CN104910992B - 生物质颗粒成型系统 - Google Patents

Abstract

一种生物质颗粒成型系统，包括生物质粉碎装置、碎料干燥装置、物料颗粒成型装置以及热泵装置。该生物质粉碎装置将生物质材料粉碎后，利用出料风机输送到碎料干燥装置中进行干燥。干燥后的碎料可自动输送到物料颗粒成型装置中经挤压形成颗粒。同时该生物质成型系统还设置了热泵装置来回收所排出湿热气体中所含的热量。该生物质成型系统自动化能力高、可适应多种不同的生物质材料，通过设置在成型装置中的加热装置提高了颗粒成型的效率和效果。

Description

生物质颗粒成型系统

技术领域

本发明涉及一种生物质颗粒成型系统。

背景技术

秸秆和小树枝、竹枝等生物质材料是农村中的重要生活燃料，但是大量的资源仍未得到充分使用。且城市中供热需求大，需要大量的燃料供使用，如果将这些农村的生物质材料直接运送到城市中使用，一方面运送困难，另一方面不易于存储。因此将这些生物质材料制造成燃料颗粒，可便于输送和存储，提高了材料的利用效率。

但是目前常用的颗粒成型系统需要先将生物质材料进行一定程度的干燥后再进行粉碎、成型。这样的预先干燥工艺耗时以及耗能，不利于能源的充分利用。且在加工过程中，如果生物质材料所含水分较高，或者较低，都不利于颗粒的成型。

因此，本领域急需一种对生物质材料直接加工、工作效率高、成型颗粒效果好的设备。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种生物质成型系统，包括生物质粉碎装置、碎料干燥装置、物料颗粒成型装置以及热泵装置，其中：

所述生物质粉碎装置，从生物质运动方向上看，依次包括进料器、成对的碾压辊、粉碎辊、以及出料风机；所述进料器为截面为U型的管道，生物质材料从所述进料器进入到所述生物质粉碎装置中进行粉碎，所述碾压辊成对上下对称设置，碾压后的生物质材料经由所述粉碎辊切割；所述粉碎辊上设置有沿着辊的圆周表面以螺旋阵列布置的多个刀刃，所述刀刃与所述碾压辊的出料口对应，随着所述粉碎辊的转动，所述刀刃转动过程中依次切断碾压后的生物质材料，成为碎料，所述碎料通过所述出料风机传送到所述碎料干燥装置；

所述碎料干燥装置，主要由传送带、壳体、可控电加热装置、含水率检测器、湿度传感器、温度传感器以及干燥控制系统组成；所述出料风机将碎料吹送到所述碎料干燥装置的所述传送带上；所述壳体包括与所述出料风机相连通的吹送入口，以及将干燥好的碎料排出的出料口；所述含水率检测器设置在所述吹送入口以及所述出料口附近；所述湿度传感器、所述温度传感器以及所述可控电加热装置设置在所述壳体上；所述干燥控制系统与传送带的传动系统、所述可控电加热装置、所述含水率检测器、所述湿度传感器、所述温度传感器电器连接；所述含水率检测器检测到的含水率信号发送到干燥控制系统，所述干燥控制系统据此调整所述可控电加热装置的干燥温度；所述湿度传感器、所述温度传感器将所述壳体内的实时温度和湿度信号发送到干燥控制系统，从而调整所述可控加热装置的加热温度；所述传送带间歇运动，将干燥后碎料从所述出料口排出，进入到所述物料颗粒成型装置3中进行造粒；

所述物料颗粒成型装置包括锥形料斗、筒形壳体、挤压对辊、颗粒成型对辊、颗粒出料口、支撑架；所述锥形料斗为圆锥形，所述料斗的端部向内延伸超过筒形壳体的内上表面，且所述料斗的端部与所述挤压对辊的挤压间隙相接合；所述挤压对辊对生物质碎料进行初步预压，形成物料带，该物料带进一步输送到所述颗粒成型对辊中，挤压成颗粒；其中所述挤压对辊为表面光滑的对辊，并设置有传热介质进出口，经过加热的传热介质可通入挤压对辊中，对挤压对辊进行加热；所述颗粒成型对辊为表面带有成型齿层的辊，所述成型齿层为管状橡胶层，套接在所述颗粒成型对辊的辊体上；且所述辊体上也设置有传热介质的进出口；在工作过程中，所述挤压对辊的旋转速度稍大于所述颗粒成型对辊34的旋转速度，成型后的颗粒从所述筒形壳体下部的所述颗粒出料口排出；

