CN101905543A

CN101905543A - 一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺及设备

Info

Publication number: CN101905543A
Application number: CN 201010245297
Authority: CN
Inventors: 张小辉; 王启民; 关新
Original assignee: Shenyang Institute of Engineering
Current assignee: Shenyang Institute of Engineering
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: CN101905543B

Abstract

一种螺旋挤压加热秸秆成型工艺及设备，该设备含有机座、螺旋推进器、加热成型套筒、鼠笼型冷却器和导热油炉。机座上固定有驱动电机、皮带轮传动装置、给料缸筒。安装于给料缸筒中的螺旋推进器包括推进螺杆和可换压头。加热成型套筒及鼠笼型冷却器与给料缸筒相连接。原料由料斗进入给料缸筒，经螺旋推进器挤压推入加热成型套筒形成成型颗粒，并挤入鼠笼型冷却器进行冷却。导热油炉以成型颗粒为燃料，为加热加压过程提供热量，并燃尽加热过程产生的醛类气体。本发明与现有螺旋压缩成型机械比，功耗降低，磨损压头更换修复方便快捷；与现有电加热压缩成型机械比，电功耗降低，避免了挥发份释放造成的醛类污染，优化了能源消费结构，提高了经济效益。

Description

一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺及设备

技术领域

本发明有关一种压缩成型机械，特别有关一种秸秆压缩成型机械。

背景技术

煤、石油和天然气等化石能源在为人类社会的发展提供能源动力的同时，也对人类的生存环境造成巨大的危害，如温室效应、NOx排放、SO₂排放和粉尘污染等。与此同时人类社会也面临着化石能源枯竭的问题。所以寻求开发新的能源，实现社会的可持续发展日益受到世界各国的重视。生物质能源作为一种可再生的清洁能源，有着良好的发展前景。美国国家科学院在《1985-2010年的能源转换》中明确指出：“到2010年，大规模生物质转化所获得的能量将是1985年能源总需求量的20倍”。我国也提出了“到2020年，可再生能源在能源构成中的比例要占10％左右”的可再生能源发展战略。秸秆是最重要的生物质能源之一。但是秸秆资源具有能源密度低、可利用半径小、生产具有季节性、存储损耗大和存储费用高的缺点。秸秆压缩成型是克服上述缺点的有效技术手段之一。

目前世界各地研制生产的秸秆压缩成型机械设备按照机械作用原理可以分为三类，即螺旋压缩成型、活塞压缩成型和模压成型：

1)螺旋压缩成型机械

秸秆原料依靠重力落入螺旋压缩成型机械中，锥形螺杆在其他动力机械的拖动下，推动秸秆原料进入横截面积渐渐变小的压缩成型筒内，秸秆原料在锥形螺杆和压缩成型筒的作用下，压应力越来越大，在压缩成型筒的顶端达到最大压应力而成型，再经过一段时间的应力松弛，被推出螺旋压缩成型机械，成为秸秆成型颗粒。

螺旋压缩成型机械的缺点是：功耗大；设备磨损，尤其是螺旋推进器头部的磨损严重，且更新、修复不方便。

为了降低螺旋压缩成型设备的功耗，通常采用在成型原料中加入粘结剂，这导致了人们对燃烧效率下降和污染物排放增加的担心。

为了降低螺旋压缩成型设备的功耗，人们又开发了带电加热装置的加热螺旋压缩技术。该技术虽然对压缩功耗有所降低，但增加了加热电耗，总能耗并没有多大变化，同时加热压缩过程中秸秆挥发份释放，尤其是醛类的释放会污染生产环境，危害生产人员的身体健康。

2)活塞压缩成型机械

活塞压缩成型机械，避免了螺旋压缩成型磨损严重的问题，分为飞轮活塞压缩和液压活塞压缩两种。飞轮活塞压缩依靠存储于飞轮中的转动动能压缩生物质原料，使其成型。飞轮活塞压缩机械体积庞大、震动强烈而且噪音剧烈，推广和应用都有一定困难。液压活塞压缩避免了飞轮活塞压缩上述缺点，但是由于秸秆原料压缩成型时，表观密度增加很多，因此液压机械行程很大，导致单位时间产量很受限制。

3)模压压缩成型机械

模压压缩成型机械主要有两种：一种是平模压缩成型机械；另一种是环模压缩成型机械，都是根据饲料颗粒成型机械改造而来的。

环模压缩成型机械产量大，耗电少，但是对于秸秆等难成型的粗纤维，需要很大压力。环模压缩成型机械由于其结构限制，压力不可调，压制这些物料就会超出压力负荷，导致模具压轮轴承磨损或坏掉。

