專利名稱：移動(dòng)式自熱烘焙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及主要自加熱、可移動(dòng)或固定的自熱烘焙裝置以及生物質(zhì)烘焙工 藝。
背景技術(shù)：
烘焙被認(rèn)為是使生物質(zhì)更適合與煤共燃應(yīng)用的預(yù)處理技術(shù)。烘焙是在沒(méi)有氧的情 況下在200°C至300°C之間操作并以通常約1小時(shí)以上的駐留時(shí)間為特征的熱過(guò)程。烘焙 工藝通常在近大氣壓力下執(zhí)行。焙干的生物質(zhì)脆性提高、可粉碎性提高，這未來(lái)可提高共燃率。在生物質(zhì)烘焙期間，生物質(zhì)部分分解并且釋放出各種氣體和水蒸汽，這引起質(zhì)量 損失并使化學(xué)能進(jìn)入氣相。然而，眾所周知，在烘焙期間比能量更多的質(zhì)量損失到氣相中。 這種現(xiàn)象導(dǎo)致能量致密化。因此，生物質(zhì)的烘焙產(chǎn)生與最初的生物質(zhì)中的物質(zhì)相比，具有低 含水量和高含能量的固體產(chǎn)品。具體地，焙干的生物質(zhì)顯示許多希望的性質(zhì)，諸如具有減小 的含水量，增大的熱值以及疏水性。就此而言，烘焙已被確定為用于改進(jìn)生物質(zhì)的性質(zhì)使其 更適合作為燃料的可行方法。然而，傳統(tǒng)方法對(duì)提供生物質(zhì)烘焙的成本有效的手段而言不太有效。這種低效率 已經(jīng)阻礙了生物質(zhì)烘焙的潛在商業(yè)應(yīng)用。以前的烘焙裝置是固定的并且取決于來(lái)自諸如發(fā) 電站的外部源的大量的補(bǔ)充熱，以生產(chǎn)焙干的生物質(zhì)。同樣地，傳統(tǒng)的烘焙裝置就烘焙所用 的熱量而言不是主要是自給自足的。木屑之類的纖維素生物質(zhì)的所謂收割者和銷售者面對(duì)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是其低物理 密度和能量密度以及低價(jià)值，這使得將其運(yùn)輸30至50英里以上運(yùn)往用戶處在經(jīng)濟(jì)上是不 利的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，以前的裝置和方法需要將未處理的生物質(zhì)從若干個(gè)分離場(chǎng)所拖到用戶處， 在用戶處進(jìn)行烘焙工藝，這些未處理的生物質(zhì)常?？砂ò粗亓坑?jì)差不多50%的水。因此，仍需要一種更有效的烘焙裝置和用于為各種用戶和應(yīng)用預(yù)處理生物質(zhì)的工 藝。此外，仍需要一種可移動(dòng)的和/或模塊化的可行的烘焙裝置，使其可以是現(xiàn)場(chǎng)便攜式的 并且是自加熱式的，以降低燃料生產(chǎn)的運(yùn)輸成本，并且消除用于碳封存和土壤改良之類的 成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供自熱式烘焙裝置而滿足上述需要中的至少一部分。在某些實(shí)施方 式中，本發(fā)明通過(guò)提供移動(dòng)式自熱烘焙裝置，連同在生物質(zhì)的收割源處進(jìn)一步將已處理過(guò) 生物質(zhì)制成粒狀和其他有用形狀的選擇一起而滿足上述需要中的至少一些。在其他實(shí)施方 式中，所述自熱烘焙裝置是固定的。本發(fā)明的實(shí)施方式包括具有用于接納生物質(zhì)的烘焙室 進(jìn)口和至少一個(gè)烘焙室出口的烘焙室。所述烘焙室可以基本上被外殼環(huán)繞，所述外殼限定 外護(hù)套并且具有護(hù)套進(jìn)口和護(hù)套出口。所述外護(hù)套和所述烘焙室之間限定一空間，使得包 括操作連接至所述烘焙室出口的進(jìn)口和操作連接至所述護(hù)套進(jìn)口的出口的燃燒室允許在所述烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣移到所述燃燒室內(nèi)，以燃燒所述蒸氣的至少一部分，并且 允許所述蒸氣隨后穿過(guò)所述護(hù)套和所述烘焙室之間的所述空間，以提供自熱烘焙生物質(zhì)所 需的熱。因此，除預(yù)熱所述裝置的燃料和確保來(lái)自生物質(zhì)的氣體點(diǎn)燃的引火火種之外，用于 烘焙的所有熱能都來(lái)自生物質(zhì)自身。在另一方面，本發(fā)明提供一種用于自熱烘焙生物質(zhì)的工藝。本發(fā)明的實(shí)施方式包 括通過(guò)烘焙室的壁將生物質(zhì)間接地加熱至足以產(chǎn)生焙干生物質(zhì)的溫度。在所述烘焙室內(nèi)產(chǎn) 生或釋放的來(lái)自生物質(zhì)的氣體被轉(zhuǎn)移到燃燒室內(nèi)，并且來(lái)自生物質(zhì)的蒸氣的至少一部分被 燃燒。來(lái)自所述燃燒室的煙氣穿過(guò)位于所述烘焙室和基本上圍繞該烘焙室的外殼之間的空 間。離開(kāi)所述燃燒室的蒸氣提供在所述烘焙室內(nèi)自熱烘焙生物質(zhì)所需的熱。因此，除預(yù)熱 所述裝置的燃料和確保來(lái)自生物質(zhì)的氣體點(diǎn)燃的引火火種之外，用于烘焙的所有熱能都來(lái) 自生物質(zhì)自身。另外，本發(fā)明提供一種提高將焙干生物質(zhì)用做燃料的成本效益的方法。本發(fā)明的 實(shí)施方式包括在諸如收割點(diǎn)的操作點(diǎn)處設(shè)置至少一個(gè)自熱烘焙裝置，所述收割點(diǎn)可以包 括但不限于在遠(yuǎn)離發(fā)電廠的位置的農(nóng)場(chǎng)和森林；將位于所述操作點(diǎn)的生物質(zhì)裝入所述自熱 烘焙裝置；以及將位于所述操作點(diǎn)的所述生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成焙干生物質(zhì)。因此，運(yùn)送原料的每 BTU的成本大大地降低，因?yàn)檫\(yùn)輸未處理的生物質(zhì)中的水的成本基本上消除并且此時(shí)燃料 具有更高的能量密度。


已概括描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，這些圖未必按比例繪制，并且其中圖1示出了具有逆流和生物質(zhì)預(yù)加熱器的自熱烘焙裝置；圖2示出了具有單個(gè)烘焙室出口的自熱烘焙裝置；圖3示出了具有多個(gè)烘焙室的一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖；圖4示出了具有多個(gè)烘焙室的另一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖；以及圖5示出了根據(jù)發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的烘焙室。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖在下文中更充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的一些但不 是全部實(shí)施方式。實(shí)際上，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)施并且不應(yīng)該被解釋為限于本文 闡述的實(shí)施方式；更確切地講，提供這這些實(shí)施方式是為了使本公開(kāi)內(nèi)容滿足適用的法律 規(guī)定。自始至終相同附圖標(biāo)記指代相同元件。生物質(zhì)可以在低氧環(huán)境中通過(guò)加熱轉(zhuǎn)化成疏水的、耐腐性材料，該材料可以用作 煤燃料替代品或生物質(zhì)燃料添加劑。焙干生物質(zhì)也被稱為生物炭并且作為土壤中永久碳封 存材料以及可以提高植物生長(zhǎng)率的土壤改良劑正在被研究。焙干生物質(zhì)也可以用作生物質(zhì) 進(jìn)一步氣化的原料和液體燃料替代品的原料。另外，焙干生物質(zhì)可以用來(lái)做燃料、肥料以及 長(zhǎng)期的碳存儲(chǔ)。有特別重大意義的是，現(xiàn)有火電廠中所用的焙干生物質(zhì)可以滿足利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè) 施用再生燃料發(fā)電的需要。此外，焙干生物質(zhì)具有以碳中性方式提供這種能量的附加優(yōu)點(diǎn)， 因?yàn)樗粫?huì)將使生物圈增加碳。同樣地，生物炭應(yīng)用中所用的焙干生物質(zhì)可以在幾百到幾5千年間從大氣除去碳。應(yīng)當(dāng)理解，本文所用的術(shù)語(yǔ)生物質(zhì)是通稱，其包括所有有機(jī)質(zhì)(例如所有源于光 合作用的物質(zhì))。通常，生物質(zhì)是異質(zhì)性原料，其成分可以主要根據(jù)產(chǎn)地、物理位置、時(shí)期以 及季節(jié)等而變化。