烘焙/气化系统的利记博彩app

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【专利摘要】一种改造的干燥机，其以与现有的烘焙工厂所使用的原理不同的原理操作。本主题发明利用热传导而在振动反应器中烘焙生物质，在振动反应器中，被加热的实心未穿孔板被密封在反应器中、以便将上方的生物质与下方的被用来加热板的气体隔开。这允许使用惰性烟气来加热反应器，反应器进而允许使用冷空气调节系统来防止热逸溃。另外，从所述处理释放的合成气体被用来为气体引擎提供动力，气体引擎的排放输出物被再循环以加热反应器板。当气体引擎被耦接于发电机时，废能被回收，以便用在工厂的其它部分中或在别处被输出。
【专利说明】烘焙/气化系统
[0001]本发明的领域
[0002]本发明涉及烘焙(torref act1n)系统，并且更特别地，涉及一种环境安全的耐火和耐爆系统，在该系统中，标准商业振动式干燥机被修改以提供反应器。
[0003]本发明的背景
[0004]诸如木片等的生物质的烘焙、或烘烤在过去已被用来生产生物质型煤，所述生物质型煤被包装成可被用来替代矿物燃料的煤块或煤球。生物质型煤的特征在于高能量密度、同质性，是疏水的，不呈现生物学活性，并且提供了改善的可磨削性，从而使得烘焙的产品不仅来自于可持续的源，例如可更新的木材供应，而且通常当直接替代天然煤炭(消除 C〇2的排放)时是环保的。
[0005]在替代化石燃料方面，生物质型煤可被用作木材动力燃料、被用在钢生产中、被用在集中供热中、被用作用于运输燃料(诸如甲醇)生产的洁净原料。
[0006]如同通过在斯坦法格林(Stamproy Green)的当前工厂所示例的，生物质型煤利用被改装成烘焙反应器的标准商业干燥机来生产。应注意的是，最初的载体干燥机(Carr i er dryer)被设计成使得用于多个干燥程序的空气再循环，以便从产品去除水分。斯坦法格林反应器的改造涉及用穿孔板修改干燥机，以木片形式的生物质在一端处沉积到穿孔板上， 并且热合成木材气体或合成气体通过穿孔板而被传递以便对流加热操作的方式烘烤或在烘焙木材。反应器通过诸如螺旋机(screw，螺杆)的入口气锁装置而被供料，反应器被振动、 使得被烘烤的或被烘焙的木片在穿孔板上向下移动以到达出口端口，在出口端口处，被烘焙的材料通过诸如螺旋机的出口气锁装置而被收集。以这种方式，反应器保持气密，并且被烘焙的生物质在烘烤的同时产生合成气体，所述合成气体随后通过干燥机而被再循环。
[0007]应注意的是，在对载体干燥机的该先有改造中，在反应器内不存在移动部件，并且为了干燥机本身适于用作对流烘焙反应器，除了外部气锁之外，需要对干燥机本身进行的改变很少。为了适应烘焙而对商业载体干燥机进行的改变包括:修改上述的穿孔板、并且提供用于燃烧少量的过量释放合成气体的外部燃烧器、以及进而加热更大体积的再循环合成气体以便它可被注入到反应器的底部中的外换热器。热合成气体的外部管特别是在反应器的外部造成严重的火灾风险。因为反应器是振动的，并且设施中的管道是固定的，使用了很多柔性连接部，并且每个柔性连接部均造成安全问题。
[0008]应注意的是，合成气体是极易燃的，并且在存在氧气的情况下，合成气体快速地燃烧或可能潜在地爆炸。合成气体越热，爆炸的可能性更高。因为现有的氧化剂燃烧器出口为大约800摄氏度，所以由于来自于燃烧器的过热烟气，反应器的外部存在极风险的情形。该过热的烟气与来自于反应器的再循环合成气体进行热交换，以便以300-400摄氏度理想地产生注入的再循环合成气体，但是如果高达500°C，则要求这样的特别热交换器，S卩，该热交换器可应对在一端上800°C、以及在另一端上300°C的高度差异的温度。对该两个源之间的能量平衡的控制是成问题的，并且实质上是非线性的。该热交换器也造成安全风险、并且被定位在反应器的外部。
[0009]应注意的是，烘焙理想地发生在250°C和300°C之间，并且将在无氧环境中发生。除了在反应器外部的潜在泄漏的情形之外，如果存在进入到反应器中的氧气泄漏，则在烘焙处理期间正常地释放的合成气体可能爆炸，从而导致反应器的破裂、或至少导致可能损害设备的显著的热逸溃(热崩溃，thermal runaway)事件。当以300°C操作时，释放的合成气体产生巨大的安全风险，并且涉及易燃热气的任何泄漏趋向与氧气反应。另外，泄漏可导致致命一氧化碳的释放。再加上与外部燃烧器以及通过管道系统传送到反应器底部的500°C加热合成气体有关的风险，当前的烘焙设备是非常风险的。
[0010]振动烘焙反应器中的泄漏风险是由于内在的振动传输设计而导致，该设计放松位于正在振动的反应腔室与被固定以用管输送在烘焙处理中释放的合成气体的导管或管道之间的耦接器、或使耦接材料本身变形。当前改造的载体干燥机具有被耦接于反应器的侧部的多达15个导管管道。在这些更大的管或导管中的每一个处的是密封套(gland)，该密封套是能吸收反应器的振动的柔性耦接器，具有位于固定导管与振动的反应器之间的柔性接头，以便防止氧气泄漏到反应器中、并且防止在反应器中发展的气体的流出。但是已经发现的是存在这些密封套的频繁失效，使得这些烘焙系统不安全，因为空气/合成气体泄漏不仅难以防止、而且难以在此处理环境中检测到。
[0011]因而，用于烘焙的标准载体干燥机的斯坦法格林修改由于围绕导管(所述导管被用来将来自于烘焙处理的废弃产物输送到在工厂外部、或被用在热重新捕获过程中以使加热气体回收到反应腔室的底部)的密封套的失效而导致形成氧气进入的多个端口。
