用于烘干生物质材料的方法和设备的制作方法

用于烘干生物质材料的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明的实施例提供了适于在用于烘干生物质材料并且减小生物质材料的颗粒尺寸的回转炉中使用的传热元件。所述传热元件由圆形物体组成，所述圆形物体具有远高于待烘干的生物质材料比重的比重、足够回转炉中的传热元件加热待烘干的生物质材料的热容量、以及足够所述传热元件用作研磨介质以减小待烘干的生物质材料的颗粒尺寸的硬度。所述传热元件具有一个或多个形成在所述圆形物体的表面中的表面特征。所述表面特征被构造为增加所述传热元件和待烘干的生物质材料之间的附着力。并且还讨论了一种用于烘干生物质材料和减小生物质材料的颗粒尺寸的系统，所述系统包括填装有所述传热元件的回转炉，以及一种使用所述系统来烘干生物质材料和减小生物质材料的颗粒尺寸的方法。
【专利说明】用于烘干生物质材料的方法和设备

【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及生物质材料的烘干的领域，并且尤其涉及回转炉和烘干处理中使用的传热介质，还涉及使用该回转炉和传热介质的烘干方法。

【背景技术】
[0002]基于生物质的燃料被认为是碳中和的，并且被认为是一种可再生能源。由于在全球范围内可获得大量的生物质废料，可将这种废料转换为半成品块料(raw pellets)形式的燃料、热解油(生物油)形式的燃料、纤维素乙醇形式的燃料、沼气形式的燃料或作为急需研究的主题的气化产品。这些处理意在增加生物质废料的能量密度，使得生物质废料可被经济地输送到市场并且易于被基于燃烧的传统发电技术所使用。
[0003]“烘干”描述的处理是指生物质材料在无氧的情况下被加热到200°C至320°C之间，以便完全去除生物质材料中的水分以及一些低沸点的挥发物，从而生物质材料可被进一步压缩成高密度的块料。烘干的生物质块料具有的额外的优点在于其具有轻微的斥水性，使得烘干的生物质块料不吸收水分，而水分能够引起膨胀和分解或随后的生物降解(由于细菌或真菌的侵害而导致)。因此，烘干的生物质燃料的稳定程度足以满足长途船运并且足以满足在储仓中长期储存。这些对商用固体燃料的意义重大。
[0004]此外，使用烘干的生物质块料的使得能够以最小程度的改造来实现基于煤炭公用发电站中的混燃。因为在所有的发电技术中，燃煤发电站通常具有最高的碳排放量，各国政府都要求燃煤发电站的运营人员采取措施来减小他们的碳排放。例如，欧盟提议在不损害公共设备运行的前提下通过多达25%的生物质块料混燃来取得有意义的减少碳排放的目标。
[0005]已经提出了多种方法来满足烘干生物质材料所需的加热。例如，已经提议使用流化床、移动床、螺杆反应器以及竖式炉来用于烘干。但是，由于主要考虑之一是保持烘干反应器无氧，这些方法将面临重大的挑战，因为它们都需要气体作为流化介质和/或作为对流传热介质。空气一般不被用作这种用于烘干处理的介质，因为空气含有大约21%的氧气，并且烘干应当在大致无氧的环境中进行。使用空气的替代物来作为流化介质和/或对流传热介质的费用可能会过高。其它的建议涉及使用回转炉来烘干生物质材料。
[0006]当然，除了在烘干期间维持低氧或无氧条件这一“普通”挑战之外，还需要维持相对恒定的工作温度。如果使用热气或基于燃料的加热系统，则很难取得和维持这种恒定的工作温度。此外，之前提议的烘干方法可能面对的难题是到松散填充的生物质材料的较差的热传递，这会减缓加热处理并且使得加热处理十分低效。由于经济上的考虑，通常需要将处理时间保持为不超过30分钟。
[0007]另外，需要控制生物质材料的颗粒尺寸，以便提供适于在随后的块料制造处理期间形成块料的颗粒。目前的烘干处理通常被设计为仅“加热”生物质材料到所需的温度。随后的减小颗粒是必要的，以便提供适于生产块料的颗粒。


【发明内容】

