烘焙/氣化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種改造的干燥機(jī)，其以與現(xiàn)有的烘焙工廠所使用的原理不同的原理操作。本主題發(fā)明利用熱傳導(dǎo)而在振動(dòng)反應(yīng)器中烘焙生物質(zhì)，在振動(dòng)反應(yīng)器中，被加熱的實(shí)心未穿孔板被密封在反應(yīng)器中、以便將上方的生物質(zhì)與下方的被用來加熱板的氣體隔開。這允許使用惰性煙氣來加熱反應(yīng)器，反應(yīng)器進(jìn)而允許使用冷空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)來防止熱逸潰。另外，從所述處理釋放的合成氣體被用來為氣體引擎提供動(dòng)力，氣體引擎的排放輸出物被再循環(huán)以加熱反應(yīng)器板。當(dāng)氣體引擎被耦接于發(fā)電機(jī)時(shí)，廢能被回收，以便用在工廠的其它部分中或在別處被輸出。
【專利說明】烘焙/氣化系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及烘焙(torref act1n)系統(tǒng)，并且更特別地，涉及一種環(huán)境安全的耐火和耐爆系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)振動(dòng)式干燥機(jī)被修改以提供反應(yīng)器。
[0003]本發(fā)明的背景
[0004]諸如木片等的生物質(zhì)的烘焙、或烘烤在過去已被用來生產(chǎn)生物質(zhì)型煤，所述生物質(zhì)型煤被包裝成可被用來替代礦物燃料的煤塊或煤球。生物質(zhì)型煤的特征在于高能量密度、同質(zhì)性，是疏水的，不呈現(xiàn)生物學(xué)活性，并且提供了改善的可磨削性，從而使得烘焙的產(chǎn)品不僅來自于可持續(xù)的源，例如可更新的木材供應(yīng)，而且通常當(dāng)直接替代天然煤炭(消除 C〇2的排放)時(shí)是環(huán)保的。
[0005]在替代化石燃料方面，生物質(zhì)型煤可被用作木材動(dòng)力燃料、被用在鋼生產(chǎn)中、被用在集中供熱中、被用作用于運(yùn)輸燃料(諸如甲醇)生產(chǎn)的潔凈原料。
[0006]如同通過在斯坦法格林(Stamproy Green)的當(dāng)前工廠所示例的，生物質(zhì)型煤利用被改裝成烘焙反應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)干燥機(jī)來生產(chǎn)。應(yīng)注意的是，最初的載體干燥機(jī)(Carr i er dryer)被設(shè)計(jì)成使得用于多個(gè)干燥程序的空氣再循環(huán)，以便從產(chǎn)品去除水分。斯坦法格林反應(yīng)器的改造涉及用穿孔板修改干燥機(jī)，以木片形式的生物質(zhì)在一端處沉積到穿孔板上， 并且熱合成木材氣體或合成氣體通過穿孔板而被傳遞以便對(duì)流加熱操作的方式烘烤或在烘焙木材。反應(yīng)器通過諸如螺旋機(jī)(screw，螺桿)的入口氣鎖裝置而被供料，反應(yīng)器被振動(dòng)、 使得被烘烤的或被烘焙的木片在穿孔板上向下移動(dòng)以到達(dá)出口端口，在出口端口處，被烘焙的材料通過諸如螺旋機(jī)的出口氣鎖裝置而被收集。以這種方式，反應(yīng)器保持氣密，并且被烘焙的生物質(zhì)在烘烤的同時(shí)產(chǎn)生合成氣體，所述合成氣體隨后通過干燥機(jī)而被再循環(huán)。
[0007]應(yīng)注意的是，在對(duì)載體干燥機(jī)的該先有改造中，在反應(yīng)器內(nèi)不存在移動(dòng)部件，并且為了干燥機(jī)本身適于用作對(duì)流烘焙反應(yīng)器，除了外部氣鎖之外，需要對(duì)干燥機(jī)本身進(jìn)行的改變很少。為了適應(yīng)烘焙而對(duì)商業(yè)載體干燥機(jī)進(jìn)行的改變包括:修改上述的穿孔板、并且提供用于燃燒少量的過量釋放合成氣體的外部燃燒器、以及進(jìn)而加熱更大體積的再循環(huán)合成氣體以便它可被注入到反應(yīng)器的底部中的外換熱器。熱合成氣體的外部管特別是在反應(yīng)器的外部造成嚴(yán)重的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榉磻?yīng)器是振動(dòng)的，并且設(shè)施中的管道是固定的，使用了很多柔性連接部，并且每個(gè)柔性連接部均造成安全問題。
[0008]應(yīng)注意的是，合成氣體是極易燃的，并且在存在氧氣的情況下，合成氣體快速地燃燒或可能潛在地爆炸。合成氣體越熱，爆炸的可能性更高。因?yàn)楝F(xiàn)有的氧化劑燃燒器出口為大約800攝氏度，所以由于來自于燃燒器的過熱煙氣，反應(yīng)器的外部存在極風(fēng)險(xiǎn)的情形。該過熱的煙氣與來自于反應(yīng)器的再循環(huán)合成氣體進(jìn)行熱交換，以便以300-400攝氏度理想地產(chǎn)生注入的再循環(huán)合成氣體，但是如果高達(dá)500°C，則要求這樣的特別熱交換器，S卩，該熱交換器可應(yīng)對(duì)在一端上800°C、以及在另一端上300°C的高度差異的溫度。對(duì)該兩個(gè)源之間的能量平衡的控制是成問題的，并且實(shí)質(zhì)上是非線性的。該熱交換器也造成安全風(fēng)險(xiǎn)、并且被定位在反應(yīng)器的外部。
[0009]應(yīng)注意的是，烘焙理想地發(fā)生在250°C和300°C之間，并且將在無氧環(huán)境中發(fā)生。除了在反應(yīng)器外部的潛在泄漏的情形之外，如果存在進(jìn)入到反應(yīng)器中的氧氣泄漏，則在烘焙處理期間正常地釋放的合成氣體可能爆炸，從而導(dǎo)致反應(yīng)器的破裂、或至少導(dǎo)致可能損害設(shè)備的顯著的熱逸潰(熱崩潰，thermal runaway)事件。當(dāng)以300°C操作時(shí)，釋放的合成氣體產(chǎn)生巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，并且涉及易燃熱氣的任何泄漏趨向與氧氣反應(yīng)。另外，泄漏可導(dǎo)致致命一氧化碳的釋放。再加上與外部燃燒器以及通過管道系統(tǒng)傳送到反應(yīng)器底部的500°C加熱合成氣體有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)前的烘焙設(shè)備是非常風(fēng)險(xiǎn)的。
[0010]振動(dòng)烘焙反應(yīng)器中的泄漏風(fēng)險(xiǎn)是由于內(nèi)在的振動(dòng)傳輸設(shè)計(jì)而導(dǎo)致，該設(shè)計(jì)放松位于正在振動(dòng)的反應(yīng)腔室與被固定以用管輸送在烘焙處理中釋放的合成氣體的導(dǎo)管或管道之間的耦接器、或使耦接材料本身變形。當(dāng)前改造的載體干燥機(jī)具有被耦接于反應(yīng)器的側(cè)部的多達(dá)15個(gè)導(dǎo)管管道。在這些更大的管或?qū)Ч苤械拿恳粋€(gè)處的是密封套(gland)，該密封套是能吸收反應(yīng)器的振動(dòng)的柔性耦接器，具有位于固定導(dǎo)管與振動(dòng)的反應(yīng)器之間的柔性接頭，以便防止氧氣泄漏到反應(yīng)器中、并且防止在反應(yīng)器中發(fā)展的氣體的流出。但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是存在這些密封套的頻繁失效，使得這些烘焙系統(tǒng)不安全，因?yàn)榭諝?合成氣體泄漏不僅難以防止、而且難以在此處理環(huán)境中檢測(cè)到。
