CN110484285B - 一种聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统，所述系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统、烘焙干燥子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质，其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值，太阳能以换热介质热能的形式在循环流动过程中用于不同阶梯温度下为生物质热解和干燥提供热能，实现了阶梯式的利用，因此，生物质无需自热进行热解，减小了热量的浪费和损失，同时提高了太阳能和生物质能的利用率。

Description

一种聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其涉及一种聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统。

背景技术

随着经济发展和人口规模扩大，能源消耗量日益增长，世界能源形势严峻。同时煤炭等传统能源燃烧产生环境污染问题已成为影响当前人类生存和发展世界性问题。新型能源的普及利用已经显得势在必行，其中，太阳能与生物质能清洁无污染，在新能源利用潜力中优势明显，尤其是在光照资源与生物质资源丰富的地区。

但目前两种清洁能源都存在利用率低的问题；其中，生物质自热式热解需要燃烧30-40％的原料提供反应所需热量，其能量转化效率低，太阳能光热电站的发电效率较低，约为16-19％。

发明内容

本申请实施例通过提供一种太阳能循环利用的系统，解决了相关技术中太阳能和生物质能利用率低的技术问题。

本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统，所述系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统、烘焙干燥子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质；其中，

所述聚光集热子系统用于聚集太阳能，并利用所述太阳能控制加热在所述第一闭环系统内循环的换热介质；

所述一级热解子系统用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在一级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；

所述二级热解子系统用于利用从所述一级热解子系统流出的换热介质的热能，在二级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；

所述烘焙干燥子系统用于利用从所述二级热解子系统流出的换热介质的热能，在三级温度环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理；

其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值。

可选的，所述一级热解子系统包括储热复合高温热解装置和显热潜热复合储热装置，所述储热复合高温热解装置与所述显热潜热复合储热装置串联，且所述储热复合高温热解装置的入口通过旁路与所述显热潜热复合储热装置的入口连接；其中，

所述储热复合高温热解装置用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在500-700℃环境下热解所述生物循环系统内的生物质；

所述显热潜热复合储热装置用于与从所述储热复合高温热解装置流出的换热介质或经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能。

可选的，所述储热复合高温热解装置包括罐体、换热单元、储热相变介质和热解反应单元；其中，

所述换热单元包括一个或多个分布于所述罐体内的换热管道，用于热源介质的流通；

所述储热相变介质填充在所述罐体内的空隙空间内，用于与所述换热管道内流通的热源介质进行换热，并为所述热解反应单元提供热能；

所述热解反应单元包括一个或多个，一个或多个所述热解反应单元分布于所述罐体内，所述热解反应单元内填充有温控相变介质，用于与所述储热相变介质进行热交换，为生物质的热解提供具备稳定温度的反应场所。

可选的，所述热解反应单元还包括热解反应器和传热结构；其中，

所述热解反应器用于提供所述生物质的热解场所；

所述传热结构包括内环金属管道、金属翘片和外环金属管道；其中，所述内环金属管道沿所述热解反应器外壁面紧贴设置；所述金属翘片以所述内环金属管道为中心向周围辐射分布，且所述金属翘片与所述内环金属管道连接；所述外环金属管道与所述内环金属管道同心，且半径大于所述内环金属管道半径，所述外环金属管道与所述金属翘片连接；

所述温控相变介质填充在所述内环金属管道与所述外环金属管道之间，用于控制所述传热结构的热能传递，以使所述热解反应器壁面温度温定并满足所述生物质热解需要；其中，所述温控相变介质的温度大于所述储热相变介质的相变温度。

可选的，所述系统还包括第一回热器；

所述第一回热器连接在所述聚光集热子系统与所述二级热解子系统之间，使所述第一闭环系统内的换热介质在通过所述第一回热器后，流入所述聚光集热子系统；

所述显热潜热复合储热装置与所述二级热解子系统之间的管路穿过所述第一回热器，使从所述显热潜热复合储热装置流出的换热介质在所述第一回热器中与所述聚光集热子系统与所述烘焙干燥子系统之间的换热介质进行热交换后，流入所述二级热解子系统。