[0008]根据本发明的实施例，提出了用于烘干生物质材料的设备和方法。在一些布置中，应用了大致均匀的加热，并且还应用了对生物质材料的合理且精确的温度控制。这可在大致无氧的环境中进行。此外，根据本发明的实施例还可以提供高的热传递和能效以及生物质材料的加强的混合。此外，热传递可与减小颗粒尺寸相组合，以便提供适于生产块料的烘干颗粒。烘干处理可取得生物质废料的15GJ/m3或更高的能量致密度。
[0009]根据本发明的实施例，这可通过提供适于在用于烘干生物质材料并且减小生物质材料的颗粒尺寸的回转炉(100)中使用的传热元件来实现。所述传热元件由圆形物体组成，所述圆形物体具有明显高于待烘干的生物质材料的比重(通常系数至少为五倍)的比重、足够回转炉中的传热元件加热待烘干的生物质材料的热容量，以及足够所述传热元件用作研磨介质以减小待烘干的生物质材料的颗粒尺寸的硬度。所述传热元件具有一个或多个形成在所述圆形物体的表面中的表面特征。所述表面特征被构造为增加所述传热元件和待烘干的生物质材料之间的附着力。所述表面特征还能增加所述元件的表面积，这将加强热传递。
[0010]在一些实施例中，传热元件具有的热容量使得总质量为待烘干的生物质材料的质量的8-10倍的传热元件足以快速且均匀地加热生物质材料。
[0011 ] 在一些实施例中，传热元件的表面特征包括切口，所述切口具有切口内边缘之间的介于大约30°到大约45°之间的角度。在一些实施例中，可存在一个或多个从所述切口分支出的分支切口。应明白正如文中使用的，“切口 ”可通过切割、模塑来形成，或通过形成传热元件的一部分并且使该部分的边缘被构造为增加传热元件和待烘干的生物质之间的附着力的任何方法来形成。
[0012]根据本发明的多种实施例，传热元件可被成形为球形、圆柱形或椭球形，并且可包括钢、不锈钢、青铜或陶瓷材料。
[0013]在本发明的一些实施例中，提供了用于烘干生物质材料和减小生物质材料的尺寸的系统。所述系统包括回转炉，所述回转炉包括具有管入口和管出口的炉管。炉管被一个或多个加热器包围。回转炉是基本上气密性的。所述系统包括多个如上所述的传热元件，所述传热元件被布置在炉管内。
[0014]在一些实施例中，加热器包括蛤壳状电阻加热器，所述蛤壳状电阻加热器被构造为朝向所述炉管的中央辐射热量。在其它实施例中，所述加热器包括热流体加热系统，例如热油加热系统。所述加热器通过控制器控制，所述控制器被构造为:在烘干处理期间，以大约+/_2°C的精度将所述回转炉维持在大约200°C到320°C之间的预定温度下。
[0015]在一些实施例中，所述炉管的内壁包括低矮螺旋导流板，所述低矮螺旋导流板被构造为:当所述炉管旋转时，促进所述生物质材料在炉管中向前移动。所述回转炉还可包括布置在管出口附近的粗孔筛。所述粗孔筛被构造为:允许烘干的生物质材料穿过所述粗孔筛并离开回转炉，而同时将所述传热元件保留在炉管内。
[0016]在一些实施例中，本发明提供了用于烘干生物质材料和减小生物质材料的颗粒尺寸的方法。所述方法包括:将生物质材料引入到填装有多个传热元件的回转炉中。所述传热元件由圆形物体组成，所述圆形物体具有远高于生物质材料比重的比重(通常系数至少为5倍)、足够回转炉中的传热元件加热生物质材料的热容量、以及足够所述传热元件用作研磨介质以减小生物质材料的颗粒尺寸的硬度。所述传热元件还包括被构造为增加传热元件和生物质材料之间的附着力的表面特征。
[0017]所述方法还包括:以预定速度旋转回转炉，以便使所述传热元件和生物质材料之间接触。这可用于均匀地(或至少相对均匀地)加热生物质材料，并且使用传热元件来研磨生物质材料以便减小生物质材料的颗粒尺寸。这可在将回转炉中维持在预定温度和低氧或无氧的条件时被完成。在预定的工作时间之后，烘干的具有减小的颗粒尺寸的生物质材料被从所述回转炉中排出。