[0011]因而，用于烘焙的標(biāo)準(zhǔn)載體干燥機(jī)的斯坦法格林修改由于圍繞導(dǎo)管(所述導(dǎo)管被用來將來自于烘焙處理的廢棄產(chǎn)物輸送到在工廠外部、或被用在熱重新捕獲過程中以使加熱氣體回收到反應(yīng)腔室的底部)的密封套的失效而導(dǎo)致形成氧氣進(jìn)入的多個(gè)端口。
[0012]如將理解的，重要的是提供這樣的反應(yīng)腔室，氧氣不能在該反應(yīng)腔室中意外泄漏并導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。過去對(duì)烘焙工廠的經(jīng)驗(yàn)是:火是工廠故障的主要原因，并且因此存在這樣的急迫需求，即，所述反應(yīng)器以不同的方式構(gòu)造以便使氧氣流入的可能性最小化，所述氧氣流入可導(dǎo)致爆炸、或?qū)е略谶@些密封套處風(fēng)險(xiǎn)氣體成分的泄出或風(fēng)險(xiǎn)氣體的排放。另外， 存在這樣的需求，即，提高系統(tǒng)的效率以便能更好地利用與所釋放的合成氣體有關(guān)的能量， 以便提供電力源來運(yùn)行所述處理以及捕獲有用的廢熱。
[0013]除了如上所述的泄露問題之外，斯坦法格林工廠的又一問題是熱逸潰。熱逸潰發(fā)生在反應(yīng)器溫度不能被控制時(shí)。這是沒有能力從釋放過程中充分地移除能量的結(jié)果。目前， 除了降低生物質(zhì)給料供應(yīng)(其可花費(fèi)30分鐘那么久來使之有效)的速度來消除熱逸潰之外， 整個(gè)工廠必須被關(guān)停。就生產(chǎn)而言，這是不能接受的。因而，存在能通過包括處理元件來控制熱逸潰以從系統(tǒng)移除能量的急迫需要。
[0014]更具體地，并且如上所述，在斯坦法格林工廠中，合成氣體(其是在烘焙時(shí)所釋放的產(chǎn)物)被耦接到燃燒器，燃燒器通過一些合成氣體的燃燒來加熱300 °C的合成氣體以產(chǎn)生 800°C的煙氣。此外，未耦接到燃燒器的合成氣體通過利用鼓風(fēng)機(jī)而被收集，并且它被引導(dǎo)到熱交換器中，在該熱交換器中，300°C的合成氣體通過燃燒器的800°C煙氣輸出而被加熱以提供高達(dá)500°C的合成氣體，該合成氣體被注入到反應(yīng)器的底部中。在這之后，并且通過對(duì)流加熱，熱氣體穿過前面提及的穿孔板、并且進(jìn)入到木片形式的覆蓋生物質(zhì)中，在該位置處木片被烘焙或被烘烤。
[0015]如上所述，該過程包括大量的入口導(dǎo)管和排放導(dǎo)管(其數(shù)量可多達(dá)15個(gè))，每個(gè)導(dǎo)管均具有其自己的柔性密封套，當(dāng)所述柔性密封套破裂時(shí)，空氣、以及因此氧氣可在柔性密封套處進(jìn)入到反應(yīng)器中。
[0016]由于與反應(yīng)器以及例如被高度地加熱的燃燒器出口(所述出口通過管道連接于反應(yīng)器)有關(guān)的許多導(dǎo)管，該過程是真正地有風(fēng)險(xiǎn)的。將理解的是，被注入到反應(yīng)器中的不是惰性氣體、而是高度揮發(fā)性的被加熱的合成氣體，所述合成氣體如果與氧氣混合的話，則可導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)或熱逸潰。
[0017]本發(fā)明的概要
[0018]為了使烘焙處理的風(fēng)險(xiǎn)更小，不是在干燥機(jī)上使用所有15個(gè)可用的通風(fēng)端口，而是將所有這些端口中的三個(gè)端口(用于合成氣體的一個(gè)端口以及用于煙氣的兩個(gè)端口)密封起來，以便顯著地限制由于密封套破裂而從振動(dòng)的反應(yīng)器潛在的合成氣體泄漏。在一個(gè)實(shí)施方式中，與載體反應(yīng)器有關(guān)的導(dǎo)管的數(shù)量被限制于:單個(gè)合成氣體泄放部，用于對(duì)氣體引擎(gas engine，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī))提供動(dòng)力；以及入口導(dǎo)管，用于從氣體引擎獲取引擎排氣、 并在將反應(yīng)器分成上、下隔室或氣室的未穿孔實(shí)心華夫板下方將所述排氣注入到反應(yīng)器的底部中；以及用于煙氣的第二出口導(dǎo)管。
[0019]此實(shí)心板用來自于引擎的非揮發(fā)性排放氣體加熱，從而反應(yīng)器中僅揮發(fā)性的且易燃的氣體以合成氣體的形式存在于上氣室或腔室中。被加熱的板傳導(dǎo)性地將熱傳遞到頂部腔室和生物質(zhì)，這與使用對(duì)流加熱形成對(duì)照，所述對(duì)流加熱在過去被涉及、且整個(gè)反應(yīng)器包括腔室、導(dǎo)管、鼓風(fēng)機(jī)、熱交換器，所有這些均完全充滿易燃?xì)怏w。此處，因?yàn)閷?shí)心板密封到反應(yīng)器中以便提供所述兩個(gè)氣室或腔室，所以僅來自于氣體引擎的排放物的惰性氣體被注入到反應(yīng)器中。
[0020]注意，在顯著地較少的管道的情況下僅存在一個(gè)合成氣體導(dǎo)管，從而降低了爆炸和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量級(jí)。因而，在一個(gè)實(shí)施方式中，來自于載體干燥機(jī)的原始輸出端口中的8 個(gè)被簡(jiǎn)單地堵塞，從而將改造的反應(yīng)器中的泄漏點(diǎn)的數(shù)量最小化到僅一個(gè)，即，該僅一個(gè)是通向氣體發(fā)電機(jī)的合成氣體端口。
[0021]其次，不是將合成氣體抽出、并將其與助燃空氣混合到由合成氣體提供燃料的燃燒器，而是在一個(gè)實(shí)施方式中，一個(gè)氣體內(nèi)燃引擎由釋放的合成氣體提供燃料，并且引擎的非揮發(fā)性排放氣體被注入到反應(yīng)器的底部腔室中。該非揮發(fā)性排放氣體包括氮?dú)?、C02和少量的氧氣，并且以大約500°C到達(dá)實(shí)心板下方。結(jié)果，省略外部燃燒器連同其相關(guān)的800°C煙氣排放物、以及與燃燒器相關(guān)聯(lián)的外部熱交換器(這些均是危險(xiǎn)操作的原因)。
[0022]來自于氣體引擎的非揮發(fā)性排放氣體的使用還通過將冷空氣注入到排放氣體以便稀釋和冷卻反應(yīng)器而提供了控制反應(yīng)器溫度的機(jī)會(huì)。這些不能通過斯坦法格林工廠中所使用的被再循環(huán)的熱合成氣體來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過冷空氣注入到來自于氣體引擎的惰性排放氣體流中、以冷卻對(duì)反應(yīng)器提供燃料的非揮發(fā)性排放氣體，防止了熱逸潰。 冷空氣引入是通過調(diào)節(jié)器(damper，緩沖器)而被控制的，所述調(diào)節(jié)器進(jìn)而通過以下而被控制:在反應(yīng)器的排放氣體輸入部處以及反應(yīng)器的合成氣體出口處所感測(cè)到的溫度、被用來為氣體引擎提供燃料的合成氣體的壓力、以及由通過氣體引擎驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電流。因此，冷空氣調(diào)節(jié)器在反應(yīng)器內(nèi)的未穿孔板的下側(cè)處提供了均勻的煙氣溫度，火災(zāi)和爆炸通過冷空氣調(diào)節(jié)器的利用而被進(jìn)一步地最小化。此外，熱逸潰可立即被防止。[〇〇23]因?yàn)獒尫诺暮铣蓺怏w被用來為氣體引擎提供燃料，所以在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體引擎被用來驅(qū)動(dòng)上述的發(fā)電機(jī)以用于能量回收。應(yīng)注意的是，具有發(fā)電機(jī)的用合成氣體提供動(dòng)力的氣體引擎的利用以其它方式回收了來自于所述處理的可能被浪費(fèi)的能量(該能量可在工廠中的別處使用)，同時(shí)提供了用于控制所述處理的電流傳感器、負(fù)載的指示。在溫度和壓力有利于控制參數(shù)的同時(shí)，耦接于電壓的發(fā)電機(jī)電流提供了對(duì)從反應(yīng)器移除的能量 (kWh)的指示，這對(duì)于處理控制是非常有用的。
