CN113587560A - 一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质利用技术领域，具体涉及一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统及其使用方法。本发明生物质干燥系统，包括太阳房、霄燃烧室和分料箱，所述太阳房包括干燥室、阶梯式输送带和烘干墙，所述阶梯式输送带能够将通过生物质燃料进口进入干燥室的生物质燃料输送至生物质燃料出口所述干燥室包括透光材料形成的墙壁和与透光材料贴合的热光耦合器，所述热光耦合器能够测量太阳光照强度和太阳房房内温度；本发明充分利用天然太阳光照和生物质粉碎制得微米燃料所提供热源进行有机结合，最大程度上提高了能源的利用效率，避免使用生物质不间断燃烧所造成的能源浪费和单独使用太阳能所面临间歇性问题所导致的效率低下问题。

Description

一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统及其使用方法
技术领域
本发明属于生物质利用技术领域，具体涉及一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统及其使用方法。
背景技术
生物质被认为是一种被忽略的能源，具有遍在性、丰富性、可再生性等特点。生物质能的高效开发利用，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。目前应用较多的生物质成型燃料虽然具有成本低，加工方便等特点，但与生物质微米燃料相比较，其燃烧不够充分，燃烧温度不高，易产生大量烟气等缺点，而生物质微米燃料粒径较小，与空气接触更加充分，使得其燃烧速度与效率大大提高，进而能够获得更高的燃烧温度，因此生物质微米燃料的应用前景更加广阔。华中科技大学肖波教授及其团队将生物质高效生产的粒径小于250微米的“微米燃料”，称之为霄燃料，霄燃料能够实现1400℃以上高温的燃烧，具有广阔的市场前景。
现有的生物质微米燃料烘干装置一般是单独使用电加热或者太阳能加热烘干，由于加热需要消耗大量的热能，能量利用率较低，造成资源的浪费。CN104880051B公开了同时回收潜热和显热的生物质烘干系统及方法，该系统包括：回热器、加热器、余热回热器、冷凝器、气液分离器、压缩机、工质泵和透平。该技术方案余热回热器可以回收加热器吸收的大部分热能，并通过在加热器中释放潜热和显热的方式将废热用于有机工质的蒸发，而有机工质在透平做功满足工质泵和压缩机的功耗的条件下，还存在一定的净功对外输出，因此具有整体能耗低的优势，但装置较为复杂，加热效率还改进空间。
CN106595250B公开了生物质烘干系统与方法，包括同时接收包括较小颗粒和较大颗粒的不同大小生物质颗粒的入口；反应器鼓，配置为围绕旋转轴旋转，所述反应器鼓在沿着所述反应器鼓的纵向长度的多个位置处具有位于其中的多个刮板，刮板以选择的位置和密度设置在所述反应器鼓中以调节生物质颗粒的停留时间；热源，位于所述反应器鼓上游，以在操作期间将系统中包含的气体加热至足以烘干生物质颗粒的温度。该技术方案将生物质颗粒引入到具有低氧气环境的旋转反应器鼓，能够实现连续的烘焙过程，但生物质与气体的热量交换工程效率不高，还存在改进空间。
因此，现有技术仍缺乏一种高效、节能的生物质干燥系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统，其目的在于充分利用天然太阳光照和生物质粉碎制得微米燃料所提供热源进行有机结合，最大程度上提高了能源的利用效率，由此解决现有生物质干燥系统干燥效率低和能耗高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统，包括太阳房、霄燃烧室和分料箱，所述太阳房包括干燥室、阶梯式输送带和烘干墙，所述阶梯式输送带能够将通过生物质燃料进口进入干燥室的生物质燃料输送至生物质燃料出口所述干燥室包括透光材料形成的墙壁和与透光材料贴合的热光耦合器，所述热光耦合器能够测量太阳光照强度和太阳房房内温度；