在各種實(shí)施方式中，生物質(zhì)類型可以包括眾多類型的木材、植物、植物油、 綠色廢物，甚至糞肥以及下水道污泥。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，自熱烘焙裝置將各種形式的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成部分熱解且焙 干的生物質(zhì)，該生物質(zhì)可以適合用作碳中性燃料，作為煤替代品用在現(xiàn)有的燃煤爐中，適合 進(jìn)一步通過(guò)氣化處理，還適合碳封存和土壤改良。在一個(gè)實(shí)施方式中，自熱烘焙裝置可以連 續(xù)地或分批地裝填包括按重量計(jì)達(dá)大約55%的含水量的新鮮生物質(zhì)。另選地，在裝入烘焙 室之前，可以預(yù)干燥和/或預(yù)加熱生物質(zhì)。在某些實(shí)施方式中，裝入烘焙裝置的新鮮生物質(zhì) 不含諸如塑料材料的非生物質(zhì)添加劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以是可移動(dòng)的和/或模塊化的或固定的自熱烘焙裝置包括 具有用于接納生物質(zhì)的烘焙室進(jìn)口和至少一個(gè)烘焙室出口的烘焙室。烘焙室可以基本上被 外殼環(huán)繞，該外殼限定外護(hù)套并且具有護(hù)套進(jìn)口和護(hù)套出口。外護(hù)套和烘焙室之間限定一 空間，使得包括操作連接至烘焙室出口的進(jìn)口和操作連接至護(hù)套進(jìn)口的出口的燃燒室允許 烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣進(jìn)入燃燒室，以燃燒蒸氣的至少一部分，并且允許所述蒸氣隨 后穿過(guò)護(hù)套和烘焙室之間的空間，以提供生物質(zhì)的自熱烘焙所必需的熱。在這種實(shí)施方式 中，來(lái)自燃燒室的燃燒氣體/煙氣通過(guò)烘焙室的壁間接加熱生物質(zhì)。生物質(zhì)在經(jīng)過(guò)烘焙室 時(shí)，可以產(chǎn)生水蒸汽、揮發(fā)性有機(jī)化合物、裂解氣以及汽相焦油。在一個(gè)實(shí)施方式中，這些蒸 氣在自身的壓力協(xié)同自然煙囪通風(fēng)的作用下移至燃燒室。烘焙室中產(chǎn)生和/或釋放的可燃 氣體在燃燒室中至少部分燃燒以產(chǎn)生連同在烘焙室中從生物質(zhì)驅(qū)趕出的所有水蒸汽的熱 進(jìn)行進(jìn)一步生物質(zhì)烘焙的過(guò)程熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，從烘焙室釋放的所有可燃蒸氣都在 燃燒室中燃燒。在某些實(shí)施方式中，不需要使水蒸汽與生物質(zhì)釋放的其他氣體分離，其中生物質(zhì) 可以具有按重量計(jì)高達(dá)大約55%、或大約50%、或大約45%、或大約40%、或大約35%、或 大約30 %、或大約20 %、或大約15 %、或大約10 %、或5 %的含水量。有利地，來(lái)自生物質(zhì)的 水蒸汽和可燃?xì)怏w都被引入燃燒室中。利用從水蒸汽和燃燒氣體得到的熱提供用于烘焙生 物質(zhì)的熱。例如，這種熱穿過(guò)圍繞烘焙室的護(hù)套，使得生物質(zhì)通過(guò)烘焙室的壁被蒸汽和燃燒 氣體間接加熱。因此，除預(yù)熱裝置的燃料和燃燒室的確保氣體點(diǎn)燃的引火火種之外，烘焙生 物質(zhì)所用的所有熱能都來(lái)自生物質(zhì)自身。在優(yōu)選實(shí)施方式中，燃燒室或燃燒箱被設(shè)計(jì)成使得氣體在到達(dá)外護(hù)套之前被完全 氧化。這允許從氣體中提取所有能量，使燃燒室可用的熱量最大。具體地說(shuō)，燃燒室和外護(hù) 套之間的距離不應(yīng)小于大約7英尺，或不小于大約9英尺，或不小于大約12英尺。這種距 離確保氣體在和烘焙室的外側(cè)接觸之前被完全氧化。有利地，這種設(shè)計(jì)也保護(hù)烘焙室不受 腐蝕性氣體的損害。因此，這些實(shí)施方式允許使用軟鋼代替耐熱鋼。因此，這些實(shí)施方式允 許財(cái)政節(jié)約并且允許更好地將熱傳遞到在烘焙室內(nèi)運(yùn)送的生物質(zhì)內(nèi)。在其他實(shí)施方式中，烘焙室被設(shè)計(jì)成使得可利用足夠的傳熱區(qū)域以傳遞來(lái)自燃燒 氣體/煙氣和蒸汽的熱，從而用大約5分鐘內(nèi)使圍繞生物質(zhì)的氣體的溫度上升到大約300°C 至大約500°C之間。在各種實(shí)施方式中，圍繞生物質(zhì)的氣體可以被加熱到大約310°C至大約390°C之間，或大約320°C至大約380°C之間、或大約330°C至大約370°C之間、或大約340°C 至360°C之間。因此，在某些實(shí)施方式中，在烘焙期間圍繞生物質(zhì)的環(huán)境為至少大約300°C， 通常至少大約320°C，以及通常至少大約340°C。在某些實(shí)施方式中，烘焙室被設(shè)計(jì)成使得 可利用足夠的傳熱區(qū)域，以傳遞來(lái)自燃燒氣體/煙氣和蒸汽的熱，從而用大約2分鐘至大約 16分鐘，或大約3分鐘至大約15分鐘，或大約4分鐘至大約12分鐘，或大約5分鐘至大約 10分鐘使圍繞生物質(zhì)的氣體升高到前述任一溫度范圍。在各種實(shí)施方式中，烘焙室內(nèi)的蒸 氣的溫度可以從接近烘焙室進(jìn)口的近環(huán)境溫度提高到接近烘焙室出口的前述任一溫度范 圍。根據(jù)各種實(shí)施方式，生物質(zhì)在烘焙室內(nèi)的駐留時(shí)間可以在從大約2分鐘到大約16分鐘， 或從大約3分鐘到大約15分鐘，或從大約4分鐘到大約12分鐘，或從大約5分鐘到大約10 分鐘的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方式中，生物質(zhì)的駐留時(shí)間不超過(guò)大約10分鐘，通常不超過(guò)大 約8分鐘，以及常常不超過(guò)大約6分鐘或不超過(guò)大約5分鐘。在另外的實(shí)施方式中，圍繞生 物質(zhì)的氣體可以用大約2分鐘至大約9分鐘，或大約2分鐘至大約8分鐘，或大約2分鐘至 大約7分鐘，或大約3分鐘至大約8分鐘，或大約5分鐘至大約7分鐘內(nèi)升高到前述任一溫 度范圍內(nèi)。在各種實(shí)施方式中，烘焙室內(nèi)蒸汽的溫度可以從接近烘焙室進(jìn)口的近環(huán)境溫度 升高到接近烘焙室出口的前述任一溫度范圍內(nèi)。根據(jù)各種實(shí)施方式，生物質(zhì)在烘焙室內(nèi)的 駐留時(shí)間可以在從大約2分鐘到大約9分鐘，或大約2分鐘到大約8分鐘，或大約2分鐘到 大約7分鐘，或大約3分鐘到大約8分鐘，或大約分鐘5到大約7分鐘的范圍內(nèi)。除根據(jù)這種實(shí)施方式將從燃燒氣體和蒸汽向生物質(zhì)間接傳熱之外，當(dāng)生物質(zhì)達(dá)到 大約300°C以上的溫度時(shí)，生物質(zhì)自身可開(kāi)始釋放熱。因?yàn)樯镔|(zhì)通常是顆粒大小不均勻 的，所以小顆粒借助較大的表面積/體積比更有效地從烘焙壁接收熱并且在其溫度達(dá)到大 約300°C以上時(shí)放出熱氣，小顆粒借此在該工藝中被更徹底地?zé)峤?。?dāng)處理諸如各種木材和 植物之類的生物質(zhì)時(shí)，例如，材料的一部分將削成或破碎成相當(dāng)小的塊。例如，這種小塊可 以包括木屑、鋸屑、樹(shù)葉以及樹(shù)皮。來(lái)自烘焙室的壁的熱和來(lái)自小生物質(zhì)顆粒的氣體的熱允 許大塊生物質(zhì)達(dá)到大約270°C的關(guān)鍵烘焙溫度。因此，較小尺寸的塊在被煙氣間接加熱時(shí)， 提供大生物質(zhì)塊的烘焙所用的部分能量。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的自熱烘焙裝置。在該具體實(shí)施方式
