CN110358604A - 一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备 - Google Patents

一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备
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。
为实现上述目的，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，所述设备包括进料组件、烘焙粉碎组件及气固分离组件，所述烘焙粉碎组件连接所述进料组件及所述气固分离组件；
通过所述进料组件向所述设备内添加生物质物料，且所述进料组件用于将所述生物质物料输送至所述烘焙粉碎组件；工作时，所述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所述进料组件的生物质物料及所述高温烟气进行直接混合，以将所述生物质物料进行粉碎及烘焙，所述高温烟气对所述生物质物料进行加热以对所述生物质物料进行脱水；其中，所述高温烟气的温度大于200℃；
所述气固分离组件用于对来自所述烘焙粉碎组件的气固混合烟气进行气固分离，所述气固混合烟气在离心力的作用下实现了所述气固混合烟气中的气相产物与固相产物的分离，且被分离出来的气相产物及固相产物分别自所述气固分离组件排出。
进一步地，所述烘焙粉碎组件包括固定结构及转动结构，所述转动结构连接于所述固定结构，其用于带动所述生物质物料及所述高温烟气进行旋转，由此采用机械混合的方式将所述生物质物料及所述高温烟气进行直接混合；所述固定结构的两侧分别连接所述进料组件及所述气固分离组件。
进一步地，所述固定结构包括烘焙粉碎腔室、多个静叶刀片及高温烟气进口管道，所述高温烟气进口管道连接于所述烘焙粉碎腔室，其用于为高温烟气提供通道以进入所述烘焙粉碎腔室的底部；多个所述静叶刀片均匀设置在所述烘焙粉碎腔室的内壁上；所述烘焙粉碎腔室的两侧分别连接所述进料组件及所述气固分离组件。
进一步地，所述固定结构还包括布风板，所述布风板设置于所述烘焙粉碎腔室内，其位于所述静叶刀片的下方，且邻近所述高温烟气进口管道设置。
进一步地，所述布风板为圆形，其开设有多个布风板风孔，多个所述布风板风孔绕所述布风板的中心轴均匀排布；所述布风板风孔用于供来自所述高温烟气进口管道的高温烟气通过。
进一步地，所述转动结构包括粉碎电机、粉碎电机转轴、上离心风机、分离盘、动叶刀片及下轴流风机，所述粉碎电机连接于所述粉碎电机转轴的一端，所述粉碎电机转轴的另一端穿过所述烘焙粉碎腔室；所述上离心风机、所述分离盘、所述动叶刀片及所述下轴流风机自上到下依次设置在所述粉碎电机转轴上，且均收容于所述烘焙粉碎腔室内；多个所述动叶刀片与多个所述静叶刀片间隔设置；所述粉碎电机用于驱动所述粉碎电机转轴及设置在所述粉碎电机转轴上的部件进行旋转，以对所述生物质物料进行破碎。
进一步地，位于上部的所述动叶刀片与相邻所述静叶刀片之间的间隔为10mm～20mm，位于下部的所述动叶刀片与相邻所述静叶刀片之间的间隔为50mm～100mm。
进一步地，所述气固分离组件包括旋风分离器进口管道、旋风分离器气相出口管道、旋风分离器、固体烘焙产物下降管及固体烘焙产物螺旋输送器，所述旋风分离器进口管道的两端分别连接所述烘焙粉碎组件及所述旋风分离器；所述旋风分离器气相出口管道及所述固体烘焙产物下降管分别设置在所述旋风分离器相背的两端；所述固体烘焙产物螺旋输送器连接于所述固体烘焙产物下降管远离所述旋风分离器的一端。