[0012]如将理解的，重要的是提供这样的反应腔室，氧气不能在该反应腔室中意外泄漏并导致火灾或爆炸。过去对烘焙工厂的经验是:火是工厂故障的主要原因，并且因此存在这样的急迫需求，即，所述反应器以不同的方式构造以便使氧气流入的可能性最小化，所述氧气流入可导致爆炸、或导致在这些密封套处风险气体成分的泄出或风险气体的排放。另外， 存在这样的需求，即，提高系统的效率以便能更好地利用与所释放的合成气体有关的能量， 以便提供电力源来运行所述处理以及捕获有用的废热。
[0013]除了如上所述的泄露问题之外，斯坦法格林工厂的又一问题是热逸溃。热逸溃发生在反应器温度不能被控制时。这是没有能力从释放过程中充分地移除能量的结果。目前， 除了降低生物质给料供应(其可花费30分钟那么久来使之有效)的速度来消除热逸溃之外， 整个工厂必须被关停。就生产而言，这是不能接受的。因而，存在能通过包括处理元件来控制热逸溃以从系统移除能量的急迫需要。
[0014]更具体地，并且如上所述，在斯坦法格林工厂中，合成气体(其是在烘焙时所释放的产物)被耦接到燃烧器，燃烧器通过一些合成气体的燃烧来加热300 °C的合成气体以产生 800°C的烟气。此外，未耦接到燃烧器的合成气体通过利用鼓风机而被收集，并且它被引导到热交换器中，在该热交换器中，300°C的合成气体通过燃烧器的800°C烟气输出而被加热以提供高达500°C的合成气体，该合成气体被注入到反应器的底部中。在这之后，并且通过对流加热，热气体穿过前面提及的穿孔板、并且进入到木片形式的覆盖生物质中，在该位置处木片被烘焙或被烘烤。
[0015]如上所述，该过程包括大量的入口导管和排放导管(其数量可多达15个)，每个导管均具有其自己的柔性密封套，当所述柔性密封套破裂时，空气、以及因此氧气可在柔性密封套处进入到反应器中。
[0016]由于与反应器以及例如被高度地加热的燃烧器出口(所述出口通过管道连接于反应器)有关的许多导管，该过程是真正地有风险的。将理解的是，被注入到反应器中的不是惰性气体、而是高度挥发性的被加热的合成气体，所述合成气体如果与氧气混合的话，则可导致爆炸、火灾或热逸溃。
[0017]本发明的概要
[0018]为了使烘焙处理的风险更小，不是在干燥机上使用所有15个可用的通风端口，而是将所有这些端口中的三个端口(用于合成气体的一个端口以及用于烟气的两个端口)密封起来，以便显著地限制由于密封套破裂而从振动的反应器潜在的合成气体泄漏。在一个实施方式中，与载体反应器有关的导管的数量被限制于:单个合成气体泄放部，用于对气体引擎(gas engine，燃气发动机)提供动力；以及入口导管，用于从气体引擎获取引擎排气、 并在将反应器分成上、下隔室或气室的未穿孔实心华夫板下方将所述排气注入到反应器的底部中；以及用于烟气的第二出口导管。
[0019]此实心板用来自于引擎的非挥发性排放气体加热，从而反应器中仅挥发性的且易燃的气体以合成气体的形式存在于上气室或腔室中。被加热的板传导性地将热传递到顶部腔室和生物质，这与使用对流加热形成对照，所述对流加热在过去被涉及、且整个反应器包括腔室、导管、鼓风机、热交换器，所有这些均完全充满易燃气体。此处，因为实心板密封到反应器中以便提供所述两个气室或腔室，所以仅来自于气体引擎的排放物的惰性气体被注入到反应器中。
[0020]注意，在显著地较少的管道的情况下仅存在一个合成气体导管，从而降低了爆炸和火灾风险的数量级。因而，在一个实施方式中，来自于载体干燥机的原始输出端口中的8 个被简单地堵塞，从而将改造的反应器中的泄漏点的数量最小化到仅一个，即，该仅一个是通向气体发电机的合成气体端口。
[0021]其次，不是将合成气体抽出、并将其与助燃空气混合到由合成气体提供燃料的燃烧器，而是在一个实施方式中，一个气体内燃引擎由释放的合成气体提供燃料，并且引擎的非挥发性排放气体被注入到反应器的底部腔室中。该非挥发性排放气体包括氮气、C02和少量的氧气，并且以大约500°C到达实心板下方。结果，省略外部燃烧器连同其相关的800°C烟气排放物、以及与燃烧器相关联的外部热交换器(这些均是危险操作的原因)。
[0022]来自于气体引擎的非挥发性排放气体的使用还通过将冷空气注入到排放气体以便稀释和冷却反应器而提供了控制反应器温度的机会。这些不能通过斯坦法格林工厂中所使用的被再循环的热合成气体来实现。在一个实施方式中，通过冷空气注入到来自于气体引擎的惰性排放气体流中、以冷却对反应器提供燃料的非挥发性排放气体，防止了热逸溃。 冷空气引入是通过调节器(damper，缓冲器)而被控制的，所述调节器进而通过以下而被控制:在反应器的排放气体输入部处以及反应器的合成气体出口处所感测到的温度、被用来为气体引擎提供燃料的合成气体的压力、以及由通过气体引擎驱动的发电机所产生的电流。因此，冷空气调节器在反应器内的未穿孔板的下侧处提供了均匀的烟气温度，火灾和爆炸通过冷空气调节器的利用而被进一步地最小化。此外，热逸溃可立即被防止。[〇〇23]因为释放的合成气体被用来为气体引擎提供燃料，所以在一个实施方式中，气体引擎被用来驱动上述的发电机以用于能量回收。应注意的是，具有发电机的用合成气体提供动力的气体引擎的利用以其它方式回收了来自于所述处理的可能被浪费的能量(该能量可在工厂中的别处使用)，同时提供了用于控制所述处理的电流传感器、负载的指示。在温度和压力有利于控制参数的同时，耦接于电压的发电机电流提供了对从反应器移除的能量 (kWh)的指示，这对于处理控制是非常有用的。