可选的，所述二级热解子系统包括第一电加热器和真空移动床反应器，所述第一电加热器与真空移动床反应器串联；其中，

所述第一电加热器位于所述真空移动床反应器上游，用于调节进入所述真空移动床反应器前的换热介质的温度；

所述真空移动床反应器用于利用经所述第一电加热器调温后的换热介质的热能，在300-500℃环境下热解所述生物循环系统内的生物质。

可选的，所述烘焙干燥子系统包括第二电加热器和烘焙反应器，所述第二电加热器与烘焙反应器串联；其中，

所述第二电加热器位于所述烘焙反应器上游，用于调节进入所述烘焙反应器前的换热介质的温度；

所述烘焙反应器用于利用经所述第二电加热器调温后的换热介质的热能，在300℃以下的环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理。

可选的，所述显热潜热复合储热装置的出口与所述烘焙干燥子系统的出口连接，所述显热潜热复合储热装置的入口与所述二级热解子系统的入口连接，形成第二闭环系统，用于在没有光照的情况下，利用所述显热潜热复合储热装置储存的热能，通过所述第二闭环系统内循环流动的换热介质为所述二级热解子系统和所述烘焙干燥子系统供热。

可选的，所述系统还包括第二回热器；

所述第二回热器连接在所述显热潜热复合储热装置与所述烘焙干燥子系统之间，使所述第二闭环系统内的换热介质在通过所述第二回热器后，流入所述显热潜热复合储热装置；

所述显热潜热复合储热装置与所述二级热解子系统之间的管路穿过所述第二回热器，使从所述显热潜热复合储热装置流出的换热介质在所述第二回热器中与所述显热潜热复合储热装置与所述烘焙干燥子系统之间的换热介质进行热交换后，流入所述二级热解子系统。

可选的，所述系统还包括PID控制系统，用于根据太阳辐射强度，调整所述换热介质的流量和所述生物质子系统中的生物质的量。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明的系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统、烘焙干燥子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质；其中，所述聚光集热子系统用于聚集太阳能，并利用所述太阳能控制加热在所述第一闭环系统内循环的换热介质；所述一级热解子系统用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在一级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述二级热解子系统用于利用从所述一级热解子系统流出的换热介质的热能，在二级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述烘焙干燥子系统用于利用从所述二级热解子系统流出的换热介质的热能，在三级温度环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理；其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值；其中，由聚光集热子系统将太阳能转化为第一闭环系统中循环的换热介质的热能，并在循环过程中，形成不同温度梯度的一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统，生物质子系统中的生物质分别借助不同温度梯度的一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统进行不同温度下的热解，获得不同的热解产物，从而不需要燃烧生物质以获得热解热能，提高了生物质能的利用率；同时，太阳能以换热介质的热能的形式在循环降温过程中用于不同阶梯温度下为生物质热解提供热能，实现了阶梯式的利用，减小了热量的浪费和损失，相对于现有的用于发电站发电，其利用率大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种实施例中的太阳能循环利用的系统的结构示意图；

图2是图1中的一种储热复合高温热解装置的截面结构示意图；

图3是图2中的反应单元的结构示意图；

图4是图2的俯视图；

图5是图1中的一种显热潜热复合储热装置的结构示意图；

图6是图1中的一种真空移动床反应器的结构及原理示意图；

图7是利用图6的反应器进行生物质热解的流程示意图；

图8是图1中的一种烘焙反应器的结构及原理示意图；

图9是利用图8的反应器进行生物质预处理的流程示意图；

图中：1、太阳能聚光塔，2、储热复合高温热解装置，201、罐体，202、换热单元，203、热解反应单元，2031、热解反应器，2032、金属翅片，2033、内环金属管道，2034、外环金属管道，2035、温控相变介质，204、储热相变介质，21、给料器，22、固体收集装置，23、气液分离器、24、储气罐，25、燃气轮机，3、显热潜热复合储热装置，31、换热介质入口，32、叉排管，33、带孔钢板，34、岩石，35、换热介质出口，4、第一回热器，5、第一电加热器，6、真空移动床反应器，61、真空给料器，7、第二加热器，8、烘焙反应器，81、烘焙给料器，9、循环泵，10、第二回热器。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种太阳能循环利用的系统，解决了现有技术中太阳能和生物质能利用率低的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种太阳能循环利用的系统，所述系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统、烘焙干燥子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质；其中，所述聚光集热子系统用于聚集太阳能，并利用所述太阳能控制加热在所述第一闭环系统内循环的换热介质；所述一级热解子系统用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在一级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述二级热解子系统用于利用从所述一级热解子系统流出的换热介质的热能，在二级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述烘焙干燥子系统用于利用从所述二级热解子系统流出的换热介质的热能，在三级温度环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理；其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参见图1，本实施例提供一种太阳能循环利用的系统，所述系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统、烘焙干燥子系统和生物质子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质；