中，來(lái) 自源的濕的或新鮮的生物質(zhì)1在被裝入進(jìn)料斗20之前被直接或間接式熱交換器10利用來(lái) 自烘焙裝置的廢熱至少部分地預(yù)干燥和預(yù)加熱。因此，這種實(shí)施方式有利地不需要用于預(yù) 干燥或預(yù)加熱生物質(zhì)的單獨(dú)的干燥系統(tǒng)。氣鎖閥30位于進(jìn)料斗的排放處以控制或計(jì)量經(jīng) 由烘焙室進(jìn)口 41進(jìn)入烘焙室40的生物質(zhì)。在該實(shí)施方式中，通過(guò)用于將生物質(zhì)從烘焙室 進(jìn)口 41輸送到烘焙室出口 43的物料輸送裝置50 (例如螺旋輸送器)將生物質(zhì)運(yùn)送通過(guò)烘 焙室。物料輸送裝置由馬達(dá)60驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，自熱烘焙裝置是模塊化的并 且是可現(xiàn)場(chǎng)操作的。在這種情況下，用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的能量可以由發(fā)電機(jī)300提供。烘焙室 包括用于接納生物質(zhì)的烘焙室進(jìn)口和至少一個(gè)烘焙室出口。圖1示出具有兩個(gè)烘焙室出口 的烘焙室。第一烘焙室出口 43設(shè)置在烘焙室的底部附近，使得焙干生物質(zhì)可以通過(guò)掉出室 的底部而離開(kāi)烘焙室。若需要，可使離開(kāi)的焙干生物質(zhì)落入中間保持槽或儲(chǔ)槽(未示出)。 無(wú)論如何，離開(kāi)烘焙室的生物質(zhì)可以由氣鎖閥70計(jì)量而進(jìn)入到可運(yùn)輸?shù)谋３植?0內(nèi)。該保 持槽80可以被運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)有的燃煤發(fā)電廠，用于共燃應(yīng)用。第二烘焙室出口 44可以定位在 烘焙室的頂部附近，以使烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的來(lái)自生物質(zhì)的氣體能夠移動(dòng)至燃燒室90。包括從生物質(zhì)釋放的水蒸汽在內(nèi)的蒸氣移動(dòng)到燃燒室內(nèi)，在該燃燒室中至少一部分可燃蒸 氣被燃燒。在燃燒之后，包括從烘焙室中的生物質(zhì)釋放或驅(qū)出的所有水蒸汽在內(nèi)的蒸氣穿 過(guò)位于外殼之間并由外殼限定的空間，該外殼限定基本上圍繞烘焙室40的外護(hù)套120。外 護(hù)套包括護(hù)套進(jìn)口 122和護(hù)套出口 124，使得離開(kāi)燃燒室的蒸氣經(jīng)護(hù)套進(jìn)口移動(dòng)到護(hù)套內(nèi)， 通過(guò)護(hù)套和烘焙室之間的空間，離開(kāi)護(hù)套出口。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，離開(kāi)外護(hù)套的蒸氣 穿過(guò)熱交換器10，這些蒸氣中包含的剩余熱在該熱交換器中被用于預(yù)加熱和/或預(yù)干燥新 鮮的生物質(zhì)1。有利地，包括從生物質(zhì)釋放的，從烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的所有水蒸汽的來(lái)自 生物質(zhì)的蒸氣最終提供自熱烘焙生物質(zhì)所需的熱。因此，這種實(shí)施方式在熱方面是期望地 自給自足的，其中僅啟動(dòng)和維持燃燒室中的引火火種需要外部熱源。對(duì)于這種情況，便攜式 燃?xì)夤?例如丙烷氣瓶)100可以被容易地用于移動(dòng)式和/或模塊化的實(shí)施方式。當(dāng)不需 要?dú)怏w時(shí)，可以關(guān)閉閥110。盡管使用諸如可燃?xì)怏w源的外部加熱源用于使烘焙裝置升溫到期望的工作溫度， 但是根據(jù)本發(fā)明一旦達(dá)到期望的溫度，就大大地減少?gòu)耐獠考訜嵩摧斎氲哪芰?。例如，?啟動(dòng)期間，輸入烘焙裝置的能量可以高達(dá)大約650，000BTU/hro然而，一旦達(dá)到初始的烘焙 溫度，從外部源輸入到系統(tǒng)的能量(即，不是由烘焙工藝產(chǎn)生的氣體燃燒得到的能量)可 以下降到不超過(guò)大約50，000BTU/hr,常常不超過(guò)大約40，000BTU/hr,以及通常不超過(guò)大約 30，000BTU/hr。在優(yōu)選實(shí)施方式中，進(jìn)料斗20充當(dāng)汽封。更具體地講，生物質(zhì)中的水和脫氫反應(yīng) 產(chǎn)生的水在暴露于熱時(shí)膨脹并且在烘焙室40內(nèi)變成水蒸汽。該水蒸汽充滿烘焙室并且不 但從烘焙室的出口移出到燃燒室，而且一部分可以逸出烘焙室進(jìn)口并且穿過(guò)進(jìn)料斗。即，正 向水蒸汽流移出烘焙室并且進(jìn)入到進(jìn)料斗(和燃燒室)內(nèi)。穿過(guò)進(jìn)料斗的該正向水蒸汽流 防止空氣并且從而防止氧氣通過(guò)進(jìn)料斗進(jìn)入烘焙室。因此，該烘焙室基本上鎖定環(huán)境空氣 (尤其是氧氣)的進(jìn)入。有利地，這種實(shí)施方式不需要位于進(jìn)料斗上的氣鎖閥或氮清洗。雖然圖1示出了具有作為物料輸送裝置50的螺旋輸送器的實(shí)施方式，但是物料輸 送裝置不僅限于螺旋輸送器。例如，本發(fā)明的某些實(shí)施方式可以包括任何物料輸送裝置，該 物料輸送裝置以機(jī)械方式連續(xù)地輸送生物質(zhì)，使其在內(nèi)部從進(jìn)口到出口輸送穿過(guò)烘焙室， 使得裝置可連續(xù)工作。優(yōu)選地，物料輸送裝置適于促進(jìn)生物質(zhì)的內(nèi)部翻滾或“翻轉(zhuǎn)”以提高 的速率進(jìn)行。即，物料輸送裝置優(yōu)選地被構(gòu)造和操作成使得穿過(guò)烘焙室輸送的生物質(zhì)經(jīng)歷 增強(qiáng)并連續(xù)的內(nèi)部湍流或翻滾。烘焙室內(nèi)的這種高水平的滾動(dòng)或混合動(dòng)作有助于促進(jìn)與烘 焙室的熱壁接觸的生物質(zhì)的連續(xù)的翻轉(zhuǎn)。因此，每單位時(shí)間輸送通過(guò)烘焙室的更多生物質(zhì) 被放置成與烘焙室的熱壁緊密接觸。適于促進(jìn)該高水平的內(nèi)部翻滾的物料輸送裝置有利地 可以提高熱被傳遞到生物質(zhì)的速率并且利于生物質(zhì)的有效烘焙，這至少部分以通過(guò)這里所 述的實(shí)施方式獲得的減小的駐留時(shí)間表明。除用于促進(jìn)增強(qiáng)的內(nèi)部翻滾的螺旋輸送器或螺 旋推運(yùn)器系統(tǒng)之外，物料輸送裝置也可以是例如往復(fù)鏈驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)輸鏈、牽引鏈等。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣流沿第一方向，即沿從烘 焙室進(jìn)口到烘焙室出口的方向行進(jìn)到燃燒室并且離開(kāi)燃燒室的煙氣沿與第一方向相反的 第二方向行進(jìn)。因此，燃燒氣體/煙氣和/或水蒸汽沿逆流移至烘焙室中放出的蒸氣。圖1描繪了具有逆流機(jī)制的這種實(shí)施方式。在一個(gè)另選實(shí)施方式中，烘焙裝置包 括并流機(jī)制。具體地說(shuō)，在烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣沿與蒸氣穿過(guò)護(hù)套與烘焙室之間的空間所沿的方向相同的方向移動(dòng)。在該實(shí)施方式中，來(lái)自燃燒室的燃燒過(guò)的蒸氣以如下方 式穿過(guò)護(hù)套，即燃燒過(guò)的蒸氣在最接近于烘焙室進(jìn)口的位置進(jìn)入護(hù)套并且在最接近于烘焙 室出口的位置離開(kāi)外護(hù)套。在再一另選實(shí)施方式中，烘焙裝置包括交叉流動(dòng)機(jī)制。具體地 說(shuō)，燃燒過(guò)的氣體和/或水蒸汽的行進(jìn)方向垂直于烘焙室。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，必要時(shí)烘焙室可包括整體式冷卻系統(tǒng)。另選地，烘焙 裝置可以被直接或間接地操作連接至用于焙干的材料的冷卻系統(tǒng)。當(dāng)熱的焙干生物質(zhì)在熱 時(shí)不進(jìn)行?；?、壓塊或者壓實(shí)時(shí)，優(yōu)選地利用這種實(shí)施方式。在其中焙干的生物質(zhì)在還熱時(shí) 不進(jìn)行壓實(shí)的例子中，焙干木材的冷卻對(duì)于防火很重要。因此，在焙干生物質(zhì)到達(dá)大氣或者 焙干生物質(zhì)會(huì)與氧發(fā)生反應(yīng)之前，必須將熱從焙干生物質(zhì)取出。在這種情況下，焙干生物質(zhì) 的溫度應(yīng)該被冷卻到不超過(guò)大約150° F、130° F、115° F或100° F (即冷卻到100° F或 更低)。在某些實(shí)施方式中，氣冷式熱交換器、水冷式熱交換器或者兩者可以用來(lái)從焙干生 物質(zhì)除去熱。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)與烘焙室中使用的類似的物料輸送裝置將生物質(zhì) 輸送通過(guò)冷卻器。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，從焙干材料釋放的熱可以用于直接或間接地干 燥生物質(zhì)、加熱燃燒氣體或者被釋放到環(huán)境中。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式的自熱烘焙裝置。在該具體實(shí)施方式