所述太阳房的生物质燃料出口通过分料箱进料管与分料箱连接，所述分料箱包括箱体、滑槽、隔板和箱体出口，所述滑槽设置于箱体内的底部，所述隔板能够沿滑槽移动且将分料箱分割为燃烧区间和干燥区间，所述干燥区间通过箱体出口与生物质燃料收集装置连接；
所述霄燃烧室包括燃烧炉，所述燃烧炉通过出风管与太阳房的烘干墙连通，所述烘干墙设置有喷气孔，所述出风管设置有送气风机，所述霄燃烧室通过燃烧室进料管与所述燃烧区间连通，所述燃烧室进料管设置有送料风机。
作为优选，所述阶梯式输送带沿重力方向设置有若干层水平的传送带，所述传送带能够配合使生物质燃料从上层的传送带落在下层的传送带，最下层的传送带能够将生物质燃料送至生物质燃料出口。
作为优选，所述阶梯式输送带沿重力方向设置有若干层水平相交的传送带，相邻两层传送带的水平相交角度为30°-45°。
作为优选，所述阶梯式输送带由托轮转轴带动，所述托轮转轴能够控制传送带的运动速度，所述传送带的数量为3-4层。
作为优选，所述喷气口内安装有用于防止生物质颗粒进入的通风网。
作为优选，还包括除尘器，所述除尘器通过连接管与所述太阳房顶部连通，通过废气管与外部环境连通，通过收集管与所述分料箱连通。
作为优选，所述生物质燃料出口内设置有破碎机。
作为优选，所述透光材料的透光率为92％以上，优选的，所述透光材料塑料薄膜、透明塑料瓦和透明玻璃中的任意一种。
作为优选，还包括控制系统，所述控制系统能够控制太阳房的温度为下限温度和上限温度之间，具体如下：当太阳房的温度低于下限温度时，控制系统启动，降低阶梯式输送带转速，同时将燃烧区间内的微米燃料送入霄燃烧室燃烧，燃烧产生的热量送入烘干墙通过喷气孔释放热量提高太阳房的温度；
当太阳房的温度高于上限温度时，控制系统启动，提高阶梯式传送带转速，将燃烧区间内的微米燃料停止送入霄燃烧室。
按照本发明的另一方面，提供了一种前面所述的生物质干燥系统的使用方法，包括以下步骤：
(1)将待处理的生物质燃料通过生物质燃料进口进入干燥室，并在电力驱动的阶梯式输送带作用下在太阳房内移动；
(2)生物质在电力驱动的阶梯式输送带运送下到达生物质燃料出口并经过破碎机作用下破碎为微米霄燃料；
(4)微米霄燃料进入分料箱，在隔板沿滑槽移动的作用下将微米燃料霄推出箱体出口进入生物质微米燃料霄收集装置；
在生物质燃料在太阳房内移动过程中，通过热光耦合控制器检测太阳房内温度，并通过控制系统能够控制太阳房的温度为下限温度和上限温度之间；优选的，所述下限温度为30℃-35℃，所述上限温度为60℃-70℃。
本发明的有益效果有：
(1)本发明能够对初步加工的生物质原料进行烘干，充分利用天然太阳光照和生物质粉碎制得微米燃料所提供热源进行有机结合，最大程度上提高了能源的利用效率，避免使用生物质不间断燃烧所造成的能源浪费和单独使用太阳能所面临间歇性问题所导致的效率低下问题。
(2)本发明通过设置分料箱、风机和控制系统相配合，能够协同太阳能和微米燃料所提供热源，实现多层次的精细控制，提高干燥效率。
(3)本发明多层往返带式晾干机，一方面通过控制输送速度可以实现生物质在输送带上的堆积厚度，另一方面多层输送带的落差使得堆积生物质堆积外层和内层有效与热气接触，避免了将生物质堆积在输送带表面导致生物质堆积内层烘干不充分、不均匀、效率低的问题。
附图说明
图1是本发明主体结构示意图；
图2是本发明实施例1阶梯式输送带结构示意图；
图3是本发明实施例2阶梯式输送带结构示意图。
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：太阳房1、霄燃烧室2、分料箱3、干燥室4、阶梯式输送带5、烘干墙6、生物质燃料进口7、生物质燃料出口8、生物质燃料9、热光耦合器10、分料箱进料管11、滑槽12、隔板13、箱体出口14、燃烧室进料管15设、送料风机16、出风管17、送气风机18、喷气孔19、除尘器20、连接管21、废气管22、收集管23、破碎机24。
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。
实施例1