具体的，参见图1，所述第一闭环系统中设置有循环泵9，使换热介质沿着热量降低的方向循环，作为一种可选的方式，在图1中，沿逆时针方向循环。

其中，

所述聚光集热子系统用于聚集太阳能，并利用所述太阳能控制加热在所述第一闭环系统内循环的换热介质；

所述一级热解子系统用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在一级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；

所述二级热解子系统用于利用从所述一级热解子系统流出的换热介质的热能，在二级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；

所述烘焙干燥子系统用于利用从所述二级热解子系统流出的换热介质的热能，在三级温度环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理；

其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值。

具体的，聚光集热子系统包括太阳能聚光塔1，太阳能通过镜场聚集到聚光塔的集热器中，以加热循环经过太阳能聚光塔1的换热介质。

举例来说，所述聚光集热子系统采用Solar One的镜场参数与环境参数进行计算，考虑到梯级热解温度需求，系统使用空气作为换热介质，采用塔式镜场布置以及塔式集热器，所选择的集热器为Christoph Pabst等人所设计的金属蜂窝结构接收器。当集热器的入口温度为261.95℃，出口温度为800℃时，其辐射能流密度为600kW/m2,热效率为86％。根据集热器性能以及镜场参数，可由知换热介质的质量流量为日间61.43kg/s。

具体的，一级热解子系统只要具备对所述生物循环系统内的生物质的热解提供热能即可；

但作为一种可选的实施方式，所述一级热解子系统包括储热复合高温热解装置2和显热潜热复合储热装置3，所述储热复合高温热解装置2与所述显热潜热复合储热装置3串联，且所述储热复合高温热解装置2的入口通过旁路与所述显热潜热复合储热装置3的入口连接；其中，

所述储热复合高温热解装置2用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在500-700℃环境下热解所述生物循环系统内的生物质；得到以芳烃为主要成分的燃料添加剂等特定生物质热解产品，是聚光太阳能的第一级利用。

此外，所述显热潜热复合储热装置3用于与从所述储热复合高温热解装置2流出的换热介质或经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能。

作为一种可选的实施方式，参见图2，所述储热复合高温热解装置包括罐体201、换热单元202、储热相变介质204和热解反应单元203；其中，

所述换热单元202包括一个或多个分布于所述罐体201内的换热管道，用于热源介质的流通；

所述储热相变介质204填充在所述罐体201内的空隙空间内，用于与所述换热管道内流通的热源介质进行换热，并为所述热解反应单元203提供热能；

所述热解反应单元203包括一个或多个，一个或多个所述热解反应单元203分布于所述罐体201内，所述热解反应单元203内填充有温控相变介质2035，用于与所述储热相变介质204进行热交换，为生物质的热解提供具备稳定温度的反应场所。

可选的，所述热解反应单元203还包括热解反应器2031和传热结构；其中，

所述热解反应器2031用于提供所述生物质的热解场所；

所述传热结构包括内环金属管道2033、金属翘片2032和外环金属管道2034；其中，所述内环金属管道2033沿所述热解反应器2031外壁面紧贴设置；所述金属翘片2032以所述内环金属管道2033为中心向周围辐射分布，且所述金属翘片2032与所述内环金属管道2033连接；所述外环金属管道2034与所述内环金属管道2033同心，且半径大于所述内环金属管道2033半径，所述外环金属管道2034与所述金属翘片2032连接；

所述温控相变介质2035填充在所述内环金属管道2033与所述外环金属管道2034之间，用于控制所述传热结构的热能传递，以使所述热解反应器2031壁面温度温定并满足所述生物质热解需要；其中，所述温控相变介质2035的温度大于所述储热相变介质204的相变温度。。