中，烘焙室40包括位于烘焙室的底部附近的單個(gè)烘焙室出口 43。因此，烘焙室內(nèi)產(chǎn)生的焙 干生物質(zhì)和來(lái)自生物質(zhì)的蒸氣通過(guò)同一烘焙室出口 43離開(kāi)。如圖2所示，可以使用氣固分 離器45 (例如旋風(fēng)分離器)以確保焙干生物質(zhì)不會(huì)無(wú)意地被夾帶在抽進(jìn)燃燒室90內(nèi)用于 燃燒的蒸氣中。焙干生物質(zhì)和來(lái)自生物質(zhì)的蒸氣進(jìn)入氣固分離器45，同時(shí)焙干生物質(zhì)落入 分離器48的底部以進(jìn)行排放，并且蒸氣通過(guò)分離器42的頂部離開(kāi)。來(lái)自生物質(zhì)的蒸氣移 至燃燒室用于燃燒，同時(shí)焙干生物質(zhì)經(jīng)由氣鎖閥70計(jì)量進(jìn)入可運(yùn)輸?shù)娜萜?0內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，自熱烘焙裝置可以包括多于一個(gè)烘焙室。因此，盡管 圖1和圖2示出在外殼/護(hù)套120內(nèi)僅具有一個(gè)烘焙室40的實(shí)施方式，但是本發(fā)明的許多 實(shí)施方式可以包括多于一個(gè)烘焙室。例如，單個(gè)烘焙裝置可以包括大約20個(gè)以上的烘焙 室，或另選地從2個(gè)到大約20個(gè)烘焙室。在一個(gè)實(shí)施方式中，烘焙裝置包括從2個(gè)到大約 10個(gè)烘焙室，優(yōu)選地從大約4個(gè)到大約8個(gè)烘焙室。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，烘焙裝置包 括位于外殼或護(hù)套內(nèi)的大約6個(gè)烘焙室。在另一個(gè)實(shí)施方式中，烘焙裝置包括從大約5個(gè) 到大約18個(gè)烘焙室，優(yōu)選地從大約10個(gè)到大約14個(gè)烘焙室。在一個(gè)這種實(shí)施方式中，烘 焙裝置包括設(shè)置在外護(hù)套內(nèi)的大約12個(gè)烘焙室。在再一個(gè)實(shí)施方式中，烘焙室包括位于單 個(gè)外護(hù)套內(nèi)的大約10個(gè)到大約20個(gè)烘焙室，優(yōu)選地大約12個(gè)到大約18個(gè)，更優(yōu)選地大約 14個(gè)到大約16個(gè)烘焙室。在各種實(shí)施方式中，可以包括單獨(dú)的物料輸送裝置(例如，單獨(dú) 的螺旋推運(yùn)器或螺旋輸送系統(tǒng))以將生物質(zhì)輸送通過(guò)相應(yīng)的烘焙室。圖3和圖4示出具有多于一個(gè)烘焙室的各種實(shí)施方式的剖視圖。具體地說(shuō)，圖3 示出了具有一個(gè)圓形外護(hù)套120和十個(gè)烘焙室40的實(shí)施方式。圖4示出了具有位于矩形 外護(hù)套120內(nèi)的十二個(gè)烘焙室40的實(shí)施方式。根據(jù)包括多個(gè)烘焙室的某些實(shí)施方式，濕的或新鮮的生物質(zhì)在被裝入進(jìn)料斗或多 個(gè)進(jìn)料斗之前任選地可以被直接或間接式熱交換器至少部分地預(yù)干燥和預(yù)加熱。氣鎖閥位 于進(jìn)料斗的排放部處，以控制或計(jì)量經(jīng)由每個(gè)烘焙室的烘焙室進(jìn)口進(jìn)入到相應(yīng)的烘焙室內(nèi) 的生物質(zhì)。在這種實(shí)施方式中，通過(guò)用于將生物質(zhì)從烘焙室進(jìn)口輸送到烘焙室出口的相應(yīng)的物料輸送裝置將生物質(zhì)運(yùn)送通過(guò)烘焙室。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，自熱烘焙裝置是模塊化的和/或可移動(dòng)的。因此，根據(jù) 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，該裝置不但是可現(xiàn)場(chǎng)操作的，而且可以容易地重新定位在其它位置。在 這種情況下，用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的能量可以由發(fā)電機(jī)提供。圖1和圖2都示出了本發(fā)明的包括任選的控制裝置200的實(shí)施方式，該控制裝置 200可以用來(lái)監(jiān)控和調(diào)整工藝情況。在一些實(shí)施方式中，控制裝置200可以包括各種硬件和 /或軟件。控制裝置可以和一個(gè)或更多個(gè)傳感器(未示出)或儀表間接地連接(例如，無(wú)線 連接)，或直接地連接?？刂蒲b置的一個(gè)這種實(shí)例包括可編程邏輯控制器(PLC)。優(yōu)選地， 控制裝置包括PLC，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)成用于多個(gè)輸入和輸出裝置(未示出)、擴(kuò)展的溫度范圍、抗 電噪聲、以及耐振性和耐沖擊性。這些大量的輸入/輸出(I/O)裝置可以將PLC連接至多 個(gè)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、測(cè)量?jī)x器以及致動(dòng)器(未示出)。這種控制裝置200也可以讀取限位開(kāi) 關(guān)、模擬過(guò)程變量(諸如溫度和壓力)以及復(fù)雜定位系統(tǒng)的位置。例如，在致動(dòng)器側(cè)，控制 裝置200可以操作電動(dòng)機(jī)、氣壓缸或液壓缸、磁性繼電器或螺線管、或者模擬輸出?？刂蒲b 置的輸入/輸出裝置可以內(nèi)置到簡(jiǎn)單的PLC中，或者PLC可以具有附接至接入PLC的計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)的外部I/O模塊。在某些實(shí)施方式中，控制裝置可以和一個(gè)或更多個(gè)過(guò)程傳感器和/或控制器相連 接。例如控制裝置可以和多個(gè)溫度傳感器、稱重傳感器、變頻驅(qū)動(dòng)器、壓力傳感器、氣體流速 傳感器以及一個(gè)或更多個(gè)人機(jī)界面相連接。例如，各種實(shí)施方式可以包括遍及烘焙室、在燃 燒室內(nèi)、遍及圍繞烘焙室的護(hù)套或位于排放出口處的溫度計(jì)/傳感器(未示出)。必要時(shí)這 種實(shí)施方式還可以包括稱重傳感器(未示出)，可提該稱重傳感器以監(jiān)控槽20和80中的 生物質(zhì)的重量。本發(fā)明的實(shí)施方式還可以包括一個(gè)或更多個(gè)壓力計(jì)/傳感器(未示出)。 例如，可以提供溫度傳感器以監(jiān)控烘焙室內(nèi)、護(hù)套內(nèi)、乃至燃燒室內(nèi)的溫度。類似地，控制裝 置還可以和氣體流速傳感器相連接以監(jiān)控作為排氣離開(kāi)的氣體的速度。另外，控制裝置還 可以和一個(gè)或更多個(gè)變頻驅(qū)動(dòng)器相連接，其中需要時(shí)可監(jiān)測(cè)和調(diào)整馬達(dá)的安培數(shù)。例如，馬 達(dá)60可以包括變頻驅(qū)動(dòng)器。同樣地，氣鎖閥/計(jì)量閥30和70也可以由相應(yīng)的變頻驅(qū)動(dòng)器 (未示出)來(lái)驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，控制裝置包括至少一個(gè)人機(jī)界面，其中操作員 可以監(jiān)控各種過(guò)程參數(shù)，并且需要時(shí)可以在現(xiàn)場(chǎng)或通過(guò)人機(jī)界面手動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)。優(yōu)選 地，控制裝置200是PLC，其中各種過(guò)程參數(shù)可以被賦予預(yù)定的設(shè)定值，并且各種過(guò)程傳感 器、致動(dòng)器和/或驅(qū)動(dòng)器由PLC基于從這些過(guò)程控制裝置接收到的實(shí)時(shí)輸出自動(dòng)調(diào)整。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，烘焙室包括圓形管道。此外，外護(hù)套和烘焙室之間限定的 空間可以包括環(huán)面。在其他實(shí)施方式中，烘焙室包括圓形管道，并且圍繞烘焙室的護(hù)套可以 包括矩形箱或任何其他期望幾何結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施方式中，尤其是移動(dòng)式和/或模塊化的 實(shí)施方式中，自熱烘焙裝置可以包括至少一個(gè)制粒機(jī)或壓塊機(jī)等，其可操作地連接至烘焙 室出口，使得離開(kāi)烘焙室的焙干生物質(zhì)被制成粒狀、壓塊或壓實(shí)。