[0018]维持所述回转炉中的预定温度可包括:以大约+/_2°C的精度将预定温度维持在大约200°C到320°C之间的范围内。维持所述回转炉中的低氧或无氧条件可包括:将惰性气体引入到所述回转炉中。
[0019]在一些实施例中，所述方法还包括将所述回转炉和所述回转炉中的所述传热元件预加热到预定的温度。一些实施例可包括:在将生物质材料引入到所述回转炉中之前，使用废热源对所述生物质材料进行预干燥。在一些实施例中，烘干的生物质材料从所述回转炉中排出之后被骤冷处理，以便防止烘干的生物质被进一步氧化。
[0020]在所述方法的一些实施例中，传热元件的表面特征包括切口。可从所述切口分支出一个或多个分支切口。在所述方法的一些实施例中，传热元件被成形为球形、圆柱形或椭球形。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]在附图中，相同的附图标记通常代表不同视图中相同的部件。附图不一定按比例绘制，重点在于强调对本发明的原理进行图解。在下面的描述中，参考附图对本发明的多种实施例进行描述，其中:
[0022]图1示出了根据本发明的实施例的填装有热传递元件和纤维生物质材料的回转炉；
[0023]图2A和2B示出了根据本发明的实施例的示例性的球形热传递元件的视图；
[0024]图3A和3B示出了根据本发明的实施例的示例性的圆柱形热传递元件的视图；
[0025]图4为示出根据本发明的实施例的生物质材料的烘干方法的框图。

【具体实施方式】
[0026]根据本发明的示例性实施例，提供了一种烘干生物质废料的烘干系统，其目标在于取得生物质块料形式的15GJ/m3的能量致密度。图1示出了系统的概略图，图1示出了特殊设计的回转炉100。回转炉100包括炉管102，所述炉管可由高强度钢板制成。炉管102的外部安装有多段蛤壳状电阻加热器，例如加热器104和106。替代性地，炉管102可被热流体或热流体加热系统(例如热油系统)包裹，或被其它合适的用于加热炉管102中的材料的系统包裹。可使用控制器(例如，未示出的标准可编程逻辑控制器PLC)来在使用期间控制炉温，优选地将预定温度维持在200°C到320°C之间(精度大约为+/_2°C)。在使用中，生物质材料107在管入口 110处被供入到炉管102中，并且在经过预定的时间周期(通常不超过30分钟)后，作为具有适于生产块料的颗粒尺寸的烘干生物质在管出口 112处离开所述炉管102。
[0027]通过使用炉管102的壁的外部的蛤壳状电阻加热器(例如加热器104和106)，所有的热将辐射到炉管102的中央，而炉管102的壁温将被监控并维持在工作温度。通常，具有预加热期，其中炉管102装载有加热介质，例如传热元件120 (下文将描述)。一旦达到工作温度，将开始将生物质材料供入到回转炉100中。因为整个回转炉100 (包括传热元件120)具有比生物质大很多倍的热容量，所述生物质将被快速且均匀的加热而没有超温的风险。
[0028]炉管102的内壁包括低矮螺旋导流板(low-rise spiral baffles) 108,所述低矮螺旋导流板在旋转的基础上促进炉管102中的生物质材料107的向前的运动。导流板108可由钢制成，并且可被连接到炉管102的内壁上(例如通过焊接)。
[0029]炉管102装填有多个传热元件120。正如下文中将详细描述的，这些传热元件120通常为回转体(例如球或圆柱)，制成所述回转体的材料具有相对高的预定比重(优选远高于生物质材料的比重)以及预定的热容量和硬度，所述材料例如为钢、不锈钢、青铜或陶瓷材料。例如，传热元件的比重通常至少为生物质材料107的比重的大约五倍，并且热容量使得传热元件120的总质量(为填装在回转炉中的生物质材料107的质量的大约8至10倍)足以迅速且均匀地加热生物质材料。传热元件的比重可具有其它值，例如比生物质材料高6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、12倍或15倍(或更高)。
