[发明专利]一种提高生物质受热均匀性和热效率的烘焙方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物质烘焙的方法和装置，特别涉及一种提高生物质受热均匀性和热效率的烘焙方法和系统。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，化石能源的开发和利用虽利于发展经济，但也增加了污染物排放、损害了生态环境和人们的健康水平，发展清洁可再生能源已成为紧迫的课题。生物质能属于低碳清洁能源，中国有丰富的生物质再生能源的资源，其研发、推广和普及对改善中国的能源结构和生态环境有重要意义。生物质烘焙技术可以有效地提高生物质能量密度和堆积密度、降低生物质吸水性和微生物的损耗、减少运输和存储成本、提高粉碎和物料处理的性能，烘焙产物可独立用于燃烧气化过程，也可以用于和煤的混燃混气化，从而促进生物质能源更广泛的应用。

目前生物质的预处理方式主要包括干燥、粉碎、成型、烘焙、热解。常规的200℃以下的干燥技术比较成熟，但经普通干燥后，生物质中仍常有2-10％的水分(湿基质量分数)，由于生物质的吸水性，易再次受潮，且生物质自身能量密度和堆积密度低，不易研磨、高氧含量等特性仍未得到改善。烘焙技术可以改善或解决这些生物质特性所带来的问题。烘焙是在常压、隔绝氧气的条件下，反应温度介于200～300℃之间慢速热解过程，可有效提高生物质能量密度和堆积密度、提高研磨粉碎和处理性能、降低或消除生物质的吸水性、降低运输和存储成本。

目前的生物质烘焙技术主要包括滚筒式反应器、螺杆反应器、流化床、多室炉、带式反应器等，加热方式有直接加热和间接加热。欧洲的Andritz和ECN开发了一种直接加热的立式筒状干燥和烘焙器，生物质在3级或大于3级的立式筒式反应器里依次进行干燥和烘焙，Andritz和ECN已经在丹麦建立了每小时1吨的示范厂。Andritz还开发了间接加热的滚筒式反应器和相应的生物质成型技术工艺，滚筒式反应器温度是250-300oC,物料停留时间约30分钟，其示范厂规模已达到每小时1吨的生产能力。美国的New Biomass Energy公司开发了一种间接加热的螺杆烘焙器，烘焙气体燃烧产生的热量通过油介质传至生物质。荷兰的Biolake开发了间接加热的螺杆烘焙器，烘焙器温度小于270oC,停留时间小于10分钟，间接加热的热量来自烘焙气体的燃烧，中试厂规模已达每小时1吨的生产能力。无论是直接还是间接加热烘焙技术，目前存在的主要问题是生物质受热不均匀、产品质量不稳定、半焦生成和传热效率低，对于直接加热烘焙技术，烘焙产物的质量也受到加热气体成分的影响；需要开发能量自平衡、受热均匀、产品质量稳定、传热效率高的烘焙系统。

发明内容

本发明的目的是解决现有烘焙装置生物质受热不均匀、产品质量不稳定和热效率较低的问题，提供一种能量自平衡并提高生物质受热均匀性和系统热效率的方法，进而开发一种实现前述方法的生物质烘焙系统。

实现本发明目的技术方案是：

一种提高生物质受热均匀性和系统热效率的方法,该方法包括采用螺杆烘焙器，产生的烘焙气体经燃烧器燃烧后生成热烟气,该烟气用于烘焙系统的加热,在螺杆烘焙器的外周和内部分别形成对待烘焙生物质的外部间接加热和内部间接加热,且外部间接加热的烟气与待烘焙生物质呈逆流流动、内部间接加热的烟气与待烘焙生物质呈顺流流动，同时螺杆旋转运动对待烘焙生物质有搅拌混合和促进传热的作用；烘焙产物经冷空气热交换，形成热空气用于生物质的预干燥或与加热生物质后的烟气混合后用于待烘焙生物质的干燥，热烟气在传输过程中均采取保温措施。

实现上述方法的生物质烘焙系统，包括生物质干燥器、生物质进料系统、螺杆烘焙单元、燃烧器、烟气循环系统、烘焙产物收集单元、烘焙产物冷却系统，其中生物质干燥器、生物质进料系统、螺杆烘焙单元依次连接，燃烧器与螺杆烘焙单元的螺杆烘焙器的挥发分移出管连接，烘焙产物螺杆下料器和烘焙产物旋转阀出料器输送烘焙产物到烘焙产物收集器中，烘焙产物收集器与烘焙产物旋转阀出料器尾端的下料管连接，烘焙产物收集器与烘焙产物冷却系统通过螺杆输送器输送烘焙产物。

上述螺杆烘焙单元包括螺杆烘焙器，其外部至少部分具有烘焙器热夹套，该夹套与燃烧器通过燃烧器烟气管道连通；其内部具有烘焙器螺杆，烘焙器螺杆的轴为空心轴，空心轴内部固定有烟气管一，与烘焙器热夹套出口管和烟气收集器连通；螺杆烘焙器的尾端设置的烟气收集器，其通过烟气管二与生物质干燥器连通；所述烘焙产物冷却系统包括冷却器，冷却器内采用冷空气冷却烘焙产物，换热后经热空气出口管与生物质干燥器直接连接，或与烟气管二连接后与生物质干燥器连接。