因此，焙干生物質(zhì)可以在 仍是熱的時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)制成粒狀。另選地，離開(kāi)的熱的焙干生物質(zhì)可以被手動(dòng)裝入與其鄰近的 單獨(dú)的制?；驂簤K單元，諸如在同一田地、農(nóng)場(chǎng)或森林中。烘焙室可以基本上被外殼環(huán)繞，該外殼限定外護(hù)套并且具有護(hù)套進(jìn)口和護(hù)套出 口。外護(hù)套和烘焙室之間限定一空間，使得包括操作連接至烘焙室出口的進(jìn)口和操作連接 至護(hù)套進(jìn)口的出口的燃燒室允許烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣移入燃燒室內(nèi)，以燃燒至少一部分蒸氣，并且這些蒸氣隨后穿過(guò)護(hù)套與烘焙室之間的空間以提供自熱烘焙生物質(zhì)所必需 的熱。因此，除預(yù)熱裝置的燃料和確保來(lái)自生物質(zhì)的氣體點(diǎn)燃的引火火種之外，烘焙所用的 所有熱能都來(lái)自生物質(zhì)自身。在一個(gè)實(shí)施方式中，烘焙裝置可以包括一個(gè)或更多個(gè)烘焙室；其中每個(gè)烘焙室均 具有從大約3英寸到大約15英寸的內(nèi)徑。在其他實(shí)施方式中，每個(gè)烘焙室的內(nèi)徑可以包括 從大約4英寸到大約12英寸，或者從大約5英寸到大約9英寸。例如，在一個(gè)具體實(shí)施方 式中，每個(gè)烘焙室均包括大約6英寸的內(nèi)徑。在另一個(gè)實(shí)施方式中，烘焙室的內(nèi)徑包括從大 約10英寸到大約40英寸，或從20英寸到30英寸。在另選實(shí)施方式中，烘焙裝置可以包括 多個(gè)烘焙室；其中這些烘焙室的內(nèi)徑不相同。在某些實(shí)施方式中，被外護(hù)套環(huán)繞著的烘焙室的長(zhǎng)度可以包括從大約5英尺到大 約50英尺。在某些實(shí)施方式中，被外護(hù)套環(huán)繞著的烘焙室的長(zhǎng)度可以包括從大約5英尺到 大約20英尺，優(yōu)選地從大約10英尺到大約18英尺，更優(yōu)選地從大約13英尺到17英尺。在 其他實(shí)施方式中，被外護(hù)套環(huán)繞著的烘焙室的長(zhǎng)度可以包括從大約20英尺到大約50英尺， 優(yōu)選地從大約30英尺到大約45英尺，更優(yōu)選地從大約35英尺到40英尺。在再一個(gè)附加 實(shí)施方式中，被外護(hù)套環(huán)繞著的烘焙室的長(zhǎng)度可以包括從大約10英尺到大約30英尺，優(yōu)選 地從大約15英尺到大約25英尺，更優(yōu)選地從大約18英尺到22英尺。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方 式中，烘焙室包括前述尺寸中的任一尺寸的schedule 40管(美國(guó)鋼管標(biāo)準(zhǔn))。根據(jù)某些另選實(shí)施方式，烘焙裝置包括至少一個(gè)烘焙室，該至少一個(gè)烘焙室包括 具有用于接納生物質(zhì)的烘焙室進(jìn)口以及至少一個(gè)烘焙室出口的封閉管道。優(yōu)選地，管道的 底部具有扇形底。也就是說(shuō)，烘焙室的底部包括一個(gè)或更多個(gè)槽，所述槽構(gòu)造成使得根據(jù)這 里描述的物料輸送裝置可以被定位在各槽內(nèi)。物料輸送裝置(例如，螺旋推運(yùn)器)將生物 質(zhì)從烘焙室進(jìn)口輸送到烘焙室出口。在一個(gè)實(shí)施方式中，生物質(zhì)在每個(gè)槽內(nèi)外被無(wú)序地連 續(xù)攪動(dòng)。此外，生物質(zhì)在被運(yùn)送通過(guò)烘焙室時(shí)可飛出一個(gè)槽外而進(jìn)入鄰近的槽內(nèi)。如圖5所示，扇形烘焙室40包括供生物質(zhì)輸送通過(guò)的多個(gè)槽42。在該實(shí)施方式 中，提供物料輸送裝置50以將生物質(zhì)輸送通過(guò)每個(gè)槽42。在一個(gè)這種實(shí)施方式中，扇形室 基本上或完全被外護(hù)套環(huán)繞。在烘焙室內(nèi)釋放的烘焙氣體和水蒸汽移入燃燒室并燃燒。煙 氣和水蒸汽然后被引導(dǎo)通過(guò)外護(hù)套以加熱烘焙室的至少一個(gè)外壁。在另一個(gè)實(shí)施方式中， 僅烘焙室的底部或扇形壁具有護(hù)套。因此，來(lái)自燃燒室的煙氣加熱底部的扇形壁。在這種 實(shí)施方式中，不具有護(hù)套(從而不暴露于用于加熱生物質(zhì)的煙氣)的烘焙室壁優(yōu)選被隔熱 以防止通過(guò)不具有護(hù)套的壁損失熱。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種用于自熱烘焙生物質(zhì)的工藝。在一個(gè)實(shí)施方式 中，用于自熱烘焙生物質(zhì)的工藝包括通過(guò)烘焙室的壁將生物質(zhì)間接地加熱到足以生產(chǎn)焙干 生物質(zhì)的溫度。在烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的包括水蒸汽的來(lái)自生物質(zhì)的氣體被允許進(jìn)入或被 抽進(jìn)燃燒室，并且來(lái)自生物質(zhì)的可燃蒸氣的至少一部分被燃燒。燃燒氣體/煙氣離開(kāi)燃燒 室并且穿過(guò)烘焙室與外殼之間限定的空間，該外殼限定基本上圍繞烘焙室的護(hù)套。離開(kāi)燃 燒室的蒸氣提供對(duì)烘焙室內(nèi)的生物質(zhì)進(jìn)行自熱烘焙所需要的熱。有利地，除預(yù)熱烘焙裝置 的燃料和確保來(lái)自生物質(zhì)的氣體點(diǎn)燃的引火火種之外，烘焙所用的所有熱能都來(lái)自生物質(zhì) 自身。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，該工藝還包括預(yù)加熱和/或預(yù)干燥新鮮的生物質(zhì)并且將11預(yù)加熱的生物質(zhì)定量供應(yīng)到烘焙室內(nèi)。優(yōu)選地，通過(guò)使生物質(zhì)經(jīng)過(guò)熱交換器來(lái)預(yù)加熱和預(yù) 干燥新鮮的生物質(zhì)，其中離開(kāi)外護(hù)套的燃燒氣體向新鮮的生物質(zhì)提供熱能。雖然熱交換器 可以是直接或間接式交換器，但是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式利用新鮮的生物質(zhì)和燃燒氣體的直接 接觸。在這種實(shí)施方式中，不但生物質(zhì)的溫度升高，而且生物質(zhì)中的一部分含水量可以根據(jù) 眾所周知的傳質(zhì)原理而減小。例如，可包括按重量計(jì)大約50%的含水量的新鮮的生物質(zhì)與 燃燒氣體之間的直接接觸可以充分利用新鮮的生物質(zhì)和離開(kāi)的燃燒氣體之間的水濃度差， 在生物質(zhì)進(jìn)入烘焙室之前幫助降低生物質(zhì)中的含水量。根據(jù)某些實(shí)施方式，烘焙室內(nèi)的生物質(zhì)可以通過(guò)烘焙室壁被間接加熱。除生物質(zhì) 自身之外，圍繞生物質(zhì)的空氣也被加熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，在烘焙室中圍繞生物質(zhì)的氣 體從大約300°C加熱到大約500°C，使得一部分生物質(zhì)被熱解。優(yōu)選地，生物質(zhì)的經(jīng)受熱解 的部分包括不均勻的生物質(zhì)的大部分小塊。例如，生物質(zhì)小塊，諸如鋸屑、木屑、以及樹(shù)葉和 樹(shù)皮可經(jīng)歷熱解。在經(jīng)歷熱解時(shí)，這些生物質(zhì)小塊產(chǎn)生大量的熱，這有助于加熱較大或巨 大塊的生物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，生物質(zhì)自身可以被加熱到大約沈51至大約300°C，或 者大約265°C至大約275°C。在再一個(gè)實(shí)施方式中，生物質(zhì)自身可以被加熱到大約275°C至 大約300°C。在另外的實(shí)施方式中，氣體和/或生物質(zhì)自身可以被加熱到大約300°C至大 約500°C，或大約300°C至大約400°C，或350°C至大約450°C，300°C至大約500°C，或者大約 400°C至大約500°C，或大約450°C至大約500°C。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于自熱烘焙生物質(zhì)的工藝包括使烘焙室的排放端處的焙干 生物質(zhì)和/或烘焙蒸氣與通過(guò)具有護(hù)套的空間的蒸氣之間的溫差獲得并維持在大約280°C 至大約320°C，或從大290°C至大約310°C ；其中加套蒸氣溫度包括接近烘焙室或多個(gè)烘焙 室的排放端的蒸氣(例如煙氣和水蒸汽)的局部溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)加套空間 的蒸氣在接近生物質(zhì)排放端的位置處進(jìn)入加套空間，并且包括比離開(kāi)烘焙室的生物質(zhì)和/ 或蒸氣熱的從大約^KTC到大約310°C的溫度。在某些實(shí)施方式中，溫差可以包括從大約 270°C 到大約 3300C ο在各種實(shí)施方式中，該工藝包括監(jiān)控離開(kāi)烘焙裝置進(jìn)入到大氣中的蒸氣的溫度并 且調(diào)節(jié)烘焙裝置的操作，使得離開(kāi)的蒸氣的溫度包括從大約180°C到大約220°C，或從大約 190°C到大約210°C。通過(guò)維持適當(dāng)?shù)恼魵怆x開(kāi)溫度，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的工藝可以將 消耗的熱減到最小，該熱可以被傳遞到生物質(zhì)以供烘焙。生物質(zhì)被裝入烘焙裝置的速度可以根據(jù)采用的具體實(shí)施方式
