一种固体热载体加热和流量控制系统

本发明涉及用于生物质热解的固体热载体加热装置领域，特别是涉及一种固体热载体加热和流量控制系统。

背景技术：

1、生物质材料具有环境友好，资源可再生等特点，是理想的清洁能源之一，具有广阔的开发利用前景。生物质热解液化技术一种利用高温固体热载体加热粉状生物质实现生物质快速转化形成生物油、热解炭、热解燃气三种形式初级产物的热化学手段，是生物油生产的工艺之一。该技术具有热质传递效率高、冷却负载小、载体余热回收容易等优点，发展潜力巨大。

2、目前常用的用于加热生物质的固体热载体有石英砂和陶瓷球两种。其中，陶瓷球具有与石英砂相似的比热容，同时丰富的孔道可以负载催化剂实现生物质的在线热解催化，因此备受青睐。热载体加热粉状生物质是生物燃油生产过程中的关键环节，随着生物质热解技术研究的深入、生物燃油生产规模的扩大，热载体换热升温和流量控制技术先进与否直接关系到生物燃油的生产成本。

3、现有陶瓷球加热技术传热角度上可以分为直接接触式和间接接触式。其中，直接接触式，如：“用于生物质热解的固体热载体加热装置”中介绍了一种通过流化床燃烧生物质粉产生的火烟直接加热陶瓷球的方式，火烟向上运行，而陶瓷球则向下运行；“一种生物质热解液化用陶瓷球直接加热装置”中设计了一种在流化床反应器上方加装折流板，流化床内生物质燃烧产生的热烟气上行，与下行的陶瓷球进行接触换热，折流板主要起到增加陶瓷球行程，降低流速的作用，从而提高换热效率间接接触式，如：“固体热载体换热器”中设计的间壁式换热器，陶瓷球和生物质燃烧炉产生的火烟在不同的通道内流动，通过辐射换热和对流换热的方式达到陶瓷球加热的目的。

4、上述火烟直接接触加热的方式，最大的问题就是热载体表面容易结焦和积灰，降低陶瓷球的流动性的同时，也影响了陶瓷球的升温和与生物质粉的热质传递，并且容易造成热载体表面负载的催化剂失活。同时，由于烟气上行和陶瓷球下行的对冲性，如果陶瓷球下行量过大，容易造成烟气不能正常流动，引起流化床反应器的流化失效，燃烧器熄火。

5、“固体热载体换热器”中设计的间壁式换热器可以避免上述的设备问题，但是在间壁式换热结构中，陶瓷球在下行运动过程中主要通过热辐射和热对流进行换热，同时当陶瓷球堆满换热器，靠近壁面的部分陶瓷球通过热传导迅速加热，由于陶瓷球是热的不良导体，其它位置的陶瓷球加热速率较慢，难以实现陶瓷球的均匀受热控制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种固体热载体加热和流量控制系统，以解决上述现有技术存在的问题，换热装置自上而下依次交错倾斜布置于所述换热器内，且换热装置内设有热烟气流动腔室，增加了固体热载体换热面积，提高了换热效率，烟气自下往上运行进行换热，可以实现固体热载体的过渡式加热。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种固体热载体加热和流量控制系统，包括：

4、换热器，其顶部开设有固体热载体入口，底部开设有固体热载体出口，本发明所述固体热载体为陶瓷球；

5、换热装置，多级所述换热装置自上而下依次交错倾斜布置于所述换热器内，且所述换热装置内设有热烟气流动腔室，所述热烟气流动腔室顶部设有换热板，所述换热板上开设有流动沟槽，所述流动沟槽用于固体热载体流动；

6、烟气管道，设置于所述换热器侧壁处，其分别与热烟气入口和热烟气流动腔室连通，热烟气流动腔室末端连通有烟气出口；

7、流量控制器，其分别与换热器和生物质反应器连接，用于控制进入生物质反应器的固体热载体流量。

8、可选的，所述换热装置包括倾斜布置于所述热烟气流动腔室顶部的所述换热板，所述换热板上均匀开设有多个所述流动沟槽；固体热载体能够经位于上方的换热板最底端落入其下方相邻的换热板最顶端，采用换热板增加腔室结构和流动沟槽的方式实现换热效率的提升。

9、可选的，还包括导流板，所述导流板倾斜设置于所述固体热载体入口底部，且所述导流板最底端与位于最上方的所述换热板最顶端相邻。

10、可选的，所述热烟气流动腔室内均匀固定设有多个烟气挡板，所述烟气挡板竖直设置于所述热烟气流动腔室，且所述烟气挡板最低端和最高端分别与所述热烟气流动腔室的底板和顶板连接；所述烟气挡板与所述热烟气流动腔室其中一个侧壁之间设有流动口，相邻两个所述烟气挡板的流动口分别位于所述热烟气流动腔室的不同侧，基于前述结构从而使得烟气在热烟气流动腔室内呈s型流动。