进一步地，所述进料组件包括常压仓进料插板门、常压进料仓、高压仓进料插板门、高压进料仓及进料螺旋输送器，所述常压进料仓及所述高压进料仓相连接，所述常压仓进料插板门活动地设置在所述常压进料仓远离所述高压进料仓的一端，所述高压仓进料插板门活动地设置在所述常压进料仓及所述高压进料仓之间；所述进料螺旋输送器连接所述高压进料仓及所述烘焙粉碎组件；所述常压仓进料插板门与所述高压仓进料插板门互锁。
进一步地，所述高温烟气的温度为200℃～400℃。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备主要具有以下有益效果：
1.所述烘焙粉碎组件连接所述进料组件及所述气固分离组件；所述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所述进料组件的生物质物料及所述高温烟气进行直接混合，以将所述生物质物料进行粉碎及烘焙，所述气固分离组件用于对来自所述烘焙粉碎组件的气固混合烟气进行气固分离，由此生物质烘焙与粉碎一体化有机结合，采用机械破碎减小生物质原料尺寸，并引入强烈的机械混合过程，有效减小了生物质导热热阻和对流换热热阻，强化了换热作用，协同加强烘焙和粉碎过程，提高了烘焙效率及培养产量，缩短了烘焙时间，节约了烘焙能耗。
2.所述高温烟气对所述生物质物料进行加热以对所述生物质物料进行脱水，可以降低粉碎能耗和提高烘焙质量，生物质原料受到加热作用，脆性提高，便于破碎，可降低生物质的粉碎能耗，同时在动叶刀片的旋转搅拌作用下，生物质颗粒均匀的分布在烘焙粉碎腔室内，使生物质能够均匀烘焙，提高了生物质烘焙的均匀性，固体产物的质量均一性好。
3.所述设备集成了进料组件、烘焙粉碎组件及气固分离组件，结合了生物资烘焙及粉碎，减小了设备的体积，并且烘焙粉碎腔室内自带风机，无需外部设置风机，进一步减少了设备投入及占地面积，且可以作为生物质热解、气化或燃烧等连续作业设备的前处理系统。
4.所述设备可以实现连续不间断运行，进料仓有一定的储料能力，原料不足时可以及时加料，并且加料过程不影响烘焙粉碎组件及气固分离组件运行，而烘焙好的颗粒可随烟气进入旋风分离器中进行分离，随后固体烘焙产物经固体烘焙产物螺旋输送器连续输出，便于工业连续生产。
5.所述设备不需要进行结构改动，就可以灵活调节生物质的处理量，通过控制常压仓进料插板门及高压仓进料插板门的启闭频率、以及螺旋输送器的转速，可以依据运行条件不同，改变生物质的处理量以及固体烘焙产物的产量，方便易行。
6.所述设备可以广泛适用于各种生物质，尤其是适合柔韧性强，含水量及含氯量较高的秸秆类生物质，具有烘焙、粉碎、脱挥发水分等功能，简化了生物质原料的预处理工艺，原料适应性广，可以解决现有设备生产不连续、烘焙时间长、能耗大、脱氯效率低等问题。
7.位于上部的所述动叶刀片与相邻所述静叶刀片之间的间隔为10mm～20mm，位于下部的所述动叶刀片与相邻所述静叶刀片之间的间隔为50mm～100mm，由此确保了扭矩载荷在转轴上分布均匀，减小了所述粉碎电机的启动电流。
8.所述常压仓进料插板门与所述高压仓进料插板门互锁，以保证所述高压进料仓与外界空气保持隔绝，避免了空气的进入。
附图说明
图1是本发明提供的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备的示意图；
图2是图1中的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备的烘焙粉碎腔室的外部示意图；
图3是图2中的烘焙粉碎腔室内的固定结构的示意图；
图4是图3中的烘焙粉碎腔室的静叶刀片的布置示意图；
图5是图3中的烘焙粉碎腔室的布风板的示意图；
图6是图2中的烘焙粉碎腔室内的转动结构的示意图；
图7是图6中的烘焙粉碎腔室的分离盘的示意图：
图8是图6中的烘焙粉碎腔室的动叶刀片的示意图；
