置在靠近生物质产出地或能够移动到生物质产出地。经烘焙后的生物质，通常经过压缩成型，然后运往生物质混烧电站等消费地进行利用。所以，由于太阳能无处不在的分布特性，相比于化石能源更加适合分散使用的生物质烘焙装置，无需考虑燃料的运输过程。同时，太阳能和生物质均依赖于环境和气候、天气等因素，具有波动性和不确定性。相对于集中建设大规模的化石能源，生物质的产出存在着波动性和不确定性。一般来说，对于生物质供应的要求并不特别严格。因此，太阳能间歇性特点更具有优势。在波动性和不确定性上，太阳能与生物质配合使用能够借助二者的共同特性使得烘焙设备的环保性和经济性较高的同时，不会对正常的生产产生不良影响。

在具体实施例中，太阳能集热单元101可采用现有的任意一种太阳能发电***的太阳能集热部分。

较佳的，所述待烘焙的目标物质为生物质。

在本实用新型一些实施例中，仍然参照图1，所述太阳能集热单元101具体包括：

聚光器1011：用于收集太阳能热；

集热器1012：与所述聚光器连接，用于利用所述聚光器收集的太阳能热加热所述第一工质。

在本实用新型具体实施例中，聚光器1011和集热器1012可以采用现有技术中太阳能发电***中的已有机构。

在本实用新型一些实施例中，所述聚光器1011为线性菲涅尔聚光器。

在本实用新型一些具体实施例中，所述线性菲涅尔聚光器可直接采用菲涅尔式太阳能发电***中的聚光部件。在本实用新型另一些具体实施例中，所述线性菲涅尔聚光器1011包括靠近地面放置的菲涅尔聚光镜和菲涅尔聚光镜上方的二次聚光镜，先将太阳光反射到上方的二次聚光镜上，再由其汇聚到集热器1012长管状的吸热器上，并将其中的水加热成蒸汽，如附图2所示。具有线性菲涅尔聚光器的太阳能集热单元的聚光比为数十倍，因此可以将水加热至蒸汽温度在200～300℃之间，此温度范围与生物质烘焙***所需温度相匹配。

由于菲涅尔聚光器可以采用平面镜，其结构相对于其它结构的聚光器更为简单，制造成本更为低廉。此外，线性菲涅尔聚光器可采用紧凑型的布置方式，土地利用率较高；菲涅尔聚光镜近地安装，大大降低了风阻，具有较优的抗风性能，选址更为灵活，当需要烘焙的目标物质为生物质时，烘焙设备的安装可以在生物质产地就近安装，保证了生物质在烘焙之前的新鲜度，也能够保证生物质烘焙之后的产品质量；采用菲涅尔聚光器的聚光镜一般都是平直镜面，易于清洗，维护成本低。

在其它实施例中，所述聚光器还可以是塔式太阳能发电***中所采用的塔式太阳能聚光器、或槽式太阳能发电***中所采用的槽式太阳能聚光器、或蝶式太阳能发电***中采用的蝶式太阳能聚光器等。

在本实用新型一些实施例中，所述太阳能集热单元101还包括：除氧器1013、储热罐1014、工质泵1015；所述除氧器与工质泵1015连接，所述工质泵1015与储热罐1014通过设有阀门1016的管道连接，同时与所述集热器1012连接；所述储热罐1014通过设置有阀门1016的管道与换热单元102连接。

