CN102985513B - 用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备及方法 - Google Patents

用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备及方法。该设备基本上包括:干燥区,所述干燥区包括用于输入含碳物料流的进料装置、用于排出含有水蒸汽的干燥气流的排放点以及用于循环再用至少一部分所述干燥气流的进给点;用于使已在所述干燥区中干燥的所述物料流除气的烘培区,所述烘培区具有用于排出已烘培物料流的排放点、至少一个用于送入废气的进给点以及用于排出烘培气流的排放点;用于加热所述干燥气流的热交换器,所述干燥区的所述排放点通过所述热交换器连接到所述干燥区的所述进给点;燃烧组件,所述烘培区的所述排放点通过所述燃烧组件和所述热交换器连接到所述烘培区的所述进给点;其中,通过所述烘培区的所述排放点排出的烘培气流在所述燃烧组件中燃烧,所述燃烧产生的废气被用来在所述热交换器中加热所述干燥气流并被送入所述烘培区;所述干燥区和所述烘培区包括两个相互独立的气体循环。

Description

用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备及方法
技术领域
本发明涉及用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培设备及方法。
背景技术
烘培是在没有空气的条件下在250到300摄氏度的相对低温下通过热分解对生物质进行的热处理。
US4,347,156公开了一种在多床炉中重激活活性炭的方法,在该多床炉的上游设有干燥区。在所述方法中,气流从多床炉被转移并送入补燃室进行燃烧。产生的废气被送入干燥器,所述干燥器可作为直接接触型或间接接触型热交换器运作。
WO2005/056723A1公开了另一种用于烘培的设备。在该专利申请说明书中,从烘培区抽出的气体也被送入干燥器或作为热气回流到烘培区中。
此外,从EP2017325A2可知一种用于分解生物质和产生燃料气体的设备;在所述设备中,所述生物质在干燥区中干燥并在烘培区中脱气。最后,这样处理过的物料被首先粉碎然后送入热解区。部分含有水蒸汽的干燥气从所述干燥器排出并在热交换器中被加热,然后有至少一部分被重新送入干燥器。
US2010/0083530A1描述了纤维素材料在惰性气氛中的烘培方法和装置。待处理的材料被送入包括多个托盘的工艺处理室并在处理后作为已烘培材料排出。含蒸汽的废气从工艺处理室排出并其一部分通过冷凝器被送入燃烧器,所述燃烧器的热废气被用来加热所述含蒸汽的废气的剩余部分,然后被加热的所述含蒸汽的废气的剩余部分被送到工艺处理室中循环再用。
发明内容
本发明解决的问题是使用于至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备和方法更有效率。
根据本发明的用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备基本上包括:
干燥区,所述干燥区包括用于送入含碳物料流的进料装置、用于排出含水蒸汽的干燥气流的排放点以及用于循环再用至少一部分干燥气流的进给点,
用于使已在干燥区中干燥的物料流除气的烘培区,所述烘培区包括用于排出已烘培物料流的排放点、至少一个废气进给点以及烘培气流的排放点,
用于加热干燥气流的热交换器,所述干燥区的排放点通过该热交换器连接到所述干燥区的所述进给点,
燃烧组件,所述烘培区的所述排放点通过所述燃烧组件和所述热交换器连接到所述烘培区的所述进给点,
其中,通过所述烘培区的所述排放点排出的烘培气流在所述燃烧组件中燃烧,所得的废气被用来在所述热交换器中加热所述干燥气流并被送入所述烘培区,
从所述烘培区排出的所述烘培气流在所述燃烧组件中燃烧并被加热,所得的废气在所述热交换器中被冷却到烘培温度并被送入所述烘培区,
所述干燥区和所述烘培区包括两个独立的气体循环。
在根据本发明的用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的方法中,生物质在干燥区中通过干燥气流干燥并随后在烘培区中烘培。在此过程中,部分含有水蒸汽的所述干燥气流从所述干燥区排出并在热交换器中被加热,然后有至少一部分被送回到所述干燥区。此外,在所述烘培区中产生的部分烘培气流从所述烘培区排出并被送入燃烧组件进行燃烧,而所产生的废气被用来在所述热交换器中加热所述干燥气流并被导入所述烘培区中。在此过程中,加热从所述烘培区排出并在所述燃烧组件中燃烧的所述烘培气流,而所产生的废气在热交换器中被冷却至要求的烘培温度并被送入所述烘培区。此外,所述干燥区和所述烘培区以两个独立的气体循环来运作。