图9是图1中的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备的常压进料仓的示意图；
图10是图1中的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备的常压进料仓及高压进料仓的装配示意图；
图11是图1中的进料插板门的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-常压仓进料插板门，2-常压进料仓，3-高压仓进料插板门，4-高压进料仓，5-进料螺旋输送器电机，6-第一联轴器，7-进料螺旋输送器，8-高温烟气进口管道，9-烘焙粉碎腔室，10-分离盘，11-上离心风机，12-烘焙粉碎腔室上轴承，13-第二联轴器，14-粉碎电机，15-静叶刀片，16-动叶刀片，17-布风板，18-下轴流风机，19-烘焙粉碎腔室下轴承，20-粉碎电机转轴，21-旋风分离器进口管道，22-旋风分离器气相出口管道，23-旋风分离器，24-固体烘焙产物下降管，25-第三联轴器，26-固体烘焙产物螺旋输送器，27-固体烘焙产物螺旋输送器电机，28-储仓，29-烘焙粉碎腔室上盖，30-烘焙粉碎腔室筒体，31-烘焙粉碎腔室下盖，32-布风板轴孔，33-布风板风孔，34-分离盘轴孔，35-动叶刀片轴孔，36-高温烟气进口电动阀，37-旋风分离器气相出口电动阀，38-插板门螺杆，39-插板门支撑框架，40-插板，41-插板门法兰连接孔，42-插板门法兰。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1及图2，本发明提供的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，所述设备能够实现生物质的快速烘焙及粉碎，节约了烘焙时间，降低了烘焙及粉碎能耗。所述设备包括进料组件、烘焙粉碎组件及气固分离组件，所述烘焙粉碎组件连接所述进料组件及所述气固分离组件。所述设备通过所述进料组件进行生物质物料添加，所述进料组件将所述生物质物料输送到所述烘焙粉碎组件。工作时，所述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所述进料组件的生物质物料及所述高温烟气进行直接混合，以将所述生物质物料粉碎，同时所述高温烟气对所述生物质物料进行加热以对所述生物质物料脱水。所述气固分离组件用于对来自所述烘焙粉碎组件的气固混合烟气进行气固分离，所述气固混合烟气在离心力的作用下实现了气相与固相的分离，且被分离出来的固体烘焙颗粒及气相产物分别自所述气固分离组件排出。其中，所述高温烟气的温度大于200℃。
请参阅图9、图10及图11，所述进料组件包括常压仓进料插板门1、常压进料仓2、高压进料仓插板门3、高压进料仓4、进料螺旋输送器电机5、第一联轴器6及进料螺旋输送器7，所述高压进料仓4的两端分别连接所述常压进料仓2及所述进料螺旋输送器7，所述进料螺旋输送器7连接于所述烘焙粉碎组件。所述进料螺旋输送器电机5通过所述第一联轴器6连接于所述进料螺旋输送器7远离所述烘焙粉碎组件的一端。所述常压进料仓2远离所述高压进料仓4的一端活动地设置有常压仓进料插板门1，以将所述常压进料仓2与空气进行分割。所述常压进料仓2与所述高压进料仓4之间活动地设置有高压仓进料插板门3，以将所述高压进料仓4与所述常压进料仓2进行分割。
本实施方式中，所述常压仓进料插板门1的结构与所述高压仓进料插板门3的结构相同；所述常压仓进料插板门1与所述高压仓进料插板门3互锁，且两者均为电动插板门或者气动插板门，采用控制模块来控制启闭，以保证所述高压进料仓4与外界空气保持隔绝，避免空气的进入；为了保证输送效果，所述进料螺旋输送器7的螺距应大于100mm，螺旋直径大于250mm。