平模压缩成型机械转速低、压力大、模具正反两面都可以使用、模具压轮轴承不易磨损或损坏，但是产量小、功耗大。

发明内容

为克服现有秸秆压缩成型机械的缺点和不足，本发明的目的是提供一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺及设备，使其与现有技术相比，功耗降低，螺旋推进器头部磨损减缓、更新维修方便快捷，并且能有效回收利用成型颗粒冷却热量，降低能量消耗，有效避免挥发份释放造成的醛类污染，提高经济效益，优化能源消费结构。

本发明的技术方案如下：

一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于：所述设备含有机座、螺旋推进器、加热成型套筒、鼠笼型冷却器和导热油炉；所述机座上固定驱动电机、皮带轮传动装置和给料缸筒；所述螺旋推进器安装于给料缸筒内，由驱动电机通过皮带轮传动装置带动旋转；所述加热成型套筒设置在鼠笼型冷却器内，包括内筒、外筒、导热油进口和导热油出口；在所述的内筒和外筒之间用有缺口的环肋或螺旋肋片隔成导热油的螺旋通道；所述鼠笼型冷却器与给料缸筒直接相连；在所述的鼠笼型冷却器上设有成型颗粒出口、空气进口和热烟气出口，该热烟气出口通过热烟气管道与导热油炉的底部连接；在所述的导热油炉内部布置热交换器，该热交换器分别通过冷油管路和热油管路与加热成型套筒的导热油进口和导热油出口连接；并在所述的冷油管路上设有导热油泵和导热油箱。

本发明的技术特征还在于：所述的螺旋推进器包括推进螺杆和可换压头，推进螺杆和可换压头之间采用圆锥面紧配合加锁紧螺钉紧固连接。

本发明的另一技术特征是：所述的加热成型套筒包括锥形压缩段和成型段，锥形压缩段进料端采用压紧圈和调节垫圈与给料缸筒相连接；在成型段出口端装有切刀架，切刀架上装有切刀。

本发明的又一技术特征在于：所述鼠笼型冷却器包括鼠笼型冷却器内筒和外筒，内筒壁上设有方形网眼或圆形网眼；所述网眼的开孔率3％-5％。

本发明的再一技术特征是：所述方形网眼对角线长度为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2；所述圆形网眼的直径为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2。

本发明还提供了一种采用所述压缩成型设备的螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤：

1)秸秆原料从料斗经进料口落入给料缸筒中，螺旋推进器由驱动电机经皮带轮传动装置驱动，将秸秆原料连续挤压推入加热成型套筒；

2)秸秆原料由螺旋推进器连续挤压推入加热成型套筒，并在加热成型套筒内被导热油加热到230-300℃，随着螺旋推进器的螺旋挤压，秸秆原料经加压加热，形成为成型颗粒棒；

3)随着螺旋推进器在驱动电机的驱动下继续螺旋推进，成型颗粒棒被挤出加热成型套筒，当成型颗粒棒被挤出成型套筒出口端200-250mm时，被切刀切断，然后落入鼠笼型冷却器中；空气自大气环境，经空气进口从鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间的夹层端部流入，穿过鼠笼型冷却器内筒壁上的网眼结构，进入内筒冷却成型颗粒棒，并携带成型原料加热过程中产生的醛类气体，经热烟气管路进入导热油炉的底部，与部分成型颗粒混合并参与燃烧，释放的热量用来加热导热油；

4)被冷却后的成型颗粒从成型颗粒出口排出。

在本发明提供的所述工艺中，所述鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间夹层的真空度至少为200Pa。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

本发明提供的螺旋挤压加热秸秆压缩成型机，由于采用了可换压头，从而使螺旋推进器的更换与修复更方便快捷，大大缩短了维护时间，机械的生产能力明显提高；由于采用了导热油加热系统，替代电加热系统，电耗减少，使产品功耗大大降低；独特的鼠笼型冷却器与导热油炉相结合的设计，避免了挥发份释放造成的醛类污染，优化了能源消费结构，提高了经济效益。