举例来说，储热复合高温热解装置2为圆柱体，直径5.84m，高0.8m，外附隔热材料，由多个热解反应单元203，换热单元202与储热相变介质204三个部分组成。其中储热相变介质204负责整个装置的储热功能，热解反应单元203的涡旋烧蚀反应器需要维持较稳定的反应温度，而显热储热温度变化剧烈，因此只利用其潜热进行储热。本实施例中，使用相变温度为718℃的MgCl2与石墨粉末作为储热相变介质204。为保证装置24h连续运行(夜间没有太阳时靠储存的热能对生物质进行热解)，需要217.8t储热相变介质204，并且，为了应对连续阴雨天气，需要在储热介质内插入电加热器。换热单元202为换热介质流入的管道，向装置输入热量。进出口温度可由换热介质管道换热结构调整，热解反应单元203结构参见图3和4，这种装置利用相变介质有效地缓冲了太阳能辐射波动带来的温度波动，同时通过相变介质不同的相变温度产生的稳定温差，可以在维持反应器壁面温度625℃上下的最佳热解反应温度(该温度下反应产物可以制作以芳烃为主要成分的高价格燃料添加剂)。

举例来说，显热潜热复合储热装置3是单纯的储热装置，可以采用显热潜热串联复合设计，其内部结构如图5所示，包括换热介质入口31、带孔钢板33、叉排管32，岩石34和换热介质出口35，这种储热装置可以将出口温度维持在585℃左右。其储热量为2.316×108kJ，存储体积为4316.3m³，共需岩石34储热介质1988.6t，AlSi₁₂储热介质75.58t。

作为一种可选的实施方式，所述系统还包括第一回热器4；

所述第一回热器4连接在所述聚光集热子系统与所述烘焙干燥子系统之间，使所述第一闭环系统内的换热介质在通过所述第一回热器4后，流入所述聚光集热子系统；

所述显热潜热复合储热装置3与所述二级热解子系统之间的管路穿过所述第一回热器4，使从所述显热潜热复合储热装置3流出的换热介质在所述第一回热器4中与所述聚光集热子系统与所述烘焙干燥子系统之间的换热介质进行热交换后，流入所述二级热解子系统。

这样可以使第一回热器4出口的换热介质温度略低于二级热解子系统反应适宜温度区间上限，以便后续进行温度调节控制(温度太高不好控制，但温度略低时，可以通过加热器进行加温)，同时，损失的热能并没有损失，而是转移到太阳能聚光塔1之前的管道内的换热介质中。

作为一种可选的实施方式，所述二级热解子系统包括第一电加热器5和真空移动床反应器6，所述第一电加热器5与真空移动床反应器6串联；其中，

所述第一电加热器5位于所述真空移动床反应器6上游，用于调节进入所述真空移动床反应器6前的换热介质的温度；

所述真空移动床反应器6用于利用经所述第一电加热器5调温后的换热介质的热能，在300-500℃环境下热解所述生物循环系统内的生物质。得到以酸类、酮类、醇类、酯类、呋喃类为主的生物质中低温热解产品，是聚光太阳能的第二级利用。

由于通过第一回热器4出口的换热介质温度略低于二级热解子系统反应适宜温度区间上限，如果在进入真空移动床反应器6前温度满足生物质热解需要，则无需第一电加热器5进行加温，否则，利用电加热器进行加温，使真空移动床反应器6中反应温度满足要求。

此外，二级热解子系统的工作流程见图7。所采用的热解反应器为真空移动床反应器6，适宜的热解温度范围为450℃-260℃。干燥、粉碎后的物料在真空条件下导入热解反应系统，在真空移动床反应器6中热解生成气体和固体残余物。热解生成的气体通过冷凝器分离出产物生物油，剩余不可凝热解气经过滤器过滤后进行存储或进入燃气轮机25燃烧为整个系统供电。生成的固体残余物通过传输与震动装置得到焦炭。真空移动床反应器6结构和原理图如图6所示：生物质自上方进入反应器,受到重力和旋转的多层热解床作用,逐渐下落,受热产生热解气相产物。产物被真空泵引导、逸出反应器。最终获得的三相产物(产物成分以酸类、酮类、醇类、酯类、呋喃类为主)产率分别为：气体产率15％，液体产率65％，焦炭产率20％。