与现有所用的方法不同,被导入所述烘培区的不是所述烘培气体而是所述烘培气体在燃烧组件中燃烧期间产生的废气。所述废气因此具有完全不同的组成,不含有挥发性或可凝结成分并因此促进了烘培期间的传质。通过燃烧烘培期间产生的挥发物,所述废气在被导入所述烘培区之前添加了二氧化碳和水蒸汽。二氧化碳和水蒸汽促进所述烘培区中的传热并提高烘培的效率。
通过设立两个独立的气体循环,可以利用由所述烘培气流的复燃和使用复燃所产生的热量来加热所述干燥气流而带来的能量优势。此外,如果所述干燥气流不与所述烘培区和所述复燃的废气混合,干燥是特别有效率的。特别是,如果所述含有水蒸汽的干燥气流在热交换器中被过度加热,可以取得更进一步的改善。
此外,导入所述干燥区和烘培区的两个气流只需要一个热交换器,且流过所述热交换器的两个气流随后都在所述多床炉中被使用。这使得含碳物料流的干燥和烘培特别有效率。
根据本发明的一个优选实施例,所述干燥区和/或所述烘培区各包括多个层叠设置的炉床。使用诸如被称为耙柄的装置作为输送装置。此外,可在所述干燥区和所述烘培区之间设置用于传送已干燥的含碳物料流的机械传送装置;该机械传送装置最好具有气密性构造,以防止两个气体循环发生混合。
此外,所述干燥区(物料流/气流)同向运作且所述烘培区逆向运作已证明是特别有效率的。
有利地,所述含碳物料流在被传送到所述烘培区的过程中的温度低于150摄氏度。
在构成本发明的基础的试验中,在干燥气循环中循环使用的蒸汽的量足够大以形成氧气含量低于10%、最好低于8%的惰性气氛已证明是有利的。此外,在烘培循环中循环使用的废气的量应足够大以形成氧气含量低于10%、最好低于8%的惰性气氛。
此外,所述烘培区中循环使用的废气的温度高于300摄氏度且所述循环使用的干燥气流的温度设定在150到300摄氏度的范围内、最好在200到300摄氏度的范围内是有利的。
对所述物料在两个所述区中的停留时间的控制可以通过测量所述干燥区和/或所述烘培区中的温度和/或气流和/或气量和/或压力来实现。
在所述干燥区和烘培区中的停留时间可以通过改变炉床的数量、减少炉床的面积、改变输送装置(例如耙柄和耙齿)的设计和数量或者改变输送装置(例如耙柄)的旋转速度来调节。
以下通过叙述和附图的方式阐明本发明更多的益处和实施例。
附图说明
图1为根据本发明的用于多床炉中至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备的框图。
具体实施方式
用于至少一个含碳物料流的干燥和烘培的设备基本上包括具有干燥区2和烘培区3的多床炉1、热交换器4和燃烧组件5,特别是所述燃烧组件5可由燃烧器或内燃机组成。
所述干燥区2和烘培区3中分别各设置有多个炉床6、7和8、9。待处理的物料,明确地说是含碳物料流10,通过进料装置11从所述干燥区2上方送入。物料在所述炉床上的输送通过诸如旋转耙柄的传统输送装置实现,所述输送装置将物料输送至内部或外部的开口,所述物料在所述开口处坠落至低一层的炉床上。在所述干燥区2中通过干燥气流13干燥所述物料流10,所述干燥气流13在图中以点线箭头表示。热交换器包括第一进口4a和与所述第一进口4a连接的第一出口4b,以及第二进口4c和与所述第二进口4c连接的第二出口4d,所述第一进口4a被连接到所述干燥区2的排放点14,而所述第一出口4b被连接到所述干燥区2的进给点15,以便所述含水蒸汽的干燥气流13通过所述排放点14被排出、在所述热交换器4中被加热并可通过所述进给点15被重新送入所述干燥区2。
所述干燥气流中所含有的水蒸汽在所述热交换器4中较佳地被过度加热,因此在所述干燥区2中可以实现特别有效率的干燥。根据所述物料,在所述排放点14和所述热交换器4之间较佳地设置过滤器16,以将所述干燥气流中存在的灰尘分离出来,达到提高所述热交换器4的效率的效果,所述物料可以是例如木材、木片、诸如稻草、谷壳、坚果壳、能源草等农产品或者食品工业(酿造、酿酒、制糖)的废料。
所述烘培区3中产生的烘培气流17(断线箭头)通过排放点18排出并被送入所述燃烧组件5中进行燃烧;可在所述排放点18和所述燃烧组件5之间插入冷凝器28。在被送入所述燃烧组件5之前,从所述烘培区3排出的所述烘培气流17被导入所述冷凝器28,在所述冷凝器28中,可冷凝成分有至少一部分沉淀下来,而不可冷凝成分被送入燃烧组件中进行燃烧。
当然,可向所述燃烧组件5供给更多的燃料和/或燃气。如果所述燃烧组件是内燃机的形式,所述烘培气流17的能量可通过燃烧被部分转换成机械能。在所述燃烧组件5中产生的废气也以断线箭头表示,被送入所述热交换器4的第二进口4c以间接加热所述干燥气流13,然后通过第二出口4d排出并通过进给点19和/或20被送入所述烘培区3。通过风扇21和22维持两个气体循环。可选择地,在所述废气进入所述烘培区3之前,可向所述废气添加热蒸汽29,以加强烘培效果并改善热量和物料的交换。