[0030]在回转炉100工作期间，传热元件120充当吸热部件，并且与生物质材料一起被加热器104和106加热。炉管102以预定的速率旋转，这使得传热元件120可以和被处理的生物质材料107之间能够密切接触，从而均匀地加热所述生物质材料。
[0031]除了促进到生物质材料107的平缓的热传递之外，传热元件120在烘干期间还起到研磨介质的作用，将生物质材料“压碎”或“研磨”成较小的颗粒尺寸。通过传热元件120，回转炉120还充当一种减小生物质材料的颗粒尺寸的球磨机。生物质和传热元件120在回转炉中旋转的总时间将由生物质材料107的最终颗粒尺寸确定。此外，正如下文中将要描述的，传热元件120包括用于增加传热元件120和生物质材料107之间的附着力的表面特征，包括切口使得一旦烘干，生物质材料能够被容易地释放。传热元件120通常具有均匀的尺寸，从而允许它们容易地与生物质分离。
[0032]可基于待由回转炉100处理的生物质材料的吞吐量来计算待使用的传热元件的总填装量。可使用下述公式来计算待使用的传热元件的总填装量:
[0033]mht X Cpht X Λ Tht = m b X Cpb X Λ Tb
[0034]其中，
[0035]mht为传热元件的质量；
[0036]mb为被处理的生物质的质量；
[0037]Cpht为传热元件的热容量；
[0038]Cpb为被处理的生物质的热容量；
[0039]Δ Tht为将传热介质考虑在内的温降；以及
[0040]Λ Tb为烘干所需的生物质中的温升。
[0041]通常，试图使传热元件中的温降八!^最小化，以便保持烘干反应器(即，回转炉100)在接近等温的条件下工作。因此，与被处理的生物质材料的质量和热容量相比，传热介质的质量和热容量通常较大。如上所述，传热元件的比重通常至少为生物质材料的比重的大约5倍，并且传热元件的总质量为被进行烘干的生物质材料的质量的8-10倍。
[0042]为了取得用于生物质烘干的所需的热传递特性，在一种实施方式中，生物质材料的整体加热速度被保持在50C/分钟或更低，以便防止开始快速热解。
[0043]传统技术实施方式使用外部电加热器来控制加热速度和温度水平。但是，正如文中公开的，添加传热介质以便通过密切接触来增强到生物质材料的传递(利用传热元件和收集在反应器内壁之间和/或抵靠所述反应器内壁的生物质材料之间的热传导实现)。传热介质被选择为具有高的比密度和热容量，从而使得这些元件所保持的总的显热(sensible heat)或热惯性与生物质相比足够的大。通过接触生物质填料,这将导致传热元件中的小的温降，以便保持整个反应器处于等温或近似等温的条件下。
[0044]在一个实施方式中，填装的传热介质的重质量为任意时刻反应器中所保持的生物质的质量的50倍(或更多)。在生物质被填装之前，传热介质可被预加热至工作温度。因此，传热介质的热容量或比热是一个重要的性质，其将确定反应器的工作特性，但是只要这些元件的热惰性足够高(使得局部温降不超过5C)则对其不预设限制。
[0045]所选择的传热材料的典型热容量或比热可以在0.45KJ/Kg K到1.5KJ/Kg K的范围内。与生物质材料的典型热容量或比热(范围为1.5KJ/Kg K到2.0KJ/Kg K)相比，传热介质的填装质量可以是填装到反应器中的生物质材料的填装质量的多倍(或许差不多20-50倍)。这将使得反应器温度保持近似恒定在设置值附近，或以最小的波动保持近似恒定在期望的工作温度。
[0046]管出口 112附近的粗孔筛114允许烘干的生物质穿过筛网到达管出口 112，而同时将传热元件120保留在炉管102中。炉管102还包括气体喷嘴(未示出)，以便能够引入足够的惰性气体(例如，氮气)来防止加热炉中的生物质材料的失控氧化。此外，回转炉100被设计成气密性的，以便防止在工作期间将环境气体引入到所述系统中。
