CN101797813A - 一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备 - Google Patents

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钱湘群
王会
陈祥
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Abstract

本发明公开了一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,包括料斗(13)、预热组件、成型组件(5)、带轮传动箱(6)、配电控制箱(8)、主电机(7)和辊筒输送机构(9),位于预热组件右上方的料斗(13)与预热组件的进料口(15)相连,位于预热组件左下方的成型组件(5)与预热组件的出料口(16)相连;成型组件(5)的出口与辊筒输送机构(9)相连;主电机(7)通过带轮传动箱(6)与成型组件(5)相连。本发明具有生产效率高、能耗低、关键成型部件使用寿命长的特点。

Description

一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备
技术领域
本发明涉及一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,属于生物质能源或农业机械技术领域。
背景技术
农作物秸秆、树枝等农林废弃物经切碎或粉碎后机械压缩成棒状或块状成型燃料,能有效地改变燃料的燃烧特性,燃烧效率高(其中,木质类生物质成型燃料热值接近中质烟煤),而且便于储存、运输,具有使用方便、卫生等特点,能作为清洁能源,有利于环保。在我国未来的能源消耗中,生物质成型燃料将占有越来越大的份额。生物质成型燃料可替代煤炭,广泛用于各种类型的家庭取暖炉(包括壁炉)、热水炉、热风炉,也可用于发电设施。生物质成型燃料进一步炭化处理,可得到木炭和活性炭,用于冶金、化工、环保和烧烤等。农作物秸秆压缩成型,既可以解决农业主产区秸秆资源大量过剩的问题,又能满足富裕起来的农民对优质、清洁、方便能源的迫切需要,因此,利用秸秆等生物质资源制备生物质成型燃料具有良好的应用前景。
目前,国内研制的生物质棒状或块状燃料热压成型设备主要有螺杆挤压式和柱塞冲压式两类。螺杆挤压式相比柱塞冲压式成型机,因其具有机器运行平稳、生产连续、所产成型燃料棒易燃(由于其空心结构以及表面的炭化层)、力学强度高、不易破碎等优点而被广泛关注,但两者均存在一个严重的技术问题:为使生物质中的木质素软化、熔融而成为粘结剂,必须在成型模具外部进行加热,将热量传递给模具内物料而提高其温度,但在高温、高压的影响下,螺杆、柱塞和套筒等成型部件表面磨损严重,零件使用寿命短,单位产品能耗高。这是目前国内研制的螺杆热压成型机不能推广应用的主要原因。如中国专利公开的固体燃料成型机(CN 90211693.2)就存在这一问题。为了提高成型部件的使用寿命,中国专利公开的植物燃料成型机(CN 200420063719.1)采用了耐磨材料,可适当延长其使用寿命,但没有从工艺上根本解决生物质热压成型的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,该设备先将生物质物料预热(加温),然后再挤压成型,因此具有生产效率高、能耗低、关键成型部件使用寿命长的优点。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,包括料斗、预热组件、成型组件、带轮传动箱、配电控制箱、主电机和辊筒输送机构,位于预热组件右上方的料斗与预热组件的进料口相连,位于预热组件左下方的成型组件与预热组件的出料口相连;成型组件的出口与辊筒输送机构相连;主电机通过带轮传动箱与成型组件相连。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的改进:预热组件包括螺旋搅拌轴、预热筒、电加热圈和调速电机,位于预热筒内腔中的螺旋搅拌轴与预热筒转动相连,调速电机和螺旋搅拌轴相连;在预热筒中间段的外表面设置电加热圈;在预热筒右端上表面设置进料口,在预热筒左端下表面设置出料口。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:带单向阀的排气管与预热筒左端的内腔相连通。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:温度传感器与预热筒左端的内腔相连通。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:在电加热圈的外表面设置保温层。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:成型组件包括箱体、主轴、主动螺杆、从动螺杆、成型导向套筒、挤压成型模和成型模套筒;
箱体分隔成左空腔和右空腔,成型模套装在成型模套筒内,成型导向套筒的一端与右空腔相连通、另一端与成型模相连通;位于左空腔内的主轴与箱体转动相连,主电机通过带轮传动箱与主轴相连;位于右空腔内的主动螺杆的一端与主轴相连、另一端与从动螺杆相连。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:成型导向套筒由相连通的圆柱导向套筒和圆锥导向套筒组成;
套装在成型模套筒内的挤压成型模由依次相连通的一级成型模、二级成型模和三级成型模组成。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:在圆柱导向套筒的内表面和圆锥导向套筒的内表面分别设置条形凹槽。