[0024]此外，使用实心板使反应器的顶部腔室或气室相对于底部腔室或气室密封将潜在的危险合成气体仅隔离在反应器的顶部腔室，在该位置处，泄漏可被更容易地控制。此外， 附加于或替代外部绝热物，反应器的底部腔室中仅具有清洁的惰性烟气允许绝热物被放置在反应器内部。内部绝热物(类似于热氧化器中所使用的)允许更高的500°C烟气温度，而不会不利地影响钢制反应器的结构整体性。[〇〇25]简而言之，所述改造的干燥机以与现有的烘焙工厂所使用的原理不同的原理操作。本主题发明利用热传导而在振动反应器中烘焙生物质，在振动反应器中，被加热的实心未穿孔板被密封在反应器中、以便将上方的生物质与下方的被用来加热板的气体隔开。这允许使用惰性烟气来加热反应器，反应器进而允许使用冷空气调节系统来防止热逸溃。另夕卜，从所述处理释放的合成气体被用来为气体引擎提供动力，气体引擎的排放输出物被再循环以加热反应器板。当气体引擎被耦接于发电机时，废能被回收以便用在工厂的其它部分中或在别处被输出。[〇〇26]附图的简要说明
[0027]本主题发明的这些和其它特征将通过联系与附图相结合的详细说明部分而被更好地理解，在附图中:
[0028]图1是已被改造用于烘焙的典型的现有技术振动干燥机的示意图，其示出了反应器的振动；
[0029]图2是图1的反应器的示意图，其示出了在现有技术干燥机中所使用的导管的数量，所述导管通过柔性耦接器附接于反应器，其中所述柔性耦接器可能在烘焙期间破裂；
[0030]图3是利用振动干燥机的现有技术烘焙系统的示意图，在该振动干燥机中，生物质被挤压到穿孔板上，并且在该振动干燥机中，热气体在对流加热过程中向上通过板，因此合成气或合成气体被释放并且在热交换器中与燃烧器的输出物混合、以便提供用于烘焙处理的被加热气体；
[0031]图4是图3的现有技术烘焙系统的操作的示意图，其示出了对流加热、穿孔板、在处理中被泄放的合成气体的利用，所述合成气体被用来为燃烧器提供燃料，所述燃烧器进而被耦接于热交换器以便对来自于反应器的合成气体进行加热，从而将被加热的合成气体提供到穿孔板的底部；
[0032]图5是本主题发明的一个实施方式的示意图，在该实施方式中，标准的振动干燥机通过实心倾斜板的使用而被转换为传导加热处理，所述实心倾斜板通过来自于由从烘焙处理释放的合成气体提供燃料的气体引擎的输出物而从下方被加热，该示意图还示出了通过调节器注入冷空气以防止热逸溃；
[0033]图6是图5中所示的反应器的一部分的示意图，以便示出实心板的利用，所述实心板将反应器腔室密封到底部气室和顶部气室中，其中反应器热是由来自于气体引擎的排气提供；
[0034]图7是图6中所示的系统的示意图，该系统包括利用调节器来将冷空气注入到来自于由从生物质释放的合成气体提供动力的气体引擎的惰性气体流，其中气体引擎驱动发电机，并且调节器通过气体引擎的输入部处的合成气体的压力、从调节器传送到底部气室的热气体的温度、以及通过依据发电机产生的电流检测被移除的能量而被控制，因而以便提供对调节器的稳定控制以防止热逸溃；以及
[0035]图8是用实心的且波浪形的板将反应器密封的示意图，在所述板下部注入的是500 °C的热气体，并且从生物质的烘焙释放的合成气体以大约300 °C离开。
[0036]详细说明现有技术
[0037]现在参考图1，作为被改造的载体振动干燥机的形式的反应器10包括合成气体输送导管12,合成气体输送管道耦接于用于捕获由反应器产生的合成气体的歧管14。如图所示，模块16中的偏心重量导致整个反应器如虚线18所示地振动，其中反应器安装在弹簧20 上以允许振动。此处，生物质在管道系统22处被引入，从而它沿反应器的内部向下行进以生产生物质型煤。
[0038]参照图2,示出了反应器10的另一侧，其中，管道系统12被示出为耦接于前述的歧管14,其中管道系统与导管12’的一些部分之间的接头通过密封套24的利用而被接合，所述密封套允许导管12和12’之间随着反应器10和歧管14的运动18而移动。还示出的是入口导管30，其具有夹设在导管30与外部部分30 ’之间的密封套24，反应器的输入通过歧管32 (热气体将被引入到该歧管中)而被供应。
[0039]此处，可看出的是，反应器10的振动可通过密封套或柔性接头24而被调和，所述密封套或柔性接头尤其必须能够将300°C的热合成气体输送到反应器之外、并且能够将被加热的合成气体输送到反应器的底部中。
[0040]应注意的是，振动干燥机在此现有技术设备中被改造，其中商业干燥机被用来使材料迀移通过干燥机、而无需移动部件。实质上，对于此现有技术设备来说，存在将振动干燥机转换成烘焙反应器所必要的很少改变。所进行的第一物理改变是:在干燥机内使用一种改造的穿孔板以支撑生物质，其包括例如倾向于变成粉尘的木片。正如将理解的，粉尘将通过穿孔板中的孔掉落，如同最初所供应的。
