生物質烘焙碾碎機的製作方法

2023-06-05 00:48:36 1

專利名稱：生物質烘焙碾碎機的製作方法
技術領域：
本公開涉及支持石油化工業和發電業的高效率氣化系統，並且更具體地涉及用於其的粉碎碾碎機。
背景技術：
粉碎碾碎機通常用於乾燥和碾碎諸如生物質和城市固體廢物的纖維材料，例如柳枝稷(switch grass)、玉米秸杆和廢木屑。儘管碾碎機可以減小纖維原料的尺寸，但碾碎機可能無法將佔主導地位的纖維質材料的比能容量提升到高於8000 Btu/lbm。

發明內容
根據本公開的一個示例性方面的一種生物質烘焙系統包括碾碎機，其接收未加工生物質原料並且在高於400 F (204 C)的溫度下操作以產生包含經碾碎生物質產品的含塵煙道氣。旋風分離器在所述碾碎機的下遊，用於至少部分地從所述含塵煙道氣分離高於預定尺寸的經碾碎生物質產品。過濾器在所述旋風分離器的下遊，用於至少部分地從所述含塵煙道氣分離低於預定尺寸的經碾碎生物質產品以提供煙道氣。冷凝器在所述過濾器的下遊，用於從所述煙道氣分離蒸汽作為液體水。根據本公開的一個示例性方面的一種生物質烘焙方法包括在高於400 F的操作溫度下碾碎未加工生物質原料以產生包含經碾碎生物質產品的含塵煙道氣；從所述含塵煙道氣分離高於預定尺寸的經碾碎生物質產品以提供煙道氣；並且從所述煙道氣分離蒸汽作為液體水。根據本公開的一個示例性方面的一種接收未加工生物質原料的碾碎機包括具有至少一個葉片的轉子，所述至少一個葉片包括主動冷卻特徵。根據本公開的一個示例性方面的一種接收未加工生物質原料的碾碎機包括具有由複合材料製造的至少一個葉片的轉子。


本領域技術人員將會從所公開的非限制性實施例的以下詳細描述明白各種特徵。詳細描述的附圖可簡要介紹如下
圖1是生物質烘焙系統的一般性示意方框圖；並且圖2是用於碾碎纖維和非纖維散裝材料的固體破壞線的圖形表示。
具體實施例方式圖1示意性地示出了生物質烘焙系統20。生物質烘焙系統20通常包括碾碎機22、
4氣體加熱器對、氣體鼓風機26、旋風分離器觀、過濾器30、冷凝器32和壓實機34。還應該理解的是，儘管在示意性示出的實施例中公開了具體的部件布置，但是也可替代地或另外地採用其他部件布置。例如，可任選地包括氣體加熱器M和壓實機；34。碾碎機22被供應有未加工的生物質原料F，例如已經被預處理到小於50wt %水分和不足1英寸(200目)尺寸的柳枝稷、玉米秸杆和/或廢木屑。未加工的生物質原料F具有約7000 Btu/lbm或更小的熱值。碾碎機22在400-600 F (204-316 C)之間的升高溫度下操作，使得未加工的生物質原料F經歷輕微的熱解。在一個非限制性實施例中，碾碎機22的轉子系統R可獲得高於500 ft/sec的尖端速度。碾碎機22的旋轉部件內的高尖端速度(高於500 ft/sec)可防止當碾碎機22中的內部再循環生物質和煙道氣(即，含塵氣體)處於高於400 F的烘焙溫度時出現嚴重的設計問題。這通常是因為用於常規碾碎機構造的常規金屬可在這些升高的烘焙溫度時具有顯著更低的極限抗張強度。這些更低的極限抗張強度可能沒有高到足以允許常規碾碎機在14000 psi (在500 ft/sec尖端速度的情況下產生)的標稱張應力下的有效操作。因此，必須相對於常規碾碎機來改變碾碎機22。在一個非限制性實施例中，碾碎機22的轉子系統R的主動水冷系統(在附圖標記W處示意性示出)可用於抑制金屬溫度。主動水冷系統W可將諸如水的冷卻流體傳輸到轉子系統R的每個葉片B。應當理解，可採用各種流體傳輸路徑。在另一個非限制性實施例中，碾碎機22的轉子系統R可由輕質複合結構材料製造，該輕質複合結構材料具有比金屬顯著更高的強度重量比。這種複合材料可包括陶瓷基複合材料(CMC)，其中，基體材料可以是碳化矽(SiC)，其不僅輕質而且高度耐腐蝕，這對於粉碎碾碎機的磨蝕表面而言是期望的性質。碾碎機22也可接收基本上無顆粒的煙道氣Gp，其處於高於約250 F (121 C)的溫度並且在一個非限制性實施例中可為約500 F (260 C)。經乾燥和粉碎的生物質原料F和含塵煙道含塵煙道氣Gt離開碾碎機22，以便通過旋風分離器28和燭形過濾器30分離。