[0047]回转炉100的规模取决于每小时将要处理的生物质材料的量。使用“分散”的生物质资源的情况下，可以考虑每年处理10000吨到15000吨或每小时处理2吨到5吨的烘干单元。这一生产能力可将半成品生物质原料长距离运输到集中处理设施的需求最小化。基于这一设计参数，可使用内部容积为10立方米到20立方米的回转炉100。内径为大约1.5米到2米并且长度为大约8米到10米的炉管102将具有20立方米到25立方米的总的内部容积，这将足以满足预期的使用。
[0048]基于设计能力为2吨到5吨每小时，传热元件120通常为直径和/或长度为大约50mm到75mm的球体或圆柱。螺旋导流板108的高度通常大约为传热元件120的尺寸的四分之三。炉管102由具有足够厚度的高强度钢板制成，以便抵抗管体自身和传热元件120以及待处理的生物质材料的总重量产生的机械载荷。
[0049]现在参考图2A到图2B，描述了根据本发明的传热元件120的实施例。传热元件的形状200为球形(或大致为球形)，并且在其表面上包括一个或多个切口 202。应明白正如文中使用的，“切口 ”可通过切割、模塑来形成，或通过形成传热元件的一部分并且使该部分的边缘被构造为增加传热元件和待烘干的生物质之间的附着力的任何方法来形成。每个切口 202还可具有一个或多个分支切口，例如分支切口 204a和204b。这些切口被构造为“钩”到生物质材料的纤维元件中。这些切口被构造为“钩”到生物质材料的纤维元件中。切口202还被构造为:一旦生物质材料已经被烘干，切口 202就能够容易地释放生物质材料。在一些实施例中，切口 202的一条内边缘206a可与切口 202的另一内边缘206b形成的“竖轴”成30°到45°之间的角度(所述角度通常是粗略的，并且允许测量上和加工制造上的普通的误差界限)。也可设想很多其它的表面处理来维持整体为球形，并且同时具有被特别设计为增加传热元件和生物质材料之间的“附着力”的特征。
[0050]传热元件200上的表面特征(例如，切口 202以及分支切口 204a和204b)被构造为增加传热元件200和生物质材料之间的“附着力”，以便促进生物质颗粒和/或纤维与传热元件之间的均匀混合。这将防止生物质材料较低的比重所导致的生物质材料处于传热元件上方的分层的潜在可能。此外，正如上面所注意到的，表面特征(例如，切口 202以及分支切口 204a和204b)被构造为成一定角度，以便使得一旦被烘干就能够容易地释放生物质材料。
[0051]传热元件应当由高密度材料制成，所述材料的比重通常至少是被处理的生物质材料的比重的大约5倍，并且所述材料具有良好的热容量和硬度，因为传热元件200还被用于研磨生物质材料(如上所述)。在一些实施例中，金属(例如，钢、不锈钢或青铜)可被用于制造传热元件200。在一些实施例中，其它材料(例如，陶瓷)也可被使用。通过选择具有高比重的传热元件，它们在回转炉中的作用类似于球磨机中的球磨介质。连续的“旋转”和“翻滚”动作将使生物质颗粒被“压碎”和“研磨”到较小的颗粒尺寸。
[0052]如上所述，对于设计能力为每小时2吨到5吨生物质材料的整体系统，传热元件200的直径大约为50mm到75mm。当然，应明白的是，根据烘干系统的设计能力，还可使用其它参数。
[0053]传热元件200被示出为大致的球形。整体的“球形”或传热元件200的“圆度”有利于在回转炉管内相对顺畅的运动。这种圆形的形状还提供了具有较大表面积的传热元件200，而这将促进热传递。应明白的是，尽管传热元件被示出为球形，但是还可使用多种其它的回转体形状(包括椭球体，圆柱体)，或可使用其它的能够在回转炉管内以相对顺畅的方式旋转和运动并且提供用于热传递的大的表面区域的回转体形状。
[0054]图3A和3B示出了圆柱形式的示例性传热元件300。类似于图2A-2B中示出的传热元件200，传热元件300包括切口 302以及分支切口 304a和304b形式的表面特征。如上所述，切口 302包括内边缘306a和306b。这些表面特征的用途类似于上文中参考图2A-2B所作的描述。
