一种太阳能热解反应装置

摘要

本发明公开了一种太阳能热解反应装置，由热解系统、动力系统、传送系统、监控系统和辅助系统组成。本发明通过槽式抛物面反射镜聚焦太阳直射光，以真空集热管为吸收器，发明一种将太阳能直通式金属‑玻璃真空集热管和生物质热解反应器相结合的新型生物质热解反应装置。以太阳能为热源，直接将生物质热解，生成生物燃气、生物炭、木醋液和木焦油。用于新农村社区能源供应和现代生态农业领域。

权利要求

1.一种太阳能热解反应装置，由主热解系统、热量补给系统动力系统、传送系统、监控系统和辅助系统组成，其特征在于，所述的主热解系统由槽式太阳能反光镜（16）、真空集热器玻璃外管（15）、热解反应装置金属内管（13）和金属内管的外壁吸热涂层（14）组成，其中热解反应装置金属内管（13）为从封头（10）到轴承（18）间的整体不锈钢钢管，在有真空集热器玻璃外管的部分覆上吸热涂层，真空集热器玻璃外管（15）和热解反应装置金属内管（13）间呈真空状态；

所述的热量补给系统由风力发电系统、太阳能发电系统、蓄电池组、逆变器和电加热丝组成，所述的蓄电池组的电力输出由控制系统调节，电加热丝缠绕在热反应装置金属内管上；

所述的动力系统由变频电机（1）、减速器（8）和万向节（9）组成，其中变频电机（1）根据控制系统（2）输送的信号来调整转速，从而控制生物质物料的输送速度，变频电机（1）通过减速器（8）与万向节（9）相连接，万向节另一端与送料主轴（11）相连接；所述的传送系统由封头（10）、送料主轴（11）、螺旋送料装置（12）和轴承（18）组成，其中送料主轴（11）一端与万向节（9）相连，另一端在轴承（18）处固定，螺旋送料装置（12）焊接在送料主轴（11）上，其螺旋线由封头（10）处起，到炭粉收集箱（17）处终止；所述的监控系统由控制系统（2）、1号温度传感器（4）、2号温度传感器（5）和3号温度传感器（6）组成，其中1号温度传感器检测物料进口区温度，2号温度传感器检测物料中段温度，3号温度传感器检测物料末端温度，并将温度信号传送到控制系统（2），由控制系统（2）输出信号控制变频电机（1）的转速；所述的辅助系统由进料口（3）、出气口（7）和炭粉收集箱（17）组成，所述的进料口（3）、出气口（7）和炭粉收集箱（17）分别焊接在热解反应装置金属内管（13）左端上边、右端上边和右端下边。

说明书

一种太阳能热解反应装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳能热解反应装置。

背景技术

[0002] 能源危机已成为世界性的问题，是制约当今社会经济发展的瓶颈。常规化石能源储量有限且不可再生，而且化石能源的使用也造成了严重的环境污染和生态破坏，能源结构的变革势在必行，因此，如何合理开发利用可再生能源已经成为人类进入21世纪以后面临的新课题。

[0003] 在众多可再生能源中，具有广泛使用价值的是太阳能和生物质能。太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环保、持续、长久的优势，成为人们应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一。而生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭。生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。

[0004] 太阳能的利用主要集中在太阳能热利用与太阳能发电等领域。太阳能热利用工程主要包括太阳热水、太阳房、太阳灶、采暖与空调、制冷、太阳能干燥和工业用热等领域。太阳能发电主要包括太阳能热发电与太阳能光伏发电等形式。太阳能热发电是利用聚光集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环持续发电的技术，主要有塔式系统、槽式系统和碟式系统等不同形式的示范装置，其中槽式技术相对更为成熟。太阳能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。但是，太阳能热利用技术存在热损失快，无法大规模长期储存的问题；太阳能发电存在投入成本高，发电间歇性、不可预测性等特点，使得光伏电站并网存在很大困难，同时对电网的电能质量、安全、稳定、可靠运行提出了巨大挑战，因此，目前难以大规模投入实际应用。

发明内容

[0005] 针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供针对太阳能无法规模化储存和运输，太阳能发电投入成本高，发电间歇性、不可预测性、并网困难的现状，本发明以生物质热解的强吸热过程为转化契机，利用太阳能提供热量对生物质进行热解，生成高品质生物燃气和生物炭，解决了太阳能稳定性差、储存难的问题，极大提高了生物燃气的最终产量提供了一种太阳能和生物质能耦合的能源利用系统。

[0006] 实现上述发明目的技术方案是一种风光热耦合热解反应装置，由主热解系统、热量补给系统、动力系统、传送系统、监控系统和辅助系统组成，所述的主热解系统由槽式太阳能反光镜、真空集热器玻璃外管、热解反应装置金属内管和金属内管的外壁吸热涂层组成，所述的热解反应装置金属内管为从封头到轴承间的整体不锈钢钢管，在有真空集热器玻璃外管的部分覆上吸热涂层，真空集热器玻璃外管和热解反应装置金属内管间呈真空状态。

[0007] 所述的热量补给系统由风力发电系统、太阳能发电系统、蓄电池组、逆变器和电加热丝组成，所述的蓄电池组的电力输出由控制系统调节，电加热丝缠绕在热解反应装置金属内管上；

[0008] 所述的动力系统由变频电机、减速器和万向节组成，所述的变频电机根据控制系统输送的信号来调整转速，所述的变频电机通过减速器与万向节相连接，万向节另一端与送料主轴相连接。