旋風分離器觀通常採用高速旋轉流，並且過濾器30可以是採用圓柱形、管狀過濾器元件的燭形過濾器。在一個非限制性實施例中，旋風分離器觀分開大於約10微米的顆粒，而燭形過濾器30分開小於約10微米的顆粒，使得基本上僅留下無顆粒的煙道含塵煙道氣Gp。該位置處的無顆粒的煙道含塵煙道氣Gp可以是約60%蒸汽。在旋風分離器28和過濾器30的下遊，無顆粒煙道含塵煙道氣Gp在冷凝器32內被冷卻到約212 F (100 C)以從經乾燥的熱的無顆粒煙道氣Gp中分離出蒸汽，作為液體水。在冷凝器32的下遊，液體水的一部分可被傳輸到水冷系統W。在冷凝器32的下遊，可用鼓風機沈將經乾燥的熱的無顆粒煙道氣Gp的一部分傳輸回碾碎機22，並且如果需要的話，通過燃氣加熱器M的操作來增加煙道氣Gp的溫度。如果需要上遊的燃氣加熱器M來將碾碎機22的內部溫度保持在400-600 F(204-316 C)之間，那麼燃氣加熱器對在經乾燥的無顆粒煙道氣Gp的一部分上被點燃。應當指出，經乾燥的無顆粒煙道氣Gp基本上是低Btu的合成氣，其包含氫氣(H2)和一氧化碳(CO)以及諸如二氧化碳(C02)的其他氣體，具有約100 Btu/scf (標準立方英尺)的容積熱值。替代地，如果不需要燃氣加熱器M來保持碾碎機22的內部溫度，那麼基本上所有的相對低Btu的無顆粒煙道氣Gp可被存儲或用於其他的局部加熱或發電應用。
替代地，對於碾碎機22在400-600 F (204-316 C)溫度下操作而言，甚至可能不需要燃氣加熱器24，因為碾碎機22產生了內部廢熱，該內部廢熱可能足以將溫度保持在400-600 F (204-316 C)的溫度範圍。也就是說，含塵煙道氣Gp至少部分地在碾碎機22中再循環，從而維持期望的溫度。經乾燥和粉碎的生物質原料F離開碾碎機22作為經碾碎的生物質產品MB，其被旋風分離器觀和燭式過濾器30從含塵煙道氣Gt分離。經碾碎的生物質產品MB具有相對低的容積密度，通常低於20 lbm/ft3。如果經碾碎的生物質產品MB的容積密度需要大於約20 lbm/ft3以便運輸，則經碾碎的生物質產品MB可被傳輸到壓實機34中以增大容積密度。例如，生物質容積密度可以在低於100 PSi的固結壓力的情況下被增大到超過40 lbm/ft3。如果在低於15 水分的乾燥模式中操作壓實過程，則來自壓實機34的經碾碎的生物質產品MB可稍後在使用位置用非常小的能量消耗被重組為標稱200目產品尺寸。例如由新澤西州Kenilworth的Atlantic Coast Crushers Inc.製造的內嵌式流動崗哨已經被指認為用於該重組操作。參見圖2，圖形化地示出了用於碾碎纖維和非纖維散裝材料的典型固體破壞線。對於纖維材料而言，當與諸如煤的非纖維材料相比時，導致固體破裂且形成顆粒所需的剪切載荷τ在高壓縮載荷下是顯著的。嘗試在常規錘式碾碎機、滾筒碾碎機或對轉圓盤式碾碎機中碾碎纖維生物質通常導致碾碎機的堵塞，因為這種常規碾碎機在普通操作壓縮σ條件時不會產生所需的剪切載荷τ。這種堵塞可能導致碾碎機隨後停機，以便進行清潔。例如由力口拿大 British Columbia 的 First American Scientific Corporation (FASC)製造的動態裂解系統(KDS)碾碎機提供了一種乾燥和碾碎諸如生物質的纖維材料的粉碎碾碎機。KDS碾碎機在非常低的壓縮下用剪切載荷克服了纖維材料的破裂，從而纖維材料不會在兩個金屬表面之間被擠壓(即，壓縮)，而是為生物質提供了 τ和σ均為零的自由表面。儘管KDS碾碎機降低了纖維材料的尺寸，但KDS碾碎機在環境溫度到175 F (79 C)操作溫度下操作並且不將佔主導地位的纖維質材料的比能容量提升到高於8000 Btu/lbm的值。本文公開的生物質烘焙系統20提供了在低載荷和高溫度條件下的碾碎能力。在回收低Btu無顆粒煙道氣Gp的情況下，碾碎機在400至600 F的烘焙溫度下的操作促進了乾燥基礎上的經碾碎生物質產品MB的比熱容量從約7000 Btu/lbm提高到超過11000 Btu/Ibm0此外，生物質烘焙系統20為後續被壓縮的材料提供超過40 lbm/ft3的容積密度以有利於長距離運輸。應當理解，相對位置術語，例如「前」、「後」、「上」、「下」、「高於」、「低於」等均是參照