要关闭设备及在紧急情况下,可提供火炬塔以燃烧所述烘培气流17。否则,分别通过管23和24、过滤器25以及烟囱26排出过量的干燥气流13和烘培气流17。
已在所述烘培区3中被烘培的物料流10’通过排放点27排出,以便接下来被粉碎、压制成块或者以其他方式进一步处理。
在所述干燥区2和所述烘培区3之间提供传送装置12以将已干燥的含碳物料流从所述干燥区2传送到所述烘培区3。所述传送装置具有气密性构造以防止所述干燥气流13与所述烘培气流17混合。
所述烘培区3中循环再用的烘培气流17的温度优选为高于300摄氏度,而循环再用的干燥气流13的温度在150到300摄氏度的范围内调节,优选为在200到300摄氏度的范围内。
为了只在所述烘培区中发生烘培,所述含碳物料流10在传送到所述烘培区3的过程中的温度应低于150摄氏度。
在所述干燥区2和/或所述烘培区3中使用合适的传感器,就可选择性地对温度和/或气流和/或气量和/或压力进行测量,并利用这些参数来调节所述含碳物料流10在两个所述区中的停留时间。在所述干燥区2和烘培区3中的停留时间可通过改变炉床的数量、减少有效炉床面积或者改变输送装置的旋转速度来调节或改变。
所述多床炉包括用于输送所述物料流10的输送装置,所述输送装置通过传动轴驱动,所述传动轴有利地在所述干燥区2和烘培区3之间分段并在每个区中各配备独立的驱动器,以便可通过改变各自的旋转速度来相互独立地改变所述含碳物料流10在两个所述区中的停留时间。
通过设立两个独立的气体循环,可用过热蒸汽在所述干燥区中实现对所述物料的非常有效率的干燥。循环利用从所述热交换器4回到所述烘培区3的烘培气流17在能量使用方面也是非常有利的。总的来说,本发明提供了一种在多床炉中对至少一个含碳物料流进行干燥和烘培的非常有效的方法。

Claims (23)

1.一种用于在多床炉(1)中干燥和烘培至少一个含碳物料流(10)的设备,所述设备包括:
a.干燥区(2),所述干燥区(2)包括用于输入含碳物料流(10)的进料装置(11)、用于排出含有水蒸汽的干燥气流(13)的排放点(14)以及用于循环再用至少一部分所述干燥气流的进给点(15);
b.用于使已在所述干燥区(2)中干燥的所述物料流除气的烘培区(3),所述烘培区(3)包括用于排出已烘培物料流(10’)的排放点(27)、至少一个用于送入废气的进给点(19、20)以及用于排出烘培气流(17)的排放点(18);
c.用于加热所述干燥气流(13)的热交换器(4),所述干燥区的所述排放点(14)通过所述热交换器连接到所述干燥区的所述进给点(15);
d.燃烧组件(5),所述烘培区(3)的所述排放点(18)通过所述燃烧组件(5)和所述热交换器(4)连接到所述烘培区(3)的所述进给点(19、20);
e.其中,通过所述烘培区(3)的所述排放点(18)排出的烘培气流(17)在所述燃烧组件(5)中燃烧,所述燃烧产生的废气被用来在所述热交换器(4)中加热所述干燥气流(13)并被送入所述烘培区(3);
f.其中,所述干燥区(2)和所述烘培区(3)包括两个独立的气体循环。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述热交换器包括第一进口(4a)和与所述第一进口(4a)连接的第一出口(4b),以及第二进口(4c)和与所述第二进口(4c)连接的第二出口(4d),所述第一进口(4a)连接到所述干燥区(2)的所述排放点(14),而所述第一出口(4b)连接到所述干燥区(2)的所述进给点(15),此外所述第二进口(4c)通过所述燃烧组件(5)连接到所述烘培区(3)的所述排放点(18),而所述第二出口(4b)连接到所述烘培区(3)的所述进给点(19、20)。
3.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述干燥区(2)和/或所述烘培区(3)各包括多个层叠设置的炉床。
4.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,在所述干燥区(2)和所述烘培区(3)之间提供用于传送已干燥的所述含碳物料流的机械传送装置。
5.根据权利要求4所述的设备,其特征在于,所述干燥区(2)和所述烘培区(3)之间的所述传送装置(12)具有气密性构造以防止所述两个气体循环发生混合。