所述常压进料仓2的结构与所述高压进料仓4的结构相同，所述常压进料仓2基本呈腰鼓型，其包括上段、中段及下段，所述中段相背的两端分别连接所述上段及所述下段。所述中段为圆柱体；所述上段及所述下段均为锥形体，所述上段的锥角θs满足40°<θs<50°，所述下段的锥角θx满足55°<θx<65°。
所述常压进料仓插板门1包括插板门螺杆38、插板门支撑框架39、插板40及插板门法兰42，所述插板门支撑框架39基本呈U型，所述插板门法兰42连接于所述插板门支撑框架39的开口端，且其用于连接所述常压进料仓2。所述插板40收容于所述插板门支撑框架39内，其能够沿所述插板门支撑框架39滑动，所述插板门支撑框架39用于为所述插板40的移动提供导向。所述插板门螺杆38的一端连接于所述插板40，另一端伸出所述插板门支撑框架39。通过驱动所述插板门螺杆38来带动所述插板40沿所述插板门支撑框架39移动，以朝向所述插板门法兰42移动或者远离所述插板门法兰42移动，以使所述常压进料仓插板门1处于闭合状态或者开启状态。本实施方式中，所述插板门法兰42上开设有多个插板门法兰连接孔41，所述插板门法兰42通过多个所述插板门法兰连接孔41连接于所述常压进料仓2。
请参阅图3、图4、图5、图6、图7及图8，所述烘焙粉碎组件包括固定结构及转动结构，所述转动结构连接于所述固定结构内，其用于带动所述生物质物料及所述高温烟气进行高速旋转，由此采用机械混合的方式将所述生物质物料及所述高温烟气进行直接混合，去除了壁面导热热阻。本实施方式中，所述固定结构连接所述进料组件及所述气固分离组件。
所述固定结构包括烘焙粉碎腔室9、烘焙粉碎腔室上轴承12、多个静叶刀片15、布风板17、烘焙粉碎腔室下轴承19及高温烟气进口管道8，所述烘焙粉碎腔室9基本呈圆柱状，所述烘焙粉碎腔室上轴承12及所述烘焙粉碎腔室下轴承19分别设置在所述烘焙粉碎腔室9相背的两端上，且两者位于所述烘焙粉碎腔室9的外部。所述转动结构转动地连接于所述烘焙粉碎腔室上轴承12及所述烘焙粉碎腔室下轴承19。
多个所述静叶刀片15间隔设置在所述烘焙粉碎腔室9的内壁上，且位于所述布风板17的上方。所述布风板17的边缘连接于所述烘焙粉碎腔室9的内壁，且其位于所述烘焙粉碎腔室9的底端。所述高温烟气进口管道8的一端连接于所述烘焙粉碎腔室9，其用于向所述烘焙粉碎腔室9内通高温烟气。所述高温烟气进口管道8上设置有高温烟气进口电动阀36，通过所述高温烟气进口电动阀36来控制进入所述烘焙粉碎腔室9的高温烟气的通断。
所述烘焙粉碎腔室9包括烘焙粉碎腔室上盖29、烘焙粉碎腔室筒体30及烘焙粉碎腔室下盖31，所述烘焙粉碎腔室上盖29及所述烘焙粉碎腔室下盖31分别设置在所述烘焙粉碎腔室筒体30相背的两端。所述烘焙粉碎腔室上轴承12及所述烘焙粉碎腔室下轴承19分别设置在所述烘焙粉碎腔室上盖29及所述烘焙粉碎腔室下盖31上。
本实施方式中，同一层布置四个所述静叶刀片15，四个所述静叶刀片15沿十字型布置在所述烘焙粉碎腔室9的内壁上，且所述静叶刀片15的形状为月牙状；所述布风板17呈圆盘形，其开设有一个布风板轴孔32及多个布风板风孔33，所述布风板17固定在所述烘焙粉碎腔室9的内壁上，所述布风板轴孔32用于供所述转动机构的粉碎电机转轴20通过，所述布风板轴孔32的中心轴通过所述布风板17的几何中心；多个所述布风板风孔33沿所述布风板轴孔32均匀排布，所述布风板风孔33用于供高温烟气通过。
所述转动结构包括粉碎电机14、粉碎电机转轴20、上离心风机11、分离盘10、动叶刀片16及下轴流风机18，所述粉碎电机14通过第二联轴器13连接于所述烘焙粉碎腔室上轴承12。所述粉碎电机14的输出轴连接于所述粉碎电机转轴20的一端，所述粉碎电机转轴20的另一端穿过所述烘焙粉碎腔室上轴承12及所述烘焙粉碎腔室9后连接于所述烘焙粉碎腔室下轴承19。多个所述动叶刀片16间隔设置在所述粉碎电机转轴20上，所述上离心风机11及所述分离盘10间隔设置在所述粉碎电机转轴20上，且两者靠近所述烘焙粉碎腔室上轴承12设置。本实施方式中，所述动叶刀片16与所述静叶刀片15间隔设置，且位于所述布风板17与所述分离盘10之间。