所述筒形壳体下部设置有进气口，所述筒形壳体上部设置有出气口；

所述热泵装置的热量回收管线与出所述气口连通，所述热泵装置的输出管线与所述进气口连通，所述热泵装置的两条热源输出管线分别通入挤压对辊和颗粒成型对辊的传热介质进出口；所述热泵装置通过输出管线将物料颗粒成型装置内产生的湿热气体中的热量回收，然后用这些热量以及附加的加热装置对传热介质进行加热，再将加热后的传热介质分别输入到挤压对辊和颗粒成型对辊中。经过热量回收的湿热气体变为干冷气体，再通过所述输出管线通入到所述筒状壳体的筒状进气口中。

其中所述碾压辊为带有凸棱的橡胶辊，在碾压过程中，上下碾压辊的凸棱相互错开，且上下碾压辊之间的间距可以根据不同的生物质材料进行调整。

其中所述粉碎辊为不锈钢辊，所述多个刀刃通过焊接、螺栓固定或者铆接的方式固定到粉碎辊上。

其中所述锥形料斗中设置有搅拌器，所述搅拌器由通过主轴驱动的叶片构成，工作过程中当碎料粘合或者难以下落的时候，启动该搅拌器，使得碎料打散。

其中所述传热介质为蒸汽、热空气、热油中任一种。

其中所述颗粒成型对辊上的成型齿层根据所成型颗粒的用途，替换为具有相应齿形的成型齿层。

其中所述热泵装置中还设置有加热装置，所述热泵装置回收的热量以及所述加热器被用于加热传热介质，加热后的传热介质通过热源输出管线输入到所述挤压对辊和所述颗粒成型对辊中。

本发明的优点在于：无需对生物质材料进行预先干燥。在加工过程中可根据生物质材料的含水率调整加工速度，同时在成型过程中对生物质材料进行加热，有助于提高加工效率以及生物质颗粒的粘合强度。

附图说明

图1为根据本发明的生物质颗粒成型系统图。

图2为根据本发明的生物质颗粒成型系统的碎料装置内部结构图。

图3为生物质粉碎装置中碾压辊的纵向视图。

图4为粉碎辊上刀刃的螺旋布置形式。

图5为碎料干燥装置的内部结构图。

图6为物料颗粒成型装置的内部结构图。

图7为热泵装置的管线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述生物质颗粒成型系统的优选实施例进行详细说明。

图1所示的生物质颗粒成型系统由生物质粉碎装置1、碎料干燥装置2、物料颗粒成型装置3以及热泵装置4组成。

生物质粉碎装置对生物质材料进行碾压和粉碎。如图2所示，从生物质运动方向上看，生物质粉碎装置依次包括进料器11、成对的碾压辊12、粉碎辊13、以及出料风机14。进料器11为截面为U型的管道，生物质材料从进料器进入到生物质粉碎装置1中进行粉碎。碾压辊12成对上下对称设置，用以碾压生物质。且如图3所示，碾压辊12为带有凸棱的橡胶辊，在碾压过程中，上下辊的凸棱相互错开，且上下碾压辊12之间的间距可以根据不同的生物质材料进行调整，以保证碾压的效果。碾压后的生物质材料经由粉碎辊13切割，该粉碎辊13上设置有沿着辊的圆周表面以螺旋阵列布置的多个刀刃131（见图4），在工作中粉碎辊13旋转，粉碎辊13上的刀刃对碾压后生物质材料实现切割。为了防止含水分的生物质材料造成辊的污染，粉碎辊13为不锈钢辊，多个刀刃131通过适宜方式以螺旋阵列布置到辊13上，这些方式可以为焊接、螺栓固定或者铆接，如果考虑到刀刃的可替换性，优选采用螺栓固定刀刃。粉碎辊13上的刀刃与上下碾压辊12的出料口对应，随着粉碎辊13的转动，刀刃131把碾压后的生物质材料切成小段；螺旋的刀刃斜着布置，刀刃转动过程中依次切断碾压后的秸秆，成为碎料。