[0024]此外，使用實(shí)心板使反應(yīng)器的頂部腔室或氣室相對(duì)于底部腔室或氣室密封將潛在的危險(xiǎn)合成氣體僅隔離在反應(yīng)器的頂部腔室，在該位置處，泄漏可被更容易地控制。此外， 附加于或替代外部絕熱物，反應(yīng)器的底部腔室中僅具有清潔的惰性煙氣允許絕熱物被放置在反應(yīng)器內(nèi)部。內(nèi)部絕熱物(類似于熱氧化器中所使用的)允許更高的500°C煙氣溫度，而不會(huì)不利地影響鋼制反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)整體性。[〇〇25]簡(jiǎn)而言之，所述改造的干燥機(jī)以與現(xiàn)有的烘焙工廠所使用的原理不同的原理操作。本主題發(fā)明利用熱傳導(dǎo)而在振動(dòng)反應(yīng)器中烘焙生物質(zhì)，在振動(dòng)反應(yīng)器中，被加熱的實(shí)心未穿孔板被密封在反應(yīng)器中、以便將上方的生物質(zhì)與下方的被用來加熱板的氣體隔開。這允許使用惰性煙氣來加熱反應(yīng)器，反應(yīng)器進(jìn)而允許使用冷空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)來防止熱逸潰。另夕卜，從所述處理釋放的合成氣體被用來為氣體引擎提供動(dòng)力，氣體引擎的排放輸出物被再循環(huán)以加熱反應(yīng)器板。當(dāng)氣體引擎被耦接于發(fā)電機(jī)時(shí)，廢能被回收以便用在工廠的其它部分中或在別處被輸出。[〇〇26]附圖的簡(jiǎn)要說明
[0027]本主題發(fā)明的這些和其它特征將通過聯(lián)系與附圖相結(jié)合的詳細(xì)說明部分而被更好地理解，在附圖中:
[0028]圖1是已被改造用于烘焙的典型的現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)干燥機(jī)的示意圖，其示出了反應(yīng)器的振動(dòng)；
[0029]圖2是圖1的反應(yīng)器的示意圖，其示出了在現(xiàn)有技術(shù)干燥機(jī)中所使用的導(dǎo)管的數(shù)量，所述導(dǎo)管通過柔性耦接器附接于反應(yīng)器，其中所述柔性耦接器可能在烘焙期間破裂；
[0030]圖3是利用振動(dòng)干燥機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)烘焙系統(tǒng)的示意圖，在該振動(dòng)干燥機(jī)中，生物質(zhì)被擠壓到穿孔板上，并且在該振動(dòng)干燥機(jī)中，熱氣體在對(duì)流加熱過程中向上通過板，因此合成氣或合成氣體被釋放并且在熱交換器中與燃燒器的輸出物混合、以便提供用于烘焙處理的被加熱氣體；
[0031]圖4是圖3的現(xiàn)有技術(shù)烘焙系統(tǒng)的操作的示意圖，其示出了對(duì)流加熱、穿孔板、在處理中被泄放的合成氣體的利用，所述合成氣體被用來為燃燒器提供燃料，所述燃燒器進(jìn)而被耦接于熱交換器以便對(duì)來自于反應(yīng)器的合成氣體進(jìn)行加熱，從而將被加熱的合成氣體提供到穿孔板的底部；
[0032]圖5是本主題發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖，在該實(shí)施方式中，標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)干燥機(jī)通過實(shí)心傾斜板的使用而被轉(zhuǎn)換為傳導(dǎo)加熱處理，所述實(shí)心傾斜板通過來自于由從烘焙處理釋放的合成氣體提供燃料的氣體引擎的輸出物而從下方被加熱，該示意圖還示出了通過調(diào)節(jié)器注入冷空氣以防止熱逸潰；
[0033]圖6是圖5中所示的反應(yīng)器的一部分的示意圖，以便示出實(shí)心板的利用，所述實(shí)心板將反應(yīng)器腔室密封到底部氣室和頂部氣室中，其中反應(yīng)器熱是由來自于氣體引擎的排氣提供；
[0034]圖7是圖6中所示的系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括利用調(diào)節(jié)器來將冷空氣注入到來自于由從生物質(zhì)釋放的合成氣體提供動(dòng)力的氣體引擎的惰性氣體流，其中氣體引擎驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且調(diào)節(jié)器通過氣體引擎的輸入部處的合成氣體的壓力、從調(diào)節(jié)器傳送到底部氣室的熱氣體的溫度、以及通過依據(jù)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流檢測(cè)被移除的能量而被控制，因而以便提供對(duì)調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定控制以防止熱逸潰；以及
[0035]圖8是用實(shí)心的且波浪形的板將反應(yīng)器密封的示意圖，在所述板下部注入的是500 °C的熱氣體，并且從生物質(zhì)的烘焙釋放的合成氣體以大約300 °C離開。
[0036]詳細(xì)說明現(xiàn)有技術(shù)
[0037]現(xiàn)在參考圖1，作為被改造的載體振動(dòng)干燥機(jī)的形式的反應(yīng)器10包括合成氣體輸送導(dǎo)管12,合成氣體輸送管道耦接于用于捕獲由反應(yīng)器產(chǎn)生的合成氣體的歧管14。如圖所示，模塊16中的偏心重量導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)器如虛線18所示地振動(dòng)，其中反應(yīng)器安裝在彈簧20 上以允許振動(dòng)。此處，生物質(zhì)在管道系統(tǒng)22處被引入，從而它沿反應(yīng)器的內(nèi)部向下行進(jìn)以生產(chǎn)生物質(zhì)型煤。
[0038]參照?qǐng)D2,示出了反應(yīng)器10的另一側(cè)，其中，管道系統(tǒng)12被示出為耦接于前述的歧管14,其中管道系統(tǒng)與導(dǎo)管12’的一些部分之間的接頭通過密封套24的利用而被接合，所述密封套允許導(dǎo)管12和12’之間隨著反應(yīng)器10和歧管14的運(yùn)動(dòng)18而移動(dòng)。還示出的是入口導(dǎo)管30，其具有夾設(shè)在導(dǎo)管30與外部部分30 ’之間的密封套24，反應(yīng)器的輸入通過歧管32 (熱氣體將被引入到該歧管中)而被供應(yīng)。
[0039]此處，可看出的是，反應(yīng)器10的振動(dòng)可通過密封套或柔性接頭24而被調(diào)和，所述密封套或柔性接頭尤其必須能夠?qū)?00°C的熱合成氣體輸送到反應(yīng)器之外、并且能夠?qū)⒈患訜岬暮铣蓺怏w輸送到反應(yīng)器的底部中。
[0040]應(yīng)注意的是，振動(dòng)干燥機(jī)在此現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中被改造，其中商業(yè)干燥機(jī)被用來使材料迀移通過干燥機(jī)、而無需移動(dòng)部件。實(shí)質(zhì)上，對(duì)于此現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備來說，存在將振動(dòng)干燥機(jī)轉(zhuǎn)換成烘焙反應(yīng)器所必要的很少改變。所進(jìn)行的第一物理改變是:在干燥機(jī)內(nèi)使用一種改造的穿孔板以支撐生物質(zhì)，其包括例如傾向于變成粉塵的木片。正如將理解的，粉塵將通過穿孔板中的孔掉落，如同最初所供應(yīng)的。