而變化。然而，本發(fā) 明的實(shí)施方式可以以從大約501bs/hr到大約50001bs/hr的生物質(zhì)進(jìn)料速度操作。在一個(gè) 實(shí)施方式中，烘焙裝置適于提供容許從大約501bs/hr到大約5001bs/hr，或從大約601bs/ hr到大約4001bs/hr，或優(yōu)選地從大約801bs/hr到大約3001bs/hr，或更優(yōu)選地從大約 1001bs/hr到大約2001bs/hr的進(jìn)料速度。在其他實(shí)施方式中，烘焙裝置適于容許包括從大 約lOOOlbs/hr到大約50001bs/hr的生物質(zhì)進(jìn)料速度。在一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)料速度可以 包括從大約20001bs/hr到大約40001bs/hr，或大約25001bs/hr到大約35001bs/hr。在一 個(gè)另選實(shí)施方式中，烘焙裝置適于容許范圍從大約4001bs/hr到大約12001bs/hr，或大約 6001bs/hr到大約10001bs/hr，或從大約7001bs/hr到大約8001bs/hr的進(jìn)料速度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的烘焙裝置可以有利地被運(yùn)輸?shù)骄哂猩镔|(zhì)的操作點(diǎn)進(jìn) 行烘焙。這種實(shí)施方式可以主要自供能，因?yàn)槌龁?dòng)以外，用于烘焙生物質(zhì)的所有熱能均來(lái)自通過(guò)烘焙裝置處理生物質(zhì)。具有這種現(xiàn)場(chǎng)可操作性和移動(dòng)性，這些實(shí)施方式能夠降低原 料的運(yùn)輸和加工成本。例如，很大程度地消除了生物質(zhì)中的水的運(yùn)輸成本。在另選實(shí)施方 式中，烘焙裝置可以包括或另選地供給制粒機(jī)或壓塊機(jī)，而焙干生物質(zhì)是熱的，從而以相對(duì) 小的能量輸入不添加結(jié)合劑而形成?；驂K。根據(jù)這種實(shí)施方式，自熱烘焙裝置可以在田地 和森林通過(guò)移動(dòng)式和/或模塊化的技術(shù)提供前述的即使不是全部也是大多數(shù)產(chǎn)品。這種燃 料產(chǎn)品與其原始的原料源的近似性可以降低運(yùn)輸成本，并減少碳排放燃料的全面使用。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括用于提高將焙干生物質(zhì)用作燃料的成本效益的方法。 這種方法可以包括在與發(fā)電廠分離的操作點(diǎn)處設(shè)置如這里所述的至少一個(gè)自熱烘焙裝置 以烘焙位于該操作點(diǎn)的生物質(zhì)。例如，所述操作點(diǎn)可以包括任何一個(gè)收割點(diǎn)或生物質(zhì)源。因 此，應(yīng)當(dāng)理解所述操作點(diǎn)包括木本生物質(zhì)的和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)的收割場(chǎng)所。這種收割場(chǎng)所的非 限制實(shí)例包括森林、田地以及農(nóng)場(chǎng)。這些收割場(chǎng)所可遠(yuǎn)離諸如現(xiàn)有的燃煤發(fā)電廠的外部熱 源幾百英里(或更遠(yuǎn))。此外，位于操作點(diǎn)的生物質(zhì)可以被連續(xù)地或分批地裝入自熱烘焙裝 置并且如這里所述轉(zhuǎn)化成焙干生物質(zhì)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，自熱烘焙裝置是可現(xiàn)場(chǎng)操作的。具體地說(shuō)，這種實(shí)施方式 可以有利地采用移動(dòng)式和/或模塊化單元，該單元可以例如僅通過(guò)將自熱烘焙裝置裝載到 典型的17ft公用載重汽車或十八輪大貨車的平板上而被轉(zhuǎn)移并且運(yùn)輸?shù)椒珠_(kāi)的位置供操 作。換句話說(shuō)，本發(fā)明的自熱烘焙裝置的尺寸優(yōu)選地被設(shè)置成使得裝置的車載運(yùn)輸是可能 的。因此，單個(gè)自熱烘焙裝置有利地可以被運(yùn)輸?shù)饺舾蓚€(gè)不同場(chǎng)所供烘焙生物質(zhì)，而不依賴 于任何現(xiàn)有的電站位置或外部熱源。因此，自熱烘焙裝置可以配置到具有可以被焙干的生物質(zhì)的任何一個(gè)操作點(diǎn)(多 個(gè)操作點(diǎn))。如以前討論的，該烘焙工藝驅(qū)散生物質(zhì)中包含的大部分至全部水分，并且進(jìn)一 步是生物質(zhì)實(shí)際上具有疏水性。由于含水量下降，運(yùn)輸焙干生物質(zhì)的成本小于運(yùn)輸未轉(zhuǎn)化 的生物質(zhì)的成本。而且，焙干生物質(zhì)的疏水性使運(yùn)輸以及保持/存儲(chǔ)時(shí)間更長(zhǎng)而不會(huì)不期 望地吸收水分。因此，這種實(shí)施方式距外部熱源(例如現(xiàn)有的燃煤站)的作業(yè)半徑基本上 沒(méi)有界限。另外，因?yàn)楸焊缮镔|(zhì)與未處理的生物質(zhì)相比不太可能腐爛，所以焙干生物質(zhì)可 以在使用前存儲(chǔ)更長(zhǎng)的一段時(shí)間。在各種優(yōu)選實(shí)施方式中，生物質(zhì)包括纖維素基有機(jī)材料， 而在其他實(shí)施方式中，生物質(zhì)包括動(dòng)物糞便。此外，根據(jù)各種實(shí)施方式的自熱烘焙裝置也可 以用作廢物處理單元或減廢單元以減少動(dòng)植物廢棄物的重量和體積。在一個(gè)實(shí)施方式中，生物質(zhì)可以在與外部熱源(諸如現(xiàn)有的燃煤電廠)分離的操 作點(diǎn)處被焙干。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的移動(dòng)式和/或模塊化烘焙裝置可以被運(yùn)輸 到田地或森林供烘焙位于其中的生物質(zhì)。然而，這不會(huì)限制本發(fā)明的實(shí)施方式在需要時(shí)在 現(xiàn)有的電站位置處使用。在某些實(shí)施方式中，焙干生物質(zhì)可以通過(guò)連接至烘焙裝置或接近 烘焙裝置定位(諸如在相同的田地或森林中)的粉碎機(jī)被制粒、壓塊或壓實(shí)。在一個(gè)實(shí)施 方式中，焙干生物質(zhì)可以在田地或森林中被部分地制粒、壓塊或壓實(shí)，并且被運(yùn)輸?shù)骄哂歇?dú) 立粉碎機(jī)的第二場(chǎng)所進(jìn)行最后壓實(shí)。在一個(gè)實(shí)施方式中，焙干生物質(zhì)被運(yùn)輸?shù)脚c生物質(zhì)被 處理的田地或森林分開(kāi)的第二位置，以制粒、壓塊等。所述第二場(chǎng)所可以包括獨(dú)立的粉碎操 作裝置，甚至連接至現(xiàn)有發(fā)電廠的粉碎操作裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，熱的焙干生物質(zhì)被允 許在制粒、壓塊等之前在與烘焙場(chǎng)所相同或不同的場(chǎng)所冷卻。在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明包括在與外部熱源、發(fā)電廠、固定的、制粒、壓塊或其他13壓實(shí)設(shè)備分離的操作點(diǎn)處生產(chǎn)焙干生物質(zhì)的顆?；驂簤K的工藝。