作为本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备的进一步改进:一级成型模的内腔为方圆过渡孔;二级成型模和三级成型模的内腔均为带圆角的方孔。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是:本发明将生物质加热与挤压成型分离,能克服热压成型工艺中成型模与螺杆轴在高温高压下挤压生物质的缺陷,避免压缩成型关键部位的严重磨损现象。具体如下:
(1)、生物质物料在进入成型组件压缩之前,在预热组件内被加热到一定温度(200-300℃),使木质素软化或热解析出焦油,起到粘结剂的作用;从而使挤压的成型燃料更致密,并且在压缩过程中能减少成型部件与物料间的摩擦作用,降低成型所需的压力,从而大幅度提高成型部件的使用寿命,显著降低单位产品的能耗。与热压成型相比,整个系统能耗下降20%以上,成型部件寿命提高2.5倍以上。
(2)、挤压成型螺杆由主动螺杆和从动螺杆组合而成,预热后的物料经主动螺杆预压后进入成型导向套筒,再由从动螺杆挤压成型,磨损主要发生在从动螺杆段,因此,只需修补或更换从动螺杆,并且使螺杆的拆卸、维修更方便。
(3)挤压成型模由一、二、三级成型模沿轴向组合而成,物料挤压成型时磨损依次发生在各级成型模内表面,因此,只需分别视磨损情况更换各级成型模,降低使用维护成本,并且拆卸、维护更方便。
(4)成型模套筒与一、二、三级成型模均以键联接,且二、三级挤压成型模的内孔为带圆角的方孔,使挤压成型时物料不会随着螺杆一起旋转,成型燃料表面光洁,物理品质更佳。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型机的结构示意图;
图2是图1中的成型组件5的结构放大示意图;
图3是图2中的圆柱导向套筒55的结构放大示意图;
A为圆柱导向套筒55的剖视示意图;B为A的左视示意图;
图4是图2中的圆锥导向套筒56的结构放大示意图;
A为圆锥导向套筒56的剖视示意图;B为A的左视示意图;
图5是图2中的一级成型模57的结构放大示意图;
A为一级成型模57的剖视示意图;B为A的左视示意图;
图6是图2中的二级成型模59的结构放大示意图;
A为二级成型模59的剖视示意图;B为A的左视示意图。
具体实施方式
图1~图6结合给出了一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,包括机架10,在机架10上设置料斗13、预热组件、成型组件5、皮带轮传动箱6、配电控制箱8、主电机7和辊筒输送机构9。
预热组件包括螺旋搅拌轴3、预热筒1、电加热圈12和调速电机11;位于预热筒1内腔中的螺旋搅拌轴3与预热筒1转动相连,调速电机11通过滑块联轴器与螺旋搅拌轴3相连;物料预热输送速度由调速电机11调整。在预热筒1右端上表面设置进料口15,位于预热筒1右上方的料斗13与进料口15相连;在预热筒1左端下表面设置出料口16,在预热筒1中间段的外表面设置电加热圈12,在电加热圈12的外表面再包裹一层保温层14,起到节省能源、降低能耗的作用。带单向阀的排气管2位于预热筒1的上方,排气管2与预热筒1左端的内腔相连通;温度传感器17也与预热筒1左端的内腔相连通。预热筒1内的螺旋搅拌轴3使物料边搅拌边从右向左输送,电加热圈12和保温层14能使物料受热均匀,排气管2用来排出因物料干燥和部分热解而产生的气体,能避免物料在挤压成型时产生“放炮”现象。预热筒1内的物料预热温度由温度传感器17和配电控制箱8、电加热圈12调整和自动控制。
成型组件5位于预热筒1的左下方,成型组件5包括箱体51、主轴52、主动螺杆53、从动螺杆54、成型导向套筒、挤压成型模和成型模套筒58,成型模套筒58与箱体51的右侧以螺钉相连。箱体51分隔成互不相通的左空腔501和右空腔502;成型导向套筒由相连通的圆柱导向套筒55和圆锥导向套筒56组成;套装在成型模套筒58内的挤压成型模由依次相连通的一级成型模57、二级成型模59和三级成型模50组成,一级成型模57、二级成型模59和三级成型模50两两间以键联接。圆柱导向套筒55与右空腔502相连通,一级成型模57与圆锥导向套筒56相连通。即,右空腔502、圆柱导向套筒55、圆锥导向套筒56、一级成型模57、二级成型模59和三级成型模50依次密封地相连通。位于左空腔501内的主轴52与箱体51转动相连,具体为:在左空腔501内分别设有调心滚子轴承503、推力球轴承504和深沟球轴承505,主轴52由上述3个轴承支撑,从而实现与箱体51的转动相连。
箱体51上设有与左空腔501相连通的加油口506,润滑油从加油口506进入左空腔501内,润滑油起到润滑和冷却调心滚子轴承503、推力球轴承504、深沟球轴承505和主轴52的作用。加油口506还兼有散热孔的作用(由于右空腔502内温度较高)。
主电机7通过皮带轮传动箱6与主轴52的左端相连;主动螺杆53位于右空腔502内,主动螺杆53的左端与主轴52的右端相连,从而实现与主轴52的轴向定位和连接。
在主动螺杆53的右端设置方形内孔,从动螺杆54的左端为与上述方形内孔相吻合的方形凸部,依靠方形凸部与方形内孔的配合,从动螺杆54的左端与主动螺杆53的右端固定联接。上述结构能保证在维修时可轻易拆卸从动螺杆54。
右空腔502通过成型装置进料斗4与预热筒1上的出料口16相连,物料首先在右空腔502内被主动螺杆53挤压,因此右空腔502为一预压腔。