[0041]图3中示出了此现有技术反应器是如何工作的，其中，反应器10设置有穿孔板40， 该穿孔板加热已通过螺旋输送机44而被注入到反应器中的木片生物质42,其中所述生物质完全地填充螺旋输送机叶轮46与输送机的外部导管48之间的空隙。将理解的是，此螺旋输送机不允许氧气进入到反应器10中，其中反应器通过生物质本身而被密封。在穿孔板的远端处的是具有螺旋机52的冷却螺旋输送机50,在该螺旋机中，生物质42完全地填充螺旋输送机与其外部导管54之间的空间，此外，密封反应器以阻止氧气的流入。如将讨论的，如果反应器未被密封，则存在于烘焙处理期间从生物质42释放的合成气体54的火灾或爆炸的可能性。[〇〇42]烘焙处理开始于在穿孔板40下方提供被加热的气体56,从而该气体通过板40中的孔口 58、并且然后如所示地在60处通过木片生物质以烘烤或烘焙木片，从而由于烘烤或烘焙处理，在一个实施方式中离开螺旋输送机50的是生物质型煤或煤块。烘焙处理的效率通过从该过程输出的以生物质型煤形式的能量除以被输入到该过程的以生物质(通常木材) 形式的能量限定。该过程中的净能量损耗是在该过程中作为辐射热或排放热而被功能地损耗的所释放的合成气体的形式。
[0043]为了从该过程捕获并利用废热，合成气体54通过前述的导管12和歧管14而被输送至鼓风机62,从而释放的300°C合成气体被迫离开鼓风机并进入到热交换器64中。图3中所示的用于对流加热的理想热近似地为400°C到500°C，并且烘焙导致了300°C的合成气体。热交换器64通过800 °C燃烧器66输出部而被供给，其将热能传递到300 °C合成气体以在在歧管 32中提供被加热的合成气体56。应注意的是，在一个实施方式中，在热交换器中设置有圆柱形管，该圆柱形管将来自于燃烧器输出部的热传递到合成气体，其中燃烧器排放物输出如在68处所示。
[0044]此处可以看出的是，如由箭头72所示地旋转的偏心重量70导致反应器10振动，以便将生物质从螺旋输送机44移动到螺旋输送机50。[〇〇45] 现在参考图4,示意性地示出了合成气体54泄放到反应器10之外、到达燃烧器66， 于是如在74处所示的800°C燃烧器输出物与由鼓风机62在导管76处所提供的大体积合成气体输出物混合。[〇〇46]此处可通过箭头74和76的粗细看出的是，来自于燃烧器的流量明显小于62的大流量输出(其可能例如低至250°C)。如在歧管32处所示的，500°C的被加热的小体积合成气体输出物与来自于风机62的大体积输出物混合，从而使得来自于鼓风机的合成气体的温度利用燃烧器66的输出物而被增热。
[0047]如上所述，对商业的载体振动干燥机的物理改变包括利用改造的穿孔板，在所述改造的穿孔板中，板中的孔口的尺寸形成为使粉尘的量最小化，所述粉尘当热气体向上移动通过板中的孔口时可从孔掉落。在未示出的一个实施方式中，一些小盖被放置在这些孔之上，从而粉尘不被允许通过孔向下掉回。
[0048]对商业的振动干燥机的第二改变是:干燥机不再干燥材料(即移除水分)，而现在是将木材加热至这样的温度，所述温度将烘烤木片、并且非常像将木材推入到煎锅中，其中木材放出诸如甲烷、氢气、乙酸和一氧化碳等易燃气体。
[0049]最终结果是:作为对在干燥过程中使用循环空气的单元的代替，在烘焙应用中实际上所产生的是被再循环的合成气体。将理解的是，合成气或合成气体是低BTU(热值)气体，该气体可例如从埋填气体(landfi 11 gas )、并且更具体地从木材或从煤炭产生。因为合成气体的容易获得性以及低成本，所以合成气体被用来代替具有每立方英尺l，〇〇〇BTU的热值的甲烷。特别地，合成气体的范围为200到400BTU的级别，从而在烘焙处理中所利用的是低BTU合成气体。
[0050]安全性[〇〇51] a)减少导管的数量
[0052]在以上所述的现有技术烘焙处理中存在有相当大的安全问题，因为合成气体在干燥机中替代了空气，并且在烘焙处理中干燥机的温度为300 °C的级别，与商业干燥的例如60 °(:形成对照。在具有合成气体的这些更高温度时，产生巨大的安全风险，从而使得任何泄漏将包含趋于与氧气反应的易燃热气体。
[0053]应注意的是，现有技术反应器旨在是封闭系统，在该封闭系统中，氧气向反应器中的泄漏被特别地避免。在实践中，当系统起动时，少量的氧气以常规燃烧被消耗。对于开始的10到15分钟，位于穿孔板的顶部上的木材实际上正在燃烧。一旦所有氧气被消耗，则产生越来越多的合成气体，并且这是在无氧环境中完成的，在此之后，合成气体的再循环被最终用来产生热以驱动所述处理。
[0054]在图1和2的现有技术反应器中，存在也许200到300英尺的外部管道系统，所述外部管道系统是固定的、但是必须连接于猛烈地振动的反应器。正如上面所指出的，存在位于不振动的管道系统与振动的单元之间的物理连接。因为振动，所以前述的密封套破裂，并且在载体干燥机已用传统柔性连接部改造的设施处导致许多泄漏和火灾。
[0055]最初，柔性连接部由织物制成，但是织物不能应对温度、并且最终将破裂并导致泄漏。在此之后，密封套以旋绕的不锈钢膨胀伸缩式波纹管系统的形式制成，其部分地缓解了问题、并且能应对高温。但是，松解的这些密封套中的及其本身的振动、以及连同多达15个这些金属连接，如果它们中的任何一个泄漏，则其将合成气体放入设施中、并且一直是当前存在的风险。另外，因为合成气体主要是一氧化碳，所以在这种工厂中的雇员的健康和安全也是重要的风险。
[0056]因此，由于仅一个合成气体接合部或凸缘需要为了维修目的而被处理，所以用于现有技术导管的大部分孔的堵塞显著地减少了火灾或爆炸的可能性。还需注意的是，无论什么合成气体被利用，其仅存在于反应器内，并且外部循环鼓风机和外部换热器的利用被省略，从而消除了图3和4中所示的现有技术系统的易燃的合成气体再循环回路。