在一個(gè)實(shí)施方式中，該工 藝包括在收割點(diǎn)處將未處理的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成從始至終論述的焙干生物質(zhì)，并且在相同的收 割點(diǎn)處將焙干生物質(zhì)制粒、壓塊或壓實(shí)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，焙干生物質(zhì)在仍是熱的時(shí)被 裝入至少一個(gè)制粒機(jī)。例如，裝入壓實(shí)粉碎機(jī)的焙干生物質(zhì)的溫度可以是從大約200°C到大 約320°C，或大約225°C到大約300°C，或大約250°C到大約300°C，或優(yōu)選地從大約270°C到 大約300 °C。有利地，本發(fā)明的實(shí)施方式允許并包括在田地、農(nóng)場(chǎng)、森林等處將焙干生物質(zhì)制 粒。因此，焙干生物質(zhì)可以在處理過(guò)的生物質(zhì)由于烘焙過(guò)程仍是熱的時(shí)在收割點(diǎn)處被迅速 制粒、壓塊或壓實(shí)。因此，可以通過(guò)相對(duì)較小的能量實(shí)現(xiàn)焙干生物質(zhì)的顆粒、壓塊等。此外， 在各種實(shí)施方式中，不需要附加的結(jié)合劑來(lái)形成焙干生物質(zhì)顆粒。實(shí)施例利用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的自熱烘焙裝置烘焙松樹(shù)伐木殘料(小直徑的 木頭、樹(shù)皮、針葉)。烘焙裝置包括六個(gè)烘焙室，每個(gè)烘焙室均具有20英尺的總長(zhǎng)。圍繞烘 焙室的外殼或外護(hù)套包括內(nèi)部寬度為5英尺、內(nèi)部高度為5英尺，內(nèi)部長(zhǎng)度為14英尺的箱。 同樣地，20英尺烘焙室之中的14英尺被外護(hù)套環(huán)繞。生物質(zhì)(即松樹(shù)伐木殘料)被供給通過(guò)錘磨機(jī)上的1/2"篩網(wǎng)。含水量因顆粒而 異但是總平均含水量按重量計(jì)算大約50%。地面生物質(zhì)在槽中被輸送到進(jìn)料斗。當(dāng)在槽中 被輸送到進(jìn)料斗時(shí)，熱煙氣被吹送穿過(guò)槽中的生物質(zhì)并圍繞槽的外側(cè)。平均起來(lái)，這使生物 質(zhì)的平均含水量減小到按重量計(jì)算大約45%。在將生物質(zhì)裝入烘焙室之前，烘焙裝置通過(guò)燃燒室中的丙烷的燃燒被加熱。燃燒 氣體通過(guò)護(hù)套和烘焙室之間的開(kāi)放空間以提供烘焙生物質(zhì)所需的初始熱。在烘焙裝置被加 熱到大約400°C (通常從300°C到450°C無(wú)論何處都是足夠的)的工作溫度之后，將生物質(zhì) 不斷地裝入烘焙室并且通過(guò)螺旋推運(yùn)器系統(tǒng)輸送通過(guò)烘焙室，以促進(jìn)生物質(zhì)的連續(xù)翻轉(zhuǎn)。 用于最初加熱裝置和開(kāi)始烘焙過(guò)程的丙烷使用率是大約671，000BTU/houro當(dāng)生物質(zhì)被加 熱并且開(kāi)始放出烘焙氣體和水蒸汽時(shí)，這些蒸氣燃燒并且以逆流方式通過(guò)加套空間以提供 用于烘焙過(guò)程的間接熱。在達(dá)到以丙烷使用率急劇減少表明的自熱狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生生物質(zhì)的平均大約 5501bs/hour和焙干材料的1751bs/hour的進(jìn)料速度。在自熱狀態(tài)下，丙烷使用率被大大地 減少到大約20，OOOBTU/hour，這造成丙烷消耗率減少大約97%。丙烷使用率的這一水平與 僅用來(lái)確保引火火種繼續(xù)存留的丙烷量相關(guān)聯(lián)。同樣地，實(shí)際上烘焙所用的所有熱能都來(lái) 自生物質(zhì)自身。在自熱狀態(tài)下操作烘焙裝置期間，監(jiān)控烘焙室的最熱部分(即排放端)中的溫度， 并且調(diào)整生物質(zhì)被輸送通過(guò)裝置的速度。更具體地講，調(diào)整生物質(zhì)在烘焙室中的駐留時(shí)間， 使得當(dāng)排氣室溫度上升到450°C以上時(shí)，通過(guò)增大生物質(zhì)輸送速度來(lái)縮短在烘焙室中的駐 留時(shí)間。此外，當(dāng)烘焙室的排放溫度降至400°C以下時(shí)，通過(guò)減小生物質(zhì)被輸送通過(guò)烘焙室 的速度來(lái)延長(zhǎng)在烘焙室中的駐留時(shí)間。在自熱狀態(tài)下整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)期中，在烘焙室中的平均駐 留時(shí)間在從大約5分鐘到7分鐘的范圍內(nèi)。從烘焙裝置排出的所有焙干材料都通過(guò)在水浴中的間接冷卻與鋼和鋁管道系統(tǒng) 上的空氣相結(jié)合而被從大約400°C的溫度冷卻到環(huán)境溫度。
表1中提供了該運(yùn)轉(zhuǎn)期的烘焙室和外護(hù)套溫度記錄。如以上所指出的，該具體的 烘焙裝置包括六個(gè)烘焙室。這些烘焙室橫過(guò)外護(hù)套的寬度橫向定位。因此，烘焙室用數(shù)字 表示為室1-6。室1和6最接近外護(hù)套的側(cè)壁，而室3和4與外護(hù)套的寬度的中心點(diǎn)(例如 距內(nèi)側(cè)壁2. 5英尺)大致等距地定位。室2被定位在烘焙室1和3之間。室5被定位在室 4禾P 6之間。在自熱狀態(tài)下，室1、3以及5的溫度均沿加套室的長(zhǎng)度在三個(gè)不同位置處被監(jiān)控。 具體地，每個(gè)室的溫度均如下被監(jiān)控(1)在排放端附近(例如，室1-熱部分)；( 在加套 室的中部附近(例如，室1-中間部分)；(3)以及在加套室的進(jìn)口附近(例如，室1-冷部 分)。除監(jiān)控室的溫度之外，類似地監(jiān)控外護(hù)套中的蒸氣溫度。更具體地講，在6個(gè)不同 位置監(jiān)控外護(hù)套中的蒸氣，沿外護(hù)套的上部取3個(gè)測(cè)量值，沿外護(hù)套的下部取3個(gè)測(cè)量值。 這些溫度如下被監(jiān)控(1)在護(hù)套的上部中的煙氣進(jìn)口附近(例如，護(hù)套-上熱部)；(2)在 護(hù)套的下部中的煙氣進(jìn)口附近(例如，護(hù)套-下熱部)；(3)在護(hù)套上部的中間(沿箱的長(zhǎng) 度)附近(例如，護(hù)套-上部中間)；(4)在護(hù)套上部的中間(沿箱的長(zhǎng)度)附近(例如，護(hù) 套-下部中間)；(5)在護(hù)套的上部中的煙氣出口附近(例如，護(hù)套-上冷部)；以及(6)在 護(hù)套的下部中的煙氣出口附近(例如，護(hù)套-下冷部)。如表1所示，提供了從每個(gè)室的進(jìn)口端到排放端的溫度梯度。然而，更重要的是， 表1中的數(shù)據(jù)證明在沒(méi)有使用外部熱源的情況下，獲得烘焙溫度并且維持幾個(gè)小時(shí)。因此， 用于烘焙的熱由生物質(zhì)自身提供。因此，烘焙裝置提供了在自熱的情況下以大大減小的駐 留時(shí)間烘焙生物質(zhì)的有效裝置。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種烘焙裝置，該烘焙裝置 不但在自熱的情況下烘焙生物質(zhì)，而且還提高了單位時(shí)間生物質(zhì)的產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1.一種自熱烘焙裝置，該自熱烘焙裝置包括(a)至少一個(gè)烘焙室，每個(gè)所述烘焙室均包括用于接納生物質(zhì)的烘焙室進(jìn)口和至少一 個(gè)烘焙室出口；(b)限定了外護(hù)套的外殼，所述外護(hù)套基本上圍繞所述至少一個(gè)烘焙室并且包括護(hù)套 進(jìn)口和護(hù)套出口，所述外護(hù)套和所述至少一個(gè)烘焙室之間限定一空間；以及(c)燃燒室，所述燃燒室包括操作連接至所述烘焙室出口的進(jìn)口以及操作連接至所述 護(hù)套進(jìn)口的出口；使得在所述至少一個(gè)烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣移入所述燃燒室，以燃燒所述蒸氣的 至少一部分，并使得所述蒸氣隨后穿過(guò)所述護(hù)套和所述至少一個(gè)烘焙室之間的所述空間， 以提供自熱烘焙生物質(zhì)所需的熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，其中，在所述至少一個(gè)烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放 的蒸氣流沿第一方向移入所述燃燒室，以燃燒所述蒸氣的至少一部分，并且該蒸氣流隨后 