11、可选的，所述换热板与水平面之间的角度为8-15°之间。

12、可选的，所述流量控制器包括并行布置的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室之间设有腔室挡板，所述腔室挡板上方设有腔室连通口，使得第一腔室左侧上部与第二腔室连通；所述第一腔室内设有螺旋输送器，采用螺旋提升的方式实现陶瓷球的流量精准控制，所述第一腔室下部一侧与所述换热器的固体热载体出口连通，所述第一腔室内部的右侧设有第一腔室隔板，将第一腔室分隔为第一腔室左侧部分和第一腔室右侧部分，所述第一腔室隔板底部开设有连通口，所述连通口与位于第一腔室左侧部分内的所述螺旋输送器连通，所述第二腔室的底部一侧与所述生物质反应器连通。

13、可选的，所述第二腔室底部设有连通的第一排料口和第二排料口，所述第一排料口处设有第一插板阀，所述第二排料口处设有第二插板阀，所述第一排料口通过输送管路与所述换热器的固体热载体入口连通，所述第二排料口与所述生物质反应器连通；所述第一排料口和第二排料口处设有温度传感器，所述温度传感器外接有控制端。

14、可选的，所述第一腔室上部一侧与所述换热器的固体热载体出口连通的管路上设有流量控制阀。

15、可选的，所述螺旋输送器包括设置于所述第一腔室底部的螺旋轴基座，所述螺旋轴基座上设有螺旋轴，所述螺旋轴顶部通过联轴器传动连接有变频电机，所述螺旋轴上均匀设有螺旋叶片。

16、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

17、本发明换热器内换热板上沟槽的设计增加了接触面积，换热板角度降低以及多板依次上下叠加布置，增加了陶瓷球流动距离和烟气的流动路径，提高了换热效率。而垂直螺旋提料的方式，反向利用了陶瓷球滚动，摩擦力小的特点，让陶瓷球充满螺旋叶片，通过改变螺旋的转速从而实现陶瓷球的精准喂料控制。

技术特征：

1.一种固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述换热装置包括倾斜布置于所述热烟气流动腔室顶部的所述换热板，所述换热板上均匀开设有多个所述流动沟槽；固体热载体能够经位于上方的换热板最底端落入其下方相邻的换热板最顶端。

3.根据权利要求2所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，还包括导流板，所述导流板倾斜设置于所述固体热载体入口底部，且所述导流板最底端与位于最上方的所述换热板最顶端相邻。

4.根据权利要求1所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述热烟气流动腔室内均匀固定设有多个烟气挡板，所述烟气挡板竖直设置于所述热烟气流动腔室，且所述烟气挡板最低端和最高端分别与所述热烟气流动腔室的底板和顶板连接；所述烟气挡板与所述热烟气流动腔室其中一个侧壁之间设有流动口，相邻两个所述烟气挡板的流动口分别位于所述热烟气流动腔室的不同侧。

5.根据权利要求2所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述换热板与水平面之间的角度为8-15°之间。

6.根据权利要求1所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述流量控制器包括并行布置的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室之间设有腔室挡板，所述腔室挡板上方设有腔室连通口；所述第一腔室内设有螺旋输送器，所述第一腔室下部一侧与所述换热器的固体热载体出口连通，所述第一腔室内部的右侧设有第一腔室隔板，所述第一腔室隔板底部开设有连通口，所述连通口与所述螺旋输送器连通，所述第二腔室的底部一侧与所述生物质反应器连通。

7.根据权利要求6所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述第二腔室底部设有连通的第一排料口和第二排料口，所述第一排料口处设有第一插板阀，所述第二排料口处设有第二插板阀，所述第一排料口通过输送管路与所述换热器的固体热载体入口连通，所述第二排料口与所述生物质反应器连通；所述第一排料口和第二排料口处设有温度传感器，所述温度传感器外接有控制端。

8.根据权利要求6所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述第一腔室上部一侧与所述换热器的固体热载体出口连通的管路上设有流量控制阀。

9.根据权利要求6所述的固体热载体加热和流量控制系统，其特征在于，所述螺旋输送器包括设置于所述第一腔室底部的螺旋轴基座，所述螺旋轴基座上设有螺旋轴，所述螺旋轴顶部通过联轴器传动连接有变频电机，所述螺旋轴上均匀设有螺旋叶片。

技术总结
本发明公开一种固体热载体加热和流量控制系统，包括换热器和流量控制器，换热器顶部开设有固体热载体入口，底部开设有固体热载体出口，流量控制器分别与换热器和生物质反应器连接，用于控制进入生物质反应器的固体热载体流量；换热器内自上而下依次交错倾斜布置有多级换热装置，其包括热烟气流动腔室；换热器侧壁处设有烟气管道，其分别与热烟气入口和热烟气流动腔室连通，从而外部的热烟气可以经热烟气入口进入各级热烟气流动腔室，并在内流动过程中与换热装置上流过的固体热载体换热，由于多个换热装置依次上下交错布置，同时换热板上设有流动沟槽，因此增加了固体热载体的流动时间和总时间内的接触面积，进而提高了其与热烟气的换热效率。

技术研发人员：李志合,李宁,柳善建,王绍庆,张安东,易维明
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16