一种微波生物质成型颗粒燃料的制备装置及方法与流程

本发明属于节能，具体涉及一种微波生物质成型颗粒燃料的制备装置及方法。

背景技术：

1、微波是指频率在300mhz-300ghz之间的电磁波。具有易于集聚成束、高度定向性以及直线传播的特性，可用来在无阻挡的视线自由空间传输高频信号。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。

2、生物质燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及“三剩物”经过加工产生的块状环保新能源。生物质颗粒的直径一般为6～10毫米。根据瑞典的以及欧盟的生物质颗粒分类标准，若以其中间分类值为例，则可以将生物质颗粒大致上描述为以下特性：生物质颗粒的直径一般为6～8毫米，长度为其直径的4～5倍，破碎率小于1.5％～2.0％，干基含水量小于10％～15％，灰分含量小于1.5％，硫含量和氯含量均小于0.07％，氮含量小于0.5％。

3、随着全球对于温室气体排放限制的愈加严格和化石燃料储量的减少，寻求新的清洁能源成为越发紧缺的任务。新型清洁能源中比如风力发电、光伏由于受到技术和天气条件的限制造成成本高、发电不稳定，使得火力发电不能被取消，即使是将来也要保存一定的火力发电作为光伏和风力发电的补充。生物质具有尤其是草本植物的秸秆有可再生、生长速度快、产量高等特点，所以很多国家和公司寻求采用木本植物的剩余产品(比如碎木屑)或草本植物的秸秆来进行加工后与原煤共同燃烧或完全代替原煤用于发电。现有技术一般是将生物质经烘干后脱出大量水分、氮、氧等物质并挤压成燃料颗粒，不过此种燃料颗粒用于发电时有与原煤掺烧比例不能过高、焦油可能堵塞管道、不能使用现有粉煤机粉碎、必须干燥保存等问题。后来很多企业又改进工艺，在烘干后进一步在无氧或弱氧条件下对生物质进一步烘焙以进一步脱除生物质中的水分、氮、氧、轻挥发分等成分并制成燃料颗粒，烘焙后制成的燃料颗粒具有热值高、疏水性强、易粉碎、与原煤高掺烧比等优点。

4、但现有生物质制作烘焙燃料颗粒时需要用化石燃料加热、热传导方式加热速度慢、产品内外熟化程度不一致、工作环境温度高，致使烘焙后产出的燃料颗粒内外熟化程度不一致、使得生物质颗粒燃烧释放热值低，为此我们提出一种微波生物质成型颗粒燃料的制备装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微波生物质成型颗粒燃料的制备装置及方法，旨在解决现有生物质制作烘焙燃料颗粒时需要用化石燃料加热、热传导方式加热速度慢、产品内外熟化程度不一致、工作环境温度高，致使烘焙后产出的燃料颗粒内外熟化程度不一致、使得生物质颗粒燃烧释放热值低。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种微波生物质成型颗粒燃料的制备装置，包括机箱；

4、烘焙筒，所述烘焙筒固定连接于机箱的内壁之间，所述烘焙筒的内壁之间转动连接有螺旋叶片，所述机箱内壁之间安装有驱动机构，所述驱动机构与螺旋叶片相连接，所述机箱的侧端开设有检修口和观察窗口，所述烘焙筒的圆周表面设置有进料机构和出料机构；

5、保温板，所述保温板固定连接于机箱的内壁上，且所述保温板位于烘焙筒的下侧；以及

6、分离机构，所述分离机构设置于机箱的内壁之间，所述分离机构设置于机箱的内壁之间，所述分离机构与螺旋叶片相连通，用以对螺旋叶片内的合成气体。

7、作为本发明一种优选的方案，所述分离机构包括气压组件、烘焙组件、滤除组件和监测组件，所述气压组件设置于机箱的内壁之间，所述气压组件设置于机箱的内壁之间，所述气压组件与烘焙筒相连通，所述滤除组件设置于机箱内，所述滤除组件与烘焙筒相连通，所述烘焙组件设置于烘焙筒的顶部，且所述烘焙组件与滤除组件相连接，所述监测组件设置于烘焙筒的内壁上。

