[发明专利]一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备

说明书

本发明属于生物质烘焙及粉碎相关技术领域，其公开了一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，设备包括进料组件、烘焙粉碎组件及气固分离组件，烘焙粉碎组件连接进料组件及气固分离组件；通过进料组件向设备内添加生物质物料，且进料组件用于将生物质物料输送至烘焙粉碎组件；工作时，烘焙粉碎组件内通入高温烟气，其通过机械混合方式将来自进料组件的生物质物料及高温烟气进行直接混合，以将生物质物料进行粉碎及烘焙；气固分离组件用于对来自烘焙粉碎组件的气固混合烟气进行气固分离，且被分离出来的气相产物及固相产物分别自气固分离组件排出。本发缩短了烘焙时间，降低了成本，提高了烘焙效率。

技术领域

本发明属于生物质烘焙及粉碎相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备。

背景技术

生物质能是一种可再生能源，同时也是唯一的一种可再生碳源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消耗总量第4位的能源，具有可再生、低污染、总量丰富、广泛应用、广泛分布等特性。根据2017年《BP世界能源统计年鉴》，我国生物质资源储量丰富，其中可作为能源利用的生物质约相当于4.6亿吨标准煤/年，以农作物秸秆为例，我国的秸秆年产量约8亿吨，除去农村炊事、取暖等生活用能，以及在养殖业、秸秆还田、造纸等行业方面的需求，每年仍有70％左右的秸秆未被高效合理利用。应该如何更有效地资源化使用生物质资源，以避免越来越多生物质因没有被合理利用而带来的资源浪费、环境污染等问题，这是亟需解决的重大问题。

目前，除了直接焚烧或者燃烧发电外，生物质主要还有热解和气化等先进高效利用方式，可以将生物质转化为易于使用的能量形式，或者得到具有高附加值的各种生物质基产品，例如热解是对生物质物料的一种热转化技术，其在相对高的温度下、在低水分的无氧或者少氧环境中进行，可将生物质转化为固体炭、液态油和可燃气体。虽然生物质能具有总量大、环境友好、唯一性及良好的兼容性，但其与传统化石燃料相比，在利用的过程中存在一些缺点，比如水分和碱金属含量高，O/C比值高，堆积密度和能量密度低、可靠性差等。

其中，生物质焙烧是指生物质于常压惰性气氛下，在约200℃～300℃之间被加热，其内部组分发生热裂解，绝大部分水分和部分含氧挥发分被脱出的过程。烘焙过程的实质是低温热解，主要发生热解反应的是生物质内部半纤维素，木质素有部分分解，纤维素基本不分解，烘焙的主要益处在于：其一，改善燃烧特性，提高能量密度及疏水性，改善燃烧成分，提高气化效率；其二，降低粉碎能耗，减质减容，脱氧、脱水和脱氯。

现有的生物质烘焙技术主要包括移动床、闪速焙烧炉、带式干燥器、螺旋输送机、多膛焙烧炉和流化床等，加热方式有直接加热和间接加热。然而，无论是直接加热焙烧技术还是间接加热焙烧技术，目前存在的主要问题是传热效率低，生物质受热不均匀，导致以上现象的原因主要有三点：(1)对于直接加热焙烧技术，气流流速小，与生物质表面换热不够强烈，表面对流换热热阻大；(2)对于间接加热焙烧技术，壁面增加了一个导热热阻，换热效果差；(3)生物质导热系数低，颗粒尺寸大，导热热阻大。以上原因导致烘焙时间长，烘焙效率低，意味着单位时间产量低，烘焙能耗大。相应地，本领域存在着发展一种烘焙效率较高的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其基于现有生物质加热烘焙的特点，研究及设计了一种烘焙效率较高的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备。所述设备通过机械破碎来减小生物质物料颗粒尺寸，增加生物质物料的导热能力，并且引入强烈的机械混合过程，以增强对流换热作用；其中，生物质物料与烟气直接混合，去除了壁面导热热阻，且烘焙粉碎腔室内的气流被高速旋转的动叶刀片带动，在动静叶刀片间形成涡流，生物质表面形成的强烈涡流减小了对流换热热阻，由此使得生物质物料与高温烟气的换热作用得到强化，传热效率得到提高，缩短了烘焙时间，降低了成本，且提高了生物质的利用效率。