木本生物质能源的干燥：生物质能源植物干燥技术和为一体的综合优化解读

木本生物质能源的干燥：生物质能源植物干燥技术和为一体的综合优化

庞树生＆Arun S. Mujumdar 翻译：李伟导师：蒋旭光

引用这篇文章：庞树生＆Arun S. Mujumdar（2010年）木本生物质能源的干燥：生物质能源植物干燥技术和为一体的综合优化，干燥技术28:5,690-701,DOI:10.1080/07373931003799236

这篇文章的链接：/10.1080/07373931003799236

①化学过程工程学系、坎特伯雷大学、克莱斯特彻奇，新西兰

②机械工程系，国立新加坡大学，新加坡

人类严重依赖化石燃料造成了不良的后果，例如全球变暖和潜在的能源危机。来源于植物的生物质已被公认为最佳替代能源和燃料，在未来大有可为。生物质在形式有木屑、蔗渣、草，和农业残留物，含有水分从50 %到150%以上不等，必须干燥以提高能源效率，提高干能源产品质量，并在能量转换过程中减少排放量。大量不同类型的烘干机和干燥技术可以潜在地用于生物质干燥。干燥机的选择和干燥条件的优化，需要深入理解生物质材料，能源需求的量化转换和干燥过程。这篇文献的重点是木质生物质;本文首先论述了木质生物质的特点和热化学能源转换技术的工业应用。然后，前景光明的干燥技术和基本研究审查以及评估，以审查他们适用性和不同形式的生物量的优化。干燥机的类型被认为是包括填料移动床干燥器(输送机、干燥机)、回转式烘干机和气流干燥器。生物质相关的问题和其他可能的方法还有待解决和研究。

关键词：干燥器优化；填充式移动床干燥器；气动烘干机；回转干燥器；木质生物量

介绍

能源供应和需求数据表明世界每年消耗能源的量为447千万Btu （热单位）2004 年(1.31 ×1014kWh 或11.27吨油当量)。这其中86%来自化石燃料包括石油、天然气和煤，排放270 亿吨的二氧化碳排放到大气。[1] 已经严重引起了人类对化石燃料的依赖像全球变暖这样严重的后果和迫在眉睫的能源危机。因此，寻找替代和可持续能源资源已经成为亟待解决的问题以确保未来的能源供应，减少温室气体排放量。

生物质已被公认为最有前途未来的燃料和能源资源。[2] 生物量，在形式上有木屑、蔗渣、草，和农业残留物，从树木，农业生成作物或种植草丛中，吸收二氧化碳进行光合作用为他们的成长所需的二氧化碳。在这方式，整个系统—从原料通过增长加工对能源消耗的能量—很大程度上是碳中性。然而，由于生物质的生物起源它一般具有初始含湿量(MC) 从50超过150%(干基) 新鲜的形式。在转换的生物质能源以及各种燃料中，热化学转换技术是最有前途的技术在短期和中期条目(5-15 年) ，这些技术包括[3] 气化燃烧和热解。[4] 最近热解技术进一步发展为生产生物炭，可在土壤中为整合的碳;因此，生物质能源系统碳是不容乐观的。

为了提高能源效率，改善能源产品质量，并减少排放量及改善其热化学能量转换，燥的生物量所需的MC 是能源的重要的发展生产系统。此外，它被发现的均匀性干燥也显著影

响能量在热电联产(CHP) 电厂中的效率。[8] 这篇文章侧重于木本生物质但干燥木本生物量原则和技术可以应用于干燥的生物质以及其他类型。

在生物质干燥，考虑的因素和问题处理包括原料生物量、能源形式变频技术，干燥的能源效率，干燥引发的火灾危险的环境影响和爆炸，干燥和可用能量来源成本。生物质最常用的配备旋转干燥机，谷仓干燥机、固定的床干燥机、填料移动床干燥器(PMB 干燥机)，和气流干燥器。[8-14]因为生物质能源是可燃(随其自动点火温度在范围内260℃-288 ℃)，发生火灾的危险需要考虑，特别是在干燥机的设计与运行的时候。在这方面，基于准确的适当干燥机控制预测或生物MC 和材料的检测温度可以优化干燥条件下触发火灾风险。数学模型的建立为干燥过程提供了有力的工具，来预测MC在已知的材料温度干燥条件和材料特性。[10,15,16]

生物质干燥对环境的另一个影响是需要仔细评估的问题。排放来自生物质的挥发性有机化合物(VOCs)会导致负面的环境影响。因此，重要的是确定组分和含量排放并找到解决办法，减轻环境的影响。[14,17,18]

在生物量干燥技术的发展同时，多级干燥、排气空气回收和热回收以及干燥条件的优化也在探索之中。[14,19] 更重要的是，过热蒸汽干燥，防止发生火险引起了很多的关注，减少排放量，并提高能量干燥过程中的效率。[15，18]

这篇文章首先描述的木质生物质特征，其后的各种讨论围绕生物质热化学转换技术包括燃烧、气化和热解。这些技术需要适当MC 生物质的高效和能源生产质量。而且，最新的审查和评估将提出。对生物质干燥过程的重点放在基本的理解，技术发展、环境的影响和能源效率改进。

木质生物质的特性

木质生物质主要有两个来源: 一是从森林采伐和木材加工。[20,21] 属性、尺寸和初始MC 的生物量不同的源之间相差很大。例如，树枝、根和小顶端树梢是从树上收获生物量，这些都是通常切成2-3 毫米的片状，20-30 毫米宽和30-50 毫米长。在木材加工过程中，生物质从各种操作步骤中生成，其特性取决于会发生变化的木材产品。在锯木厂，锯末来自于切断机锯切和树皮剥皮。单板层的积材(LVL) 加工生产生物量形式的树皮剥皮，切断，期间和在单板核心两极剥皮。表1 描述了木质生物质及其外观如图1 所示。

表一

湿的木质生物质的基本特征

残留树枝树皮木屑切碎的木块

尺寸（mm）块状< 50 < 500 < 3 块状，< 50 MC（%）50-120 50-120 50-150 50-150

容重（kg/m3）250-300 250 100 -120 250-300 灰分含量（%od+）3-20 3-20 0.5-2 0.5-5

表中灰分含量为干燥基下的数据。

从表1 和图1可知，木质生物质是松散的颗粒材料，和它的大小可能有所不同不同的形式。初始的MC 也存在显著差异。这些变量需要考虑选择干燥技术，每种形式的生物质干燥时应单独进行。大小和任何类型的初始MC 应该尽可能让干燥均匀。

除了其物理性质的变化程度，生物与化学成分可能也会因为生物质的来源和木质的种类。表2 给出了一些在硬木和软木的化学成分典型的数字。[22] 木质生物质的化学成分会影响干燥时的排放量。

能源的生物质热化学转换技术

有大量可将生物质转化为不同能源产品的技术，这些技术可以分为热化学过程(燃烧、气化和热解) 和生化进程(消化、发酵、酶)。因为生化过程通常需要一定的操作方案，MC 的生物量不是一个控制参数。

图1。湿、木质生物质的不同形式: (a) 树皮，(b) 碎片，和(c) 木屑。

因此，这次检验将专注于热化学过程生物质MC 有直接影响转换效率和能源产品质量。图2显示可能的能源产品通过不同的路线使用热化学转换技术。