所述分离盘10呈圆盘状，其开设有分离盘轴孔34，所述分离盘轴孔34用于收容所述粉碎电机转轴20，由此所述分离盘10通过所述分离盘轴孔34连接于所述粉碎电机转轴20。
本实施方式中，同一层布置四个所述动叶刀片16，四个所述动叶刀片16的一端分别连接于一个连接块，且四个所述动叶刀片16呈十字型布置，所述连接块开设有动叶刀片轴孔35，所述动叶刀片轴孔35用于收容所述粉碎电机转轴20，所述动叶刀片16通过所述连接块连接于所述粉碎电机转轴20。
所述动叶刀片16的布置间隔，下部稀疏，上部密集。本实施方式中，考虑到生物质在末几级要求有较小的粉径以及为了确保扭矩载荷在转轴上分布均匀，并且为减小所述粉碎电机14的启动电流，位于上部的所述动叶刀片16与相邻的所述静叶刀片15之间的间距为10mm～20mm，位于下部的所述动叶刀片16与相邻所述静叶刀片15之间的间距为50mm～100mm。
所述气固分离组件包括旋风分离器进口管道21、旋风分离器气相出口管道22、旋风分离器23、固体烘焙产物下降管24、第三联轴器25、固体烘焙产物螺旋输送器26、固体烘焙产物螺旋输送器电机27、储仓28及旋风分离器气相出口电动阀37，所述旋风分离器进口管道21的两端分别连接所述旋风分离器3及所述烘焙粉碎腔室9，所述旋风分离器气相出口管道22设置在所述旋风分离器3的顶端，其邻近所述旋风分离器进口管道21设置。所述旋风分离器气相出口电动阀37设置在所述旋风分离器气相出口管道22上。所述固体烘焙产物下降管24连接于所述旋风分离器23的低端，且其连接于所述固体烘焙产物螺旋输送器26，所述固体烘焙产物螺旋输送器电机27通过所述第三联轴器25连接于所述固体烘焙产物螺旋输送器26的一端，所述固体烘焙产物螺旋输送器26的另一端连接于所述储仓28。
本实施方式中，所述设备与空气接触的高温裸露部件外侧均需要包覆保温棉，以防止工作人员被烫伤及减小烘焙时的散热损失，这些部件包括所述常压进料仓2、所述高压进料仓4、所述进料螺旋输送器7、烘焙粉碎腔室9、高温烟气进口管道8、所述旋风分离器进口管道21、所述旋风分离器23、所述旋风分离器气相出口管道22、所述固体烘焙产物下降管24及所述固体烘焙产物螺旋输送器26；与烟气接触的设备内部表面及部件应该采用耐磨、耐腐蚀、耐高温(300℃)材料、或者喷涂耐磨、耐腐蚀、耐高温(300℃)镀层，以减少烟气及烘焙产物对设备的磨损及腐蚀，这些表面及部件包括所述高温烟气进口管道8、所述下轴流风机18、所述布风板17、所述动叶刀片16、所述静叶刀片15、所述分离盘10、所述上离心风机11、所述粉碎电机转轴20、所述烘焙粉碎腔室9的内壁、所述旋风分离器进口管道21的内壁、所述旋风分离器3的内壁及所述旋风分离器气相出口管道22。
所述一体化设备工作时，首先，检查所述一体化设备，并准备进行生物质物料的添加。具体地，检查所述常压仓进料插板门1及所述高压仓进料插板门3关闭，所述进料螺旋输送器电机5、所述粉碎电机14、所述固体烘焙产物螺旋输送器电机27处于热备用状态，且连接部件连接牢固；根据运行时间，粒径小于100mm的粗破碎生物质物料准备充足；微开所述高温烟气进口电动阀36及所述旋风分离器气相出口电动阀37，采用小流量高温烟气对所述高温烟气进口管道8、所述烘焙粉碎腔室9、所述旋风分离器进口管道21、所述旋风分离器23、所述旋风分离器气相出口管道22进行预热暖管30min。根据实际情况，烘焙进口烟气可来自外部燃煤锅炉，生物质直燃或者混燃锅炉、气化或者热解炉、或者其他可以产生烟气温度达200℃以上的设备，对于外部没有烟气提供的情况，需要专门配备燃烧炉提供200℃以上的烟气，该燃烧炉燃料可考虑使用部分烘焙生物质。