[0055]现在参考图4，描述了根据本发明的实施例的整体烘干方法。方法400从步骤402开始，步骤402对回转炉和装载在回转炉中的传热元件进行预加热。回转炉和传热元件被预加热到烘干系统的工作温度(通常为200°C到320°C )，以便实现系统的高效连续的运行。预加热将确保:在生物质材料被引入时，该生物质材料将通过与被预加热的传热元件的良好混合和密切接触来快速地达到工作温度。
[0056]在步骤404中，生物质废料的颗粒尺寸被减小至大约1/4〃或大约6mm。例如，这将通过使供给的生物质材料穿过已知的具有振动筛的工业用木材切削机来完成。
[0057]在406中，如果例如存在可用的废热源的话，将执行预干燥生物质材料的可选步骤。所述废热源可以是来自锅炉/加热炉的烟道废气或是废的生产蒸汽。通常，半成品生物质废弃物可含有高达60% -70%的水分。通过使用预干燥，可在烘干之前将水分降低至小于20%，这将具有多个优点。首先，因为大量的能量被花费在蒸发生物质材料的水分含量上，这将减少用于烘干处理的能量消耗。其次，因为当材料被预干燥时能含量被显著提高，这将使得来自烘干处理的逸出气体能够被能量回收系统所利用。逸出气体可作为辅助燃料供给到现有的锅炉和/或柴油发电机，因此可减小总的处理电能消耗。
[0058]一旦生物质材料被切碎并且干燥(可选)，烘干系统可连续工作，其中生物质材料经由带式进料机或螺旋送料器被供给。在步骤408中，使用装填有所述传热元件的回转炉来同时进行烘干和尺寸减小。在子步骤408a中，生物质材料被供入回转炉。
[0059]在子步骤408b中，回转炉以预定的速度旋转，使传热元件和生物质材料间接触，从而均匀地加热生物质材料。如在子步骤408c中所示的，旋转以及与传热元件的接触同时减小生物质颗粒的尺寸。如上所示，传热元件可配置有例如切口的表面特征，所述表面特征被构造为:增加传热元件和生物质材料之间的附着力，并且一旦生物质材料被烘干就能够容易地释放生物质材料。
[0060]根据子步骤408d，电阻加热器或其它合适的加热机构(例如，热油系统)提供的热穿过炉壁进入，使得根据生物质材料的种类以及所需烘干的程度来将温度维持在200°C到320°C之间的范围内。温度的精度被维持控制在大约±2°C，以便确保回转路在整个处理过程中大致等温地工作。
[0061]在子步骤408e中，保持回转炉内部为低氧或无氧条件(例如，通过引入氮气的惰性气体)，以便防止炉内的生物质材料失控氧化。应当注意的是，惰性气体的引入也可在预加热步骤402期间发生。回转炉被设计成气密性的，以便防止在工作期间将环境气体引入到系统中。
[0062]一旦到达所需的工作时间(通常大约1/2小时)，在子步骤408f中，生物质材料可开始在回转炉出口处被连续地排出。在回转炉出口处，使用粗孔筛来将烘干的生物质材料和传热介质分离并将传热介质保留在炉内。应明白的是，烘干处理子步骤408a-408f可同时发生，作为连续处理的一部分。例如，回转炉内的导流板可使生物质材料连续地向前移动穿过回转炉，从而使得一些烘干的并且尺寸减小的生物质材料在炉中被处理并且离开加热炉，而未处理的生物质材料被引入到炉中。
[0063]在步骤410中，常规的骤冷系统在炉出口处对生物质材料进行骤冷处理(即，快速冷却)，以便防止烘干的生物质被进一步氧化。一旦经过骤冷处理，在步骤412中，烘干且尺寸减小的生物质材料随后可被供入常规的制块机中，以便形成高能量块料。完成的生物质块料随后被准备储存到储仓中或被包装以便进行船运。
[0064]根据本发明的实施例，回转炉中的传热元件的使用与改善的传热颗粒尺寸减小相结合。两者都是烘干处理所期望的结果。此外，通过使用外部加热的回转炉，可取得相对精确的温度控制，并且穿过回转炉的壁的热损失可被保持的很低。传热介质在回转炉内的旋转动作使被处理的生物质材料良好地混合，并且均匀且平缓地加热而不会存在超温的风险。传热元件的表面特征加强了所述混合和热传递，并且可以进一步减小生物质填料的颗粒尺寸。此外，如果进行了生物质材料的预干燥，则能量回收是可行的，这将显著地减少处理的总能耗。
