Система для получения гранулированного термически обработанного биотоплива

СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННОГО БИОТОПЛИВА Изобретение относится к области энергетики, в частности к системе для получения топлива из биомассы или других источников энергии, таких как торф, путем ее термической обработки и прессования. Система для получения термически обработанной гранулированной биомассы, включающая устройство для сушки биомассы, устройство для подготовки биомассы к гранулированию, реактор для термической обработки биомассы, печь для производства тепловой энергии для термической обработки биомассы, устройство для гранулирования биомассы, по меньшей мере одно устройство для охлаждения биомассы и по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц, в которой устройство для гранулирования биомассы, по меньшей мере одно устройство для охлаждения гранул и по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц последовательно установлены перед реактором для термической обработки биомассы, а по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц выполнено с возможностью возвращения этих мелких частиц в устройство для гранулирования биомассы. Исьемин Рафаил Львович,Милованов Олег Юрьевич, Кузьмин Сергей Николаевич, Коняхин Валентин Васильевич, Зорин Александр Тимофеевич, Михалев Александр Валерьевич (RU) Нилова М.И. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU) Данное изобретение относится к области энергетики, в частности к системе для получения топлива из биомассы или других источников энергии, таких как торф, путем ее термической обработки и прессования. Термическая обработка заключается в низкотемпературном пиролизе биомассы, т.е. в нагреве биомассы до температуры 150-300 С, предпочтительнее до 200-280 С в специальном устройстве (реакторе). В результате термической обработки биомасса приобретает гидрофобные свойства, повышается теплота сгорания биомассы и ее размолоспособность. Прессование биомассы происходит в пресс-грануляторах, в которых биомасса проталкивается с помощью роллеров через фильеры определенного диаметра и длины, обеспечивающие необходимое ее сжатие. Для исключения просыпания измельченной биомассы через фильеры без уплотнения влажность поступающей в пресс биомассы должна быть не менее 8% и не более 14%. В случае поступления биомассы с очень низкой влажностью (менее 8%) ее увлажняют, вводя в специальное устройство пресса воду или водяной пар. Известна система для получения гранулированного термически обработанного биотоплива, включающая устройство для сушки биомассы, устройство для подготовки биомассы к гранулированию, реактор для термической обработки биомассы, печь для производства тепловой энергии, необходимой для термической обработки биомассы, устройство для охлаждения и увлажнения термически обработанной биомассы перед гранулированием, устройство для гранулирования термически обработанной биомассы(патент РСТWO 2011/119470 А 1). Недостатком известной системы для получения гранулированного термически обработанного биотоплива является его низкая энергоэффективность. Действительно, к примеру, древесная биомасса имеет исходную влажность примерно 45%. После сушки ее влажность может быть снижена до 20%. После термической обработки в реакторе посредством низкотемпературного пиролиза влажность биомассы снижается до 1-3%. Из биомассы с такой влажностью получить гранулы невозможно. Поэтому влажность биомассы должна быть повышена до 8-14% за счет добавления воды или водяного пара в специальное устройство пресс-гранулятора. При сушке биомассы или ее низкотемпературном пиролизе основные затраты энергии связаны с испарением избыточной влаги, содержащейся в биомассе. Если биомасса после термической обработки имеет влажность 1-3%, а затем ее влажность при гранулировании опять приходиться повышать до 8-14%,то это означает, что 7-11% влаги, содержащейся в биомассе, удаляются напрасно, что вызывает перерасход энергии на весь процесс. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система для обработки биомассы, включающая устройство для сушки биомассы, устройство для подготовки биомассы к гранулированию, реактор в виде вертикальной многосекционной печи для термической обработки биомассы, в которой перемещение биомассы осуществляется с помощью горизонтальных лопастей мешалки, установленных на вертикальном валу по продольной оси реактора, печь для производства тепловой энергии, необходимой для термической обработки биомассы, и устройство для гранулирования термически обработанной биомассы (патент US 2003221363 А 1). Однако, указанная система также обладает низкой энергоэффективностью, поскольку термическая обработка, проводимая в виде низкотемпературного пиролиза биомассы, осуществляется до ее гранулирования, т.е. требуется удалить из биомассы 7-13% влаги (применительно к древесной биомассе). Технической задачей настоящего изобретения является повышение энергоэффективности системы для получения термически обработанного гранулированного биотоплива. Поставленная задача решена благодаря созданию системы для получения термически обработанной гранулированной биомассы, включающей устройство для сушки биомассы, устройство для подготовки биомассы к гранулированию, реактор для термической обработки биомассы, печь для производства тепловой энергии для термической обработки биомассы, устройство для гранулирования биомассы, по меньшей мере одно устройство для охлаждения биомассы и по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц, в которой устройство для гранулирования биомассы, по меньшей мере одно устройство для охлаждения гранул и по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц последовательно установлены перед реактором для термической обработки биомассы, а по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц выполнено с возможностью возвращения этих мелких частиц в устройство для гранулирования биомассы. Система может дополнительно содержать еще одно устройство для охлаждения биомассы и устройство для отделения мелких частиц, последовательно установленные после реактора для термической обработки биомассы. Реактор для термической обработки биомассы может быть выполнен в виде вертикальной