[0041]圖3中示出了此現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器是如何工作的，其中，反應(yīng)器10設(shè)置有穿孔板40， 該穿孔板加熱已通過螺旋輸送機(jī)44而被注入到反應(yīng)器中的木片生物質(zhì)42,其中所述生物質(zhì)完全地填充螺旋輸送機(jī)葉輪46與輸送機(jī)的外部導(dǎo)管48之間的空隙。將理解的是，此螺旋輸送機(jī)不允許氧氣進(jìn)入到反應(yīng)器10中，其中反應(yīng)器通過生物質(zhì)本身而被密封。在穿孔板的遠(yuǎn)端處的是具有螺旋機(jī)52的冷卻螺旋輸送機(jī)50,在該螺旋機(jī)中，生物質(zhì)42完全地填充螺旋輸送機(jī)與其外部導(dǎo)管54之間的空間，此外，密封反應(yīng)器以阻止氧氣的流入。如將討論的，如果反應(yīng)器未被密封，則存在于烘焙處理期間從生物質(zhì)42釋放的合成氣體54的火災(zāi)或爆炸的可能性。[〇〇42]烘焙處理開始于在穿孔板40下方提供被加熱的氣體56,從而該氣體通過板40中的孔口 58、并且然后如所示地在60處通過木片生物質(zhì)以烘烤或烘焙木片，從而由于烘烤或烘焙處理，在一個(gè)實(shí)施方式中離開螺旋輸送機(jī)50的是生物質(zhì)型煤或煤塊。烘焙處理的效率通過從該過程輸出的以生物質(zhì)型煤形式的能量除以被輸入到該過程的以生物質(zhì)(通常木材) 形式的能量限定。該過程中的凈能量損耗是在該過程中作為輻射熱或排放熱而被功能地?fù)p耗的所釋放的合成氣體的形式。
[0043]為了從該過程捕獲并利用廢熱，合成氣體54通過前述的導(dǎo)管12和歧管14而被輸送至鼓風(fēng)機(jī)62,從而釋放的300°C合成氣體被迫離開鼓風(fēng)機(jī)并進(jìn)入到熱交換器64中。圖3中所示的用于對(duì)流加熱的理想熱近似地為400°C到500°C，并且烘焙導(dǎo)致了300°C的合成氣體。熱交換器64通過800 °C燃燒器66輸出部而被供給，其將熱能傳遞到300 °C合成氣體以在在歧管 32中提供被加熱的合成氣體56。應(yīng)注意的是，在一個(gè)實(shí)施方式中，在熱交換器中設(shè)置有圓柱形管，該圓柱形管將來自于燃燒器輸出部的熱傳遞到合成氣體，其中燃燒器排放物輸出如在68處所示。
[0044]此處可以看出的是，如由箭頭72所示地旋轉(zhuǎn)的偏心重量70導(dǎo)致反應(yīng)器10振動(dòng)，以便將生物質(zhì)從螺旋輸送機(jī)44移動(dòng)到螺旋輸送機(jī)50。[〇〇45] 現(xiàn)在參考圖4,示意性地示出了合成氣體54泄放到反應(yīng)器10之外、到達(dá)燃燒器66， 于是如在74處所示的800°C燃燒器輸出物與由鼓風(fēng)機(jī)62在導(dǎo)管76處所提供的大體積合成氣體輸出物混合。[〇〇46]此處可通過箭頭74和76的粗細(xì)看出的是，來自于燃燒器的流量明顯小于62的大流量輸出(其可能例如低至250°C)。如在歧管32處所示的，500°C的被加熱的小體積合成氣體輸出物與來自于風(fēng)機(jī)62的大體積輸出物混合，從而使得來自于鼓風(fēng)機(jī)的合成氣體的溫度利用燃燒器66的輸出物而被增熱。
[0047]如上所述，對(duì)商業(yè)的載體振動(dòng)干燥機(jī)的物理改變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為使粉塵的量最小化，所述粉塵當(dāng)熱氣體向上移動(dòng)通過板中的孔口時(shí)可從孔掉落。在未示出的一個(gè)實(shí)施方式中，一些小蓋被放置在這些孔之上，從而粉塵不被允許通過孔向下掉回。
[0048]對(duì)商業(yè)的振動(dòng)干燥機(jī)的第二改變是:干燥機(jī)不再干燥材料(即移除水分)，而現(xiàn)在是將木材加熱至這樣的溫度，所述溫度將烘烤木片、并且非常像將木材推入到煎鍋中，其中木材放出諸如甲烷、氫氣、乙酸和一氧化碳等易燃?xì)怏w。
[0049]最終結(jié)果是:作為對(duì)在干燥過程中使用循環(huán)空氣的單元的代替，在烘焙應(yīng)用中實(shí)際上所產(chǎn)生的是被再循環(huán)的合成氣體。將理解的是，合成氣或合成氣體是低BTU(熱值)氣體，該氣體可例如從埋填氣體(landfi 11 gas )、并且更具體地從木材或從煤炭產(chǎn)生。因?yàn)楹铣蓺怏w的容易獲得性以及低成本，所以合成氣體被用來代替具有每立方英尺l，〇〇〇BTU的熱值的甲烷。特別地，合成氣體的范圍為200到400BTU的級(jí)別，從而在烘焙處理中所利用的是低BTU合成氣體。
[0050]安全性[〇〇51] a)減少導(dǎo)管的數(shù)量
[0052]在以上所述的現(xiàn)有技術(shù)烘焙處理中存在有相當(dāng)大的安全問題，因?yàn)楹铣蓺怏w在干燥機(jī)中替代了空氣，并且在烘焙處理中干燥機(jī)的溫度為300 °C的級(jí)別，與商業(yè)干燥的例如60 °(:形成對(duì)照。在具有合成氣體的這些更高溫度時(shí)，產(chǎn)生巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而使得任何泄漏將包含趨于與氧氣反應(yīng)的易燃熱氣體。
[0053]應(yīng)注意的是，現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器旨在是封閉系統(tǒng)，在該封閉系統(tǒng)中，氧氣向反應(yīng)器中的泄漏被特別地避免。在實(shí)踐中，當(dāng)系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，少量的氧氣以常規(guī)燃燒被消耗。對(duì)于開始的10到15分鐘，位于穿孔板的頂部上的木材實(shí)際上正在燃燒。一旦所有氧氣被消耗，則產(chǎn)生越來越多的合成氣體，并且這是在無氧環(huán)境中完成的，在此之后，合成氣體的再循環(huán)被最終用來產(chǎn)生熱以驅(qū)動(dòng)所述處理。
[0054]在圖1和2的現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器中，存在也許200到300英尺的外部管道系統(tǒng)，所述外部管道系統(tǒng)是固定的、但是必須連接于猛烈地振動(dòng)的反應(yīng)器。正如上面所指出的，存在位于不振動(dòng)的管道系統(tǒng)與振動(dòng)的單元之間的物理連接。因?yàn)檎駝?dòng)，所以前述的密封套破裂，并且在載體干燥機(jī)已用傳統(tǒng)柔性連接部改造的設(shè)施處導(dǎo)致許多泄漏和火災(zāi)。
[0055]最初，柔性連接部由織物制成，但是織物不能應(yīng)對(duì)溫度、并且最終將破裂并導(dǎo)致泄漏。在此之后，密封套以旋繞的不銹鋼膨脹伸縮式波紋管系統(tǒng)的形式制成，其部分地緩解了問題、并且能應(yīng)對(duì)高溫。但是，松解的這些密封套中的及其本身的振動(dòng)、以及連同多達(dá)15個(gè)這些金屬連接，如果它們中的任何一個(gè)泄漏，則其將合成氣體放入設(shè)施中、并且一直是當(dāng)前存在的風(fēng)險(xiǎn)。另外，因?yàn)楹铣蓺怏w主要是一氧化碳，所以在這種工廠中的雇員的健康和安全也是重要的風(fēng)險(xiǎn)。