沿與所述第一方向相反的第二方向穿過(guò)所述護(hù)套和所述至少一個(gè)烘焙室之間的所述空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，其中，在所述至少一個(gè)烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放 的蒸氣流沿與所述蒸氣穿過(guò)所述護(hù)套和所述至少一個(gè)烘焙室之間的所述空間相同的方向 移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，該自熱烘焙裝置還包括用于將所述生物質(zhì)從 所述烘焙室進(jìn)口輸送到所述烘焙室出口的物料輸送裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自熱烘焙裝置，其中，所述物料輸送裝置包括螺旋輸送器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，其中，所述自熱烘焙裝置是可移動(dòng)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，其中，所述至少一個(gè)烘焙室包括管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，該自熱烘焙裝置還包括直接或間接式熱交換 器，所述熱交換器定位成使得離開(kāi)所述護(hù)套出口的所述蒸氣進(jìn)入所述熱交換器，從而在新 鮮的生物質(zhì)進(jìn)入所述烘焙室之前，預(yù)加熱該新鮮的生物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自熱烘焙裝置，該自熱烘焙裝置還包括操作連接至所述烘焙 室出口的至少一個(gè)制粒機(jī)或壓塊機(jī)，使得離開(kāi)所述烘焙室的焙干生物質(zhì)被制粒、壓塊或壓 實(shí)。
10.一種自熱烘焙生物質(zhì)的工藝，該工藝包括(a)通過(guò)至少一個(gè)烘焙室的壁將所述至少一個(gè)烘焙室內(nèi)的生物質(zhì)和圍繞所述生物質(zhì)的 空氣間接加熱到足以產(chǎn)生焙干生物質(zhì)的溫度；(b)允許所述至少一個(gè)烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣進(jìn)入燃燒室或?qū)⑺稣魵獬槿肴紵遥?c)使所述蒸氣的至少一部分在所述燃燒室中燃燒；以及(d)使所述蒸氣穿過(guò)加套空間，所述加套空間位于所述至少一個(gè)烘焙室和基本上圍繞 所述至少一個(gè)烘焙室的外殼之間并且由所述至少一個(gè)烘焙室和所述外殼限定，其中所述蒸 氣提供在所述烘焙室內(nèi)自熱烘焙生物質(zhì)所需的熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，該工藝還包括預(yù)加熱生物質(zhì)并且 將預(yù)加熱的所述生 物質(zhì)定量供應(yīng)到所述至少一個(gè)烘焙室內(nèi)，其中通過(guò)從離開(kāi)所述加套空間的排放蒸氣傳遞的 熱直接或間接地預(yù)加熱新鮮的生物質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中，間接加熱所述生物質(zhì)和圍繞該生物質(zhì)的氣體 包括將所述氣體加熱到大約30(TC至大約50(TC，使得一部分所述生物質(zhì)被熱解。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其中，所述生物質(zhì)被加熱到大約300°C至大約400°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，該工藝還包括將所述生物質(zhì)不斷地輸送通過(guò)所述至 少一個(gè)烘焙室，使得所述生物質(zhì)在不超過(guò)大約10分鐘內(nèi)被焙干。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中，在所述至少一個(gè)烘焙室的排放端處的所述焙 干生物質(zhì)與在接近于所述至少一個(gè)烘焙室的所述排放端的位置處通過(guò)所述加套空間的所 述蒸氣之間的溫差包括從大約280°C到大約320°C。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工藝，其中，通過(guò)所述加套空間的蒸氣以大約^KTC到大約 310°C的溫度進(jìn)入所述加套空間，比離開(kāi)所述至少一個(gè)烘焙室的所述生物質(zhì)熱。
17.一種用于提高將焙干生物質(zhì)用作燃料的成本效益的方法，該方法包括(a)在與發(fā)電廠分離的操作點(diǎn)處設(shè)置至少一個(gè)自熱烘焙裝置；(b)將位于所述操作點(diǎn)的生物質(zhì)裝入所述自熱烘焙裝置；以及(c)將位于所述操作點(diǎn)的所述生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成焙干生物質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述自熱烘焙裝置是可移動(dòng)的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述操作點(diǎn)包括具有生物質(zhì)源的收割點(diǎn)，所述 生物質(zhì)源包括田地、農(nóng)場(chǎng)或森林。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述生物質(zhì)包括纖維素基有機(jī)材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述生物質(zhì)包括動(dòng)物廢棄物。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述操作點(diǎn)包括多于一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)外操作區(qū)域，該 區(qū)域包括用于烘焙的生物質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，該方法還包括至少部分地將所述焙干生物質(zhì)制成粒狀。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述現(xiàn)場(chǎng)外操作區(qū)域?qū)⑺霰焊缮镔|(zhì)制 成粒狀。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述焙干生物質(zhì)在所述現(xiàn)場(chǎng)外操作區(qū)域處被 部分制成粒狀并且被運(yùn)輸?shù)降诙?chǎng)所以完全制粒。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述焙干生物質(zhì)被運(yùn)輸?shù)降诙?chǎng)所以制粒。
27.—種生產(chǎn)焙干生物質(zhì)的粒料的工藝，該工藝包括(a)在收割點(diǎn)處將未處理的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成焙干生物質(zhì)；以及(b)在同一收割點(diǎn)處將所述焙干生物質(zhì)制成粒狀。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的工藝，其中，所述制粒步驟包括用溫度在從大約250°C到大 約300°C的范圍的所述焙干生物質(zhì)裝填至少一個(gè)制粒機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自熱烘焙裝置，該裝置可以是固定的或可移動(dòng)的。本發(fā)明的實(shí)施方式包括具有用于接納生物質(zhì)的烘焙室進(jìn)口和至少一個(gè)烘焙室出口的烘焙室。所述烘焙室可以基本上被外殼環(huán)繞，所述外殼限定外護(hù)套并且具有護(hù)套進(jìn)口和護(hù)套出口。所述外護(hù)套和所述烘焙室之間限定一空間，使得包括操作連接至所述烘焙室出口的進(jìn)口和操作連接至所述護(hù)套進(jìn)口的出口的燃燒室允許在所述烘焙室內(nèi)產(chǎn)生或釋放的蒸氣移入所述燃燒室，以燃燒至少一部分所述蒸氣，并且允許所述蒸氣隨后穿過(guò)所述護(hù)套和所述烘焙室之間的所述空間，以提供自熱烘焙生物質(zhì)所需的熱。
文檔編號(hào)F26B23/02GK102047058SQ200980120025
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者克里斯多佛·B·霍普金斯, 拉克·普雷斯頓·伯內(nèi)特 申請(qǐng)人:北卡羅來(lái)納州立大學(xué)