многосекционной печи, в которой перемещение биомассы осуществляется с помощью горизонтальных лопастей мешалки, установленных на вертикальном валу по продольной оси реактора. Устройство для охлаждения гранул выполняет охлаждение гранул до температуры 45-50 С. На чертеже изображена схема предлагаемой системы для получения термически обработанной гранулированной биомассы. Предложенная система состоит из последовательно установленных устройства для сушки биомассы 1, устройства 2 для подготовки биомассы к гранулированию, устройства 3 для гранулирования биомассы, устройства 4 для охлаждения биомассы, устройства 5 для отделения мелких частиц, выполненного с возможностью возврата этих мелких частиц в устройство 3 гранулирования биомассы для повторного гранулирования, реактора 6 для термической обработки биомассы, поступающей к нему в виде гранул,устройства 7 для охлаждения биомассы, устройства 8 для отделения мелких частиц, выполненного с возможностью возврата этих мелких частиц в устройство 3 для гранулирования биомассы для повторного гранулирования. Система также содержит печь 9 для производства тепловой энергии, необходимой для термическойобработки биомассы, которая связана с реактором 6 для термической обработки. Устройство 1 для сушки биомассы может представлять собой, например, барабанную сушилку. Устройство 2 для подготовки биомассы к гранулированию может представлять собой, например,молотковую дробилку. Устройства 4 и 7 для охлаждения гранул могут представлять собой, например, охладитель с наклонными лотками, по которым охлаждаемый материал движется навстречу потоку охлаждающего воздуха. Каждое из устройств 5 и 8 для отделения мелких частиц может представлять собой, например, грохот. При этом мелкие частицы, собираемые в коробе под грохотом, могут быть возвращены с помощьюпневмотранспорта в устройство для гранулирования для повторного гранулирования. Устройство 3 для гранулирования может быть выполнено в виде пресса, который представляет собой, например, установку с матрицей и двумя роликами, которые прокатываются по матрице и проталкивают биомассу через фильеры матрицы и при этом ее сжимают до такой степени, что формируются гранулы необходимого диаметра и плотности. Реактор 6 выполнен в виде вертикальной многосекционной печи для термической обработки биомассы, в которой перемещение биомассы осуществляется с помощью горизонтальных лопастей мешалки, установленных на вертикальном валу по продольной оси реактора. Печь 9 для производства тепловой энергии, необходимой для термической обработки биомассы,может представлять собой, например, котел, в котором происходит нагрев высокотемпературного теплоносителя, например термомасла, используемого для непрямого обогрева реактора. Предлагаемая система работает следующим образом. Исходная биомасса поступает в устройство 1 для сушки, после чего высушенная биомасса подается в устройство 2 для подготовки биомассы к гранулированию, в котором происходит измельчение биомассы. Измельченная биомасса поступает в устройство 3 для гранулирования в виде, в котором происходит формирование гранул, имеющих, например, кубическую или цилиндрическую форму. Далее, сформированные гранулы поступают в устройство 4 для охлаждения биомассы, где их температура снижается с 100-110 С до 45-50 С. При этом гранулы приобретают необходимую прочность и пожаробезопасность при хранении в бункерах и буртах. Масса охлажденных гранул поступает в устройство 5 для отделения мелких частиц, в котором выполняется процедура грохочения, в результате которой происходит отделение мелких частиц, которые возвращают в устройство 3 для повторного гранулирования. Затем гранулы поступают в реактор 6 для термической обработки биомассы. В реакторе 6, который обогревается промежуточным теплоносителем, например термомаслом, в свою очередь, нагреваемым в печи 9, происходит отжиг гранул, т.е. удаление влаги, частичное удаление кислорода и водорода. Из реактора отожженные гранулы поступают в устройство 7 для охлаждения гранул, где они охлаждаются до температуры 45-50 С, и далее, в устройство 8, в котором происходит отделение из массы отожженных гранул мелких частиц, которые затем подаются в устройство 3 для повторного гранулирования. В предлагаемой системе происходит последовательное снижение влажности обрабатываемой биомассы от уровня влажности исходной биомассы до уровня влажности отожженных гранул, при этом не происходит повторного удаления 7-13% влаги (применительно к древесной биомассе), что обеспечивает более высокую энергоэффективность работы системы для получения термически обработанного гранулированного биотоплива в сравнении с прототипом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для получения термически обработанной гранулированной биомассы, включающая устройство для сушки биомассы, устройство для подготовки биомассы к гранулированию, реактор для термической обработки биомассы, печь для производства тепловой энергии для термической обработки биомассы, устройство для гранулирования биомассы, по меньшей мере одно устройство для охлаждения биомассы и по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц, отличающаяся тем, что устройство для гранулирования биомассы, по меньшей мере одно устройство для охлаждения гранул и по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц последовательно установлены перед реактором для термической обработки биомассы, а по меньшей мере одно устройство для отделения мелких частиц выполнено с возможностью возвращения этих мелких частиц в устройство для гранулирования биомассы. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит еще одно устройство для охлаждения биомассы и еще одно устройство для отделения мелких частиц, последовательно установленные после реактора для термической обработки биомассы. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что реактор для термической обработки биомассы выполнен в виде вертикальной многосекционной печи, в которой перемещение биомассы осуществляется с помощью горизонтальных лопастей мешалки, установленных на вертикальном валу по продольной оси реактора. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство для охлаждения гранул выполняет охлаждение гранул до 45-50 С.