作为一种可选的实施方式，所述烘焙干燥子系统包括第二电加热器7和烘焙反应器8，所述第二电加热器7与烘焙反应器8串联；其中，

所述第二电加热器7位于所述烘焙反应器8上游，用于调节进入所述烘焙反应器8前的换热介质的温度；

所述烘焙反应器8用于利用经所述第二电加热器7调温后的换热介质的热能，在300℃以下的环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理。预处理包括烘干、预热等，可将原料含水率降低至6％左右，并提升产品热值。

同理，为了保证烘焙反应器8在精确的温度范围内满足生物质热解需要，在温度过低时，进行加温控制。

烘焙干燥子系统主要承担生物质原料烘焙干燥的功能，参见图8，采用两步法进行原料预处理，生物质经预处理装置后进入干化脱水器中初步干燥，热量由换热介质经板式换热器和鼓风机鼓入的空气换热所得。而后生物质进入螺旋烘焙反应器8中进一步干燥。得到高质量干燥秸秆和部分挥发分，挥发分经燃烧器燃烧后为系统提供热量。烘焙反应器8结构如图9所示：生物质经上部进料口进入，与下部进气口进入的导热流体经螺旋管在电机的作用下均匀换热烘干。烘干产生的气体经尾部导管导入燃烧器燃烧，为烘干提供热量。产物从尾部导管下部导出。烘焙干燥产生的挥发分在燃烧器中燃烧后可以自热的形式为反应器提供热量，流经螺旋管进出口的换热介质温度分别为260℃与130℃。

作为一种可选的实施方式，所述显热潜热复合储热装置3的出口与所述烘焙干燥子系统的出口连接，所述显热潜热复合储热装置3的入口与所述二级热解子系统的入口连接，形成第二闭环系统，用于在没有光照的情况下，利用所述显热潜热复合储热装置3储存的热能，通过所述第二闭环系统内循环流动的换热介质为所述二级热解子系统和所述烘焙干燥子系统供热。

参见图1，此模式用于在夜间或没有光照的情况下，换热介质经显热潜热复合储热装置3加热后为系统二级热解子系统和烘焙干燥子系统供热，此时，换热介质的流向与有光照的情况下相反，而储热复合高温热解装置2中的热解反应则通过自身存储热量为热解反应供热。

作为一种可选的实施方式，所述系统还包括第二回热器10；

所述第二回热器10连接在所述显热潜热复合储热装置3与所述烘焙干燥子系统之间，使所述第二闭环系统内的换热介质在通过所述第二回热器10后，流入所述显热潜热复合储热装置3；

所述显热潜热复合储热装置3与所述二级热解子系统之间的管路穿过所述第二回热器10，使从所述显热潜热复合储热装置3流出的换热介质在所述第二回热器10中与所述显热潜热复合储热装置3与所述烘焙干燥子系统之间的换热介质进行热交换后，流入所述二级热解子系统。

这样可以使第二回热器10出口的换热介质温度略低于二级热解子系统反应适宜温度区间上限，以便后续进行温度调节控制(温度太高不好控制，但温度略低时，可以通过加热器进行加温)，同时，损失的热能并没有损失，而是转移到管道内的换热介质中。

此外，由于光照的不稳定性，作为一种可选的实施方式，所述系统还包括PID控制系统，用于根据太阳辐射强度，调整所述换热介质的流量和所述生物质子系统中的生物质的量。

系统生物质原料进料与换热介质流量采用PID系统控制，该系统利用辐射计监测太阳光的辐射强度，以辐射强度为输入信号输入PID控制系统计算后输出马达转速信号以此调整物料流量与换热介质质量流量，以保证系统各级反应稳定。

此外，本系统有两种工作模式，日间模式与夜间模式。

日间模式具体工作流程如下：太阳能通过镜场聚集到太阳能聚光塔1的集热器中，加热由循环泵9推动流经集热器的换热介质。加热后的换热介质首先通过储热复合高温热解装置2，为储热复合高温热解装置2充热的同时为生物质的高温热解提供所需的热量，当储热复合高温热解装置2完成充热时，换热介质切换至旁路，绕过复合储热罐。而后换热介质流经显热潜热复合储热装置3，为显热潜热复合储热装置3供热，至此完成聚光太阳能梯级利用的第一级。换热介质流出第一级后，经过第一回热器4与低温段的换热介质换热，既可提高经济性，也可使换热介质温度降至相较于中低温热解所需温度略低的温度，由第一反应器前的第一电加热器5精确调控温度，保证真空移动床反应器6的温度处于最佳温度区间。换热介质为中低温热解反应提供热量后，流出二级热解子系统，进入烘焙干燥子系统。此时，换热介质的温度较低，不能继续用于热解反应，因此在使用第二电加热器7控制温度后将其用于生物质原料的烘焙干燥，至此，完成第三级利用。换热介质从第三级流出后，经过第一回热器4加热，再度返回太阳能聚光塔1，完成一次完整的工作循环。

