本發(fā)明涉及生物質(zhì)加工，尤其涉及一種烘焙設(shè)備。

背景技術(shù)：

烘焙(Torrefaction)是一種在惰性氣體氣氛及中溫條件下，脫除生物質(zhì)中的水分和輕質(zhì)揮發(fā)分的過(guò)程。烘焙過(guò)程需要在無(wú)氧或缺氧條件下進(jìn)行，加熱溫度范圍在200～300℃之間，加熱時(shí)間在30～90分鐘之間。

烘焙過(guò)程對(duì)于多種物質(zhì)的加工利用具有重要的作用，生物質(zhì)是具有代表性的一種。生物質(zhì)是一種重要的可再生能源，具有揮發(fā)分含量高，硫、氮含量低等優(yōu)點(diǎn)，生物質(zhì)在形態(tài)上最為接近化石能源，與化石燃料的利用具有很好的兼容性。中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有豐富的生物質(zhì)資源，據(jù)測(cè)算，中國(guó)的生物質(zhì)的可利用量在2020年將達(dá)到5.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，具有很好的發(fā)展前景。目前，我國(guó)生物質(zhì)資源的利用并不充分，大量的農(nóng)業(yè)秸稈等廢棄物被直接焚燒掉，不僅造成巨大的能源浪費(fèi)，同時(shí)燃燒產(chǎn)生大量的煙塵，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人體健康。因此，生物質(zhì)的高效利用對(duì)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)境保護(hù)均具有重要的意義。

生物質(zhì)烘焙預(yù)處理是一種對(duì)生物質(zhì)行之有效的熱化學(xué)預(yù)處理方法。隨烘焙溫度升高，時(shí)間延長(zhǎng)，生物質(zhì)的熱失重率逐漸升高；生物質(zhì)逐漸變得易于研磨；揮發(fā)分逐漸減少，固定碳成分提高，水分含量大幅下降；氧元素的含量不斷下降，碳元素的含量不斷上升，從而發(fā)熱量不斷增加；產(chǎn)生一定的厭水性，使生物質(zhì)不容易吸收水分，并降低生物降解的可能性。當(dāng)烘焙溫度為270～300℃時(shí)，生物質(zhì)經(jīng)烘焙后，體積可減小30％，能量密度為原來(lái)的1.3倍。經(jīng)過(guò)烘焙預(yù)處理，生物質(zhì)的各項(xiàng)性質(zhì)與煤炭接近，便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和利用，大大增加了生物質(zhì)與煤炭混合利用的可能性。

因此，為了更好地利用環(huán)境中的資源，尤其是生物質(zhì)資源，需要提 出一種具有較高效率和環(huán)保特性的烘焙設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種烘焙設(shè)備，該烘焙設(shè)備能夠?qū)π枰姹旱哪繕?biāo)物質(zhì)進(jìn)行烘焙，同時(shí)具有環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

基于上述目的本發(fā)明提供的烘焙設(shè)備，包括：

太陽(yáng)能集熱單元：用于利用太陽(yáng)能熱加熱第一工質(zhì)；

換熱單元：與所述太陽(yáng)能集熱單元連接，用于利用第一工質(zhì)加熱第二工質(zhì)；

烘焙?jiǎn)卧号c所述換熱單元連接，用于利用所述第二工質(zhì)對(duì)待烘焙的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行烘焙處理。

可選的，所述太陽(yáng)能集熱單元具體包括：

聚光器：用于收集太陽(yáng)能熱；

集熱器：與所述聚光器連接，用于利用所述聚光器收集的太陽(yáng)能熱加熱所述第一工質(zhì)。

可選的，所述聚光器為線性菲涅爾聚光器。

可選的，所述太陽(yáng)能集熱單元還包括：除氧器、儲(chǔ)熱罐、工質(zhì)泵；所述除氧器與工質(zhì)泵連接，所述工質(zhì)泵與儲(chǔ)熱罐通過(guò)設(shè)有閥門的管道連接，同時(shí)與所述集熱器連接；所述儲(chǔ)熱罐通過(guò)設(shè)置有閥門的管道與換熱單元連接。