本实用新型实施例的太阳能集热单元101采用直接产生蒸汽(DSG，DirectSteamGeneration)技术，即所述第一工质采用水-蒸汽，避免采用中间传热工质。在工质泵1015的作用下，高压水进入集热器1012吸收热量，转化为温度为200℃-300℃的蒸汽。由于太阳能存在着较大的波动性，其强弱和数量与季节和昼夜时间关系较为密切，但生物质在烘焙过程中可能需要较长时间持续供热，因此，设置有储热罐1014，该储热罐1014为低容量蒸汽储热罐，可将多余的太阳能转化成水蒸气的热能并将蒸汽储存起来，在太阳能发生瞬时变化时，作为***的补充和备用，以保证***运行更加平稳可靠。在白天时间太阳较为充足、聚光器1011和集热器1012获取的太阳能热在供给生物质烘焙的同时尚有余量时，打开工质泵1015和储热罐1014之间的阀门1016，使得高温的水蒸气进入储热罐1014，并在储热罐1014中存储。当夜间或傍晚、清晨等太阳较弱或无太阳能的时候，打开储热罐1014和换热单元102之间的阀门。使得储热罐1014中的高温水蒸气能够对第二工质供热。

在本实用新型另一些具体实施例中，太阳能集热单元101还可以是以烟气为第一工质的太阳能集热单元。

在本实用新型一些实施例中，所述换热单元102包括换热器；所述烘焙单元103具体包括：

干燥器1031：与所述换热器连接，用于利用第一工质干燥生物质；

烘焙机1032：与所述干燥器1031和所述换热器连接，用于利用第一工质烘焙目标物质。

生物质在烘焙单元103完成烘焙。首先，生物质进入干燥器1031进行干燥，然后进入烘焙机1032进行烘焙。为了保证生物质的烘焙不受第二工质的影响，第二工质在具体实施例中采用空气。第二工质在换热器处与经过太阳能加热后的第一工质进行换热之后，分成两路，其中一路第二工质输送到干燥器1031中对生物质进行干燥，然后排入空气；另一路第二工质直接输入烘焙机1032对生物质进行烘焙。

在烘焙过程中，生物质首先在干燥器1031中干燥，使得生物质所含水分降低到15％以下，然后进入烘焙机1032烘焙。烘焙产生的气体成分和固体成分，其中，固体成分为烘焙生物质，及烘焙过程所产生的产品，具有高热值、良好的研磨性能等特点；气体成分包括水蒸汽和少量可燃成分。

在本实用新型一些实施例中，所述换热器为烟气型换热器。

在本实用新型一些实施例中，所述设备还包括：

烘焙气体复用单元104：与所述烘焙单元103和所述换热单元102连接，用于燃烧目标物质在烘焙单元103处理的过程中产生的气体，生成第三工质；

所述换热单元102还用于利用第三工质加热第二工质。

目标物质在烘焙单元103处理过程中产生的气体含有可燃物质，这部分可燃物质不宜直接排入大气，因此，在本实用新型具体实施例中，设置烘焙气体复用单元104，用于将烘焙单元103在烘焙生物质的过程中产生的废气进行燃烧或采用其它方式进行化学分解，并产生具有较高温度的气体，将该气体作为第三工质，使其在换热单元102中与较低温度的第二工质进行换热，达到废气充分利用。

在一种具体实施例中，换热单元102包括一个换热器1021，如图1所示，太阳能集热单元101与烘焙单元103之间的气体交换、烘焙单元103与烘焙气体复用单元104之间的气体交换均通过换热器1021实现。

在另一种具体实施例中，为了降低气体交换的复杂度，换热单元102设置两个换热器，分别是换热器1021和附加换热器1022，如图3所示，太阳能集热单元101与烘焙单元103之间的气体交换通过附加换热器1022实现；烘焙单元与烘焙气体复用单元104之间的气体交换通过换热器1021实现。换热器1021和附加换热器1022之间也可进行热交换。

在本实用新型一些实施例中，所述烘焙气体复用单元104包括：

燃烧室1041：用于使目标物质在烘焙单元处理的过程中产生的气体在其中燃烧，生成第三工质；

风机1042：用于将第三工质输送到所述换热单元102。

在具体实施例中，将烘焙废气分为两路，一路进入燃烧室1041燃烧放热，燃烧后的高温烟气为第三工质，进入换热单元102；另一路经风机加压后，进入换热器102与第三工质换热，然后通入烘焙单元103作为用于烘焙的第二工质。第三工质经换热器102降温后，进入烘焙单元102，可进一步实现余热利用，然后排入大气。由于烘焙过程中产生的气体大多是甲烷等碳氢化合物，燃烧生成二氧化碳和水，对其采取燃烧的措施不会导致大气污染。

