CN101412290A - 生物质螺旋热压成型机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以农作物秸杆、农产品果实的皮核芯棒、林木间伐修剪的枝条及生产加工废弃物等作生物质原料的生物质螺旋热压成型机，该成型机将干燥初挤致密单元A和加热挤压成型单元B连通并设置在加热挤压成型单元B的上面，冷却固化保型单元C设置在加热挤压成型单元B的一侧、并和自动切块单元D连接，操纵控制单元是整个设备的控制系统。本发明较好地解决了国内现有生物质致密成型技术装备存在的型块容易破碎、燃烧不充分、发热值不高、热效率较低、很难实现连续不间断大规模工业化生产等一系列技术难题，能够适应大规模开发利用生物质能资源的客观需要，具有广阔的市场空间和市场发展潜力。

Description

生物质螺旋热压成型机
技术领域
本发明涉及一种生物质螺旋热压成型设备，具体的说是一种以农作物秸杆、农产品果实的皮核芯棒、林木间伐修剪的枝条及生产加工废弃物等作生物质原料，生产生物质致密型块的生物质螺旋热压成型机，利用该成型机生产的生物质致密型块可以用于供热、制砖、水泥、发电等大量能源资源消耗产业，替代化石燃料燃烧发热，成为生物质新能源。
背景技术
我国是能源消耗大国，但能源资源储备却十分短缺。我国人均能源资源占有量，仅为世界人均占有量的5％。在2005年，我国的一次能源消费量已达到22.2亿吨标煤，约占世界能源消费总量的15％，成为世界上第二大能源消费国。同时，我国也是温室气体排放大国；目前，SO2的排放量居世界第一位，CO2排放量仅次于美国，居世界第二位。节能减排已成为我国经济可持续发展的重要目标。
随着我国人口数量的增加，工业化和城镇化进程不断加快，特别是国民经济的持续高速发展，能源供求矛盾必将日渐突出。据有关部门预测，到2020年，全国能源消费总量将超过30亿吨标煤；到2050年，将达到50亿吨标煤。届时，能源资源总量、能源安全、能源环境等问题，都将成为十分引人关注的重大问题。为此，国家发改委领导同志在2006年召开的《全国生物质能开发利用工作会议》上明确提出；“通过大规模开发生物质能资源，实现生物质能技术的产业化发展，有效增加能源供应，促进能源的可持继发展。”
在我国，生物质致密成型技术虽然只有短短二十多年的开发利用历史，但从事生物质致密成型产品研发生产的企业已发展到几十家；而且在生物质致密成型技术中起关键核心作用的致密成型技术装备，已研发出螺旋挤压、活塞冲压、环模滚压、对辊挤压等多种不同类型的技术装备。由于种种原因，我国现有的各种生物质致密成型技术装备，在与生物质原料烘干、加热设备的配置衔接方面；在自身加工功能配置、运行参数选择的优化匹配方面；特别是在适应连续不间断大规模工业化生产方面，都在不同程度上存在着一些弱点或不足。由于存在这些弱点和不足，致使目前投放市场的部分生物质致密型块，在不同程度上存在着：型块抗潮解能力差、容易散解破碎、燃烧不够充分、发热值较低、热效率不高等缺点，直接影响着产品的市场开发和推广；也由于存在这些弱点和不足，直接造成了从事生物质致密成型产品生产的企业，一般都经济规模不大，生产能力有限经济效益增长积累缓慢，很难组织大规模工业化生产。现在，从事生物质致密成型产品研发的企业，多数都是规模不大的民营企业或科技示范性研发企业；甚至有相当一部分企业只靠单机作业。这种规模和技术现状，制约和限制着生物质密成型产业的成长和发展。
本发明是在对生物质原料的细胞结构特点、热压致密成型机理、燃烧过程特性等基础理论，进行深入分析研究基础上，详细认真调查分析了国内现有生物质致密成型技术装备存在的弱点或不足，经过反复多次研究试验研制出来的生物质螺旋热压成型机。
发明内容
本发明针对国内现有各类生物质致密成型技术设备存在的弱点或不足，解决了以下主要技术问题：
①.充分利用加热软化生物质细胞中的木质素，就可以增强生物质自身粘结力的特性，采取干燥初挤致密、加热挤压成型；采取螺距逐步减小的变螺距螺旋推运器挤压推进等逐步加热加压的热压成型技术设计出合乎上述要求的功能部件。