[0056]因此，由于僅一個(gè)合成氣體接合部或凸緣需要為了維修目的而被處理，所以用于現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)管的大部分孔的堵塞顯著地減少了火災(zāi)或爆炸的可能性。還需注意的是，無論什么合成氣體被利用，其僅存在于反應(yīng)器內(nèi)，并且外部循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)和外部換熱器的利用被省略，從而消除了圖3和4中所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的易燃的合成氣體再循環(huán)回路。
[0057]對(duì)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)干燥機(jī)的顯著改造首要的是包括封閉用于再循環(huán)合成氣體的導(dǎo)管中的除了一個(gè)之外的所有導(dǎo)管。這可在圖5中看到，在該圖中，利用單個(gè)管或?qū)Ч?0來將釋放的合成氣體54泄放到冷卻器82、以便如在箭頭84處所示地移除焦油，其中冷卻器的輸出部 86耦接于氣體引擎88,在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)電機(jī)附接于所述氣體引擎。如將看到的，氣體引擎的輸出90是非揮發(fā)性的和基本上惰性的，雖然一些氧氣保留下來。該氣體引擎輸出以大約500°C存在，其然后通過導(dǎo)管92注入被反應(yīng)器10的底部部分中，如由箭頭94所示。[〇〇58] b)傳導(dǎo)加熱和實(shí)心烘焙板的使用
[0059]將看到的是，不是使用對(duì)流加熱，在本主題申請(qǐng)中利用實(shí)心板100來支撐生物質(zhì) 42，生物質(zhì)從螺旋輸送機(jī)44進(jìn)入、并從螺旋輸送機(jī)50離開。此處，熱惰性氣體在102處被示出為沖擊在板100的下表面上，在該位置處，熱惰性氣體將板加熱到500°C。將理解的是，生物質(zhì)42以與使用煎鍋非常相似的方式被烘烤，其中生物質(zhì)在板100的頂部上被烤。應(yīng)注意的是，反應(yīng)器本身的頂部部分內(nèi)的對(duì)流元件促進(jìn)內(nèi)部的對(duì)流(其非常像對(duì)流加熱爐)，但是無需從反應(yīng)器移除或再循環(huán)合成氣體。
[0060]還將理解的是，板100被密封于腔室10的端部104和106,從而將腔室10分成下腔室或氣室110以及上腔室或氣室112。結(jié)果是，在來自于氣體引擎88的惰性氣體被用來加熱板 100的同時(shí)，僅反應(yīng)器的存在有易燃?xì)怏w的部分位于板100上方、并且僅使用一個(gè)導(dǎo)管80,所以與振動(dòng)有關(guān)的泄漏被最小化。
[0061]應(yīng)注意的是，原料(即木片輸入物)以大約20°C存在，而由于在板100上方發(fā)生的烘焙，所以被烘焙的材料以相對(duì)熱的300°C離開。該材料隨后通過出口螺旋機(jī)而被冷卻回到20 °C，以停止烘焙處理。
[0062]c)熱逸潰
[0063]如以下將更完整地討論的，熱逸潰利用冷空氣鼓風(fēng)機(jī)116以及調(diào)節(jié)器和閥組件118 通過冷空氣114的進(jìn)入而被控制，從而使得來自于引擎88的非揮發(fā)性排放氣體可通過來自于外部的冷空氣的吸入而被冷卻。應(yīng)注意的是，因?yàn)閮H上部腔室含有易燃?xì)怏w，并且因?yàn)閬碜杂跉怏w引擎的排放輸出物包括氮?dú)?、C〇2和〇2，所以被施加于板100的熱的控制可通過該冷空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)而被快速地控制。
[0064]如將討論的，控制單元或模塊120通過熱電偶傳感器122、壓力傳感器124、電流傳感器126的輸出來控制調(diào)節(jié)器組件118,熱電偶傳感器位于導(dǎo)管92處，壓力傳感器測(cè)量導(dǎo)管 80中的壓力，電流傳感器依據(jù)所產(chǎn)生的電流和千瓦小時(shí)來感測(cè)通過氣體引擎從反應(yīng)器移除的能量。將看到的是，溫度、壓力和電流輸出的平衡可有效地調(diào)整在94處的進(jìn)入氣體的溫度，以便使施加于板100的底部的氣體的溫度穩(wěn)定。[〇〇65] 系統(tǒng)細(xì)節(jié)[〇〇66]將理解的是，如在圖6中通過工廠操作的示意圖所示出的，從本主題的過程釋放的所有合成氣體通過單個(gè)管離開反應(yīng)器。此處，所有釋放的合成氣體54通過管80離開，并且被應(yīng)用以便對(duì)往復(fù)式火花點(diǎn)火氣體引擎88提供燃料，在這種情況下，所述氣體引擎具有機(jī)械地耦接于氣體引擎以提供電流(如在126處所示)的發(fā)電機(jī)124。如所看到的，板100的使用涉及了在130處的傳導(dǎo)加熱，與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中的對(duì)流加熱形成對(duì)照。此外，板100可以是華夫板100’，以便提供用于將能量從氣室或腔室110傳遞到板100’上的生物質(zhì)的更大表面面積。 因此可看出的是，本主題的反應(yīng)器通過將反應(yīng)器分成兩部分的實(shí)心板而在傳導(dǎo)加熱的情況下操作，并有其中，來自于氣體引擎的惰性氣體被用來對(duì)反應(yīng)器提供燃料。[〇〇67]雖然已經(jīng)描述了氣體引擎，但是也可利用其它類型的合成氣體點(diǎn)火的加熱單元， 諸如燃?xì)廨啓C(jī)、燃燒器或鍋爐。但是，因?yàn)闅怏w引擎還提供旋轉(zhuǎn)輸出以便如由虛線128所示地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，所產(chǎn)生的電能可被工廠用來為振動(dòng)馬達(dá)和其它工廠設(shè)備提供電力、以及將未用的電出售給電網(wǎng)。[〇〇68]返回參見圖5,將理解的是，冷卻器82將合成氣體冷卻至室溫，以便能移除脫離的焦油。然后發(fā)生的是，合成氣體進(jìn)而被用管道輸送到燃燒源、燃?xì)廨啓C(jī)、燃燒器、鍋爐或氣體引擎，優(yōu)選地被輸送到氣體引擎，因?yàn)闅怏w引擎可被用來有效地產(chǎn)生電力。應(yīng)注意的是，冷卻器被用來使焦油凝聚出去，以便不弄臟或焦化氣體引擎活塞。焦油非常像木餾油(克魯蘇油，creosote)，并且如果它們可從系統(tǒng)分離出來，則它們的回收提供另一反應(yīng)器產(chǎn)品。焦油還可被用作粘合劑，以便將被烘焙的粉末一起粘合到生物質(zhì)型煤塊或煤球中。
[0069]應(yīng)注意的是，來自于氣體引擎的熱煙氣被用一個(gè)管被輸送到底氣室110,并且同時(shí)，一些氧氣剩余在來自于氣體引擎的燃燒煙氣中，來自于氣體引擎的輸出主要是非揮發(fā)性的且基本上惰性的氮?dú)夂投趸?。就雇員而言，該惰性氣體是完全安全的，并且該惰性煙氣的利用限制了爆炸的可能性。將理解的是，來自于引擎的輸出氣體是大約500°C，而合成氣體為大約300到400°C。正是這種溫度差被用在驅(qū)動(dòng)熱傳遞中。如果從板至生物質(zhì)存在不充分的熱傳遞，則人們可實(shí)際上將風(fēng)機(jī)引入到上氣室或腔室中，以便攪動(dòng)釋放的合成氣體(其非常像對(duì)流加熱爐)來幫助傳遞。但是，在大多數(shù)情形中，這不是必要的。
[0070]簡(jiǎn)而言之，本主題的系統(tǒng)利用傳導(dǎo)來將熱從下氣室中的排放氣體傳遞到上氣室、 并且然后進(jìn)入到生物質(zhì)本身中。應(yīng)注意的是，氣體引擎被利用，因?yàn)樗鼈兡軌蛞愿咝?、以及在各種各樣的負(fù)載的情況下用諸如合成氣體的低能燃料運(yùn)行。這些氣體引擎特別地可從供應(yīng)填埋公司的引擎制造商而容易地獲得，并且這些氣體引擎特別地適于用在本主題的系統(tǒng)中，這是因?yàn)闅怏w的排出溫度恰好是加熱反應(yīng)器所必須的。氣體引擎還在產(chǎn)生電力方面是非常有效的，使得它成為良好的附加盈利中心。