其次，打开所述常压仓进料插板门1，使得所述生物质物料落入所述常压进料仓2，之后关闭所述常压仓进料插板门1。具体地，顺序控制打开所述常压仓进料插板门1，加入所述生物质物料至所述常压进料仓2的3/4，并顺序控制关闭所述常压仓进料插板门1。
接着，打开所述高压仓进料插板门3，使得所述生物质物料进入所述高压进料仓4，关闭所述高压进料插板门3。所述生物质物料自所述进料螺旋输送器7进入到所述烘焙粉碎腔室9，待所述高压仓进料插板门3完全关闭后，可以打开所述常压仓进料插板门1进行下次进料。
具体地，顺序控制打开所述高压仓进料插板门3，使得所述常压仓物料全部落入所述高压进料仓4内，顺序控制关闭所述高压仓进料插板门3，完成进料。当高压进料仓4内的料位为所述高压进料仓4高度的1/4时，重复以上步骤以对所述高压进料仓4进行加料。
之后，所述烘焙粉碎腔室9内，所述粉碎电机14带动所述动叶刀片16旋转，进入所述烘焙粉碎腔室9内的大颗粒生物质由于重力作用而落至下部的所述布风板17上，与此同时，200℃～400℃的高温烟气经由所述高温烟气进口管道8进入所述烘焙粉碎腔室9，并经由所述下轴流风机18及所述布风板17均匀流入所述烘焙粉碎腔室9内，在所述布风板17上的生物质同时被高温烘焙和粉碎。
其中，生物质的粉碎过程包括所述动叶刀片16高速旋转产生的冲击摩擦粉碎，也包括生物质被所述动叶刀片16带动旋转而被甩至所述烘焙粉碎腔室9的壁面上，所述静叶刀片15产生的冲击和摩擦粉碎、以及所述动叶刀片16的高速旋转在所述静叶刀片15和所述动叶刀片16之间形成高速涡流区域，迫使生物质物料做涡流运动，生物质之间相互碰撞而产生粉碎。由于生物质受到加热作用，其水分析出，脆性提高，破碎难度降低，生物质被破碎，粒径变小，导热热阻变小，同时由于所述动叶刀片16带动热气流高速旋转并在所述动叶刀片16及所述静叶刀片15之间形成湍流，极大地减小了生物质表面对流换热热阻，换热效率急剧增强，烘焙速度显著提高。被初步烘焙粉碎的小颗粒生物质被热烟气携带，送入下一级粉碎刀片，进一步被破碎及烘焙。当生物质完成最后一级破碎及烘焙后进入所述分离盘10，所述分离盘10高速旋转，进入到所述分离盘10内的较大颗粒由于离心力作用而被甩至所述烘焙粉碎腔室9的壁面上，落入到下部的刀片而被进一步粉碎，符合粒径要求的细颗粒受所述上离心风机11的吸引作用，进入所述上离心风机11，并经所述上离心风机11送入所述旋风分离器进口管道21。
由所述进料螺旋输送器7输送至所述烘焙粉碎腔室内的生物质物料不断在所述布风板17上堆积，当所述生物质物料堆积高度达到所述烘焙粉碎腔室9内部高度的三分之一时，全开所述高温烟气进口电动阀36及所述旋风分离器气相出口电动阀37，启动所述粉碎电机14，所述粉碎电机14带动所述粉碎电机转轴20及设置在所述粉碎电机转轴20上的所述动叶刀片16、所述下轴流风机18、所述分离盘10、及所述上离心风机11一起高速旋转，与此同时高温烟气随之被吸入所述烘焙粉碎腔室9内。所述生物质物料在所述烘焙粉碎腔室9的下层被初步烘焙及粉碎，较小粒径的颗粒物随热风进入下一级刀片进行进一步烘焙和粉碎。当生物质经过所有刀片后，进到所述分离盘10中，较大的颗粒由于离心力作用被甩至所述烘焙粉碎腔室9的壁面，并下落至下面的刀片被进一步粉碎，符合粒径要求的生物质颗粒被高温烟气携带进入所述上离心风机11中，并由所述上离心风机11送入所述旋风分离器进口管道21中。