夜间模式具体工作流程如下：夜间或无光照天气时，系统切换至夜间模式，换热介质经显热潜热复合储热装置3加热后为系统二级热解子系统和烘焙干燥子系统供热，而储热复合高温热解装置2内的高温热解反应则通过自身存储热量为热解反应供热。

需要说明的是，参见图1，生物质子系统包括给料器21、真空给料器61、烘焙给料器81、固体收集装置22、气液分离器23、储气罐24和燃气轮机25，通过给料器21为一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统输送生物质原料，并在各子系统设置固体收集装置22、气液分离器23、储气罐24，以收集不同的热解产物。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明的系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统、烘焙干燥子系统和生物质子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质；其中，所述聚光集热子系统用于聚集太阳能，并利用所述太阳能控制加热在所述第一闭环系统内循环的换热介质；所述一级热解子系统用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在一级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述二级热解子系统用于利用从所述一级热解子系统流出的换热介质的热能，在二级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述烘焙干燥子系统用于利用从所述二级热解子系统流出的换热介质的热能，在三级温度环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理；其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值；其中，由聚光集热子系统将太阳能转化为第一闭环系统中循环的换热介质的热能，并在循环过程中，形成不同温度梯度的一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统，生物质子系统中的生物质分别借助不同温度梯度的一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统进行不同温度下的额热解，获得不同的热解产物，从而不需要燃烧生物质以获得热解热能，提高了生物质能的利用率；同时，太阳能以换热介质的热能的形式在循环降温过程中用于不同阶梯温度下为生物质热解提供热能，实现了阶梯式的利用，减小了热量的浪费和损失，相对于现有的用于发电站发电，其利用率大大提高，经测定，该系统热效率可达48.1％。

此外，根据实施例的描述，本发明还具有以下优点：

1、利用储热功能实现昼夜连续运行，具有操控方便，易于自动化，设备使用寿命较高的优点；本发明提供的聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统，使用聚光太阳能为生物质热解反应提供热量，并利用热解气体产物燃烧发电，解决系统自身用电需求，具有良好的经济性。

2、使用回热器在子系统间换热流体进出口设计温度相差较大时进行较大幅度温度调控，减轻温度精确调控能耗，提高了能量利用率。

3、储热复合高温热解装置2利用相变介质变化范围较小的相变温度保证了反应器最佳反应温度，保证了高温热解反应产物的产率。

4、储热复合高温热解装置2利用不同相变介质间的稳定相变温差为反应器持续、稳定地提供热量。

5、储热复合高温热解装置2利用相变介质的相变潜热缓冲太阳能的波动，减轻了换热流体流量与进料量控制系统调控的负担。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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

Claims (7)

1.一种聚光太阳能驱动生物质梯级利用系统，其特征在于，所述系统包括聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统；所述聚光集热子系统、一级热解子系统、二级热解子系统和烘焙干燥子系统依次串联，形成第一闭环系统，所述第一闭环系统内有循环流动的换热介质；其中，

所述聚光集热子系统用于聚光太阳能，并利用所述太阳能控制加热在所述第一闭环系统内循环的换热介质；

所述一级热解子系统用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在一级温度环境下热解生物循环系统内的生物质；所述一级热解子系统包括储热复合高温热解装置和显热潜热复合储热装置，所述储热复合高温热解装置与所述显热潜热复合储热装置串联，且所述储热复合高温热解装置的入口通过旁路与所述显热潜热复合储热装置的入口连接；其中，

所述储热复合高温热解装置用于与经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能，并在500-700℃环境下热解所述生物循环系统内的生物质；所述储热复合高温热解装置包括罐体、换热单元、储热相变介质和热解反应单元；其中，