[0057]对标准振动干燥机的显著改造首要的是包括封闭用于再循环合成气体的导管中的除了一个之外的所有导管。这可在图5中看到，在该图中，利用单个管或导管80来将释放的合成气体54泄放到冷却器82、以便如在箭头84处所示地移除焦油，其中冷却器的输出部 86耦接于气体引擎88,在一个实施方式中，发电机附接于所述气体引擎。如将看到的，气体引擎的输出90是非挥发性的和基本上惰性的，虽然一些氧气保留下来。该气体引擎输出以大约500°C存在，其然后通过导管92注入被反应器10的底部部分中，如由箭头94所示。[〇〇58] b)传导加热和实心烘焙板的使用
[0059]将看到的是，不是使用对流加热，在本主题申请中利用实心板100来支撑生物质 42，生物质从螺旋输送机44进入、并从螺旋输送机50离开。此处，热惰性气体在102处被示出为冲击在板100的下表面上，在该位置处，热惰性气体将板加热到500°C。将理解的是，生物质42以与使用煎锅非常相似的方式被烘烤，其中生物质在板100的顶部上被烤。应注意的是，反应器本身的顶部部分内的对流元件促进内部的对流(其非常像对流加热炉)，但是无需从反应器移除或再循环合成气体。
[0060]还将理解的是，板100被密封于腔室10的端部104和106,从而将腔室10分成下腔室或气室110以及上腔室或气室112。结果是，在来自于气体引擎88的惰性气体被用来加热板 100的同时，仅反应器的存在有易燃气体的部分位于板100上方、并且仅使用一个导管80,所以与振动有关的泄漏被最小化。
[0061]应注意的是，原料(即木片输入物)以大约20°C存在，而由于在板100上方发生的烘焙，所以被烘焙的材料以相对热的300°C离开。该材料随后通过出口螺旋机而被冷却回到20 °C，以停止烘焙处理。
[0062]c)热逸溃
[0063]如以下将更完整地讨论的，热逸溃利用冷空气鼓风机116以及调节器和阀组件118 通过冷空气114的进入而被控制，从而使得来自于引擎88的非挥发性排放气体可通过来自于外部的冷空气的吸入而被冷却。应注意的是，因为仅上部腔室含有易燃气体，并且因为来自于气体引擎的排放输出物包括氮气、C〇2和〇2，所以被施加于板100的热的控制可通过该冷空气调节系统而被快速地控制。
[0064]如将讨论的，控制单元或模块120通过热电偶传感器122、压力传感器124、电流传感器126的输出来控制调节器组件118,热电偶传感器位于导管92处，压力传感器测量导管 80中的压力，电流传感器依据所产生的电流和千瓦小时来感测通过气体引擎从反应器移除的能量。将看到的是，温度、压力和电流输出的平衡可有效地调整在94处的进入气体的温度，以便使施加于板100的底部的气体的温度稳定。[〇〇65] 系统细节[〇〇66]将理解的是，如在图6中通过工厂操作的示意图所示出的，从本主题的过程释放的所有合成气体通过单个管离开反应器。此处，所有释放的合成气体54通过管80离开，并且被应用以便对往复式火花点火气体引擎88提供燃料，在这种情况下，所述气体引擎具有机械地耦接于气体引擎以提供电流(如在126处所示)的发电机124。如所看到的，板100的使用涉及了在130处的传导加热，与现有技术设备中的对流加热形成对照。此外，板100可以是华夫板100’，以便提供用于将能量从气室或腔室110传递到板100’上的生物质的更大表面面积。 因此可看出的是，本主题的反应器通过将反应器分成两部分的实心板而在传导加热的情况下操作，并有其中，来自于气体引擎的惰性气体被用来对反应器提供燃料。[〇〇67]虽然已经描述了气体引擎，但是也可利用其它类型的合成气体点火的加热单元， 诸如燃气轮机、燃烧器或锅炉。但是，因为气体引擎还提供旋转输出以便如由虚线128所示地驱动发电机，所产生的电能可被工厂用来为振动马达和其它工厂设备提供电力、以及将未用的电出售给电网。[〇〇68]返回参见图5,将理解的是，冷却器82将合成气体冷却至室温，以便能移除脱离的焦油。然后发生的是，合成气体进而被用管道输送到燃烧源、燃气轮机、燃烧器、锅炉或气体引擎，优选地被输送到气体引擎，因为气体引擎可被用来有效地产生电力。应注意的是，冷却器被用来使焦油凝聚出去，以便不弄脏或焦化气体引擎活塞。焦油非常像木馏油(克鲁苏油，creosote)，并且如果它们可从系统分离出来，则它们的回收提供另一反应器产品。焦油还可被用作粘合剂，以便将被烘焙的粉末一起粘合到生物质型煤块或煤球中。
[0069]应注意的是，来自于气体引擎的热烟气被用一个管被输送到底气室110,并且同时，一些氧气剩余在来自于气体引擎的燃烧烟气中，来自于气体引擎的输出主要是非挥发性的且基本上惰性的氮气和二氧化碳。就雇员而言，该惰性气体是完全安全的，并且该惰性烟气的利用限制了爆炸的可能性。将理解的是，来自于引擎的输出气体是大约500°C，而合成气体为大约300到400°C。正是这种温度差被用在驱动热传递中。如果从板至生物质存在不充分的热传递，则人们可实际上将风机引入到上气室或腔室中，以便搅动释放的合成气体(其非常像对流加热炉)来帮助传递。但是，在大多数情形中，这不是必要的。
[0070]简而言之，本主题的系统利用传导来将热从下气室中的排放气体传递到上气室、 并且然后进入到生物质本身中。应注意的是，气体引擎被利用，因为它们能够以高效率、以及在各种各样的负载的情况下用诸如合成气体的低能燃料运行。这些气体引擎特别地可从供应填埋公司的引擎制造商而容易地获得，并且这些气体引擎特别地适于用在本主题的系统中，这是因为气体的排出温度恰好是加热反应器所必须的。气体引擎还在产生电力方面是非常有效的，使得它成为良好的附加盈利中心。