②.针对经热压成型的生物质型块，因具有热压内应力和内含游离气体，如冷却时突然释放会造成型块崩裂或粉碎的特性，研究设计出采取具有一定空间的冷却固化保型腔及具有贯通性内孔的型块几何形状，确保能够充分消解热压内应力和内含游离气体的功能部件。
③.为适应连续不间断大规模工业化生产的要求，研究设计出把干燥初挤致密单元、加热挤压成型单元、冷却固化保型单元、自动切块单元等连续致密成型技术及功能部件，集成衔接布置的整体布置技术方案，形成按热压致密成型生产工艺流程顺序，能统一衔接匹配、同步协调、连续运行的自动化生产作业方式的设备。
本发明的具体技术方案内容如下：
本发明生物质螺旋热压成型机包括干燥初挤致密单元A、加热挤压成型单元B、冷却固化保型单元C、自动切块单元D、操纵控制单元，所述的干燥初挤致密单元A和加热挤压成型单元B连通并设置在加热挤压成型单元B的上面，冷却固化保型单元C设置在加热挤压成型单元B的一侧、并和自动切块单元D连接，操纵控制单元作为整个设备的控制系统和干燥初挤致密单元A、加热挤压成型单元B、冷却固化保型单元C、自动切块单元D之间电连接。
所述的干燥初挤致密单元A包括电动机、驱动轮、进料口、干燥初挤致密腔、变螺距螺旋推运器、过渡贮料室、可调式电加热器，所述的变螺距螺旋推运器设置在干燥初挤致密腔内，驱动轮设置在变螺距螺旋推运器的一端，电动机通过皮带和驱动轮相连；进料口设置在干燥初挤致密腔的上面，过渡贮料室设置在干燥初挤致密腔的下面，在干燥初挤致密腔和过渡贮料室的外壳上设置有可调式电加热器。
所述的加热挤压成型单元B包括由电动机、驱动轮、加热挤压成型腔、变螺距螺旋推运器、连接法兰盘、可调式电加热器，所述的变螺距螺旋推运器设置在加热挤压成型腔内，驱动轮设置在变螺距螺旋推运器的一端，电动机通过皮带和驱动轮连接，加热挤压成型腔上面连通过渡贮料室，另一端通过连接法兰盘与冷却固化保型腔连通，在加热挤压成型腔的外壳上设置有可调式电加热器。
所述的变螺距螺旋推运器的心轴前端设置有带有一定直径和长度的芯棒。
所述冷却固化保型单元C包括连接法兰盘、冷却固化保型腔、冷却水循环室、冷却水进口、冷却水出口，所述的冷却固化保型腔通过连接法兰盘与加热挤压成型腔连通，在冷却固化保型腔的外面设置有冷却水循环室，冷却水循环室上带有冷却水进口、冷却水出口。
所述的冷却固化保型腔的内径大于加热挤压成型腔的内径。
所述自动切块单元D包括切刀及其操纵机构，所述的其上带有操纵机构的切刀)设置在冷却固化保型腔出口一端。
所述的操纵控制单元包括操纵控制箱及相应配置的联接、控制元器件。
本发明具有的优点和极积效果
①.本发明提供了一种以农作物秸杆、农产品果实的皮核芯棒、林木间伐修剪的枝条及生产加工废弃物等作生物质原料的生物质螺旋热压成型机，较好地解决了国内现有生物质致密成型技术装备存在的型块容易破碎、燃烧不充分、发热值不高、热效率较低、很难实现连续不间断大规模工业化生产等一系列技术难题，能够适应大规模开发利用生物质能资源的客观需要，具有广阔的市场空间和市场发展潜力。
②.本发明是在深入分析研究生物质的细胞结构特点、热压致密成型机理、燃烧过程特性等基础理论的基础上，针对国内现有各类生物质致密成型技术装备存在的弱点或不足，有针对性地发明设计出：分级逐步加热加压、逐渐冷却、留有消解热压内应力和内含游离气体的适当空间、按热压致密成型生产工艺流程顺序集成布置各功能单元等多种创新技术及创新功能部件，实现了同步协调、连续运行的自动化生产作业方式，具有新颖性，创造性和实用性，极具示范推广价值。
③.本发明推广应用后，能够适应大规模工业化生产制造生物质致密型块产品的需要，对于大规模深度开发利用生物质资源，改善我国能源资源结构，实现国家规划的节能减排控制目标，增加农民收入，提高企业经济效益，都将起到相当推动作用。
附图说明
图1为生物质螺旋热压成型机的整体结构示意图。
具体实施方式