可選的，所述換熱單元包括換熱器；所述烘焙?jiǎn)卧唧w包括：

干燥器：與所述換熱器連接，用于利用第一工質(zhì)干燥生物質(zhì)；

烘焙機(jī)：與所述干燥器和所述換熱器連接，用于利用第一工質(zhì)烘焙目標(biāo)物質(zhì)。

可選的，所述換熱器為煙氣型換熱器。

可選的，所述待烘焙的目標(biāo)物質(zhì)為生物質(zhì)。

可選的，所述設(shè)備還包括：

烘焙氣體復(fù)用單元：與所述烘焙?jiǎn)卧退鰮Q熱單元連接，用于燃燒目標(biāo)物質(zhì)在烘焙?jiǎn)卧幚淼倪^(guò)程中產(chǎn)生的氣體，生成第三工質(zhì)；

所述換熱單元還用于利用第三工質(zhì)加熱第二工質(zhì)。

可選的，所述烘焙氣體復(fù)用單元包括：

燃燒室：用于使目標(biāo)物質(zhì)在烘焙?jiǎn)卧幚淼倪^(guò)程中產(chǎn)生的氣體在其中燃燒，生成第三工質(zhì)；

風(fēng)機(jī)：用于將第三工質(zhì)輸送到所述換熱單元。

從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的烘焙設(shè)備，采用太陽(yáng)能作為主要烘焙熱源，能夠避免或減少污染大氣的廢氣的排放，在減少烘焙熱源材料成本的同時(shí)，具有很高的環(huán)保特性。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例利用太陽(yáng)能作為生物質(zhì)烘焙設(shè)備的烘焙熱源，太陽(yáng)能具有無(wú)處不在的分散特性，相比于化石能源更加適合分散使用的生物質(zhì)烘焙裝置，無(wú)需考慮燃料的運(yùn)輸過(guò)程，有利于就近于生物質(zhì)原產(chǎn)地實(shí)施烘焙。本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能聚光器采用線性菲涅爾聚光器，聚光比為數(shù)十倍，因此可以將水加熱至產(chǎn)生溫度為200～300℃的水蒸氣，此溫度范圍與生物質(zhì)烘焙系統(tǒng)所需溫度相匹配，因此可節(jié)約烘焙所用的第二工質(zhì)的準(zhǔn)備時(shí)間，簡(jiǎn)化工質(zhì)處理過(guò)程。此外，本發(fā)明實(shí)施例還設(shè)置有烘焙氣體復(fù)用單元，能夠分解烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的可能造成大氣污染或可燃的氣體，實(shí)現(xiàn)廢氣利用的同時(shí)，還能夠?yàn)楹姹貉a(bǔ)充熱源。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的烘焙設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的聚光器和集熱器示意圖；

圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的烘焙設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了給出有效的實(shí)現(xiàn)方案，本發(fā)明提供了下述實(shí)施例，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明首先提供一種烘焙設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：

太陽(yáng)能集熱單元101：用于利用太陽(yáng)能熱加熱第一工質(zhì)；

換熱單元102：與所述太陽(yáng)能集熱單元連接，用于利用第一工質(zhì)加熱第二工質(zhì)；

烘焙?jiǎn)卧?03：與所述換熱單元連接，用于利用所述第二工質(zhì)對(duì)待烘焙的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行烘焙處理。

從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的烘焙設(shè)備，利用太陽(yáng)能集熱單元101向烘焙?jiǎn)卧峁┖姹核枰臒崃?，主要依靠太?yáng)能作為熱源，因此無(wú)需依賴化石能源和生物質(zhì)燃料，經(jīng)濟(jì)性高的同時(shí)具有良好的環(huán)保特性。

當(dāng)所述目標(biāo)物質(zhì)為生物質(zhì)時(shí)，采用太陽(yáng)能作為烘焙熱源的優(yōu)勢(shì)更能夠體現(xiàn)出來(lái)。太陽(yáng)能和生物質(zhì)能均具有分散的特性。生物質(zhì)烘焙裝置一般布置在靠近生物質(zhì)產(chǎn)出地或能夠移動(dòng)到生物質(zhì)產(chǎn)出地。經(jīng)烘焙后的生物質(zhì)，通常經(jīng)過(guò)壓縮成型，然后運(yùn)往生物質(zhì)混燒電站等消費(fèi)地進(jìn)行利用。所以，由于太陽(yáng)能無(wú)處不在的分布特性，相比于化石能源更加適合分散使用的生物質(zhì)烘焙裝置，無(wú)需考慮燃料的運(yùn)輸過(guò)程。同時(shí)，太陽(yáng)能和生物質(zhì)均依賴于環(huán)境和氣候、天氣等因素，具有波動(dòng)性和不確定性。相對(duì)于集中建設(shè)大規(guī)模的化石能源，生物質(zhì)的產(chǎn)出存在著波動(dòng)性和不確定性。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于生物質(zhì)供應(yīng)的要求并不特別嚴(yán)格。因此，太陽(yáng)能間歇性特點(diǎn)更具有優(yōu)勢(shì)。在波動(dòng)性和不確定性上，太陽(yáng)能與生物質(zhì)配合使用能夠借助二者的共同特性使得烘焙設(shè)備的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性較高的同時(shí)，不會(huì)對(duì)正常的生產(chǎn)產(chǎn)生不良影響。