下落的碎料通过出料风机14传送到碎料干燥装置2，使得碎料中的水分控制在适当范围之内。

在一般的造粒系统中，都不具备含水率调节设备，因而，在造粒过程中，常常因为生物质材料中的含水率情况不同，每一批所造出的颗粒，其效果也不同。在造粒时，如果生物质材料中的含水率过高，则在造粒时会排出大量水分，影响造粒效果，甚至会粘连到造粒设备上，引起设备的卡塞或者失效，大大影响了工作效率和颗粒效果。为此，本发明设置了碎料干燥设备，对粉碎后的碎料进行干燥，从而保证在进行造粒挤压之前，碎料达到适当的含水率范围，便于造粒的进行。

如图5所示，碎料干燥装置2主要由传送带21、壳体22、可控电加热装置23、含水率检测器24、湿度传感器25、温度传感器26以及干燥控制系统（未示出）组成。出料风机14将碎料吹送到碎料干燥装置的传送带21上，壳体22包括与出料风机14相连通的吹送入口221，以及将干燥好的碎料排出的出料口222。含水率检测器24设置在吹送入口221以及出料口222附近，以检测碎料中的含水率。湿度传感器25、温度传感器26以及可控电加热装置23设置在壳体22上。干燥控制系统与传送带21的传动系统（未示出）、可控电加热装置23、含水率检测器24、湿度传感器25、温度传感器26形成通信关系。含水率检测器24检测到的含水率信号发送到干燥控制系统，干燥控制系统据此调整可控电加热装置23的干燥温度，湿度传感器25、温度传感器26将壳体22内的实时温度和湿度信号发送到干燥控制系统，从而根据实时温度和湿度调整可控加热装置23是否需要进一步提高温度。传送带21间歇运动，干燥控制系统根据碎料的干燥情况（出料口222附近的含水率检测器24所反馈的含水率信号），给传送带21的传动系统发出信号，如果碎料中含水率过高，仍需要进一步干燥，则干燥控制系统给传动系统发出传送带21应停止运动的信号；当检测到碎料中含水率达到要求之后，干燥控制系统根据碎料的干燥情况（出料口222附近的含水率检测器24所反馈的含水率信号），给传送带21的传动系统发出信号，启动传送带21继续前进，将干燥后碎料从出料口222排出，进入到物料颗粒成型装置3中进行造粒。

其中，所述的干燥控制系统，当碎料经由粉碎装置1的出料风机14持续吹送到传送带上，与此同时传送带往前运转，直至位于壳体22内的传送带上堆积了一定量的碎料，便停止运转。这时，位于吹送入口221附近的含水率检测器24开始检测生物质中的含水率，再将含水率检测结果发送至干燥控制系统。干燥控制系统接收到含水率检测结果之后，启动可控电加热装置23进行加热。值得注意的是，为了保证加热的速度和加热效果，可控电加热装置23所释放出的温度在30℃到90℃之间，因为干燥温度过高，湿度较低，会使得所干燥的碎料在受热过程中变脆，不利于保证成型颗粒的强度，容易松散；如果干燥的温度过低、湿度过高，则干燥过慢。为了控制适当的温度，在壳体内壁22上设置了湿度传感器25、温度传感器26，干燥控制系统根据湿度传感器25和温度传感器26的实时检测结果，调整可控电加热装置23的加热温度。每隔1分钟，位于吹送入口221以及出料口222的两个含水率检测器24都将所测得的含水率数据反馈给干燥控制系统系统，当所检测的含水率在15%-20%之间时，干燥控制系统给可控电加热装置23发出停止加热的信号，同时干燥控制系统给传送带21的传动系统发出运转的信号，从而使得干燥后的碎料可以从出料口222落入到物料颗粒成型装置3的锥形料斗31之中。