[0071] 熱效率[〇〇72]應(yīng)注意的是，現(xiàn)有的烘焙工廠已經(jīng)呈現(xiàn)出平均50-60%的熱效率，部分原因在于所釋放的合成氣體的量不能被充分控制，并且產(chǎn)生的多余的熱被損失。使用鍋爐來吸取熱以形成蒸汽的那些現(xiàn)有的烘焙工廠可能具有66-67%的熱效率。但是，使用通過合成氣體提供燃料的氣體引擎和發(fā)電機(jī)將總熱效率提高到高達(dá)80%。
[0073]在操作時(shí)，最初沒有合成氣體。為了起動(dòng)反應(yīng)器，人們首先利用天然氣起動(dòng)引擎、 以便使氣體引擎點(diǎn)火并怠速。極少的天然氣被用來為氣體引擎初始地提供動(dòng)力，并且事實(shí)上，氣體引擎當(dāng)用天然氣起動(dòng)時(shí)僅怠速。一旦被加熱，則反應(yīng)器主動(dòng)地形成具有蒸汽和惰性氮?dú)獾亩栊詺怏w，從而在反應(yīng)器中沒有燃燒發(fā)生。生物質(zhì)最初被緩慢地引入，直到合成氣體被釋放。然后，引擎功率增加，從而允許生物質(zhì)輸入增加，并且所述處理緩慢地提高產(chǎn)能。 [〇〇74]將理解的是，對(duì)于被烘焙的木材來說，理想地輸入木材能量的20 %轉(zhuǎn)變成合成氣體和隨后的熱，并且其余部分的能量作為生物質(zhì)型煤出現(xiàn)。該生物質(zhì)型煤是褐色到黑色的產(chǎn)品。[〇〇75]關(guān)于熱逸潰的問題在于，當(dāng)木材在250 °C到300 °C被烘焙掉木材內(nèi)的大約百分之40 的熱能時(shí)(當(dāng)烘焙木材在這些溫度下是易揮性的時(shí))，并且管理所述處理從而使得僅20%的熱被釋放是一種要求嚴(yán)格的控制問題，其需要敏銳的反應(yīng)時(shí)間、以及從所述處理中添加和移除熱的能力。人們希望僅利用百分之20的熱，因?yàn)槠渌魏胃嗟臒釋⑹潜焕速M(fèi)。如果人們不能吸收所產(chǎn)生的烘焙熱的剩余百分之20,則該處理傾向于希望逸潰。這是因?yàn)樵撎幚硐Ｍ?40°C下是易揮發(fā)性的任何物質(zhì)均離開木材。這進(jìn)而使得大多數(shù)烘焙處理非常低效。 [〇〇76] 效率和熱逸潰[〇〇77]正是這種無法利用在所述處理中產(chǎn)生的引起熱逸潰的熱導(dǎo)致了較高的反應(yīng)器溫度、火災(zāi)和大量的其它安全問題。因此，在烘焙處理中所需要的是烘烤木材，從而僅百分之 20的輸入熱被用來烤木材。將理解的是，在現(xiàn)有的烘焙處理中，增加的超過所述百分之20的熱產(chǎn)生更多的揮發(fā)性物質(zhì)，并且所述處理傾向于逸潰，而沒有建立用于防止熱逸潰的安全特性。[〇〇78]現(xiàn)在參考圖7,在一個(gè)實(shí)施方式中，熱逸潰利用調(diào)節(jié)器組件118通過經(jīng)由導(dǎo)管92將冷空氣114引入到反應(yīng)器10的底氣室或腔室110中而被防止。如上所述的，調(diào)節(jié)器通過以下而被控制，即:通過由熱電偶122感測(cè)到的在管92處的溫度、通過測(cè)量管80中的壓力的壓力傳感器124、以及通過在與發(fā)電機(jī)124相關(guān)聯(lián)的電流探測(cè)器130處所產(chǎn)生的用于檢測(cè)從系統(tǒng)移除的能量的電流。[〇〇79]因而，圖7中所示的空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)被用來穩(wěn)定正在產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)的量。
[0080]將注意到的是，從排放溫度的觀點(diǎn)看，已知對(duì)于給定的負(fù)荷來說，氣體引擎中的燃燒是相對(duì)穩(wěn)定的，但是排放的體積也改變，使得負(fù)荷指示成為有價(jià)值的控制信號(hào)。因此，該設(shè)計(jì)內(nèi)在地比現(xiàn)有設(shè)計(jì)更穩(wěn)定，其中氣體引擎的優(yōu)點(diǎn)是:氣體引擎對(duì)于各種各樣的負(fù)載來說熱效率為大約百分之40。簡(jiǎn)而言之，這些引擎是超常的熱轉(zhuǎn)換機(jī)器。它們例如比用鍋爐蒸汽提供動(dòng)力的工廠(這種工廠的熱效率通常為大約20%)好得多。因此，在可用的百分之40 揮發(fā)性合成氣體能量之中，如果人們提取百分之20(或大約一半)來用于烘烤處理、并且人們將自然地產(chǎn)生的其它百分之20(過量的一半)轉(zhuǎn)換成電能、而不是貢獻(xiàn)于熱逸潰，則該系統(tǒng)實(shí)際上產(chǎn)生了移除該超量的百分之20的熱的電能，因此通過精確地將正確量的能量移出來穩(wěn)定所述烘焙處理。
[0081]用于解釋這個(gè)的一種簡(jiǎn)單方式是:木材中的能量的百分之40希望變得在烘焙溫度下易揮發(fā)，并且旨在通過將百分之20泄放以運(yùn)行發(fā)電機(jī)來使用整個(gè)百分之40。這與試圖在 “刀刃上”操作以控制與揮發(fā)組分有關(guān)的能量的現(xiàn)有的烘焙處理形成對(duì)比。因此，通過提取出與揮發(fā)性物質(zhì)有關(guān)的能量的百分之20可使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定。應(yīng)注意的是，所提取出的能量的量可根據(jù)發(fā)電機(jī)上的負(fù)載和反應(yīng)器的溫度來調(diào)整。
[0082]可能想到的是，熱控制可簡(jiǎn)單地通過從用合成氣體提供燃料的氣體引擎運(yùn)行發(fā)電機(jī)而被運(yùn)用。這是個(gè)問題的原因在于:發(fā)電機(jī)通常具有固定的最大發(fā)電能力(例如560千瓦)，并且人們冒著實(shí)際上超出發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。如果人們想要發(fā)電機(jī)在所有時(shí)間均以全力運(yùn)行，則人們可達(dá)到發(fā)電機(jī)的最大發(fā)電能力，這進(jìn)而限制了可從系統(tǒng)提取的能量的量。因而，發(fā)電機(jī)的最大發(fā)電能力限制了可提取出的能量的量。該問題通過本主題的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)解決，所述空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)允許操作者設(shè)定發(fā)電機(jī)的最大發(fā)電能力、而不必須將發(fā)電機(jī)的最大能力考慮在內(nèi)。
[0083]如果反應(yīng)器起動(dòng)、產(chǎn)生了比引擎可處理的氣體更多的氣體，則有兩個(gè)選項(xiàng)。人們可開始放入更少的木材，但是當(dāng)木材最初進(jìn)入、并且然后離開反應(yīng)器時(shí)，它花費(fèi)大約30分鐘來呈現(xiàn)任何的改變?？商娲氖牵⑷肭笆龅睦湎♂尶諝?。