在具體實(shí)施例中，太陽(yáng)能集熱單元101可采用現(xiàn)有的任意一種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱部分。

較佳的，所述待烘焙的目標(biāo)物質(zhì)為生物質(zhì)。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，仍然參照?qǐng)D1，所述太陽(yáng)能集熱單元101具體包括：

聚光器1011：用于收集太陽(yáng)能熱；

集熱器1012：與所述聚光器連接，用于利用所述聚光器收集的太陽(yáng)能熱加熱所述第一工質(zhì)。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，聚光器1011和集熱器1012可以采用現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的已有機(jī)構(gòu)。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述聚光器1011為線性菲涅爾聚光器。

在本發(fā)明一些具體實(shí)施例中，所述線性菲涅爾聚光器可直接采用菲涅爾式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的聚光部件。在本發(fā)明另一些具體實(shí)施例中，所述線性菲涅爾聚光器1011包括靠近地面放置的菲涅爾聚光鏡和菲涅爾聚光鏡上方的二次聚光鏡，先將太陽(yáng)光反射到上方的二次聚光鏡上，再由其匯聚到集熱器1012 長(zhǎng)管狀的吸熱器上，并將其中的水加熱成蒸汽，如附圖2所示。具有線性菲涅爾聚光器的太陽(yáng)能集熱單元的聚光比為數(shù)十倍，因此可以將水加熱至蒸汽溫度在200～300℃之間，此溫度范圍與生物質(zhì)烘焙系統(tǒng)所需溫度相匹配。

由于菲涅爾聚光器可以采用平面鏡，其結(jié)構(gòu)相對(duì)于其它結(jié)構(gòu)的聚光器更為簡(jiǎn)單，制造成本更為低廉。此外，線性菲涅爾聚光器可采用緊湊型的布置方式，土地利用率較高；菲涅爾聚光鏡近地安裝，大大降低了風(fēng)阻，具有較優(yōu)的抗風(fēng)性能，選址更為靈活，當(dāng)需要烘焙的目標(biāo)物質(zhì)為生物質(zhì)時(shí)，烘焙設(shè)備的安裝可以在生物質(zhì)產(chǎn)地就近安裝，保證了生物質(zhì)在烘焙之前的新鮮度，也能夠保證生物質(zhì)烘焙之后的產(chǎn)品質(zhì)量；采用菲涅爾聚光器的聚光鏡一般都是平直鏡面，易于清洗，維護(hù)成本低。

在其它實(shí)施例中，所述聚光器還可以是塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中所采用的塔式太陽(yáng)能聚光器、或槽式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中所采用的槽式太陽(yáng)能聚光器、或蝶式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中采用的蝶式太陽(yáng)能聚光器等。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述太陽(yáng)能集熱單元101還包括：除氧器1013、儲(chǔ)熱罐1014、工質(zhì)泵1015；所述除氧器與工質(zhì)泵1015連接，所述工質(zhì)泵1015與儲(chǔ)熱罐1014通過(guò)設(shè)有閥門1016的管道連接，同時(shí)與所述集熱器1012連接；所述儲(chǔ)熱罐1014通過(guò)設(shè)置有閥門1016的管道與換熱單元102連接。