所述换热单元包括一个或多个分布于所述罐体内的换热管道，用于热源介质的流通；

所述储热相变介质填充在所述罐体内的空隙空间内，用于与所述换热管道内流通的热源介质进行换热，并为所述热解反应单元提供热能；

所述热解反应单元包括一个或多个，一个或多个所述热解反应单元分布于所述罐体内，所述热解反应单元内填充有温控相变介质，用于与所述储热相变介质进行热交换，为生物质的热解提供具备稳定温度的反应场所；所述热解反应单元还包括热解反应器和传热结构；其中，

所述热解反应器用于提供所述生物质的热解场所；

所述传热结构包括内环金属管道、金属翘片和外环金属管道；其中，所述内环金属管道沿所述热解反应器外壁面紧贴设置；所述金属翘片以所述内环金属管道为中心向周围辐射分布，且所述金属翘片与所述内环金属管道连接；所述外环金属管道与所述内环金属管道同心，且半径大于所述内环金属管道半径，所述外环金属管道与所述金属翘片连接；

所述温控相变介质填充在所述内环金属管道与所述外环金属管道之间，用于控制所述传热结构的热能传递，以使所述热解反应器壁面温度温定并满足所述生物质热解需要；其中，所述温控相变介质的温度大于所述储热相变介质的相变温度；

所述显热潜热复合储热装置用于与从所述储热复合高温热解装置流出的换热介质或经所述聚光集热子系统加热后的换热介质进行换热并储存热能；

所述二级热解子系统用于利用从所述一级热解子系统流出的换热介质的热能，在二级温度环境下热解所述生物循环系统内的生物质；

所述烘焙干燥子系统用于利用从所述二级热解子系统流出的换热介质的热能，在三级温度环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理；

其中，所述一级温度的值大于所述二级温度的值，所述二级温度的值大于所述三级温度的值。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一回热器；

所述第一回热器连接在所述聚光集热子系统与所述二级热解子系统之间，使所述第一闭环系统内的换热介质在通过所述第一回热器后，流入所述聚光集热子系统；

所述显热潜热复合储热装置与所述二级热解子系统之间的管路穿过所述第一回热器，使从所述显热潜热复合储热装置流出的换热介质在所述第一回热器中与所述聚光集热子系统与所述烘焙干燥子系统之间的换热介质进行热交换后，流入所述二级热解子系统。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二级热解子系统包括第一电加热器和真空移动床反应器，所述第一电加热器与真空移动床反应器串联；其中，

所述第一电加热器位于所述真空移动床反应器上游，用于调节进入所述真空移动床反应器前的换热介质的温度；

所述真空移动床反应器用于利用经所述第一电加热器调温后的换热介质的热能，在300-500℃环境下热解所述生物循环系统内的生物质。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述烘焙干燥子系统包括第二电加热器和烘焙反应器，所述第二电加热器与烘焙反应器串联；其中，

所述第二电加热器位于所述烘焙反应器上游，用于调节进入所述烘焙反应器前的换热介质的温度；

所述烘焙反应器用于利用经所述第二电加热器调温后的换热介质的热能，在300℃以下的环境下对所述生物质子系统中进入所述一级热解子系统和/或二级热解子系统前的生物质进行预处理。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显热潜热复合储热装置的出口与所述烘焙干燥子系统的出口连接，所述显热潜热复合储热装置的入口与所述二级热解子系统的入口连接，形成第二闭环系统，用于在没有光照的情况下，利用所述显热潜热复合储热装置储存的热能，通过所述第二闭环系统内循环流动的换热介质为所述二级热解子系统和所述烘焙干燥子系统供热。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第二回热器；

所述第二回热器连接在所述显热潜热复合储热装置与所述烘焙干燥子系统之间，使所述第二闭环系统内的换热介质在通过所述第二回热器后，流入所述显热潜热复合储热装置；

所述显热潜热复合储热装置与所述二级热解子系统之间的管路穿过所述第二回热器，使从所述显热潜热复合储热装置流出的换热介质在所述第二回热器中与所述显热潜热复合储热装置与所述烘焙干燥子系统之间的换热介质进行热交换后，流入所述二级热解子系统。

7.如权利要求1-6的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括PID控制系统，用于根据太阳辐射强度，调整所述换热介质的流量和所述生物质子系统中的生物质的量。

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