[0071] 热效率[〇〇72]应注意的是，现有的烘焙工厂已经呈现出平均50-60%的热效率，部分原因在于所释放的合成气体的量不能被充分控制，并且产生的多余的热被损失。使用锅炉来吸取热以形成蒸汽的那些现有的烘焙工厂可能具有66-67%的热效率。但是，使用通过合成气体提供燃料的气体引擎和发电机将总热效率提高到高达80%。
[0073]在操作时，最初没有合成气体。为了起动反应器，人们首先利用天然气起动引擎、 以便使气体引擎点火并怠速。极少的天然气被用来为气体引擎初始地提供动力，并且事实上，气体引擎当用天然气起动时仅怠速。一旦被加热，则反应器主动地形成具有蒸汽和惰性氮气的惰性气体，从而在反应器中没有燃烧发生。生物质最初被缓慢地引入，直到合成气体被释放。然后，引擎功率增加，从而允许生物质输入增加，并且所述处理缓慢地提高产能。 [〇〇74]将理解的是，对于被烘焙的木材来说，理想地输入木材能量的20 %转变成合成气体和随后的热，并且其余部分的能量作为生物质型煤出现。该生物质型煤是褐色到黑色的产品。[〇〇75]关于热逸溃的问题在于，当木材在250 °C到300 °C被烘焙掉木材内的大约百分之40 的热能时(当烘焙木材在这些温度下是易挥性的时)，并且管理所述处理从而使得仅20%的热被释放是一种要求严格的控制问题，其需要敏锐的反应时间、以及从所述处理中添加和移除热的能力。人们希望仅利用百分之20的热，因为其它任何更多的热将是被浪费。如果人们不能吸收所产生的烘焙热的剩余百分之20,则该处理倾向于希望逸溃。这是因为该处理希望在340°C下是易挥发性的任何物质均离开木材。这进而使得大多数烘焙处理非常低效。 [〇〇76] 效率和热逸溃[〇〇77]正是这种无法利用在所述处理中产生的引起热逸溃的热导致了较高的反应器温度、火灾和大量的其它安全问题。因此，在烘焙处理中所需要的是烘烤木材，从而仅百分之 20的输入热被用来烤木材。将理解的是，在现有的烘焙处理中，增加的超过所述百分之20的热产生更多的挥发性物质，并且所述处理倾向于逸溃，而没有建立用于防止热逸溃的安全特性。[〇〇78]现在参考图7,在一个实施方式中，热逸溃利用调节器组件118通过经由导管92将冷空气114引入到反应器10的底气室或腔室110中而被防止。如上所述的，调节器通过以下而被控制，即:通过由热电偶122感测到的在管92处的温度、通过测量管80中的压力的压力传感器124、以及通过在与发电机124相关联的电流探测器130处所产生的用于检测从系统移除的能量的电流。[〇〇79]因而，图7中所示的空气调节器系统被用来稳定正在产生的挥发性物质的量。
[0080]将注意到的是，从排放温度的观点看，已知对于给定的负荷来说，气体引擎中的燃烧是相对稳定的，但是排放的体积也改变，使得负荷指示成为有价值的控制信号。因此，该设计内在地比现有设计更稳定，其中气体引擎的优点是:气体引擎对于各种各样的负载来说热效率为大约百分之40。简而言之，这些引擎是超常的热转换机器。它们例如比用锅炉蒸汽提供动力的工厂(这种工厂的热效率通常为大约20%)好得多。因此，在可用的百分之40 挥发性合成气体能量之中，如果人们提取百分之20(或大约一半)来用于烘烤处理、并且人们将自然地产生的其它百分之20(过量的一半)转换成电能、而不是贡献于热逸溃，则该系统实际上产生了移除该超量的百分之20的热的电能，因此通过精确地将正确量的能量移出来稳定所述烘焙处理。
[0081]用于解释这个的一种简单方式是:木材中的能量的百分之40希望变得在烘焙温度下易挥发，并且旨在通过将百分之20泄放以运行发电机来使用整个百分之40。这与试图在 “刀刃上”操作以控制与挥发组分有关的能量的现有的烘焙处理形成对比。因此，通过提取出与挥发性物质有关的能量的百分之20可使整个系统稳定。应注意的是，所提取出的能量的量可根据发电机上的负载和反应器的温度来调整。
[0082]可能想到的是，热控制可简单地通过从用合成气体提供燃料的气体引擎运行发电机而被运用。这是个问题的原因在于:发电机通常具有固定的最大发电能力(例如560千瓦)，并且人们冒着实际上超出发电机的发电能力运行的风险。如果人们想要发电机在所有时间均以全力运行，则人们可达到发电机的最大发电能力，这进而限制了可从系统提取的能量的量。因而，发电机的最大发电能力限制了可提取出的能量的量。该问题通过本主题的空气调节系统解决，所述空气调节系统允许操作者设定发电机的最大发电能力、而不必须将发电机的最大能力考虑在内。
[0083]如果反应器起动、产生了比引擎可处理的气体更多的气体，则有两个选项。人们可开始放入更少的木材，但是当木材最初进入、并且然后离开反应器时，它花费大约30分钟来呈现任何的改变。可替代的是，注入前述的冷稀释空气。
