CN110791345B - 猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以猪粪便渣料为主要原料的成型的生物质燃料的制备装置。由上料仓、辅料添加仓及其下料绞龙、输送带、菌种喷洒器、搅拌机、螺旋挤压成型机、切块机和控制系统组成连续生产流水线。原料来源多，适用面广；猪粪原料无需干燥，极大地节省了设备投资、能源损耗和人工投入；不需要高温就能使猪粪便成型；提高了生物质燃料块的热值；低成本无能耗烘干粪便；制备系统全自动化流水线作业，生产速度快，产量大，人工投入少，特别适应规模化养猪场将粪污制备生物质燃料。

Description

猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置

技术领域

本发明是属于废物的处理利用，涉及到以猪粪便渣料为主要原料制备成型的生物质燃料。

背景技术

统计显示，目前中国每年生产畜禽粪污总量达到近40亿吨，畜禽养殖出排放地化学需氧量达到1268万吨，占农业源排放量的96％，是造成农业源污染源的重要原因。畜禽粪污治理常用模式沼气产业、有机肥产业和种养结合三种模式。厌氧发酵产沼气发电技术在推广过程中，存在着设备费用高昂、技术管理不到位致沼气产气过程缓慢、沼液存在二次污染、部分沼气池产气效率差、产气量随季节波动大等问题。有机肥受养殖场自身生产管理水平及有机肥严格的质量标准限制，消耗能量大,投入人工及配料成本高，运输梗阻致使产品滞销。有机肥使用企业多数还不能因为其生产过程施用有机肥而提升市场价值，且施用有机肥和粪肥通常比施用化肥更为费时费力。有机肥产品的应用范围和用量还相当有限，有机肥产品的销售渠道还不是十分通畅，利润空间有限，甚至没有利润，直接影响了畜禽粪便等废弃物的有机肥产品转化。种养结合受种植消纳面积和运输上的限制,不能及时消化现代规模养殖所产生巨大的粪污数量。近二年非洲猪瘟的爆发，更是增添了养殖场清理猪粪进出车辆传染非洲猪瘟病毒的担心，导致养殖场猪只粪便的大量积压和污染。

同时，现代化养猪技术的发展，母猪产房和仔猪保育猪舍冬季加温对能源的有着巨大需要，用以提高猪的生长性能和饲料报酬，减少疫病的发生率。将猪粪便制造出可供锅炉燃烧的生物质燃料为猪粪便环保处理提供了一个很好的途径，具有环保、经济、隔绝传染病毒三重效益。

近年来，国内外献出专利也有以猪粪为原料制备燃料技术的报道，但现有技术中，其生产过程中的热压成型和产品干燥需要昂贵的设备投资和较多能源消耗，增加了生产成本；其次，现有制备方法对猪粪便含水率的要求极高，水份含量要求控制在很窄的区间，水份过低或过高都会导致固体燃料成型或造粒不成功，然而在生产制作过程中猪粪的含水量很难把握。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种以猪粪便渣料为主要原料的成型的生物质燃料的制备装置。以较低的能耗将猪粪制备为可以燃烧的成型燃料块。

本发明采用的技术方案是，猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置，其特征在于，由上料仓、辅料添加仓及其下料绞龙、输送带、菌种喷洒器、搅拌机、螺旋挤压成型机、切块机和控制系统组成连续生产流水线；所述上料仓内贮存猪粪渣料；辅料添加仓内贮存羧甲基淀粉钠，氯酸钾、除焦剂、煤粉、工业盐；菌种液喷洒器内贮存猪粪便发酵生物菌种；所述上料仓通过输送带连接搅拌机的进料口，上料仓与搅拌机之间的输送带通过下料绞龙连接辅料添加仓，搅拌机的进料口设有菌种液喷洒器，搅拌机的出料口连接螺旋挤压成型机的进料口，螺旋挤压成型机的出料口设有切块机。

优选地，各原料的重量配比是：猪粪渣料70～80份、煤粉10～15份、羧甲基淀粉钠1～3份、氯酸钾2～3份、除焦剂2～3份、消烟剂0.5～1份、工业盐3～6份、猪粪便发酵生物菌种1份；