物料颗粒成型装置3如图6所示，包括锥形料斗31，与料斗一体的筒形壳体32，挤压对辊33，颗粒成型对辊34，颗粒出料口35，支撑架36。优选地，为了防止干燥后的碎料堆积，料斗31中设置有搅拌器311，其由通过主轴312驱动的叶片313构成，工作过程中当碎料粘合或者难以下落的时候，启动该搅拌器311，使得碎料被打散，易于下落。锥形料斗31为圆锥形，料斗31的端部向内延伸超过筒形壳体32的内上表面，且料斗31的端部与挤压对辊33的挤压间隙相接合，使得碎料可以直接落入到挤压对辊33之间的间隙中。挤压对辊33对生物质碎料进行初步预压，形成物料带，该物料带进一步输送到颗粒成型对辊34中，挤压成颗粒。其中挤压对辊33为表面光滑的对辊，挤压对辊33中都设置有传热介质进出口331，经过加热的传热介质可通入挤压对辊中，对挤压对辊进行加热，优选地，这种传热介质为蒸汽、热空气、热油等。颗粒成型对辊34为表面带有成型齿层341的辊，所成型颗粒的形状与颗粒成型对辊34上的成型齿形状像对应。颗粒成型对辊34上的成型齿层341为管状橡胶层，成型齿层341套接在颗粒成型对辊34的辊体342上。根据所成型颗粒的用途，可以采用不同齿形的成型齿层341。且辊体342上也设置有传热介质的进出口343，传热介质，如蒸汽、热空气、热油等通入辊体中对颗粒成型对辊34进行加热。在颗粒成型中对物料进行加热，一方面可以进一步加速成型的速度，另一方面可以保证所成型颗粒的粘合强度。且加工过程中可根据不同用途，调整加热的温度。另外，在工作过程中，挤压对辊33的旋转速度稍大于颗粒成型对辊34的旋转速度，以保证颗粒成型工序的连贯。成型后的颗粒从壳体32下部的颗粒出料口35排出。

另外，筒形壳体32下部设置有进气口321，筒形壳体32上部设置有出气口322。生物质碎料挤压、成型过程中，由于加热产生的湿热空气会经由筒形壳体32上部的出气口322排出物料颗粒成型装置3，为了保证筒形壳体32中适宜的加热温度和湿度，干冷的气体从进气口321通入到筒形壳体32内。

同时，为了保证热量的回收利用，本发明的生物质颗粒成型系统还设置了热泵装置4，如图1、7所示，该热泵装置4的热量回收管线41与出气口322连通，热泵装置4的输出管线42与进气口312连通，热泵装置4的热源输出管线431通入挤压对辊的传热介质进出口331，热泵装置4的热源输出管线432通入颗粒成型对辊的传热介质进出口343中。热泵装置4通过输出管线42将物料颗粒成型装置内产生的湿热气体中的热量回收，然后用这些热量以及附加的加热装置（未示出）对传热介质进行加热，再将加热后的传热介质输入到挤压对辊33和颗粒成型对辊34中。另一方面，经过热量回收的湿热气体变为干冷气体，再通过输出管线42通入到筒状壳体32的进气口321中。其中辅助加热装置优选地为电热加热器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种生物质燃料颗粒成型系统，包括生物质粉碎装置、碎料干燥装置、物料颗粒成型装置以及热泵装置，其特征在于：

所述生物质粉碎装置，从生物质运动方向上看，依次包括进料器、成对的碾压辊、粉碎辊、以及出料风机；所述进料器为截面为U型的管道，生物质材料从所述进料器进入到所述生物质粉碎装置中进行粉碎；所述碾压辊成对上下对称设置，碾压后的生物质材料经由所述粉碎辊切割；所述碾压辊为带有凸棱的橡胶辊，在碾压过程中，上下碾压辊的凸棱相互错开，且上下碾压辊之间的间距可以根据不同的生物质材料进行调整；所述粉碎辊上设置有沿着辊的圆周表面以螺旋阵列布置的多个刀刃，所述刀刃与所述碾压辊的出料口对应，随着所述粉碎辊的转动，所述刀刃转动过程中依次切断碾压后的生物质材料，成为碎料，所述碎料通过所述出料风机传送到所述碎料干燥装置；