[0084]在一個(gè)實(shí)施方式中，前述的壓力傳感器124被用作用于打開冷空氣的感測(cè)機(jī)構(gòu)。壓力傳感器、連同溫度熱電偶和發(fā)電系統(tǒng)上的電流傳感器完成對(duì)調(diào)節(jié)器的反饋控制。當(dāng)然，在巨大的熱逸潰(這未由前述方案調(diào)和)的情形下，人們可利用停止按鈕，停止按鈕簡(jiǎn)單地關(guān)停整個(gè)木材供應(yīng)過程、并且迅速地用稀釋調(diào)節(jié)器鼓風(fēng)機(jī)立即冷卻反應(yīng)器。[〇〇85]應(yīng)注意的是，導(dǎo)管92上的熱電偶傳感器提供主反饋回路，以確保人們實(shí)際上沒有過多地打開冷空氣調(diào)節(jié)器。當(dāng)調(diào)節(jié)器最初打開時(shí)，它正使用電流反饋回路將溫度目標(biāo)設(shè)定在例如500 °C。如果例如來自于發(fā)電機(jī)的輸出氣體是600 °C，為了控制所述處理，希望注入冷空氣。但是，人們當(dāng)然不希望回到環(huán)境溫度。那將太過頭了。應(yīng)注意的是，電流傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)發(fā)電能力，從而除非發(fā)電機(jī)以全發(fā)電能力運(yùn)行，否則不發(fā)生調(diào)節(jié)。應(yīng)注意的是，如果電流傳感器不處于最大值，則所產(chǎn)生的任何更多的氣體將恰好給引擎加載以消耗更多的氣體。一旦發(fā)電機(jī)已經(jīng)到達(dá)最大發(fā)電能力，則壓力傳感器報(bào)告:系統(tǒng)可忍受一些額外的壓力， 以便在這種系統(tǒng)中構(gòu)建為緩沖器。但是，管80中的壓力具有安全限制，并且再次是用于安全目的，以確保該壓力不被超出。應(yīng)注意的是，即使當(dāng)使用單個(gè)管時(shí)，人們也不希望以非常高的壓力操作那個(gè)管，因?yàn)槠鋵a(chǎn)生泄漏，該泄漏將是健康和火災(zāi)安全問題。人們可利用本主題的用于調(diào)整溫度的調(diào)節(jié)器來將壓力調(diào)整至一定的預(yù)定最大值。這通過打開空氣而發(fā)生， 該空氣將使排放溫度降低一點(diǎn)、并且阻止反應(yīng)器產(chǎn)生更多的合成氣體，用這兩項(xiàng)來回地操作，以便自然地緩和系統(tǒng)。
[0086]應(yīng)注意的是，冷空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)工作，這是因?yàn)閬碜杂谝娴臍怏w是非揮發(fā)性的、 并且人們可簡(jiǎn)單地使其冷卻或不通過直接稀釋，這與熱交換器形成對(duì)照，并且沒什么麻煩發(fā)生。但是，人們不能將冷空氣與合成氣體混合，因?yàn)樗鼘⑷紵驖撛诘乇?。[〇〇87]簡(jiǎn)而言之，合成氣體從反應(yīng)器產(chǎn)生，并且被用來產(chǎn)生熱以便在烘焙處理中烘烤木材。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述處理使用氣體引擎來從合成氣體提取能量作為電和熱兩者。
[0088]應(yīng)注意的是，人們也可通過使用鍋爐產(chǎn)生蒸汽或可簡(jiǎn)單地在氧化器中燃燒合成氣體來移除熱。用氧化器的問題是，它簡(jiǎn)單地產(chǎn)生比所述處理需要的多得多的熱。應(yīng)注意的是，氧化器的使用通常被相反表示，這是因?yàn)樗堑蛪貉b置并且在周圍燃燒的情況下操作， 并且所需的管道系統(tǒng)的直徑為24到30英寸的級(jí)別。另一方面，氣體引擎實(shí)質(zhì)上是空氣栗，并且人們可使氣體在相當(dāng)大的壓力下在進(jìn)口側(cè)和壓縮后的排出側(cè)兩者上燃燒。這意味著:人們可利用12-18英寸的排氣管，這種排氣管小得多。
[0089]現(xiàn)在參考圖8,示出的是反應(yīng)器10中的華夫類型的實(shí)心隔離件，該隔離件將反應(yīng)器分成下氣室或腔室110以及上氣室或腔室112。該板提供了傳導(dǎo)加熱，該傳導(dǎo)加熱采用在板下方注入的500°C熱氣、并且烘烤位于板的頂部上生物質(zhì)，直到它將所有揮發(fā)物質(zhì)驅(qū)出，從而使得300 °C合成氣體釋放出來。
[0090]雖然已結(jié)合不同圖的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，也可使用其它類似的實(shí)施方式，或者可在不脫離本發(fā)明的情況下對(duì)所描述的實(shí)施方式作出修改或增加以用于執(zhí)行與本發(fā)明相同的功能。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于任何單個(gè)實(shí)施方式，而是在寬度和范圍方面應(yīng)根據(jù)所附權(quán)利要求書來解釋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種烘焙反應(yīng)器，包括:振動(dòng)反應(yīng)器；實(shí)心板，將所述反應(yīng)器分成底部氣室和頂部氣室，所述實(shí)心板在兩端處均被密封于所 述反應(yīng)器的端部，從而使得所述底部氣室和所述頂部氣室相對(duì)于彼此被密封；多個(gè)馬達(dá)，具有偏置重量以用于振動(dòng)所述反應(yīng)器；輸入螺旋輸送機(jī)，在所述實(shí)心板的上方位于所述反應(yīng)器的一端處，以用于將生物質(zhì)注 入到所述實(shí)心板的頂部上；以及出口螺旋輸送機(jī)上，位于所述實(shí)心板的相對(duì)端上，以用于受 烘焙后材料的移除，所述實(shí)心板向下形成角度，從而所述反應(yīng)器的振動(dòng)導(dǎo)致來自于所述輸入螺旋輸送機(jī)的 生物質(zhì)移動(dòng)至所述輸出螺旋輸送機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括被加熱的非揮發(fā)性氣體的源以及管道系統(tǒng)， 所述管道系統(tǒng)位于所述源與所述反應(yīng)器之間以用于將所述被加熱的非揮發(fā)性氣體注入到 所述實(shí)心板的下側(cè)。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述反應(yīng)器包括與所述頂部氣室連 通的合成氣體泄放導(dǎo)管、以及耦接于所述合成氣體泄放導(dǎo)管的氣體引擎。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述氣體引擎產(chǎn)生被加熱的非揮發(fā) 性排放氣體，并且所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于將所述被加熱的非揮發(fā)性排放氣體耦接到所述 反應(yīng)器的所述底部氣室的導(dǎo)管。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且進(jìn)一步包括耦接于所述氣體引擎的發(fā) 電機(jī)。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且進(jìn)一步包括在所述合成氣體泄放導(dǎo)管 中被設(shè)置在所述上氣室與所述氣體引擎之間的冷卻器，以用于將釋放的合成氣體冷卻至環(huán) 境溫度、以及用于實(shí)現(xiàn)焦油移除。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且進(jìn)一步包括用于將冷空氣與所述被加 熱的非揮發(fā)性氣體混合以防止熱逸潰的冷空氣鼓風(fēng)機(jī)。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且進(jìn)一步包括被設(shè)置在所述冷空氣鼓風(fēng) 機(jī)與所述反應(yīng)器之間的調(diào)節(jié)器。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且進(jìn)一步包括用于所述調(diào)節(jié)器的控制 器，以便調(diào)整與所述被加熱的非揮發(fā)性氣體混合的冷空氣的量。