6.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述多床炉包括用于输送所述物料流(10)的输送装置,所述输送装置通过传动轴驱动,所述传动轴在所述干燥区(2)和所述烘培区(3)之间分段并在每个区中各配备独立的驱动器,以便可通过改变各自的旋转速度来相互独立地改变所述含碳物料流(10)在两个所述区中的停留时间。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,在所述烘培区(3)的所述排放点(18)和所述燃烧组件(5)之间插入冷凝器(28)。
8.根据以上权利要求中的一项或多项所述的设备,其特征在于,所述燃烧组件(5)由燃烧器或内燃机组成。
9.一种用于在多床炉(1)中干燥和烘培至少一个含碳物料流(10)的方法,所述方法包括:
a.在干燥区(2)中通过干燥气流(13)干燥生物质,然后在烘培区(3)中烘培所述生物质;
b.部分含有水蒸汽的所述干燥气流从所述干燥区排出并在热交换器(4)中被加热,然后有至少一部分被送回到所述干燥区(2)循环再用;
其中,
c.在所述烘培区(3)中产生的一部分烘培气流(17)从所述烘培区(3)排出并被送入燃烧组件(5)进行燃烧,所述燃烧产生的废气被用来在所述热交换器(4)中加热所述干燥气流并被导入所述烘培区(3);
d.所述干燥区(2)和所述烘培区(3)以两个独立的气体循环运作。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述干燥区(2)同向运作。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述烘培区(3)逆向运作。
12.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述含碳物料流(10)在传送到所述烘培区(3)的过程中的温度低于150摄氏度。
13.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,过滤气体循环中的所述干燥气流(13)。
14.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,含有水蒸汽的所述干燥气流(13)在所述热交换器(4)中被过度加热。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,干燥循环中循环再用的蒸汽的量足够大以形成氧气含量低于10%的惰性气氛。
16.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,干燥循环中循环再用的蒸汽的量足够大以形成氧气含量低于8%的惰性气氛。
17.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,导入所述烘培区(3)的废气的量足够大以在所述烘培区(3)中形成氧气含量低于10%的惰性气氛。
18.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,导入所述烘培区的所述废气的温度高于300摄氏度,所述循环再用的干燥气流的温度设定在从150摄氏度到300摄氏度的范围内。
19.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述废气进入所述烘培区(3)之前在所述废气中添加热蒸汽(29)。
20.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在将从所述烘培区(3)排出的所述烘培气流(17)送入所述燃烧组件之前,所述烘培气流(17)被导入冷凝器(28),在所述冷凝器(28)中,可冷凝成分有至少一部分沉淀下来,而不可冷凝成分在燃烧组件(5)中燃烧。
21.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,从所述烘培区(3)排出的所述烘培气流(17)在所述燃烧组件中燃烧并被部分转化成机械能。
22.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,测量所述干燥区(2)和/或所述烘培区(3)中的温度和/或气流和/或气量和/或压力,并将它们用于控制所述物料在两个所述区中的停留时间。
23.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述干燥区(2)和所述烘培区(3)中的停留时间通过改变炉床的数量、减少炉床面积、改变输送装置的设计和数量或者改变输送装置的旋转速度来调节。
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