本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能集熱單元101采用直接產(chǎn)生蒸汽(DSG，Direct Steam Generation)技術(shù)，即所述第一工質(zhì)采用水-蒸汽，避免采用中間傳熱工質(zhì)。在工質(zhì)泵1015的作用下，高壓水進(jìn)入集熱器1012吸收熱量，轉(zhuǎn)化為溫度為200℃-300℃的蒸汽。由于太陽(yáng)能存在著較大的波動(dòng)性，其強(qiáng)弱和數(shù)量與季節(jié)和晝夜時(shí)間關(guān)系較為密切，但生物質(zhì)在烘焙過(guò)程中可能需要較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供熱，因此，設(shè)置有儲(chǔ)熱罐1014，該儲(chǔ)熱罐1014為低容量蒸汽儲(chǔ)熱罐，可將多余的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成水蒸氣的熱能并將蒸汽儲(chǔ)存起來(lái)，在太陽(yáng)能發(fā)生瞬時(shí)變化時(shí)，作為系統(tǒng)的補(bǔ)充和備用，以保證系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。在白天時(shí)間太陽(yáng)較為充足、聚光器1011和集熱器1012獲取的太陽(yáng)能熱在供給生物質(zhì)烘焙的同時(shí)尚有余量時(shí)，打開(kāi)工質(zhì)泵1015和儲(chǔ)熱罐1014之間的閥門1016，使得高溫的水蒸氣進(jìn)入儲(chǔ)熱罐1014，并在儲(chǔ)熱罐1014中存儲(chǔ)。當(dāng)夜間或傍晚、清晨等太陽(yáng)較弱或無(wú)太陽(yáng)能的時(shí)候，打開(kāi)儲(chǔ)熱罐1014和換熱單元102之間的閥門。使得 儲(chǔ)熱罐1014中的高溫水蒸氣能夠?qū)Φ诙べ|(zhì)供熱。

在本發(fā)明另一些具體實(shí)施例中，太陽(yáng)能集熱單元101還可以是以煙氣為第一工質(zhì)的太陽(yáng)能集熱單元。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述換熱單元102包括換熱器；所述烘焙?jiǎn)卧?03具體包括：

干燥器1031：與所述換熱器連接，用于利用第一工質(zhì)干燥生物質(zhì)；

烘焙機(jī)1032：與所述干燥器1031和所述換熱器連接，用于利用第一工質(zhì)烘焙目標(biāo)物質(zhì)。

生物質(zhì)在烘焙?jiǎn)卧?03完成烘焙。首先，生物質(zhì)進(jìn)入干燥器1031進(jìn)行干燥，然后進(jìn)入烘焙機(jī)1032進(jìn)行烘焙。為了保證生物質(zhì)的烘焙不受第二工質(zhì)的影響，第二工質(zhì)在具體實(shí)施例中采用空氣。第二工質(zhì)在換熱器處與經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能加熱后的第一工質(zhì)進(jìn)行換熱之后，分成兩路，其中一路第二工質(zhì)輸送到干燥器1031中對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行干燥，然后排入空氣；另一路第二工質(zhì)直接輸入烘焙機(jī)1032對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行烘焙。

在烘焙過(guò)程中，生物質(zhì)首先在干燥器1031中干燥，使得生物質(zhì)所含水分降低到15％以下，然后進(jìn)入烘焙機(jī)1032烘焙。烘焙產(chǎn)生的氣體成分和固體成分，其中，固體成分為烘焙生物質(zhì)，及烘焙過(guò)程所產(chǎn)生的產(chǎn)品，具有高熱值、良好的研磨性能等特點(diǎn)；氣體成分包括水蒸汽和少量可燃成分。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述換熱器為煙氣型換熱器。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述設(shè)備還包括：

烘焙氣體復(fù)用單元104：與所述烘焙?jiǎn)卧?03和所述換熱單元102連接，用于燃燒目標(biāo)物質(zhì)在烘焙?jiǎn)卧?03處理的過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，生成第三工質(zhì)；

所述換熱單元102還用于利用第三工質(zhì)加熱第二工質(zhì)。

目標(biāo)物質(zhì)在烘焙?jiǎn)卧?03處理過(guò)程中產(chǎn)生的氣體含有可燃物質(zhì)，這部分可燃物質(zhì)不宜直接排入大氣，因此，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，設(shè)置烘焙氣體復(fù)用單元104，用于將烘焙?jiǎn)卧?03在烘焙生物質(zhì)的過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行燃燒或采用其它方式進(jìn)行化學(xué)分解，并產(chǎn)生具有較高溫度的氣體，將該氣體作為第三工質(zhì)，使其在換熱單元102中與較低溫度的第二工質(zhì)進(jìn)行換熱，達(dá)到廢氣充分利用。