8、作为本发明一种优选的方案，所述气压组件包括进气管、真空泵、抽真空管和单向阀，所述真空泵固定连接于机箱的内壁上，所述抽真空管固定连接于真空泵的侧端，所述抽真空管的另一端与烘焙筒相连接，所述进气管固定连接于烘焙筒的侧端，所述进气管延伸至机箱的侧端，所述单向阀安装固定于进气管的圆周表面。

9、作为本发明一种优选的方案，所述烘焙组件包括冷却水套、散热片和微波磁控管，所述冷却水套固定连接于烘焙筒的顶部，所述散热片设置有多个，多个所述散热片固定连接于冷却水套的内壁之间，多个所述散热片的顶部延伸至冷却水套的顶部，所述微波磁控管设置有多个，多个所述微波磁控管安装于多个散热片的顶部。

10、作为本发明一种优选的方案，所述滤除组件包括粉尘过滤器、通风管道、固定架、列管冷凝器、液体收集罐、引风机、合成气收集罐、第一连通管、第二连通管和第三连通管，所述固定架设置有两个，两个所述固定架固定连接于机箱的内壁上，所述列管冷凝器固定连接于两个固定架之间，所述液体收集罐固定连接于机箱的内壁上，所述第三连通管固定连接于液体收集罐和列管冷凝器之间，所述通风管道固定连接于通风管道的另一端，所述第三连通管及通风管道外壁均覆盖有电加热板以防止焦油在该两处管道中凝结，所述通风管道的另一端与多个散热片相连接，且所述通风管道的另一端分为多个只管，多个只管均与烘焙筒相连接，所述引风机和合成气收集罐均固定连接于机箱的内壁上，所述第一连通管固定连接于引风机和合成气收集罐之间，所述第二连通管固定连接于液体收集罐和引风机之间，所述粉尘过滤器设置有两个，两个所述粉尘过滤器分别固定连接于通风管道和真空泵的圆周表面。

11、作为本发明一种优选的方案，所述监测组件包括控制终端、红外测温器、压力传感器和铠装热电偶，所述控制终端固定连接于烘焙筒的顶部，所述红外测温器设置有多个，多个所述红外测温器固定连接于烘焙筒的顶部，所述压力传感器固定连接于烘焙筒的侧端，所述铠装热电偶设置有多个，多个所述铠装热电偶固定连接于烘焙筒底部。

12、作为本发明一种优选的方案，所述驱动机构包括减速电机、从动齿轮、主动齿轮、螺栓连接器和齿轮罩，所述齿轮罩固定连接于机箱的内壁之间，所述减速电机固定连接于机箱的侧端，所述减速电机的输出端延伸至齿轮罩的内壁之间，所述主动齿轮固定连接于减速电机的输出端，所述主动齿轮位于齿轮罩的内壁之间，所述从动齿轮设置于齿轮罩的内壁之间，所述螺栓连接器转动连接于齿轮罩的侧端，且所述螺栓连接器与从动齿轮固定连接，且所述螺栓连接器与螺旋叶片通过多个螺栓相连接。

13、作为本发明一种优选的方案，所述出料机构包括出料管、水冷冷却块、第一封堵块、第一电动推杆和第一安装块，所述出料管固定连接于烘焙筒的底部，所述水冷冷却块设置有多片，多片所述出料管包裹于出料管的外壁表面，所述第一安装块固定连接于出料管的侧端，所述第一电动推杆固定连接于第一安装块的底部，所述第一封堵块活动插设于出料管的侧端，且所述第一封堵块与第一电动推杆的输出端固定连接。

14、作为本发明一种优选的方案，所述进料机构包括料斗、密封板、第二封堵块、第二电动推杆和进气口，所述进气口开设于烘焙筒的顶部，所述料斗固定连接于机箱的顶部，且所述料斗的底部与进气口相对接，所述密封板通过铰轴转动连接于料斗的顶部，所述第二电动推杆固定连接于机箱的内壁上，所述第二封堵块活动插设于料斗的侧端，所述第二封堵块与第二电动推杆的输出端相连接。