优选地，所述搅拌机采用双轴卧式螺旋搅拌机。

采用上述制备装置，将繁杂的燃料加工流程生产简单化，上料仓内的猪粪渣料通过输送带上料到搅拌机；辅料添加仓的羧甲基淀粉钠，氯酸钾、除焦剂、煤粉、工业盐经下料绞龙均匀加入到运转上料的输送带上；猪粪渣料与辅料共同被输送带送至搅拌机的搅拌仓内，菌种喷洒器喷洒猪粪便发酵生物菌种液，搅拌20～30分钟得到预处理的混合料：所述搅拌仓的仓门定时自动打开，混合料落入螺旋挤压成型机；常温下螺旋挤压成型机将混合料从模头连续挤出成空心或实心的长条形体；切块机根据感应元件的指令动作，按照设定长度将长条形体切断后得到成型体；成型体落入盛装容器，将装满的盛装容器送到保温间内；保温间内生物质燃料块在菌种的作用下，进行发酵升温，干燥水分，及时排出干燥房内的湿气和臭味，通风晾干后得到干燥无臭味的生物质燃料块成品。

优选地，所述保温间内装置新风机、暖风机、排湿门，所述成型体在保温间内码垛堆放，设置好暖风机的启动/停止温度和新风机的启动/停止湿度：保温间内温度低于50℃时暖风机启动加热，温度高于55℃时，暖风机停止加热；保温间内湿度大于55％时开启新风机，在风压的作用下，排湿门被顶开，排出湿气；湿度低于45％时关闭新风机，风压降低，排湿门在自重的作用下垂落关闭；反复循环加热排湿，直至成型体的含水量不高于15％时，烘干完成。

进一步地，所述保温间设有隔板，所述保温间内腔由隔板分为两部分，两部分相互贯通组成循环风道。

该装置以猪粪渣料为原料，是全套机械自动化生产固体生物质燃料的装备，利用生物发酵技术产生高温来灭菌杀虫、干燥成品；添加羧甲基淀粉钠、氯酸钾、除焦剂促使产品成型，制得的生物质燃料块充分燃烧、污染排放少，贮存方便，生产过程中无需高温及干燥过程的能源消耗。全程全自动机械化操作，产量大。

采用上述猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置，其制备方法包括如下步骤：

步骤一，猪粪渣料来源于下述一种或多种：

①猪粪在集污池内经搅拌机搅拌均匀后，由潜水切割泵提升至固液分离机进行固液分离后得到的固体粪渣；

②干清粪法收集的猪粪渣；

③猪粪在沼气池发酵后固液分离得到的沼渣；

步骤二，在猪粪渣料中按所述重量配比加入羧甲基淀粉钠、氯酸钾、除焦剂、煤粉，放入搅拌机充分搅拌均匀，在搅拌的同时，按配比加入猪粪便发酵生物菌种一起搅拌均匀；得到预处理的混合料：

步骤三，常温下将混合料放入螺旋挤压机挤压，混合料经挤压从模头连续挤出成空心或实心的长条形体；长条形体切断后得到成型体；

步骤四，成型体放入保温间，成型体在猪粪便发酵生物菌种的作用下，发酵自然升温2～3天，及时排出湿气和臭味；

发酵完毕后，通风晾干，得到生物质燃料块。

上述技术方案中，所述煤粉、氯酸钾、工业盐均为市售化工原料；除焦剂如市售用于锅炉的除焦剂；消烟剂如市售煤炭助燃消烟剂；猪粪便发酵生物菌种如市售粪便发酵菌剂、生物有机肥发酵菌剂等。所述羧甲基淀粉钠又称为羧甲基淀粉(CMS)。其粘度高，而且性能稳定，遇冷水迅速溶解，增稠及分散性强。

现有技术需要高温结合高压完成成型，因为猪粪渣中含有的水份、纤维素、蛋白和外杂质(如猪毛)等会发生弹性形变，仅靠高压无法使之压缩成型，需要通过高温减少水份，软化纤维素和猪毛、改变高蛋白杂质的性状，再行压缩成型。

