CN110564474B - 一种生物质处理装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质处理装置及其系统。处理装置包括筒体，筒体上设置有物料进口和物料出口、加热介质进口和加热介质出口，所述物料进口设置在筒体上部，用于将物料送入筒体内部；所述加热介质进口将所述筒体分为加热室和冷却室，所述加热介质进口上方的筒体为所述加热室，所述加热介质进口下方为所述冷却室；所述旋转机构用于将所述物料进口送入的物料在所述加热室和所述冷却室内进行旋转处理并将处理后的物料转入到所述物料出口排出。本发明结构合理，能量利用率高，使用时不需要加压，设备损耗小，运行成本低。使用本发明制备成型物料无需添加粘结剂，产品热值高，密度强度高，储存成本低。

Description

一种生物质处理装置及其系统

技术领域

本发明属于生物质能源和固体废弃物再利用领域，具体涉及一种生物质处理装置。

背景技术

随着国民经济发展对化石燃料需求的增长，化石燃料资源的消耗正以惊人的速度加快，而且使用煤炭会产生严重的环境污染，因此寻找替代能源的任务日益迫切。生物质能源是一种可再生能源，我国农林废物十分丰富，2010年产秸秆7亿吨，产林业三剩物3亿吨。生物质能源利用的方式主要有直燃、致密成型、液化、气化。目前，生物质致密成型技术是生物质利用的有效途径，已实现工业化利用。

生物质成型燃料是一种环保清洁的能源，其优点包括燃烧效率高，灰分、含硫和含氮量较低，以及储运成本不高，适宜成为国内外城市供热的主要清洁燃料。然而，成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳是限制生物质成型技术规模化的主要瓶颈。原料中灰土含量高，易结渣；生物质含有大量钾、钠、氯和卤化物，当炉温超过800℃时，炉壁便产生熔融结块；热量密度不稳定，产量低等原因制约了成型燃料的使用领域。

再者，成型燃料放置于空气湿度较大的环境中，组成成型燃料的生物质(例如木屑)微粒内部的孔隙结构和亲水性基团会因物理和化学吸附而吸水。过高的成型燃料含水率会导致成型燃料燃烧性能降低，体积膨胀，强度降低，容易破碎，甚至发生粉化和霉变，导致仓储中爆炸或自燃事故的发生。因此，制备较高密度和高抗吸水性的成型燃料具有重要意义。

目前，生物质成型所需的温度和压强较大，设备损耗严重，成型易损件寿命短是生物质成型技术规模化的主要瓶颈。生物质成型原料的季节性变化和原料物理化学性质的差异也限制了生物质成型产业的发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种防水、储运成本低、不易霉变、强度高的生物质成型物料的装置，以及一种运行成本低、成型条件温和、成型设备损耗小、热能利用率高、所得成型物料性能好的生物质成型物料的制备系统。

本发明提供的一种生物质处理装置，所述装置包括筒体21，筒体21上设置有至少一个物料进口22和一个物料出口20、至少一个加热介质进口30和一个加热介质出口27，驱动机构25和至少部分设置在筒体21内的旋转机构26；所述物料进口设置在筒体21上部，用于将物料送入筒体21内部；所述物料出口设置在加热介质进口30下部；所述加热介质进口30上方的所述筒体21为加热室28，所述加热介质进口30导入加热介质用以加热处理物料；所述加热介质出口27设置在筒体21的上部，用于排气；所述驱动机构25用于驱动所述旋转机构26进行旋转运动；所述旋转机构26用于将所述物料进口22送入的物料在所述筒体21内进行旋转处理，并将处理后的物料转入到所述物料出口20排出。

优选的，所述加热介质进口30下方的筒体21为冷却室29，冷却室29有利于物料在筒体内的自冷却以及回收利用热介质，达到了更便捷、更节能、更环保的效果。

优选的，所述物料进口22设置有送料机构24，通过送料机构24的设置有助于物料的自动化进料。

优选的，所述送料机构24连接有料仓23。

优选的，所述加热介质进口30为伸入所述筒体的管道31，所述管道上分布有喷口32，通过管道31上的喷口32有助于加热介质更均匀的分布在筒体21内，均匀的加热处理物料。

优选的，所述喷口32方向为所述加热室28方向。

优选的，所述物料出口20连接有输送机构33，所述输送机构33可设置在所述物料出口20的内部或者外部。

优选的，所述物料进口22和所述物料出口20处设置有弹簧下料板34，可有效利用筒体内的加热介质，不出现快速逃逸的状况。

优选的，所述旋转机构26包括刮板41和隔板42；所述刮板41固定连接在旋转轴44上，所述隔板42相对于所述筒体21静止或相对于所述刮板41缓慢反向运动，所述刮板41将物料均匀铺放在所述隔板42上；所述隔板42上设置有允许加热介质通过的孔洞43，和允许物料下落的下料口45。通过刮板41与隔板42之间的相对运动，有利于物料在隔板42上接受更充分均匀的加热处理，合理的利用加热介质的阶梯热效率，并均匀充分的加热处理物料。