本發明的普通操作姿態而言的，並且不應被認為以其他方式產生限制。應當理解，在遍及幾幅附圖中，相同的參考數字表示對應或相似的元件。還應當理解，儘管在所示實施例中公開了具體的部件布置，但其他布置也將從中受益。儘管示出、描述和請求保護具體的步驟順序，但應當理解的是，所述步驟可以以任何順序分開地或組合地執行，除非另有所指，並且仍將從本公開受益。前面的描述是示例性的而非被其中的限制所限定。本文公開了各種非限制性實施例，然而，本領域普通技術人員可意識到根據上述教導的各種修改和變形將會落入所附權利要求的範圍內。因此，應當理解的是，在所附權利要求的範圍內，本公開可以不同於所描述的來實施。為此，應當研究所附權利要求以確定真實範圍和內容。
權利要求
1.一種生物質烘焙系統，包括碾碎機，其接收未加工生物質原料並且在高於400 F (204 C)的溫度下操作以產生包含經碾碎生物質產品的含塵煙道氣；旋風分離器，其在所述碾碎機的下遊，用於至少部分地從所述含塵煙道氣分離高於預定尺寸的經碾碎生物質產品；過濾器，其在所述旋風分離器的下遊，用於至少部分地從所述含塵煙道氣分離低於預定尺寸的經碾碎生物質產品以提供煙道氣；和冷凝器，其在所述過濾器的下遊，用於從所述煙道氣分離蒸汽作為液體水。
2.如權利要求1所述的系統，還包括壓實機，用於從所述旋風分離器和所述過濾器接 收所述經碾碎的生物質產品。
3.如權利要求1所述的系統，還包括氣體鼓風機，用於使所述煙道氣的至少一部分再循環到所述碾碎機。
4.如權利要求3所述的系統，還包括氣體加熱器，用於在所述煙道氣傳輸到所述碾碎機之前加熱所述煙道氣。
5.如權利要求1所述的系統，其中，所述碾碎機在400-600F (204-316 C)之間操作。
6.如權利要求1所述的系統，其中，所述碾碎機包括由複合結構材料製造的轉子系統。
7.如權利要求1所述的系統，其中，所述碾碎機包括被液體冷卻的轉子系統。
8.—種生物質烘焙方法，包括在高於400 F的操作溫度下碾碎未加工生物質原料以產生包含經碾碎生物質產品的含塵煙道氣；從所述含塵煙道氣分離高於預定尺寸的經碾碎生物質產品以提供煙道氣；並且從所述煙道氣分離蒸汽作為液體水。
9.如權利要求8所述的方法，還包括傳輸所述煙道氣的至少一部分以維持所述碾碎機內的操作溫度。
10.如權利要求8所述的方法，還包括在400-600F (204-316 C)之間的溫度下操作所述碾碎機。
11.如權利要求10所述的方法，其中，在高於400F的操作溫度下碾碎未加工生物質原料包括使所述含塵煙道氣在碾碎機內再循環。
12.如權利要求11所述的方法，還包括以大於500ft/sec尖端速度的速度操作所述碾碎機的轉子系統。
13.如權利要求8所述的方法，其中，在高於400F的操作溫度下碾碎未加工生物質原料包括使所述含塵煙道氣在碾碎機內再循環。
14.一種接收未加工生物質原料的碾碎機，包括具有至少一個葉片的轉子，所述至少一個葉片包括主動冷卻特徵。
15.如權利要求14所述的系統，其中，所述至少一個葉片在穩態條件中旋轉，所述未加工生物質原料在400 F的環境中處於至少500 ft/sec的尖端速度。
16.一種接收未加工生物質原料的碾碎機，包括具有由複合材料製造的至少一個葉片的轉子。
17.如權利要求16所述的系統，其中，所述至少一個葉片在穩態條件中旋轉，所述未加工生物質原料在400 F的環境中處於至少500 ft/sec的尖端速度。
全文摘要
一種生物質烘焙系統包括碾碎機，其接收未加工生物質原料並且在高於400F(204C)的溫度下操作以產生包含經碾碎生物質產品的含塵煙道氣。
文檔編號C10L5/44GK102597188SQ201080040242
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月31日 優先權日2009年9月9日
發明者K.M.斯普勞斯 申請人:普拉特及惠特尼火箭達因公司