附图说明

图1为本发明的螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备的结构示意图。

图2为本发明的关键部件结构和连接示意图。

图3为本发明的加热成型套筒的示意图。

图4为本发明的鼠笼型冷却器的示意图。

图中：1-鼠笼型冷却器；2-切刀架；3-加热成型套筒；4-料斗；5-进料口；6-推进螺杆；7-皮带轮传动装置；8-驱动电机；9-机座；10-给料缸筒；11-导热油泵；12-导热油箱；13-导热油炉；14-热交换器；15-燃料仓；16-引风机；17-可换压头；18-成型颗粒出口；19-切刀；20-冷油管路；21-热烟气管路；22-热油管路；23-排烟出口；24-空气进口；25-锁紧螺钉；111-导热油进口；112-导热油出口；113-加热成型套筒内筒；114-加热成型套筒外筒；115-带缺口的环肋或螺旋肋片；116-加热成型套筒成型段出口；117-加热成型套筒成型段；118-加热成型套筒锥形压缩段；119-压紧圈；120-加热成型套筒调节垫圈；221-鼠笼型冷却器内筒；222-鼠笼型冷却器外筒；223-孔段；224-导热油进出口密封通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备的结构示意图，该设备含有机座9、螺旋推进器、加热成型套筒3、鼠笼型冷却器1和导热油炉13；机座9上固定有驱动电机8、皮带轮传动装置7和给料缸筒10；螺旋推进器安装于给料缸筒10中，由驱动电机8通过皮带轮传动装置7带动旋转；所述螺旋推进器包括推进螺杆6和可换压头17，推进螺杆6和可换压头17之间采用圆锥面紧配合加锁紧螺钉25固定连接(如图2所示)；所述加热成型套筒3设置在鼠笼型冷却器1内，包括内筒113、外筒114、导热油进口111和导热油出口112；在所述加热成型套筒内筒和外筒之间用带缺口的环肋或螺旋肋片115隔成导热油的螺旋通道(如图3所示)。

所述加热成型套筒3设置在鼠笼型冷却器1内，鼠笼型冷却器与给料缸筒10采用螺栓紧固连接(如图2所示)。

鼠笼型冷却器为套筒式结构，包括鼠笼型冷却器内筒221和鼠笼型冷却器外筒222，内筒壁上设有方形网眼或圆形网眼；所述网眼的开孔率3％-5％。方形网眼对角线长度应为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2；圆形网眼的直径应为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2(如图4所示)。

在鼠笼型冷却器上设有导热油进出口密封通道224，为加热成型套筒中导热油进出管路通过鼠笼型冷却器通道。

在鼠笼型冷却器上分别设有成型颗粒出口18、空气进口24和热烟气出口，该热烟气出口通过热烟气管道21与导热油炉13的底部连接；导热油炉内部布置热交换器14，其上部设有引风机16和排烟出口23；热交换器14分别通过冷油管路20和热油管路22与加热成型套筒的导热油进口111和导热油出口112连接；并在所述的冷油管路20上设有导热油泵11和导热油箱12。

本发明提供的螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺，其具体工艺步骤如下：

1)秸秆原料从料斗4经进料口5落入给料缸筒10中，螺旋推进器由驱动电机8经皮带轮传动装置7驱动旋转，将秸秆原料挤压推入加热成型套筒；

2)秸秆原料被螺旋推进器连续挤压推入加热成型套筒3，并在加热成型套筒内被导热油加热到230-300℃，随着螺旋推进器的挤压推进，秸秆原料经加压加热，形成为成型颗粒棒；

3)随着螺旋推进器在驱动电机的驱动下继续挤压推进，成型颗粒棒被挤出加热成型套筒成型段出口端200-250mm，由切刀19将之切断，成型颗粒棒落入鼠笼型冷却器内筒中；空气自大气环境，经空气进口24从鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间的夹层端部流入，穿过内筒的网眼结构，进入内筒冷却成型颗粒棒，并携带预成型原料加热过程中产生的醛类气体，经热烟气管路21进入导热油炉13底部，与部分成型颗粒混合并参与燃烧，释放的热量用来加热导热油。鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间夹层的真空度至少为200Pa。

4)被冷却后的成型颗粒棒从成型颗粒出口18排出。

实施例：

本发明提供的螺旋挤压加热秸秆压缩成型机压缩的秸秆原料为辽宁省辽阳地区生产的秸秆，秸秆的应用基元素分析结果：Car＝41.01，Har＝4.89，Oar＝32.61，Nar＝1.88，Sar＝0.21，Mar＝6.21，Aar＝13.19。应用基低位发热量为15.513MJ/Kg。堆积密度为103Kg/m³。

秸秆原料存储于料斗4中，依靠重力，经过进料口5，落入给料缸筒10中。螺旋推进器由驱动电机通过皮带轮传动装置带动旋转，将秸秆原料挤压推入加热成型套筒，将秸秆原料压缩成圆柱状预成型原料。

电机功率选择11kW，电压380V，额定转速1500r/min，螺杆转速为480r/min。

螺旋推进器推进螺杆总长度为415mm，物料输送段螺杆长度为210mm，压缩成型段螺杆长度为70mm，锥形压缩成型段长度为70mm，螺杆外径为62mm，内径为30mm。加热成型套筒锥形压缩段进料口内径63.5mm，加热成型套筒成型段出料口内径48mm。物料经推进螺杆输送至压缩段，压缩成成型燃料，成型密度为1.0-1.1g/cm³。