优选的，所述刮板41为齿状结构，以便于物料在隔板42上的梳理和铺展。

优选的，所述隔板42固定连接在所述筒体21上。

优选的，所述下料口45为所述隔板42从旋转轴44向筒壁延伸方向开设，所述下料口45可以是矩形或者扇形，下料口45使物料在每个隔板42上都进行充分加热处理后落至下一层隔板上进行再次操作。

优选的，所述旋转机构26包括固定连接在旋转轴44上的螺旋状叶片51，所述螺旋状叶片51上均匀分布有允许加热介质通过的孔洞43，通过螺旋状叶片51的旋转运动将落在螺旋状叶片51上的物料匀速的下降至物料出口，下降的整个过程中通过螺旋状叶片51上孔洞将加热介质传导至待处理物料上，合理的利用加热介质的阶梯热效率，并均匀充分的加热处理物料。

优选的，所述螺旋状叶片51周边设置有叶片外缘围板52，防止物料从螺旋状叶片51外围掉落至物料出口，从而有效提升了物料的处理效率。

优选的，所述旋转机构26为多个隔板，所述隔板由若干自重式翻板61组成，所述自重式翻板61为带有允许加热介质通过的孔洞63，通过物料的加热处理以及物料自身乘积的重量实现主动运动，既合理的利用加热介质的阶梯热效率，又均匀充分的加热处理物料。

本发明还同时提供了上述生物质处理装置的应用，即一种生物质处理系统。所述生物质处理系统包括本发明所述的生物质处理装置，以及生物质成型装置和加热装置；

生物质物料由所述生物质处理装置的所述物料进口22进入，所述生物质处理装置的所述加热介质进口30连接所述加热装置的出口，所述生物质处理装置的所述加热介质出口27连接所述加热装置进口，所述生物质处理装置的物料出口20连接所述生物质成型装置。

所述加热介质出口排出的除了加热介质本身外，还包括生物质蒸发后的可燃性气体等。

进一步说，加热介质可以是饱和水蒸汽、烟气、过热蒸汽等气体热介质，加热装置可以是锅炉、汽轮机、烟道等。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的装置制得的生物质成型物料具有防水性强、热值高、稳定性好、不易霉变的特点，长期储存物理化学性质不会发生改变，并且便于运输、储藏，使用方便、应用广泛，与煤炭相比，热值相近，碳、氮、硫排放量低很多。

本发明的制备系统结构合理，能量利用率高，碳化成型条件不需要加压，成型设备损耗小，运行成本低，成型物料高度疏水，储存成本大大降低。特别是本发明的制备过程无需添加额外的粘结剂，制备成本低，制备的成型物料热值高，密度强度高。此外，本发明将初始生物质成型过程中产生的热解气通入锅炉中燃烧，充分利用了生物质能源，节能环保。

附图说明

图1为生物质处理系统示意图；

图2为生物质处理装置实施例1示意图；

图3为生物质处理装置截面示意图；

图4为生物质处理装置旋转机构示意图；

图5为生物质处理装置实施例2示意图；

图6为生物质处理装置实施例3示意图；

图7为生物质处理装置弹簧隔板示意图；

图8为生物质处理装置自重式翻板示意图。

图中：

20.物料出口，21.筒体，22.物料进口，23.料仓，24.送料机构，25.驱动机构，26.旋转机构，27.加热介质出口，28.加热室，29.冷却室，30.加热介质进口，31.加热介质管道，32.加热介质喷口，33.输送机构，34.弹簧下料板，41.刮板，42.隔板，43.孔洞，44.旋转轴，45.下料口，51.螺旋状叶片，52.叶片外缘围板，53.孔洞，61.自重式翻板，62.进料阀，63.孔洞。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1

采用如图2所示处理装置。生物质处理装置包括筒体，生物质从筒体上部的一个物料进口进入筒体内部，物料进口处设置有弹簧下料板，便于物料进口的开启和关闭。加热介质进口设置在筒壁上，特别是与物料进口保持有一定的距离，加热介质进口可选择伸入筒体内的管道，管道上均匀分布有喷口，通过喷口将加热介质导入筒体内，喷口可沿着管道分布，也可以将喷口朝着物料进口方向设置。加热介质进口上方的筒体为加热室，物料进入筒体后，落在旋转机构上，旋转机构通过驱动机构带动旋转，在旋转机构旋转运动的同时带动物料在加热室内进行处理操作。加热介质在加热室内与物料进行加热处理后的气体介质经由设置在筒体上部的加热介质出口排出。特别的是加热介质进口下方可设置有冷却室，当加热室内物料处理后由旋转机构带动至加热介质进口下方时，该经过处理后的物料在冷却室内由旋转机构带动旋转冷却，并通过旋转运动将已冷却的物料从物料出口排出；物料出口处可选择设置弹簧下料板，以便于物料在处理装置内经过充分的处理和冷却，也方便物料的集中收集和输送。也可在物料进口设置有送料机构，送料机构可连接物料的料仓，可在物料出口设置输送机构，便于处理后的物料的实时快速定向传送。