[0084]在一个实施方式中，前述的压力传感器124被用作用于打开冷空气的感测机构。压力传感器、连同温度热电偶和发电系统上的电流传感器完成对调节器的反馈控制。当然，在巨大的热逸溃(这未由前述方案调和)的情形下，人们可利用停止按钮，停止按钮简单地关停整个木材供应过程、并且迅速地用稀释调节器鼓风机立即冷却反应器。[〇〇85]应注意的是，导管92上的热电偶传感器提供主反馈回路，以确保人们实际上没有过多地打开冷空气调节器。当调节器最初打开时，它正使用电流反馈回路将温度目标设定在例如500 °C。如果例如来自于发电机的输出气体是600 °C，为了控制所述处理，希望注入冷空气。但是，人们当然不希望回到环境温度。那将太过头了。应注意的是，电流传感器测量发电机发电能力，从而除非发电机以全发电能力运行，否则不发生调节。应注意的是，如果电流传感器不处于最大值，则所产生的任何更多的气体将恰好给引擎加载以消耗更多的气体。一旦发电机已经到达最大发电能力，则压力传感器报告:系统可忍受一些额外的压力， 以便在这种系统中构建为缓冲器。但是，管80中的压力具有安全限制，并且再次是用于安全目的，以确保该压力不被超出。应注意的是，即使当使用单个管时，人们也不希望以非常高的压力操作那个管，因为其将产生泄漏，该泄漏将是健康和火灾安全问题。人们可利用本主题的用于调整温度的调节器来将压力调整至一定的预定最大值。这通过打开空气而发生， 该空气将使排放温度降低一点、并且阻止反应器产生更多的合成气体，用这两项来回地操作，以便自然地缓和系统。
[0086]应注意的是，冷空气调节器系统工作，这是因为来自于引擎的气体是非挥发性的、 并且人们可简单地使其冷却或不通过直接稀释，这与热交换器形成对照，并且没什么麻烦发生。但是，人们不能将冷空气与合成气体混合，因为它将燃烧或潜在地爆炸。[〇〇87]简而言之，合成气体从反应器产生，并且被用来产生热以便在烘焙处理中烘烤木材。在一个实施方式中，所述处理使用气体引擎来从合成气体提取能量作为电和热两者。
[0088]应注意的是，人们也可通过使用锅炉产生蒸汽或可简单地在氧化器中燃烧合成气体来移除热。用氧化器的问题是，它简单地产生比所述处理需要的多得多的热。应注意的是，氧化器的使用通常被相反表示，这是因为它是低压装置并且在周围燃烧的情况下操作， 并且所需的管道系统的直径为24到30英寸的级别。另一方面，气体引擎实质上是空气栗，并且人们可使气体在相当大的压力下在进口侧和压缩后的排出侧两者上燃烧。这意味着:人们可利用12-18英寸的排气管，这种排气管小得多。
[0089]现在参考图8,示出的是反应器10中的华夫类型的实心隔离件，该隔离件将反应器分成下气室或腔室110以及上气室或腔室112。该板提供了传导加热，该传导加热采用在板下方注入的500°C热气、并且烘烤位于板的顶部上生物质，直到它将所有挥发物质驱出，从而使得300 °C合成气体释放出来。
[0090]虽然已结合不同图的优选实施方式描述了本发明，但是应当理解的是，也可使用其它类似的实施方式，或者可在不脱离本发明的情况下对所描述的实施方式作出修改或增加以用于执行与本发明相同的功能。因此，本发明不应局限于任何单个实施方式，而是在宽度和范围方面应根据所附权利要求书来解释。
【主权项】
1.一种烘焙反应器，包括:振动反应器；实心板，将所述反应器分成底部气室和顶部气室，所述实心板在两端处均被密封于所 述反应器的端部，从而使得所述底部气室和所述顶部气室相对于彼此被密封；多个马达，具有偏置重量以用于振动所述反应器；输入螺旋输送机，在所述实心板的上方位于所述反应器的一端处，以用于将生物质注 入到所述实心板的顶部上；以及出口螺旋输送机上，位于所述实心板的相对端上，以用于受 烘焙后材料的移除，所述实心板向下形成角度，从而所述反应器的振动导致来自于所述输入螺旋输送机的 生物质移动至所述输出螺旋输送机。2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括被加热的非挥发性气体的源以及管道系统， 所述管道系统位于所述源与所述反应器之间以用于将所述被加热的非挥发性气体注入到 所述实心板的下侧。3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述反应器包括与所述顶部气室连 通的合成气体泄放导管、以及耦接于所述合成气体泄放导管的气体引擎。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述气体引擎产生被加热的非挥发 性排放气体，并且所述设备进一步包括用于将所述被加热的非挥发性排放气体耦接到所述 反应器的所述底部气室的导管。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且进一步包括耦接于所述气体引擎的发 电机。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且进一步包括在所述合成气体泄放导管 中被设置在所述上气室与所述气体引擎之间的冷却器，以用于将释放的合成气体冷却至环 境温度、以及用于实现焦油移除。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且进一步包括用于将冷空气与所述被加 热的非挥发性气体混合以防止热逸溃的冷空气鼓风机。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且进一步包括被设置在所述冷空气鼓风 机与所述反应器之间的调节器。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，并且进一步包括用于所述调节器的控制 器，以便调整与所述被加热的非挥发性气体混合的冷空气的量。