一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统，如图1所示，包括太阳房1、霄燃烧室2和分料箱3，所述太阳房1包括干燥室4、阶梯式输送带5和烘干墙6，所述阶梯式输送带5能够将通过生物质燃料进口7进入干燥室4的生物质燃料9输送至生物质燃料出口8，所述干燥室4包括透光材料形成的墙壁和与透光材料贴合的热光耦合器10，所述热光耦合器10能够测量太阳光照强度和太阳房房内温度；
所述太阳房1的生物质燃料出口8通过分料箱进料管11与分料箱3连接，所述分料箱3包括箱体、滑槽12、隔板13和箱体出口14，所述滑槽12设置于箱体内的底部，所述隔板13能够沿滑槽12移动且将分料箱3分割为燃烧区间和干燥区间，所述干燥区间通过箱体出口14与生物质燃料收集装置连接；
所述霄燃烧室2包括燃烧炉，所述燃烧炉通过出风管17与太阳房1的烘干墙6连通，所述烘干墙6设置有喷气孔19，所述出风管17设置有送气风机18，所述霄燃烧室2通过燃烧室进料管15与所述燃烧区间连通，所述燃烧室进料管15设置有送料风机16。
作为优选的实施例，所述阶梯式输送带5沿重力方向设置有若干个传送带，所述传送带能够配合使生物质燃料从上层的传送带落在下层的传送带，最下层的传送带能够将生物质燃料送至生物质燃料出口8。
所述阶梯式输送带5由托轮转轴带动，所述托轮转轴能够控制传送带的运动速度，所述传送带的数量为3-4层。
作为优选的实施例，所述喷气口19内安装有用于防止生物质颗粒进入的通风网。
作为优选的实施例，还包括除尘器20，所述除尘器20通过连接管21与所述太阳房1顶部连通，通过废气管22与外部环境连通，通过收集管23与所述分料箱3连通。
作为优选的实施例，所述生物质燃料出口8内设置有破碎机24。
作为优选的实施例，所述透光材料的透光率为92％以上，优选的，所述透光材料塑料薄膜、透明塑料瓦和透明玻璃中的任意一种。
作为优选的实施例，还包括控制系统，所述控制系统能够控制太阳房的温度为下限温度和上限温度之间，具体如下：当太阳房的温度低于下限温度时，控制系统启动，降低阶梯式输送带5转速，同时将燃烧区间内的微米燃料送入霄燃烧室2燃烧，燃烧产生的热量送入烘干墙6通过喷气孔19释放热量提高太阳房的温度；
当太阳房的温度高于上限温度时，控制系统启动，提高阶梯式传送带5转速，将燃烧区间内的微米燃料停止送入霄燃烧室2。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于所述阶梯式输送带5的结构不同，如图3所示，所述阶梯式输送带(5)沿重力方向设置有若干层水平相交的传送带，相邻两层传送带的水平相交角度为30°-45°。输送方向依次相反，以确保输送生物质顺利到达太阳房底部。
所述阶梯式输送带5一方面通过控制输送速度可以实现生物质在输送带上的堆积厚度，另一方面三条输送皮带的落差使得堆积生物质堆积外层和内层有效与热气接触，提高烘干效率。
应用实施例
本装置的使用方法包括以下步骤：
(1)将待处理的生物质燃料通过生物质燃料进口进入干燥室，并在电力驱动的阶梯式输送带作用下在太阳房内移动；
(2)生物质在电力驱动的阶梯式输送带运送下到达生物质燃料出口并经过破碎机作用下破碎为微米霄燃料；
(4)微米霄燃料进入分料箱，在隔板沿滑槽移动的作用下将微米燃料霄推出箱体出口进入生物质微米燃料霄收集装置；
在生物质燃料在太阳房内移动过程中，通过热光耦合控制器检测太阳房内温度，并通过控制系统能够控制太阳房的温度为下限温度和上限温度之间。
优选的，所述下限温度为30℃-35℃，所述上限温度为60℃-70℃。
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)

1.一种太阳能和霄耦合加热的生物质干燥系统，其特征在于，包括太阳房(1)、霄燃烧室(2)和分料箱(3)，所述太阳房(1)包括干燥室(4)、阶梯式输送带(5)和烘干墙(6)，所述阶梯式输送带(5)能够将通过生物质燃料进口(7)进入干燥室(4)的生物质燃料输送至生物质燃料出口(8)，所述干燥室(4)包括透光材料形成的墙壁和与透光材料贴合的热光耦合器(10)，所述热光耦合器(10)能够测量太阳光照强度和太阳房房内温度；