如图3和图4所示，旋转机构包括有刮板和隔板，刮板固定连接在旋转轴上，隔板相对于筒体静止或缓慢反向运动，隔板可以选择固定连接在筒体上也可以选择连接在旋转轴上，刮板呈齿状结构，刮板通过旋转机构旋转运动时可将物料在隔板上均匀铺放；隔板上设置有允许加热介质通过的孔洞和允许物料下落的下料口，隔板从旋转轴向筒壁延伸方向开设下料口，下料口可以呈矩形或者扇形，当物料铺放在隔板上时，加热介质通过隔板上的孔洞进行加热处理，直到物料被刮板运动到下料口并下落至下方的隔板上进行重复操作，直到下落至物料出口。

实施例2

采用如图5所示处理装置。生物质处理装置包括筒体，生物质从筒体上部的一个物料进口进入筒体内部，物料进口处设置有弹簧下料板，便于物料进口的开启和关闭。加热介质进口设置在筒壁上，特别是与物料进口保持有一定的距离，加热介质进口可选择伸入筒体内的管道，管道上均匀分布有喷口，通过喷口将加热介质导入筒体内，喷口可沿着管道分布，也可以将喷口朝着物料进口方向设置。加热介质进口上方的筒体为加热室，物料进入筒体后，落在旋转机构上，旋转机构通过驱动机构带动旋转，在旋转机构旋转运动的同时带动物料在加热室内进行处理操作。加热介质在加热室内与物料进行加热处理后的气体介质经由设置在筒体上部的加热介质出口排出。特别的是加热介质进口下方可设置有冷却室，当加热室内物料处理后由旋转机构带动至加热介质进口下方时，该经过处理后的物料在冷却室内由旋转机构带动旋转冷却，并通过旋转运动将已冷却的物料从物料出口排出；物料出口处可选择设置弹簧下料板，以便于物料在处理装置内经过充分的处理和冷却，也方便物料的集中收集和输送。也可在物料进口设置有送料机构，送料机构可连接物料的料仓，可在物料出口设置输送机构，便于处理后的物料的实时快速定向传送。

旋转机构包括固定连接在旋转轴上的螺旋状叶片，该螺旋状叶片上均匀分布有允许加热介质通过的孔洞。物料进口导入的物料掉落在螺旋状叶片上，物料停留在螺旋状叶片上的同时经过叶片上的孔洞将加热介质传导至物料上进行热处理，物料随着螺旋状叶片的旋转运动逐渐下落至物料出口。特别是螺旋状叶片周边设置有叶片外缘围边，可阻挡物料的直线掉落至物料出口以至于未被有效的加热处理。

实施例3

生物质处理装置包括筒体，生物质从筒体上部的一个物料进口进入筒体内部，物料进口处设置有弹簧下料板，便于物料进口的开启和关闭。加热介质进口设置在筒壁上，特别是与物料进口保持有一定的距离，加热介质进口可选择伸入筒体内的管道，管道上均匀分布有喷口，通过喷口将加热介质导入筒体内，喷口可沿着管道分布，也可以将喷口朝着物料进口方向设置。弹簧隔板如图7所示。加热介质进口上方的筒体为加热室，物料进入筒体后，落在旋转机构上，旋转机构通过驱动机构带动旋转，在旋转机构旋转运动的同时带动物料在加热室内进行处理操作。加热介质在加热室内与物料进行加热处理后的气体介质经由设置在筒体上部的加热介质出口排出。特别的是加热介质进口下方可设置有冷却室，当加热室内物料处理后由旋转机构带动至加热介质进口下方时，该经过处理后的物料在冷却室内由旋转机构带动旋转冷却，并通过旋转运动将已冷却的物料从物料出口排出；物料出口处可选择设置弹簧下料板，以便于物料在处理装置内经过充分的处理和冷却，也方便物料的集中收集和输送。也可在物料进口设置有送料机构，送料机构可连接物料的料仓，可在物料出口设置输送机构，便于处理后的物料的实时快速定向传送。