所述碎料干燥装置，主要由传送带、壳体、可控电加热装置、含水率检测器、湿度传感器、温度传感器以及干燥控制系统组成；所述出料风机将碎料吹送到所述碎料干燥装置的所述传送带上；所述壳体包括与所述出料风机相连通的吹送入口，以及将干燥好的碎料排出的出料口；所述含水率检测器设置在所述吹送入口以及所述出料口附近；所述湿度传感器、所述温度传感器以及所述可控电加热装置设置在所述壳体上；所述干燥控制系统与传送带的传动系统、所述可控电加热装置、所述含水率检测器、所述湿度传感器、所述温度传感器电器连接；所述含水率检测器检测到的含水率信号发送到干燥控制系统，所述干燥控制系统据此调整所述可控电加热装置的干燥温度；所述湿度传感器、所述温度传感器将所述壳体内的实时温度和湿度信号发送到干燥控制系统，从而调整所述可控加热装置的加热温度；所述传送带间歇运动，将干燥后碎料从所述出料口排出，进入到所述物料颗粒成型装置中进行造粒；

所述物料颗粒成型装置包括锥形料斗、筒形壳体、挤压对辊、颗粒成型对辊、颗粒出料口、支撑架；所述锥形料斗为圆锥形，所述料斗的端部向内延伸超过筒形壳体的内上表面，且所述料斗的端部与所述挤压对辊的挤压间隙相接合；所述锥形料斗中设置有搅拌器，所述搅拌器由通过主轴驱动的叶片构成，工作过程中当碎料粘合或者难以下落的时候，启动该搅拌器，使得碎料打散；所述挤压对辊对生物质碎料进行初步预压，形成物料带，该物料带进一步输送到所述颗粒成型对辊中，挤压成颗粒；其中所述挤压对辊为表面光滑的对辊，并设置有传热介质进出口，经过加热的传热介质可通入挤压对辊中，对挤压对辊进行加热；所述颗粒成型对辊为表面带有成型齿层的辊，所述成型齿层为管状橡胶层，套接在所述颗粒成型对辊的辊体上；且所述辊体上也设置有传热介质的进出口；在工作过程中，所述挤压对辊的旋转速度稍大于所述颗粒成型对辊的旋转速度，成型后的颗粒从所述筒形壳体下部的所述颗粒出料口排出；

所述筒形壳体下部设置有进气口，所述筒形壳体上部设置有出气口；

所述热泵装置的热量回收管线与所述出气口连通 ，所述热泵装置的输出管线与所述进气口连通，所述热泵装置的两条热源输出管线分别通入挤压对辊和颗粒成型对辊的传热介质进出口；所述热泵装置通过输出管线将物料颗粒成型装置内产生的湿热气体中的热量回收，然后用这些热量以及附加的加热装置对传热介质进行加热，再将加热后的传热介质分别输入到挤压对辊和颗粒成型对辊中；

经过热量回收的湿热气体变为干冷气体，再通过所述输出管线通入到所述筒状壳体的筒状进气口中。

2.根据权利要求1的生物质燃料颗粒成型系统，其中所述粉碎辊为不锈钢辊，所述多个刀刃通过焊接、螺栓固定或者铆接的方式固定到粉碎辊上。

3.根据权利要求2的生物质燃料颗粒成型系统，其中所述传热介质为蒸汽、热空气、热油中任一种。

4.根据权利要求3的生物质燃料颗粒成型系统，其中所述颗粒成型对辊上的成型齿层根据所成型颗粒的用途，替换为具有相应齿形的成型齿层。

5.根据权利要求4的生物质燃料颗粒成型系统，其中所述热泵装置中还设置有加热装置，所述热泵装置回收的热量以及所述加热器被用于加热传热介质，加热后的传热介质通过热源输出管线输入到所述挤压对辊和所述颗粒成型对辊中。