三级成型模50的出口与辊筒输送机构9相连。
配电控制箱8分别与电加热圈12、调速电机11、温度传感器17、主电机7信号相连。
为了避免物料随着螺杆一起转动而无法成型,进行了如下设置:
如图3所示,在圆柱导向套筒55的内表面均匀设置4个条形凹槽551;
如图4所示,在圆锥导向套筒56的内表面均匀设置4个条形凹槽561;
如图5所示,一级成型模57的内腔为方圆过渡孔,即方孔571向圆孔572过渡;该方孔571与圆锥导向套筒56的内腔相连。
如图6所示,二级成型模59的内腔为带圆角的方孔;同样,三级成型模50的内腔也为带圆角的方孔。
上述结构能避免物料随着螺杆一起转动而无法成型,即确保物料向前推进、压实,密度提高,但不发生旋转,从而起到保形保压作用。
本发明的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备工作原理和过程如下:
利用配电控制箱8使电加热圈12加热,从而使预热筒1内的温度达到设定温度(200-300℃)。温度传感器17用于感知预热筒1内的温度,配合配电控制箱8来控制电加热圈12,从而始终保证预热筒1内的温度为设定温度。
切碎的物料由料斗13、经进料口15进入预热筒1内,由螺旋搅拌轴3边搅拌加热边从右向左输送,物料因热解而产生的气体经排气管2排出。预热后的物料依次从出料口16、成型装置进料斗4进入右空腔502内。
主电机7的动力通过皮带轮传动箱6减速后传给主轴52,再由主轴52带动主动螺杆53做同步旋转,主动螺杆53再带动从动螺杆54旋转挤压物料,通过圆柱导向套筒55和圆锥导向套筒56将物料压入一级成型模57内成型,在二级成型模59、三级成型模50内保压定型一段时间,最终从出料口挤出,在辊筒输送机构9上冷却并切割成一定长度的棒状燃料。
以农作物秸秆为原料,采用本发明的设备生产生物质棒状燃料,所得的生物质棒状燃料截面尺寸≥40×40mm,密度达1.0-1.3t/m3,含水率<10%。
以同样品种的农作物秸秆为原料,与采用常规的螺杆挤压式热压成型机生产相同形状尺寸的生物质棒状燃料相比,整个系统能耗下降20%以上,成型部件寿命提高2.5倍以上;而且螺杆和成型模的拆卸、维护更方便;成型燃料表面光洁,物理品质更佳。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:包括料斗(13)、预热组件、成型组件(5)、带轮传动箱(6)、配电控制箱(8)、主电机(7)和辊筒输送机构(9),位于预热组件右上方的料斗(13)与预热组件的进料口(15)相连,位于预热组件左下方的成型组件(5)与预热组件的出料口(16)相连;成型组件(5)的出口与辊筒输送机构(9)相连;主电机(7)通过带轮传动箱(6)与成型组件(5)相连。
2.根据权利要求1所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:所述预热组件包括螺旋搅拌轴(3)、预热筒(1)、电加热圈(12)和调速电机(11),位于预热筒(1)内腔中的螺旋搅拌轴(3)与预热筒(1)转动相连,调速电机(11)和螺旋搅拌轴(3)相连;在预热筒(1)中间段的外表面设置电加热圈(12);在预热筒(1)右端上表面设置进料口(15),在预热筒(1)左端下表面设置出料口(16)。
3.根据权利要求2所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:带单向阀的排气管(2)与预热筒(1)左端的内腔相连通。
4.根据权利要求3所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:温度传感器(17)与预热筒(1)左端的内腔相连通。
5.根据权利要求4所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:在电加热圈(12)的外表面设置保温层(14)。
6.根据权利要求3、4或5所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:成型组件(5)包括箱体(51)、主轴(52)、主动螺杆(53)、从动螺杆(54)、成型导向套筒、挤压成型模和成型模套筒(58);
箱体(51)分隔成左空腔(501)和右空腔(502),成型模套装在成型模套筒(58)内,成型导向套筒的一端与右空腔(502)相连通、另一端与成型模相连通;位于左空腔(501)内的主轴(52)与箱体(51)转动相连,主电机(7)通过带轮传动箱(6)与主轴(52)相连;位于右空腔(502)内的主动螺杆(53)的一端与主轴(52)相连、另一端与从动螺杆(54)相连。
7.根据权利要求6所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:成型导向套筒由相连通的圆柱导向套筒(55)和圆锥导向套筒(56)组成;
套装在成型模套筒(58)内的挤压成型模由依次相连通的一级成型模(57)、二级成型模(59)和三级成型模(50)组成。
8.根据权利要求7所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:在圆柱导向套筒(55)的内表面和圆锥导向套筒(56)的内表面分别设置条形凹槽。
9.根据权利要求8所述的生物质棒状燃料预热与挤压成型设备,其特征在于:一级成型模(57)的内腔为方圆过渡孔;二级成型模(59)和三级成型模(50)的内腔均为带圆角的方孔。
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