所述太阳房(1)的生物质燃料出口(8)通过分料箱进料管(11)与分料箱(3)连接，所述分料箱(3)包括箱体、滑槽(12)、隔板(13)和箱体出口(14)，所述滑槽(12)设置于箱体内的底部，所述隔板(13)能够沿滑槽(12)移动且将分料箱(3)分割为燃烧区间和干燥区间，所述干燥区间通过箱体出口(14)与生物质燃料收集装置连接；
所述霄燃烧室(2)包括燃烧炉，所述燃烧炉通过出风管(17)与太阳房(1)的烘干墙(6)连通，所述烘干墙(6)设置有喷气孔(19)，所述出风管(17)设置有送气风机(18)，所述霄燃烧室(2)通过燃烧室进料管(15)与所述燃烧区间连通，所述燃烧室进料管(15)设置有送料风机(16)。
2.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述阶梯式输送带(5)沿重力方向设置有若干层水平的传送带，所述传送带能够配合使生物质燃料从上层的传送带落在下层的传送带，最下层的传送带能够将生物质燃料送至生物质燃料出口(8)。
3.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述阶梯式输送带(5)沿重力方向设置有若干层水平相交的传送带，相邻两层传送带的水平相交角度为30°-45°。
4.根据权利要求2或3所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述阶梯式输送带(5)由托轮转轴带动，所述托轮转轴能够控制传送带的运动速度，所述传送带的数量为3-4层。
5.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述喷气口(19)内安装有用于防止生物质颗粒进入的通风网。
6.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，还包括除尘器(20)，所述除尘器(20)通过连接管(21)与所述太阳房(1)顶部连通，通过废气管(22)与外部环境连通，通过收集管(23)与所述分料箱(3)连通。
7.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述生物质燃料出口(8)内设置有破碎机(24)。
8.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述透光材料的透光率为92％以上，优选的，所述透光材料塑料薄膜、透明塑料瓦和透明玻璃中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统能够控制太阳房的温度为下限温度和上限温度之间，具体如下：当太阳房的温度低于下限温度时，控制系统启动，降低阶梯式输送带(5)转速，同时将燃烧区间内的微米燃料送入霄燃烧室(2)燃烧，燃烧产生的热量送入烘干墙(6)通过喷气孔(19)释放热量提高太阳房的温度；
当太阳房的温度高于上限温度时，控制系统启动，提高阶梯式传送带(5)转速，将燃烧区间内的微米燃料停止送入霄燃烧室(2)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的生物质干燥系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理的生物质燃料通过生物质燃料进口进入干燥室，并在电力驱动的阶梯式输送带作用下在太阳房内移动；
(2)生物质在电力驱动的阶梯式输送带运送下到达生物质燃料出口并经过破碎机作用下破碎为微米霄燃料；
(4)微米霄燃料进入分料箱，在隔板沿滑槽移动的作用下将微米燃料霄推出箱体出口进入生物质微米燃料霄收集装置；
在生物质燃料在太阳房内移动过程中，通过热光耦合控制器检测太阳房内温度，并通过控制系统能够控制太阳房的温度为下限温度和上限温度之间；
优选的，所述下限温度为30℃-35℃，所述上限温度为60℃-70℃。
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