如附图所示；本发明生物质螺旋热压成型机包括干燥初挤致密单元A、加热挤压成型单元B、冷却固化保型单元C、自动切块单元D、操纵控制单元14，所述的干燥初挤致密单元A和加热挤压成型单元B连通并设置在加热挤压成型单元B的上面，冷却固化保型单元C设置在加热挤压成型单元B的一侧、并和自动切块单元D连接，操纵控制单元14作为整个设备的控制系统和干燥初挤致密单元A、加热挤压成型单元B、冷却固化保型单元C、自动切块单元D之间电连接。
一、如附图1所示：所述的干燥初挤致密单元A包括电动机2、驱动轮1、进料口3、干燥初挤致密腔6、变螺距螺旋推运器8、过渡贮料室7、可调式电加热器9，所述的变螺距螺旋推运器8设置在干燥初挤致密腔6内，驱动轮1设置在变螺距螺旋推运器8的一端，电动机2通过皮带和驱动轮1相连；进料口3设置在干燥初挤致密腔6的上面，过渡贮料室7设置在干燥初挤致密腔6的下面，在干燥初挤致密腔6和过渡贮料室7的外壳上设置有可调式电加热器9。
干燥初挤致密单元A的工作原理是：把进入进料口3里的生物质混成组料，通过螺距逐渐变小的变螺距螺旋推运器8在干燥初挤致密腔6里的挤压推送作用，使生物质混成组料得到初步挤压致密加工，组织密度得到较大提高，成为生物质致密型块坯料，并被挤压推送进入过渡贮料室7内；通过在干燥初挤致密腔6和过渡贮料室7周围配置的可调式电加热器9，使生物质混成组料得到加热干燥，含水率得到初步调节控制，生物质细胞中的木质素得到初步软化，同时增强了粘合力。
二、如附图1所示：所述的加热挤压成型单元B包括由电动机5、驱动轮4、加热挤压成型腔11、变螺距螺旋推运器12、连接法兰盘13、可调式电加热器10，所述的变螺距螺旋推运器12设置在加热挤压成型腔11内，驱动轮4设置在变螺距螺旋推运器12的一端，电动机5通过皮带和驱动轮4连接，加热挤压成型腔11上面连通过渡贮料室7，另一端通过连接法兰盘13与冷却固化保型腔16连通，在加热挤压成型腔11的外壳上设置有可调式电加热器10。
所述的变螺距螺旋推运器12的心轴前端设置有带有一定直径和长度的芯棒21。
加热挤压成型单元B的工作原理是：把从过渡贮料室7挤压进来的生物质致密型块坯料，通过螺距逐渐变小的变螺距螺旋推运器12在加热挤压成型腔11里的挤压推送作用，不仅要挤压成园棒形生物质致密型块基材，达到生物质致密型块的密度要求；而且要挤压推送进冷却固化保型腔16内；通过在加热挤压成型腔11周围配置的可调式电加热器10，进一步准确调节控制生物质致密型块所要求的含水率，进一步软化各种纤维组织，使生物质细胞结构在设定的温度和压力条件下，完成重新排列位置、机械形变和塑性流变的重大机械调整改变，确保达到致密型块的成型牢固度要求；通过变螺距螺旋推运器12的心轴前端设计有一定直径和长度的芯棒，使已被挤压成圆棒形的生物质致密型块基材能有一个贯通性内孔，这种几何形状，不仅能增强型块的牢固度，而且在生产制造过程中可以成为消解热压时产生的内应力和内含游离气体的空间，在燃烧使用时成为通风供氧通道，有利于提高型块的燃烧质量和热效率。
三、如附图1所示：所述冷却固化保型单元C包括连接法兰盘13、冷却固化保型腔16、冷却水循环室18、冷却水进口17、冷却水出口15，所述的冷却固化保型腔16通过连接法兰盘13与加热挤压成型腔11连通，在冷却固化保型腔16的外面设置有冷却水循环室18，冷却水循环室18上带有冷却水进口17、冷却水出口15。
所述的冷却固化保型腔16的内径大于加热挤压成型腔11的内径。
冷却固化保型单元C的工作原理是：通过冷却水在循环室18中的流动，使圆棒形生物质致密块基材在经过冷却固化保型腔16的过程中，热压温度能得到逐步冷却降低，可以避免致密型块基材在热压成型时产生的内应力和内含游离气体突然释放而造成的型块松散，甚至崩裂或粉碎问题，确保型块基材型态得到稳定和固化；同时，通过把冷却固化保型腔16的内径设计成略大于加热挤压成型腔11的内径，使进入冷却固化保型腔16的圆棒形生物质致密型块基材的四周能具有一定空间，用于进一步消解致密型块基材在热压时产生的内应力和内含游离气体，确保实现固化保型目标。
四、如附图1所示：所述自动切块单元D包括切刀19及其操纵机构20，所述的其上带有操纵机构20的切刀19设置在冷却固化保型腔16出口一端。通过操纵机构20能使切刀19上下往复运动，切断圆棒形生物质致密型块基材，完成制造生物质致密型块的目标；通过调控切刀19的运动频率，可以按用户需要，切制成适当的块型。