[0065]尽管参考特定的实施例具体地示出和描述了本发明，但是领域内的技术人员应理解的是，可做出多种不同的形式上和细节上的变化而不背离本发明的由所附权利要求限定的精神和范围。因此，本发明的范围由所附权利要求指定，并且包含权利要求的等价物的意义和范围内的所有变化。
【权利要求】
1.一种传热元件(200，300)，所述传热元件(200，300)适于在用于烘干生物质材料并减小生物质材料的颗粒尺寸的回转炉(100)中使用，所述传热元件包括: 圆形物体，所述圆形物体具有:待烘干的生物质材料的比重至少五倍的比重；足够所述多个传热元件加热待烘干的生物质材料的热容量；以及足够所述传热元件用作研磨介质以减小待烘干的生物质材料的颗粒尺寸的硬度，以及 形成在所述圆形物体的表面中的一个或多个表面特征(202，204a，204b，302，304a，304b)，所述表面特征被构造为增加所述传热元件和待烘干的生物质材料之间的附着力。
2.根据权利要求1所述的传热元件(200，300)，其中，所述传热元件的热容量足够总质量为填装到所述回转炉中的生物质材料的质量的8-10倍的多个传热元件加热待烘干的生物质材料。
3.根据权利要求1或2所述的传热元件(200，300)，其中，所述传热元件(200，300)的表面特征包括切口(202，302)。
4.根据权利要求3所述的传热元件(200，300)，其中，所述切口(202，302)具有所述切口 (202,302)的内边缘(206a，206b，306a，306b)之间的角度，所述角度介于大约30°到大约45。之间。
5.根据权利要求3或4所述的传热元件(200，300)，其中，所述切口(202，302)分支出一个或多个分支切 口(204a，204b, 304a, 304b)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传热元件(200，300)，其中，所述传热元件(200，300)被成形为球形、圆柱形或椭球形。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传热元件(200，300)，其中，所述传热元件(200，300)包括钢、不锈钢、青铜或陶瓷材料。
8.一种用于烘干生物质材料并且减小生物质材料的尺寸的系统，所述系统包括: 回转炉(100)，所述回转炉(100)包括具有管入口 (110)和管出口 (112)的炉管(102)，所述炉管(102)被一个或多个加热器(104，106)包围，所述回转炉(100)为基本上气密性的；以及 多个布置在所述炉管(102)内的根据权利要求1-6中任一项所述的传热元件(120)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述加热器(104，106)包括蛤壳状电阻加热器，所述蛤壳状电阻加热器被构造为朝向所述炉管(102)的中央辐射热量。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述加热器(104，106)包括热流体加热系统。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的系统，其中，所述加热器通过控制器控制，所述控制器被构造为:在烘干处理期间，以大约+/_2°C的精度将所述回转炉维持在大约200°C到320°C之间的预定温度下。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其中，所述炉管(102)的内壁包括低矮螺旋导流板(108)，所述低矮螺旋导流板(108)被构造为:当所述炉管(102)旋转时，促进所述生物质材料在炉管(102)中向前移动。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的系统，其中，所述回转炉(100)还包括布置在管出口(112)附近的粗孔筛(114)，所述粗孔筛被构造为:允许烘干的生物质材料穿过所述粗孔筛(114)并离开所述回转炉(100)，而同时将所述传热元件(120)保留在所述炉管(102)内。