加热成型套筒为套筒式结构，套筒内筒与外筒之间用有缺口的环肋隔成导热油的螺旋通道。

鼠笼型冷却器分为内筒和外筒，内筒是圆形的网眼结构，空气自环境，从内筒与外筒的夹层的端部，流入内筒与外筒的夹层，穿过内筒的网眼结构，进入内筒冷却成型颗粒，并携带成型原料加热过程中产生的醛类气体，从内筒端部流出，经过管道从底部，进入导热油炉参与燃烧，并燃尽醛类气体，避免污染环境。成型颗粒棒流出鼠笼型冷却器后，温度为40℃左右，需要自然冷却到室温，才能收集储存。

鼠笼型冷却器的内筒网眼为圆形，网眼直径0.56cm。网眼的开孔率3％，均匀分布。鼠笼型冷却器内筒与外筒的夹层的真空度200Pa。

导热油炉内部布置热交换器14，利用热烟气将导热油加热，经管路流入加热成型套筒的螺旋通道内，导热油在加热成型套筒内加热成型原料，自身被冷却，流出加热成型套筒后，经管路流入导热油箱12，进行自清洁。导热油泵11从导热油池中抽取导热油，供给热交换器。导热油流入加热成型套筒的温度控制在290～300℃，导热油流入导热油箱的温度为277～281℃，导热油吸入导热油泵的温度为241～245℃。

导热油炉的燃料为装在燃料仓15中的成型颗粒，依靠震荡给料器给导热油炉添加燃料。

本发明实例提供的螺旋挤压加热秸秆压缩成型机械每小时产秸秆颗粒482Kg，每小时总耗电112.5KW·h，导热油炉每小时燃烧秸秆颗粒15Kg，单位秸秆颗粒能耗为0.079KW·h/Kg。

本发明提供的螺旋挤压加热秸秆压缩成型机，由于采用了可换压头，从而使螺旋推进器的更换与修复更方便快捷，大大缩短了维护时间；由于采用了导热油加热系统，大大降低了电功耗，从而有效降低了产品单位能耗；独特的鼠笼型冷却器与导热油炉相结合的设计，避免了挥发份释放造成的醛类污染，优化了能源消费结构，提高了经济效益。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明所作的等同变化与修饰，都应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于：所述设备含有机座(9)、螺旋推进器、加热成型套筒(3)、鼠笼型冷却器(1)和导热油炉(13)；所述机座(9)上固定有驱动电机(8)、皮带轮传动装置(7)和给料缸筒(10)；所述螺旋推进器安装于给料缸筒(10)内，由驱动电机(8)通过皮带轮传动装置(7)带动旋转；所述加热成型套筒(3)设置在鼠笼型冷却器(1)内，它包括加热成型套筒内筒(113)、加热成型套筒外筒(114)、导热油进口(111)和导热油出口(112)；在所述的加热成型套筒内筒(113)和加热成型套筒外筒(114)之间用带缺口的环肋或螺旋肋片(115)隔成导热油的螺旋通道；所述鼠笼型冷却器(1)与给料缸筒(10)固定相连；在所述的鼠笼型冷却器(1)上设有成型颗粒出口(18)、空气进口(24)和热烟气出口，该热烟气出口通过热烟气管道(21)与导热油炉(13)的底部连接；在所述的导热油炉内部布置热交换器(14)，该热交换器分别通过冷油管路(20)和热油管路(22)与加热成型套筒的导热油进口(111)和导热油出口(112)连接；并在所述的冷油管路(20)上设有导热油泵(11)和导热油箱(12)。

2.按照权利要求1所述的一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于：所述的螺旋推进器由推进螺杆(6)和可换压头(17)组成，推进螺杆(6)和可换压头(17)之间采用圆锥面紧配合加锁紧螺钉(25)紧固连接。

3.按照权利要求1所述的一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于：所述的加热成型套筒(3)包括锥形压缩段(118)和成型段(117)，锥形压缩段进料端采用压紧圈(120)和调节垫圈(119)与给料缸筒相连接；在成型段出口端装有切刀架(2)，切刀架上装有切刀(19)。

4.按照权利要求1所述的一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于：所述鼠笼型冷却器包括鼠笼型冷却器内筒(221)和鼠笼型冷却器外筒(222)，鼠笼型冷却器内筒壁上设有方形网眼或圆形网眼；所述网眼的开孔率3％-5％。

5.按照权利要求4所述的一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于：所述方形网眼对角线长度为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2；所述圆形网眼的直径为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2。

6.采用如权利要求1所述设备的一种螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤：

1)秸秆原料从料斗经进料口落入给料缸筒中，螺旋推进器由驱动电机经皮带轮传动装置驱动，将秸秆原料连续挤压推入加热成型套筒内；

2)秸秆原料在加热成型套筒内被导热油加热到230-300℃，随着螺旋推进器的螺旋挤压，秸秆原料经加压加热，形成为成型颗粒棒；

4)被冷却后的成型颗粒棒从成型颗粒出口排出。

7.按照权利要求6所述的所述螺旋挤压加热秸秆压缩成型工艺，其特征在于：所述鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间夹层的真空度至少为200Pa。