五、如附图1所示：所述的操纵控制单元14包括操纵控制箱及相应配置的联接、控制元器件，通过操纵控制单元14，能调节控制所有功能单元和各工作零部件的运行参数，实现协调同步、连续运行的自动化生产作业。

Claims (8)

1、一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：该成型机包括干燥初挤致密单元A、加热挤压成型单元B、冷却固化保型单元C、自动切块单元D、操纵控制单元(14)；所述的干燥初挤致密单元A和加热挤压成型单元B连通并设置在加热挤压成型单元B的上面，冷却固化保型单元C设置在加热挤压成型单元B的一侧、并和自动切块单元D连接，操纵控制单元(14)作为整个设备的控制系统和干燥初挤致密单元A、加热挤压成型单元B、冷却固化保型单元C、自动切块单元D之间电连接。
2、根据权利要求1所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述的干燥初挤致密单元A包括电动机(2)、驱动轮(1)、进料口(3)、干燥初挤致密腔(6)、变螺距螺旋推运器(8)、过渡贮料室(7)、可调式电加热器(9)，所述的变螺距螺旋推运器(8)设置在干燥初挤致密腔(6)内，驱动轮(1)设置在变螺距螺旋推运器(8)的一端，电动机(2)通过皮带和驱动轮(1)相连；进料口(3)设置在干燥初挤致密腔(6)的上面，过渡贮料室(7)设置在干燥初挤致密腔(6)的下面，在干燥初挤致密腔(6)和过渡贮料室(7)的外壳上设置有可调式电加热器(9)。
3、根据权利要求1所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述的加热挤压成型单元B包括由电动机(5)、驱动轮(4)、加热挤压成型腔(11)、变螺距螺旋推运器(12)、连接法兰盘(13)、可调式电加热器(10)，所述的变螺距螺旋推运器(12)设置在加热挤压成型腔(11)内，驱动轮(4)设置在变螺距螺旋推运器(12)的一端，电动机(5)通过皮带和驱动轮(4)连接，加热挤压成型腔(11)上面连通过渡贮料室(7)，另一端通过连接法兰盘(13)与冷却固化保型腔(16)连通，在加热挤压成型腔(11)的外壳上设置有可调式电加热器(10)。
4、根据权利要求1所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述冷却固化保型单元C包括连接法兰盘(13)、冷却固化保型腔(16)、冷却水循环室(18)、冷却水进口(17)、冷却水出口(15)，所述的冷却固化保型腔(16)通过连接法兰盘(13)与加热挤压成型腔(11)连通，在冷却固化保型腔(16)的外面设置有冷却水循环室(18)，冷却水循环室(18)上带有冷却水进口(17)、冷却水出口(15)。
5、根据权利要求1所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述自动切块单元D包括切刀(19)及其操纵机构(20)，所述的其上带有操纵机构(20)的切刀(19)设置在冷却固化保型腔(16)出口一端。
6、根据权利要求1所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述的操纵控制单元(14)包括操纵控制箱及相应配置的联接、控制元器件。
7、根据权利要求3所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述的变螺距螺旋推运器(12)的心轴前端设置有带有一定直径和长度的芯棒(21)。
8、根据权利要求4所述的一种生物质螺旋热压成型机，其特征在于：所述的冷却固化保型腔(16)的内径大于加热挤压成型腔(11)的内径。
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