接着，气固混合烟气经所述旋风分离器进口管道21进入到所述旋风分离器23，由于离心力的作用，固体颗粒被甩至所述旋风分离器23的壁面，由于重力作用，颗粒物下落至所所述固体烘焙产物下料管24，随后由所述固体烘焙产物螺旋输送器26输送至所述储仓28，气相部分从所旋风分离器气相出口管道22排出，至此，完成生物质的烘焙。
具体地，气固混合烟气具有一定的流速，当所述气固混合烟气沿所述旋风分离器23的内壁切线进入后，固体颗粒会受到较大的离心力作用，向所述旋风分离器23内壁聚集，以此实现气固混合烟气气相与固相的分离。被分离出的固体烘焙颗粒落入下部的所述固体烘焙产物下降管24内，此时启动所述固体烘焙产物螺旋输送器电机27，所述固体烘焙产物螺旋输送器26将分离出的固体产物输送至所述储仓28内。
根据实际情况，对应后续有系统直接将固体烘焙产物用于燃烧、热解、气化的情况，则固体烘焙产物不需要冷却；对于将固体烘焙产物直接用于热压成型的情况，则需要在成型后冷却固体成型颗粒；对于需要放置于所述储仓28的情况，可以考虑固体烘焙产物的冷却并利用固体烘焙产物的放热。同时，气相产物从所述旋风分离器23的顶部的所述旋风分离器气相出口管道22排除。根据实际情况，对于燃煤锅炉或者生物质直燃混燃锅炉，排出的气相产物可以并入锅炉尾部烟气系统；对于热解气化炉，该气相产物可以并入烟气净化系统，对于热电联产机组，气相产物可以进一步用于供热，对于没有外部设备的情况需要单独配备烟气净化设备并进一步考虑烟气排空或者低温余热利用，如给厂房供暖等。
本发明提供的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，所述设备是生物质自进料仓上部送入，依次通过常压仓及高压仓，并经进料螺旋输送器进入所述烘焙粉碎腔室，同时高温烟气自烘焙粉碎腔室的下部送入，由此使得生物质物料在烘焙粉碎腔室内被快速破碎和烘焙，经破碎及烘焙的生物质随气流进入所述旋风分离器进行气固分离，烘焙烟气自所述旋风分离器上部留出，固相烘焙产物落入下部螺旋输送器，被输送至储仓或者其他热力设备，由此提高了烘焙效率，结构体积较小，且可以进行连续烘焙，适合工业化推广应用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：
所述设备包括进料组件、烘焙粉碎组件及气固分离组件，所述烘焙粉碎组件连接所述进料组件及所述气固分离组件；
通过所述进料组件向所述设备内添加生物质物料，且所述进料组件用于将所述生物质物料输送至所述烘焙粉碎组件；工作时，所述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所述进料组件的生物质物料及所述高温烟气进行直接混合，以将所述生物质物料进行粉碎及烘焙，所述高温烟气对所述生物质物料进行加热以对所述生物质物料进行脱水；其中，所述高温烟气的温度大于200℃；
所述气固分离组件用于对来自所述烘焙粉碎组件的气固混合烟气进行气固分离，所述气固混合烟气在离心力的作用下实现了所述气固混合烟气中的气相产物与固相产物的分离，且被分离出来的气相产物及固相产物分别自所述气固分离组件排出。
2.如权利要求1所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述烘焙粉碎组件包括固定结构及转动结构，所述转动结构连接于所述固定结构，其用于带动所述生物质物料及所述高温烟气进行旋转，由此采用机械混合的方式将所述生物质物料及所述高温烟气进行直接混合；所述固定结构的两侧分别连接所述进料组件及所述气固分离组件。
3.如权利要求2所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述固定结构包括烘焙粉碎腔室(9)、多个静叶刀片(15)及高温烟气进口管道(8)，所述高温烟气进口管道(8)连接于所述烘焙粉碎腔室(9)，其用于为高温烟气提供通道以进入所述烘焙粉碎腔室(9)的底部；多个所述静叶刀片(15)均匀设置在所述烘焙粉碎腔室(9)的内壁上；所述烘焙粉碎腔室(9)的两侧分别连接所述进料组件及所述气固分离组件。