[0009] 所述的传送系统由封头、送料主轴、螺旋送料装置和轴承组成，所述的送料主轴，螺旋送料装置焊接在送料主轴上，其螺旋线由封头处起，到炭粉收集箱处终止。

[0010] 所述的监控系统由控制系统、1号温度传感器、2号温度传感器和号温度传感器组成，所述的1号温度传感器检测物料进口区温度，2号温度传感器检测物料中段温度，3号温度传感器检测物料末端温度，并将温度信号传送到控制系统，由控制系统输出信号控制变频电机的转速和蓄电池组的输出功率；

[0011] 所述的辅助系统由进料口和炭粉收集箱组成，所述的进料口、出气口和炭粉收集箱分别焊接在热解反应装置金属内管左端上边、右端上边和右端下边。

[0012] 生物质能的利用主要分为直接利用与间接( 转化)利用。其中，生物质能的转化利用主要包括了热化学转化利用和生物化学转化利用。生物质能的热化学转化利用主要包括直接燃烧、热解、气化和液化等。生物质热解是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程。生物质热解技术是生物质能研究的世界前沿技术之一，该技术能将秸秆等生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高的生物炭和生物燃气，可用于新农村社区能源供应，同时还可生成木醋液和木焦油两种天然的农用化学品替代物，可广泛应用于现代生态农业中。因此，生物质热解技术是生物质能的一种重要利用形式。生产过程中，生物质热解需要在450 500℃高温下进行，目前主要~将生成的可燃气体作为燃料，来加热热解反应装置，本应成为新农村社区集中供气的终端产品浪费在生产过程中，无法实现其价值最大化。

[0013] 本发明提出一种以太阳能为热源，通过槽式抛物面反射镜聚焦太阳直射光，将太阳能真空集热管和生物质热解反应器相结合，形成一种新型太阳能热解反应装置，该装置既是太阳能真空集热吸收器，同时也是生物质热解反应器。由此，将太阳能和生物质能以生物燃气和生物炭的形式储存下来，实现能源的高效转化和高值利用。同时，生成的木醋液和木焦油应用于现代生态农业中，起到环境保护和提质增产的效果。

附图说明

[0014] 图1为本发明太阳能热解反应装置的结构示意图。

具体实施方式

[0015] 图1给出了本发明太阳能热解反应装置的结构示意图，由热解系统、动力系统、传送系统、监控系统和辅助系统组成，其特征在于，所述的热解系统由槽式太阳能反光镜16、真空集热器玻璃外管15、热解反应装置金属内管13和金属内管的外壁吸热涂层14组成，其中热解反应装置金属内管13为从封头10到轴承18间的整体不锈钢钢管，在有真空集热器玻璃外管的部分覆上吸热涂层，真空集热器玻璃外管15和热解反应装置金属内管13间呈真空状态；

[0016] 所述的动力系统由变频电机1、减速器8和万向节9组成，其中变频电机1根据控制系统2输送的信号来调整转速，从而控制生物质物料的输送速度，变频电机1通过减速器8与万向节9相连接，万向节另一端与送料主轴11相连接。

[0017] 所述的传送系统由封头10送料主轴11、螺旋送料装置12和轴承18组成，其中送料主轴11一端与万向节9相连，另一端在轴承18处固定，螺旋送料装置12焊接在送料主轴11上，其螺旋线由封头10处起，到炭粉收集箱17处终止。

[0018] 所述的监控系统由控制系统2、1号温度传感器4、2号温度传感器5和3号温度传感器6组成，其中1号温度传感器检测物料进口区温度，2号温度传感器检测物料中段温度，3号温度传感器检测物料末端温度，并将温度信号传送到控制系统2，由控制系统2输出信号控制变频电机1的转速。

[0019] 所述的辅助系统由进料口3、出气口7和炭粉收集箱17组成，所述的进料口3、出气口7和炭粉收集箱17分别焊接在热解反应装置金属内管13左端上边、右端上边和右端下边。

[0020] 所述的进料口3焊接在热解反应装置金属内管13上，且两者相通，进料口3为生物质物料的进口，生物质物料在进料口3处及其下方的热解反应装置金属内管13内堆积，将热解反应装置金属内管13的后端形成密闭空间。出气口7为生物质热解气体的排气口，经后续冷凝、分离、净化工序后生成生物燃气、木醋液和木焦油。炭粉收集箱17用于储存生物质热解反应后的炭粉。

[0021] 槽式太阳能反光镜上固定有多个条形反射镜,并整体组合成抛物面形状,太阳光照射其上后,光线被反射聚集到真空集热器玻璃外管上,经真空层和吸热涂层,最终汇聚到热解反应装置金属内管,实现对管内生物质的加热目的。通过3个温度传感器的检测信号，经控制系统判断后输出信号来调整变频电机转速，使得3号传感器处温度始终保持在400℃450℃区间范围内。
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[0022] 变频电机启动后，经减速器减速，通过万向节带动送料主轴，使得焊接在送料主轴上的螺旋送料装置转动，从而推动生物质物料定向输送。生物质物料由进料口进入热解反应装置金属内管，并在入口处堆积，使得热解反应装置金属内管形成隔绝空气的反应腔体，螺旋送料装置缓速推进物料前行，在高温下持续热解，生成的热解混合气体经出气口排放到后续工序，经冷凝、分离、净化后生成生物燃气、木醋液和木焦油，生成的固体炭粉，落入炭粉收集箱内储存。

[0023] 本发明以生物质转换为桥梁，把可再生能源生物质能和太阳能结合起来，利用太阳能加热，将生物质进行热解，得到生物燃气、生物质炭、木醋液和木焦油。从而将太阳能和生物质能以能源和资源的形式储存下来。解决了太阳能稳定性差，储存难的问题，提高了生物燃气的产量和利用质量。生成的生物燃气可用于新农村社区集中供气，生物炭可为农村提供清洁能源，也可作为炭基肥用于农业生产，木醋液和木焦油是天然的农用化学品替代物，可广泛用于现代生态农业领域。