本发明采用的混合料无需高温也可以成型。通过搅拌将羧甲基淀粉钠、氯酸钾、除焦剂、煤粉等辅料迅速渗入、充满猪粪渣料的孔隙内部后，在孔隙中产生增稠和机械键合的效果；同时猪粪渣料在螺旋挤压机的高压挤压下，进一步压缩猪粪渣料孔隙以及与辅料的间隙，组成更加稳定有力的机械键合体系，猪粪渣料被束缚在该体系内，不会发生弹性形变或者弹性形变不足以破坏所述键合体系。

所述成型体内自身发酵温度可达到60～75℃,期间产生大量水汽，码垛在保温间2～3天，含水量可由35％降至18～25％。一般情况下可以采用自然通风晾干的方式，得到含水量不高于15％的生物质燃料块。该种含水量的生物质燃料块在外界储存中，在通风条件良好的情况下不会发霉。同时也可达到燃烧的湿度要求。

某些情况下，如产品的湿度高、春季又特别潮湿等情况下，成型体的自身发酵不足以使之达到15％的含水量要求时，优选地，所述步骤四中，在保温间进行烘干除湿，烘干温度为50～55℃。

进一步地，所述烘干除湿方法是：保温间内装置新风机、暖风机、排湿门，所述成型体在保温间内码垛堆放，设置好暖风机的启动/停止温度和新风机的启动/停止湿度：保温间内温度低于50℃时暖风机启动，温度高于55℃时，暖风机停止；保温间内湿度大于55％时开启新风机，在风压的作用下，排湿门被顶开，排出湿气；湿度低于45％时关闭新风机，风压降低，排湿门在自重的作用下垂落关闭；反复循环加热排湿，直至成型体的含水量不高于15％时，烘干完成。

优选地，所述生物质燃料块为空心棒体，棒体外部直径4cm，内腔孔直径1.2cm，长度为5～10cm。

优选地，所述生物质燃料块为实心棒体，棒体外部直径1.4cm，长度为5～10cm。

本发明制备的生物质燃料块热值：3400～4200千卡/千克；密度：980～1260千克/立方米；灰分：1～20％；水分含量≤15％。

生物质燃料块燃烧后的废气排放量为:CO为零排放；NOx≤35mg/m³；SO₂≤46mg/m³，远低于国家标准可忽略不计；烟尘排放量≤127mg/m³，远低于国家标准。所述NOx为氮氧化物，包括多种化合物，如一氧化二氮(N₂O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)、四氧化二氮(N₂O₄)和五氧化二氮(N₂O₅)等。

综上所述，本发明的有益效果在于：

本发明对猪粪原料没有严格的含水率要求，猪粪原料含水率可以在15～70％之间，在粪污池内的粪便经固液分离后的固体粪渣(含水率通常在55％以下)都是合格的粪料预处理料，来源多，适用面广；猪粪原料无需干燥，极大地节省了设备投资、能源损耗和人工投入；

本发明采用的组合物在搅拌、螺旋挤压的作用下，能使粪料孔隙产生机械键合结果，成型好，密度大。不需要高温就能使猪粪便成型，节省免高温制造燃料块的大量电力投入。猪粪挤压成型后体积只有原来体积的1/8～1/6，极大地方便猪粪及生物燃料的存放贮存；

本发明采用的组合物提高了生物质燃料块的热值，促进生物质燃料在锅炉的充分燃烧，烟气排放符合环保要求，辅料不仅有助燃的作用，更是起到了防霉变效果；

本发明采用生物菌种发酵技术对猪粪燃料块进行发酵。成型体置入保温间后，成型体中的生物菌种在成块体余温的作用下发酵发热，24小时后升温可达到65℃，温度可保持2～10天，期间可以利用发酵升温烘干粪便，杀死细菌、虫卵，并低成本无能耗烘干粪便；

本发明的制备装置是粪便生物质燃料块制备集成模块，一键启动，上料、配料、搅拌、压制、切块等工序全自动化生产，故障可自动显示，流水线作业，生产速度快，产量大，人工投入少，特别适应规模化养猪场将粪污制备生物质燃料。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