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述发电机包括电流传感器，其中 所述合成气体泄放导管包括压力传感器，其中用于将所述被加热的非挥发性气体输送到所 述反应器的导管包括热电偶传感器，并且所述设备进一步包括用于将所述电流传感器、所 述压力传感器和所述热电偶传感器的输入施加到所述控制器以用于所述调节器的控制的 装置。11.一种烘焙反应器，包括:腔室，通过实心板而被分开以形成上气室和下气室，所述板承载待被烘焙的生物质，所 述生物质通过所述实心板的加热而被传导性地加热。12.—种用于改造振动干燥机以提供一种振动烘焙反应器的方法，包括以下步骤:在具有从振动干燥机的内部通向所述振动干燥机的外部的多个导管的所述振动干燥机中，密封除了预定数量的导管之外的全部导管，为所述干燥机提供从所述干燥机的一侧到另一侧的实心板，以用于在所述板的顶部上 支撑待被烘焙的生物质，所述板是倾斜的；以及，在所述板的下方引入热气体，以便加热所述板，并且向位于所述板的顶部上的所述生 物质提供热能，由此在烘焙处理中对流加热烘烤所述生物质。13.根据权利要求12所述的方法，并且进一步包括用于从所述反应器移除合成气体的 出口导管。14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，并且进一步包括耦接于所述出口导管 的管道系统、以及位于所述出口导管与相关的管道系统之间的柔性密封套，由此抵靠于所 述管道系统的所述反应器的振动运动通过所述密封套而被调和，从而所述反应器具有泄漏 能发生的仅一个合成气体端口。15.—种用于提高烘焙反应器的效率的方法，在所述反应器中，传导性加热被用来加热 位于未穿孔板的顶部上的生物质，所述方法包括:将从烘焙处理释放的合成气体用管道输 送到气体引擎；以及将来自于所述气体引擎的排放物引入到所述板的下方以加热所述板， 被用来加热所述板的气体是非挥发性的，从而省略将合成气体从所述反应器返回到所述反 应器以便加热所述反应器的循环。16.根据权利要求15所述的方法，并且进一步包括将发电机机械地耦接于所述气体引 擎以用于产生电力，从而所述烘焙处理的总能量效率超过80%。17.—种用于防止烘焙反应器中的热逸溃的方法，所述反应器由非挥发性气体加热，所 述方法包括以下步骤:将冷空气连同非挥发性气体一起注入到所述反应器中，以调整所述反应器的温度。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述反应器包括实心板，所述实心板从所述反 应器的一端到另一端以形成底部气室，并且其中，所述非挥发性气体在所述板下方被注入 到所述反应器中、并且被注入到所述底部气室中，所述实心板防止在烘焙处理中释放的合成气体暴露于氧气。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述反应器包括气体引擎，并且其中，所述 非挥发性气体是来自于所述气体引擎的排放物。20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其中并且进一步包括将发电机耦接于所 述气体引擎，并且所述发电机设置有电流传感器，其中，将所述合成气体输送到所述气体引 擎的导管包括压力传感器，并且其中，所述非挥发性气体向所述反应器中的注入装置包括 入口导管，所述入口导管具有热电偶传感器，并且进一步包括用于所述冷空气的注入的调 节器组件，所述调节器组件通过所述电流传感器、所述压力传感器和所述热电偶传感器的 输出而被控制。21.根据权利要求17-20中任一项所述的方法，其中，从所述反应器释放的合成气体在 被用作用于所述气体引擎的燃料之前被冷却。22.根据权利要求17-21中任一项所述的方法，其中，由于所述合成气体的冷却，焦油被移除。23.—种用于防止烘焙反应器中的热逸溃的方法，包括以下步骤:用被加热的非挥发性气体加热所述反应器；以及，用冷却空气稀释所述被加热的非挥发性气体，以防止热逸溃。24.—种用于提高烘焙反应器的安全性的方法，所述反应器是将标准振动商业干燥机 改造成烘焙反应器的结果，所述标准振动商业干燥机具有与其本身相连接的多个导管，所 述方法包括以下步骤:提供从所述干燥机的一端到另一端的实心板，以在所产生的反应器中形成底部气室和 顶部气室；除了在烘焙处理中被用于泄放合成气体的出口端口之外，堵塞所述干燥机的所有出口 端口；以及，提供用于来自于所述烘焙处理的所述合成气体的柔性的装有衬垫的导管，由此相比于 导管的原始数量，需要装有衬垫的导管的数量被减少。25.—种用于烘焙生物质的方法，包括以下步骤:提供反应器，所述反应器被制造有实心板；将生物质引入到所述实心板上；用热气体从下方加热所述实心板，从而使得来自于所述热气体的热通过所述实心板的 加热而被传导性地传递到所述生物质。26.根据权利要求25所述的方法，并且进一步包括气体马达、以及用于释放的合成气体 的且耦接在所述反应器与所述气体马达之间的导管。27.根据权利要求25或26所述的方法，并且进一步包括使用来自于所述气体马达的排 放物加热所述实心板。
【文档编号】C10L9/08GK106062152SQ201480074767
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年11月14日
【发明人】托马斯·巴隆, 尼尔·巴特勒
【申请人】清洁发电英国有限公司