通过燃烧室1041，能够充分利用烘焙过程中产生的带有可燃气体的废气，通过燃烧烘焙排放的气体中含有少量可燃成分，可以实现能量的充分利用，并且在太阳能辐照不足时，可利用燃烧室1041直接燃烧生物质作为能量补充，从而维持烘焙设备工作的稳定性。同时，图1中箭头方向为第一工质、或第二工质或者第三工质的流动方向。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的烘焙设备，采用太阳能作为主要烘焙热源，能够避免或减少污染大气的废气的排放，在减少烘焙热源材料成本的同时，具有很高的环保特性。同时，本实用新型实施例利用太阳能作为生物质烘焙设备的烘焙热源，太阳能具有无处不在的分散特性，相比于化石能源更加适合分散使用的生物质烘焙装置，无需考虑燃料的运输过程，有利于就近于生物质原产地实施烘焙。本实用新型实施例的太阳能聚光器采用线性菲涅尔聚光器，聚光比为数十倍，因此可以将水加热至产生温度为200～300℃的水蒸气，此温度范围与生物质烘焙***所需温度相匹配，因此可节约烘焙所用的第二工质的准备时间，简化工质处理过程。此外，本实用新型实施例还设置有烘焙气体复用单元，能够分解烘焙过程中产生的可能造成大气污染或可燃的气体，实现废气利用的同时，还能够为烘焙补充热源。

应当理解，本说明书所描述的多个实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种烘焙设备，其特征在于，包括：用于利用太阳能热加热第一工质的太阳能集热单元、用于利用第一工质加热第二工质的换热单元、以及用于利用所述第二工质对待烘焙的目标物质进行烘焙处理的烘焙单元；其中：

所述换热单元与所述太阳能集热单元连接；

所述烘焙单元与所述换热单元连接。

2.根据权利要求1所述的烘焙设备，其特征在于，所述太阳能集热单元具体包括：用于收集太阳能热的聚光器、以及用于利用所述聚光器收集的太阳能热加热所述第一工质的集热器；其中：

所述集热器与所述聚光器连接。

3.根据权利要求2所述的烘焙设备，其特征在于，所述聚光器为线性菲涅尔聚光器。

4.根据权利要求2所述的烘焙设备，其特征在于，所述太阳能集热单元还包括：除氧器、储热罐、工质泵；所述除氧器与工质泵连接，所述工质泵与储热罐通过设有阀门的管道连接，同时与所述集热器连接；所述储热罐通过设置有阀门的管道与换热单元连接。

5.根据权利要求1所述的烘焙设备，其特征在于，所述换热单元包括换热器；所述烘焙单元具体包括：用于利用第一工质干燥生物质的干燥器、以及用于利用第一工质烘焙目标物质的烘焙机；其中：

干燥器：与所述换热器连接；

烘焙机：与所述干燥器和所述换热器连接。

6.根据权利要求5所述的烘焙设备，其特征在于，所述换热器为烟气型换热器。

7.根据权利要求1所述的烘焙设备，其特征在于，所述待烘焙的目标物质为生物质。

8.根据权利要求7所述的烘焙设备，其特征在于，所述设备还包括：用于燃烧目标物质在烘焙单元处理的过程中产生的气体并生成第三工质的烘焙气体复用单元；其中：

所述烘焙气体复用单元与所述烘焙单元和所述换热单元连接，使得第三工质能够与第二工质进行换热。

9.根据权利要求8所述的烘焙设备，其特征在于，所述烘焙气体复用单元包括：用于使目标物质在烘焙单元处理的过程中产生的气体在其中燃烧，生成第三工质的燃烧室、以及用于将第三工质输送到所述换热单元的风机；其中：

所述燃烧室与所述风机连接。