14.一种用于烘干生物质材料和减小生物质材料的颗粒尺寸的方法，所述方法包括: 将生物质材料引入到回转炉(100)中，所述回转炉(100)填装有多个传热元件(120)，所述传热元件(120)包括圆形物体，所述圆形物体具有生物质材料的比重至少五倍的比重、足够所述多个传热元件加热生物质材料的热容量、以及足够所述传热元件用作研磨介质以减小生物质材料的颗粒尺寸的硬度，所述传热元件还包括表面特征(202，204a，204b，302，304a, 304b)，所述表面特征(202，204a, 204b, 302，304a, 304b)被构造为增加所述传热元件和生物质材料之间的附着力； 以预定的速度旋转所述回转炉(100)，以便使所述传热元件(120)和生物质材料之间接触从而加热生物质材料,并且使用所述传热元件(120)来研磨生物质材料以便减小生物质材料的颗粒尺寸； 维持所述回转炉(100)中的预定温度； 维持所述回转炉(100)中的低氧或无氧条件；以及 在预定的工作时间之后，将烘干的具有减小的颗粒尺寸的生物质材料从所述回转炉(100)中排出。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述传热元件(120)的热容量足够总质量为填装到所述回转炉中的生物质材料的质量的8-10倍的多个传热元件(120)加热生物质材料。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，维持所述回转炉(100)中的预定温度包括:以大约+/-2°C的精度将预定温度维持在大约200°C到320°C之间的范围内。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中，维持所述回转炉(100)中的低氧或无氧条件包括将惰性气体引入到所述回转炉中。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的方法，进一步包括:将所述回转炉(100)和所述回转炉(100)中的所述传热元件(120)预加热到预定的温度。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的方法，进一步包括:在将生物质材料引入到所述回转炉(100)中之前，使用废热源对所述生物质材料进行预干燥。
20.根据权利要求14-19中任一项所述的方法，进一步包括:在将烘干的生物质材料从所述回转炉(100)中排出之后，对所述烘干的生物质材料进行骤冷处理。
21.根据权利要求14-20中任一项所述的方法，其中，所述传热元件(120)的表面特征包括切口 (202，302)。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述切口(202，302)分支出一个或多个分支切口 (204a,204b,304a,304b)。
23.根据权利要求14-21中任一项所述的方法，其中，所述传热元件(120)被成形为球形、圆柱形或椭球形。
【文档编号】C10L5/28GK104471033SQ201380010013
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年1月4日 优先权日:2012年1月6日
【发明者】梁迪 申请人:碳佳有限公司（新加坡）