如图8所示，旋转机构为多个隔板组成，每个隔板由若干自重式翻板61组成，特别的是自重式翻板61可以选择为一段固定一段活动的结构，也可以选择是一端固定两边活动的结构，自重式翻板61的活动部分为带有允许加热介质通过的孔洞。物料从物料进口掉落至隔板的自重式翻板61上，通过自重式翻板61上的加热介质孔洞将加热介质传导至自重式翻板61上的物料进行加热处理，随着自重式翻板61上的物料越来越多超过自重式翻板61的允许承受范围时，自重式翻板61活动部分下降并将自重式翻板61上经热处理的物料掉落至下一层隔板重复上述操作。最后经过加热处理后的物料落至物料出口。

实施例4

采用如图1所示的生物质处理系统，包括生物质处理装置、生物质成型装置和加热装置；生物质物料由生物质处理装置的物料进口进入，生物质处理装置的加热介质进口连接加热装置的热介质出口，生物质处理装置的加热介质出口连接加热装置进口，生物质处理装置的物料出口连接所述生物质成型装置。生物质物料经物料进口进入生物质处理装置，在加热装置的热介质通过加热介质进口进入生物质处理装置并在该装置中充分加热处理后，经处理的生物质物料由物料出口排出，经处理的加热介质由加热介质出口排出并导入加热装置进行回收利用。

此处的加热介质出口排出的除了是加热介质本身还存在生物质蒸发后的可燃性气体等。

进一步说，加热介质可以是饱和水蒸汽、烟气、过热蒸汽等气体热介质，加热装置可以是锅炉、汽轮机、烟道等。

Claims (15)

1.一种生物质处理装置，其特征在于，所述装置包括筒体（21），筒体（21）上设置有至少一个物料进口（22）和一个物料出口（20）、至少一个加热介质进口（30）和一个加热介质出口（27），驱动机构（25）和至少部分设置在筒体（21）内的旋转机构（26）；

所述物料进口设置在筒体（21）上部，用于将物料送入筒体（21）内部；所述物料出口设置在加热介质进口（30）下部；

所述加热介质进口（30）上方的所述筒体（21）为加热室（28），所述加热介质进口（30）导入加热介质用以加热处理物料；

所述加热介质出口（27）设置在筒体（21）的上部，用于排气；

所述驱动机构（25）用于驱动所述旋转机构（26）进行旋转运动；

所述旋转机构（26）用于将所述物料进口（22）送入的物料在所述筒体（21）内进行旋转处理，并将处理后的物料转入到所述物料出口（20）排出；所述旋转机构（26）包括刮板（41）和隔板（42）；所述刮板（41）固定连接在旋转轴（44）上，所述隔板（42）相对于所述筒体（21）静止或相对于所述刮板（41）缓慢反向运动，所述刮板（41）将物料均匀铺放在所述隔板（42）上；所述隔板（42）上设置有允许加热介质通过的孔洞（43），和允许物料下落的下料口（45）。

2.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述加热介质进口（30）下方的筒体（21）为冷却室（29）。

3.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述物料进口（22）设置有送料机构（24）。

4.如权利要求3所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述送料机构（24）连接有料仓（23）。

5.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述加热介质进口（30）为伸入所述筒体的管道（31），所述管道上分布有喷口（32）。

6.如权利要求5所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述喷口（32）方向为所述加热室（28）方向。

7.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述物料出口（20）连接有输送机构（33），所述输送机构（33）可设置在所述物料出口（20）的内部或者外部。

8.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述物料进口(22)和所述物料出口（20）处设置有弹簧下料板（34）。

9.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述刮板（41）为齿状结构。

10.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述隔板（42）固定连接在所述筒体（21）上。

11.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述下料口（45）为所述隔板（42）从旋转轴（44）向筒壁延伸方向开设，所述下料口（45）是矩形或者扇形。

12.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述旋转机构（26）包括固定连接在旋转轴（44）上的螺旋状叶片（51），所述螺旋状叶片（51）上均匀分布有允许加热介质通过的孔洞（43）。

13.如权利要求12所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述螺旋状叶片（51）周边设置有叶片外缘围板（52）。

14.如权利要求1所述的一种生物质处理装置，其特征在于，所述旋转机构（26）为多个隔板，所述隔板由若干自重式翻板（61）组成，所述自重式翻板（61）为带有允许加热介质通过的孔洞（63）。

15.一种生物质处理系统，其特征在于，包括权利要求1-14任一的生物质处理装置，以及生物质成型装置和加热装置；

生物质物料由所述生物质处理装置的所述物料进口（22）进入，所述生物质处理装置的所述加热介质进口（30）连接所述加热装置的出口，所述生物质处理装置的所述加热介质出口（27）连接所述加热装置进口，所述生物质处理装置的物料出口（20）连接所述生物质成型装置。

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