15、一种微波生物质成型颗粒燃料的制备方法，包括如下步骤：

16、s1、破碎：将捆或松散的含水率45％的生物质送入破碎机中破碎，破碎成均匀的秸秆碎屑；

17、s2、烘干：破碎后的生物质由送入烘干机中进行烘干，经110摄氏度烘干半小时生物质含水率降到10％—15％；

18、s3、微波烘焙：10％—15％含水率的生物质送入一种微波生物质成型颗粒燃料的制备装置进行微波烘焙，将生物质中的分解出合成气分离出，同时快速对生物质进行冷却排出；

19、s4、造粒：冷却后的生物质进入造粒机中，经挤压制成长20—30毫米、直径5—8毫米的颗粒并装入包装袋中以便运输。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1、本方案中，当生物质进入烘焙筒内时，封闭进料机构和出料机构，单向阀关闭，使得烘焙筒处于封闭状态，启动真空泵，真空泵通过抽真空管抽取烘焙筒内的空气，使得烘焙筒内处于真空状态，当烘焙筒内处于真空状态后，通过进气管将氮气充入烘焙筒内，直至烘焙筒内的气压达到0.097mpa，为后期生物质内分离水蒸气、一次焦油、木醋液等组成的合成气，提供恒定的气压条件，充入的氮气为惰性气体不易与生物质含有的其他物质发生化学反应，提高生物质烘焙后的纯度，同时烘焙筒为密闭负压炉，工作环境为真空或惰性气体保护氛围，整个处理过程中不会有污染物从炉内向外扩散，烘焙过程完全可控，生物质不会发生燃烧，提高生物质的品质，烘焙后的生物质具有单位能量密度高、与原煤可掺烧比例高、疏水性强，易磨碎等特点，可露天保存或运输，直接使用电厂的粉煤机即可粉碎，从而节约电厂的使用成本并节省碳配额。

22、2、本方案中，多个微波磁控管用以发射微波，微波加热原理为微波通过水分子的震荡使其高速运动摩擦产生热量，这种运动摩擦生热是自生物质内部向外产生的，水分的快速蒸发使生物质表面孔隙快速增大而排出，使得热传导方式加热速度快，加之烘焙过程中，螺旋叶片对烘焙筒内的生物质进行均匀搅拌，使得生物质得到充分的微波烘焙，从而使烘焙后的生物质具有内外熟化程度更均匀、燃烧性能更好等特点，使得烘焙后产出的燃料颗粒内外熟化程度一致，生物质颗粒燃烧释放热值高。

23、3、本方案中，当封闭进料机构和出料机构后，压力传感器检测到烘焙筒的气压达到0.097mpa时，启动多个多个微波磁控管，多个微波磁控管将发射微波，物料吸收微波使物料本身的水分子震荡使其高速运动摩擦产生热量，同时启动引风机，引风机通过通风管道和第三连通管抽取烘焙筒内的合成气体，合成气体于列管冷凝器内冷凝，将合成气中的水蒸气、一次焦油、木醋液分离出，分离出的水蒸气、一次焦油、木醋液通过第三连通管流入液体收集罐内积累，剩余的合成气通过第二连通管导入引风机内，合成气通过第一连通管导入合成气收集罐内存储，同时进气管向内同时充入氮气以维持气压、和较低氧含量以防燃烧。烘焙完成后，微波磁控管停止工作，螺旋叶片继续转动，进气管继续充入氮气结合罐体外部冷却水套内的水循环迅速带走热量对物料进行降温，当检测到物料低于设定温度度以后开始打开出料阀门出料。整个烘焙过程中发射的微波只对生物质进行加热，金属部件和空气不会被加热，实现只对烘焙筒内的生物质进行加热烘焙，节约能源不会产生热量外泄，降低工作环境温度。

24、4、本方案中，合成气中的水蒸气、一次焦油、木醋液分离出，分离出的水蒸气、一次焦油、木醋液通过第三连通管流入液体收集罐内积累，剩余的合成气通过第二连通管导入引风机内，合成气通过第一连通管导入合成气收集罐内存储，冷凝后分别收集的焦油、木醋液可以再利用或销售给下游企业，产生额外收益，提高经济效率。