在一種具體實(shí)施例中，換熱單元102包括一個(gè)換熱器1021，如圖1所示，太陽(yáng)能集熱單元101與烘焙?jiǎn)卧?03之間的氣體交換、烘焙?jiǎn)卧?03與烘焙氣體復(fù)用單元104之間的氣體交換均通過(guò)換熱器1021實(shí)現(xiàn)。

在另一種具體實(shí)施例中，為了降低氣體交換的復(fù)雜度，換熱單元102設(shè)置兩個(gè)換熱器，分別是換熱器1021和附加換熱器1022，如圖3所示，太陽(yáng)能集熱單元101與烘焙?jiǎn)卧?03之間的氣體交換通過(guò)附加換熱器1022實(shí)現(xiàn)；烘焙?jiǎn)卧c烘焙氣體復(fù)用單元104之間的氣體交換通過(guò)換熱器1021實(shí)現(xiàn)。換熱器1021和附加換熱器1022之間也可進(jìn)行熱交換。

在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述烘焙氣體復(fù)用單元104包括：

燃燒室1041：用于使目標(biāo)物質(zhì)在烘焙?jiǎn)卧幚淼倪^(guò)程中產(chǎn)生的氣體在其中燃燒，生成第三工質(zhì)；

風(fēng)機(jī)1042：用于將第三工質(zhì)輸送到所述換熱單元102。

在具體實(shí)施例中，將烘焙廢氣分為兩路，一路進(jìn)入燃燒室1041燃燒放熱，燃燒后的高溫?zé)煔鉃榈谌べ|(zhì)，進(jìn)入換熱單元102；另一路經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后，進(jìn)入換熱器102與第三工質(zhì)換熱，然后通入烘焙?jiǎn)卧?03作為用于烘焙的第二工質(zhì)。第三工質(zhì)經(jīng)換熱器102降溫后，進(jìn)入烘焙?jiǎn)卧?02，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)余熱利用，然后排入大氣。由于烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的氣體大多是甲烷等碳?xì)浠衔?，燃燒生成二氧化碳和水，?duì)其采取燃燒的措施不會(huì)導(dǎo)致大氣污染。

通過(guò)燃燒室1041，能夠充分利用烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的帶有可燃?xì)怏w的廢氣，通過(guò)燃燒烘焙排放的氣體中含有少量可燃成分，可以實(shí)現(xiàn)能量的充分利用，并且在太陽(yáng)能輻照不足時(shí)，可利用燃燒室1041直接燃燒生物質(zhì)作為能量補(bǔ)充，從而維持烘焙設(shè)備工作的穩(wěn)定性。同時(shí)，圖1中箭頭方向?yàn)榈谝还べ|(zhì)、或第二工質(zhì)或者第三工質(zhì)的流動(dòng)方向。

從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的烘焙設(shè)備，采用太陽(yáng)能作為主要烘焙熱源，能夠避免或減少污染大氣的廢氣的排放，在減少烘焙熱源材料成本的同時(shí)，具有很高的環(huán)保特性。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例利用太陽(yáng)能作為生物質(zhì)烘焙設(shè)備的烘焙熱源，太陽(yáng)能具有無(wú)處不在的分散特性，相比于化石能源更加適合分散使用的生物質(zhì)烘焙裝置，無(wú)需考慮燃料的運(yùn)輸過(guò)程，有利于就近于生物質(zhì)原產(chǎn)地實(shí)施烘焙。本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能聚光器采用線性菲涅爾聚光器，聚光比 為數(shù)十倍，因此可以將水加熱至產(chǎn)生溫度為200～300℃的水蒸氣，此溫度范圍與生物質(zhì)烘焙系統(tǒng)所需溫度相匹配，因此可節(jié)約烘焙所用的第二工質(zhì)的準(zhǔn)備時(shí)間，簡(jiǎn)化工質(zhì)處理過(guò)程。此外，本發(fā)明實(shí)施例還設(shè)置有烘焙氣體復(fù)用單元，能夠分解烘焙過(guò)程中產(chǎn)生的可能造成大氣污染或可燃的氣體，實(shí)現(xiàn)廢氣利用的同時(shí)，還能夠?yàn)楹姹貉a(bǔ)充熱源。

應(yīng)當(dāng)理解，本說(shuō)明書所描述的多個(gè)實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。并且在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。