附图说明

图1为猪粪便压制的生物质成型燃料的制备工艺流程图；

图2为猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置原理结构示意图；

图3为保温间的原理结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参见附图，反映本发明的一种具体结构，所述猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置，由上料仓1、辅料添加仓2及其下料绞龙、输送带3、菌种喷洒器4、搅拌机6、螺旋挤压成型机7(如140型煤棒机)、切块机和控制箱系统8组成连续生产流水线，所述上料仓1通过输送带3连接搅拌机6的进料口5，上料仓1与搅拌机6之间的输送带2通过下料绞龙连接辅料添加仓2，搅拌机6的进料口5设有菌种液喷洒器4，搅拌机6的出料口连接螺旋挤压成型机7的进料口，螺旋挤压成型机7的出料口设有切块机(图中未显示)。本例中所述搅拌机6采用双轴卧式螺旋搅拌机。

本例中，所述保温间9内装置新风机901、烘干升温用的暖风机902、悬吊式的排湿门903、温度湿度传感器905。所述保温间9设有隔板904，所述保温间9内腔由隔板904分为两部分，两部分相互贯通组成循环风道(如图3中箭头所示)。

系统全自动化控制，依据猪场规模大小，设计选型机型。系统小时产量规格有1－10吨各种型号，适宜不同规模化养猪场选用。

上述制备装置的生产步骤：

开机准备阶段：将粪污池粪便通过筛式固液分离机得到含水率48％的猪粪渣料，湿料以手握猪粪渣料不滴水下来为适宜(含水率不超过60％为宜)，干料以手握猪粪渣料松开掉地不扬起为适宜，将猪粪渣料由斗车运转倒入上料仓1。

检查装置各机器设备是否运转正常；

按配比配备的羧甲基淀粉钠、氯酸钾、除焦剂、煤粉放入辅料添加仓2；按配比将猪粪便发酵生物菌种液配置好并倒入菌种喷洒器4内；配比为：猪粪渣料80份、煤粉10份、羧甲基淀粉钠1.5份、氯酸钾2份、除焦剂2份、消烟剂0.5份、工业盐3份、猪粪便发酵生物菌种(水剂)1份。所述猪粪便发酵生物菌种采用郑州益加益生物科技有限公司生产的益加益粪便发酵剂，主要成分为乳酸菌、酵母菌，芽孢杆菌，光和菌、丝状真菌、放线菌等多种有益微生物菌群及其代谢产物(消化酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、氨基酸、维生素等)复合而成。活菌总数：≥200亿/g。

将盛装生物质燃料块的容器10准备好。

开动机器，上料仓1内的猪粪渣料通过输送带3上料到搅拌机6；辅料添加仓2内的羧甲基淀粉钠，氯酸钾、除焦剂、煤粉、工业盐经下料绞龙均匀加入到运转上料的输送带3上；猪粪渣料与辅料共同被输送带3送至搅拌机6的搅拌仓内，菌种喷洒器4喷洒猪粪便发酵生物菌种液，搅拌20～30分钟得到预处理的混合料呈面团状，实测含水率为41％。使辅料充分与猪粪便混合渗入粪料孔隙内部后，在孔隙中产生机械键合的结果。

所述搅拌仓的仓门定时自动打开，混合料落入螺旋挤压成型机7；常温下螺旋挤压成型机7将混合料从模头连续挤出成空心或实心的长条形体；(螺旋挤压成高密度粪便燃料块，再次强化粪料的机械键合结果)。长条形体实测含水率为41％。

切块机根据感应元件的指令动作，按照设定长度将长条形体切断后得到成型体；成型体落入盛装容器10，将装满的盛装容器10送到保温间9内。

装满成型体的盛装容器10在保温间9内码垛堆放，设置好新风机901的启动/停止湿度：保温间9内湿度大于55％时自动开启新风机901送入新风，使得保温间9的风压提高，在风压的作用下，排湿门903被顶开排出湿气；湿度低于45％时自动关闭新风机901，风压降低，排湿门903在自重的作用下垂落关闭。