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述發(fā)電機(jī)包括電流傳感器，其中 所述合成氣體泄放導(dǎo)管包括壓力傳感器，其中用于將所述被加熱的非揮發(fā)性氣體輸送到所 述反應(yīng)器的導(dǎo)管包括熱電偶傳感器，并且所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于將所述電流傳感器、所 述壓力傳感器和所述熱電偶傳感器的輸入施加到所述控制器以用于所述調(diào)節(jié)器的控制的 裝置。11.一種烘焙反應(yīng)器，包括:腔室，通過實(shí)心板而被分開以形成上氣室和下氣室，所述板承載待被烘焙的生物質(zhì)，所 述生物質(zhì)通過所述實(shí)心板的加熱而被傳導(dǎo)性地加熱。12.—種用于改造振動(dòng)干燥機(jī)以提供一種振動(dòng)烘焙反應(yīng)器的方法，包括以下步驟:在具有從振動(dòng)干燥機(jī)的內(nèi)部通向所述振動(dòng)干燥機(jī)的外部的多個(gè)導(dǎo)管的所述振動(dòng)干燥機(jī)中，密封除了預(yù)定數(shù)量的導(dǎo)管之外的全部導(dǎo)管，為所述干燥機(jī)提供從所述干燥機(jī)的一側(cè)到另一側(cè)的實(shí)心板，以用于在所述板的頂部上 支撐待被烘焙的生物質(zhì)，所述板是傾斜的；以及，在所述板的下方引入熱氣體，以便加熱所述板，并且向位于所述板的頂部上的所述生 物質(zhì)提供熱能，由此在烘焙處理中對(duì)流加熱烘烤所述生物質(zhì)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，并且進(jìn)一步包括用于從所述反應(yīng)器移除合成氣體的 出口導(dǎo)管。14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，并且進(jìn)一步包括耦接于所述出口導(dǎo)管 的管道系統(tǒng)、以及位于所述出口導(dǎo)管與相關(guān)的管道系統(tǒng)之間的柔性密封套，由此抵靠于所 述管道系統(tǒng)的所述反應(yīng)器的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過所述密封套而被調(diào)和，從而所述反應(yīng)器具有泄漏 能發(fā)生的僅一個(gè)合成氣體端口。15.—種用于提高烘焙反應(yīng)器的效率的方法，在所述反應(yīng)器中，傳導(dǎo)性加熱被用來加熱 位于未穿孔板的頂部上的生物質(zhì)，所述方法包括:將從烘焙處理釋放的合成氣體用管道輸 送到氣體引擎；以及將來自于所述氣體引擎的排放物引入到所述板的下方以加熱所述板， 被用來加熱所述板的氣體是非揮發(fā)性的，從而省略將合成氣體從所述反應(yīng)器返回到所述反 應(yīng)器以便加熱所述反應(yīng)器的循環(huán)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，并且進(jìn)一步包括將發(fā)電機(jī)機(jī)械地耦接于所述氣體引 擎以用于產(chǎn)生電力，從而所述烘焙處理的總能量效率超過80%。17.—種用于防止烘焙反應(yīng)器中的熱逸潰的方法，所述反應(yīng)器由非揮發(fā)性氣體加熱，所 述方法包括以下步驟:將冷空氣連同非揮發(fā)性氣體一起注入到所述反應(yīng)器中，以調(diào)整所述反應(yīng)器的溫度。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述反應(yīng)器包括實(shí)心板，所述實(shí)心板從所述反 應(yīng)器的一端到另一端以形成底部氣室，并且其中，所述非揮發(fā)性氣體在所述板下方被注入 到所述反應(yīng)器中、并且被注入到所述底部氣室中，所述實(shí)心板防止在烘焙處理中釋放的合成氣體暴露于氧氣。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，所述反應(yīng)器包括氣體引擎，并且其中，所述 非揮發(fā)性氣體是來自于所述氣體引擎的排放物。20.根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中并且進(jìn)一步包括將發(fā)電機(jī)耦接于所 述氣體引擎，并且所述發(fā)電機(jī)設(shè)置有電流傳感器，其中，將所述合成氣體輸送到所述氣體引 擎的導(dǎo)管包括壓力傳感器，并且其中，所述非揮發(fā)性氣體向所述反應(yīng)器中的注入裝置包括 入口導(dǎo)管，所述入口導(dǎo)管具有熱電偶傳感器，并且進(jìn)一步包括用于所述冷空氣的注入的調(diào) 節(jié)器組件，所述調(diào)節(jié)器組件通過所述電流傳感器、所述壓力傳感器和所述熱電偶傳感器的 輸出而被控制。21.根據(jù)權(quán)利要求17-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，從所述反應(yīng)器釋放的合成氣體在 被用作用于所述氣體引擎的燃料之前被冷卻。22.根據(jù)權(quán)利要求17-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由于所述合成氣體的冷卻，焦油被移除。23.—種用于防止烘焙反應(yīng)器中的熱逸潰的方法，包括以下步驟:用被加熱的非揮發(fā)性氣體加熱所述反應(yīng)器；以及，用冷卻空氣稀釋所述被加熱的非揮發(fā)性氣體，以防止熱逸潰。24.—種用于提高烘焙反應(yīng)器的安全性的方法，所述反應(yīng)器是將標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)商業(yè)干燥機(jī) 改造成烘焙反應(yīng)器的結(jié)果，所述標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)商業(yè)干燥機(jī)具有與其本身相連接的多個(gè)導(dǎo)管，所 述方法包括以下步驟:提供從所述干燥機(jī)的一端到另一端的實(shí)心板，以在所產(chǎn)生的反應(yīng)器中形成底部氣室和 頂部氣室；除了在烘焙處理中被用于泄放合成氣體的出口端口之外，堵塞所述干燥機(jī)的所有出口 端口；以及，提供用于來自于所述烘焙處理的所述合成氣體的柔性的裝有襯墊的導(dǎo)管，由此相比于 導(dǎo)管的原始數(shù)量，需要裝有襯墊的導(dǎo)管的數(shù)量被減少。25.—種用于烘焙生物質(zhì)的方法，包括以下步驟:提供反應(yīng)器，所述反應(yīng)器被制造有實(shí)心板；將生物質(zhì)引入到所述實(shí)心板上；用熱氣體從下方加熱所述實(shí)心板，從而使得來自于所述熱氣體的熱通過所述實(shí)心板的 加熱而被傳導(dǎo)性地傳遞到所述生物質(zhì)。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，并且進(jìn)一步包括氣體馬達(dá)、以及用于釋放的合成氣體 的且耦接在所述反應(yīng)器與所述氣體馬達(dá)之間的導(dǎo)管。27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，并且進(jìn)一步包括使用來自于所述氣體馬達(dá)的排 放物加熱所述實(shí)心板。
【文檔編號(hào)】C10L9/08GK106062152SQ201480074767
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2014年11月14日
【發(fā)明人】托馬斯·巴隆, 尼爾·巴特勒
【申請(qǐng)人】清潔發(fā)電英國(guó)有限公司