4.如权利要求3所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述固定结构还包括布风板(17)，所述布风板(17)设置于所述烘焙粉碎腔室(9)内，其位于所述静叶刀片(15)的下方，且邻近所述高温烟气进口管道(8)设置。
5.如权利要求4所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述布风板(17)为圆形，其开设有多个布风板风孔(33)，多个所述布风板风孔(33)绕所述布风板(17)的中心轴均匀排布；所述布风板风孔(33)用于供来自所述高温烟气进口管道(8)的高温烟气通过。
6.如权利要求4所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述转动结构包括粉碎电机(14)、粉碎电机转轴(20)、上离心风机(11)、分离盘(10)、动叶刀片(16)及下轴流风机(18)，所述粉碎电机(14)连接于所述粉碎电机转轴(20)的一端，所述粉碎电机转轴(20)的另一端穿过所述烘焙粉碎腔室(9)；所述上离心风机(11)、所述分离盘(10)、所述动叶刀片(16)及所述下轴流风机(18)自上到下依次设置在所述粉碎电机转轴(20)上，且均收容于所述烘焙粉碎腔室(9)内；多个所述动叶刀片(16)与多个所述静叶刀片(15)间隔设置；所述粉碎电机(14)用于驱动所述粉碎电机转轴(20)及设置在所述粉碎电机转轴(20)上的部件进行旋转，以对所述生物质物料进行破碎。
7.如权利要求6所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：位于上部的所述动叶刀片(16)与相邻所述静叶刀片(15)之间的间隔为10mm～20mm，位于下部的所述动叶刀片(16)与相邻所述静叶刀片(15)之间的间隔为50mm～100mm。
8.如权利要求1-7任一项所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述气固分离组件包括旋风分离器进口管道(21)、旋风分离器气相出口管道(22)、旋风分离器(23)、固体烘焙产物下降管(24)及固体烘焙产物螺旋输送器(26)，所述旋风分离器进口管道(21)的两端分别连接所述烘焙粉碎组件及所述旋风分离器(23)；所述旋风分离器气相出口管道(22)及所述固体烘焙产物下降管(24)分别设置在所述旋风分离器(23)相背的两端；所述固体烘焙产物螺旋输送器(26)连接于所述固体烘焙产物下降管(24)远离所述旋风分离器(23)的一端。
9.如权利要求1-7任一项所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述进料组件包括常压仓进料插板门(1)、常压进料仓(2)、高压仓进料插板门(3)、高压进料仓(4)及进料螺旋输送器(7)，所述常压进料仓(2)及所述高压进料仓(4)相连接，所述常压仓进料插板门(1)活动地设置在所述常压进料仓(2)远离所述高压进料仓(4)的一端，所述高压仓进料插板门(3)活动地设置在所述常压进料仓(2)及所述高压进料仓(4)之间；所述进料螺旋输送器(7)连接所述高压进料仓(4)及所述烘焙粉碎组件；所述常压仓进料插板门(1)与所述高压仓进料插板门(3)互锁。
10.如权利要求1-7任一项所述的适用于生物质快速烘焙及粉碎的一体化设备，其特征在于：所述高温烟气的温度为200℃～400℃。
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