保温间内室温26℃。生物质燃料块在菌种的作用下，进行发酵升温，28小时后燃料块最高温度达到70℃。通风排汽。晾干，得到生物质燃料块成品，测含水率为15％。总共用时为3天。

本例中没有启用暖风机902的加热功能，仅作为普通风机使用。

本实施例所生产出来的生物质燃料块是直径38mm的六角空心柱状，空心直径12mm，长度为5cm。密度为1180kg/m³。无明显臭味。燃烧充分、干净，无明显黑烟，灰烬为黄色粉末状。

实施例2：与实施例1的不同之处在于：

①准备阶段取猪场有机肥发酵床发酵完毕的干猪粪渣，含水率21％；

配比为：猪粪渣料78份、煤粉15份、羧甲基淀粉钠1.5份、氯酸钾2份、除焦剂2份、消烟剂0.5份、工业盐4份，猪粪便发酵生物菌种(水剂)1份。

预处理的混合料的含水率为20％。

②成型体含水率为20％。

③生物质燃料块成品含水率为14％。总共用时为1天。

本实施例所生产出来的生物质燃料块为直径为38mm的六角空心柱状，空心直径12mm，长度为5cm。密度为1290kg/m³。无臭味。燃烧充分、干净，无明显黑烟，灰烬为黄色粉末状。

实施例3：与实施例1的不同之处在于：

①准备阶段干清粪法收集养猪场舍内新鲜的猪粪渣，含水率65％；

配比为：猪粪渣料75份、煤粉13份、羧甲基淀粉钠1份、氯酸钾3份、除焦剂2份、消烟剂1份、工业盐6份、猪粪便发酵生物菌种1份。

预处理的混合料的含水率为58％。

②成型体含水率为58％。

③保温间内室温28℃。燃料块放入34小时后燃料块最高温度达到70℃。生物质燃料块成品含水率为16％。总共用时为4天。

本实施例所生产出来的生物质燃料块为直径为38mm六角空心柱状，空心直径12mm，长度为5cm。密度为980kg/m³。无明显臭味。燃烧充分、干净，无明显黑烟，灰烬为黄褐色粉末状，有小粒结焦块。

实施例4：与实施例1的不同之处在于：

①准备阶段：取猪场沼气池沼渣经筛式固液分离机分离出来的固体沼渣，测试含水率51％；

配比为：猪粪沼渣料70份、煤粉10份、羧甲基淀粉钠2份、氯酸钾2份、除焦剂1.5份、消烟剂0.5份、工业盐4份、猪粪便发酵生物菌种1份。

预处理的混合料的实测含水率为47％。

②成型体含水率为47％。

③生物质燃料块成品含水率为16％。总共用时为1.5天。

本实施例所生产出来的生物质燃料块是直径14mm的实心棒状，(此处空心/实心的转换，通过更换螺旋挤压成型机出料口的模头即可实现)，长度为10cm。密度为1080kg/m³。无臭味。燃烧充分、干净，无明显黑烟，灰烬为黄色粉末状。

上述的实现方式仅是为了清楚的说明本发明的技术方案，而不能理解为对本发明做出任何限制。本发明在本技术领域具有公知的多种替代或者变形，在不脱离本发明实质意义的前提下，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.猪粪便压制的生物质成型燃料的制备装置，其特征在于，由上料仓、辅料添加仓及其下料绞龙、输送带、菌种喷洒器、搅拌机、螺旋挤压成型机、切块机和控制系统组成连续生产流水线；所述上料仓内贮存猪粪渣料；辅料添加仓内贮存羧甲基淀粉钠，氯酸钾、除焦剂、煤粉、工业盐；菌种液喷洒器内贮存猪粪便发酵生物菌种；所述上料仓通过输送带连接搅拌机的进料口，上料仓与搅拌机之间的输送带通过下料绞龙连接辅料添加仓，搅拌机的进料口设有菌种液喷洒器，搅拌机的出料口连接螺旋挤压成型机的进料口，螺旋挤压成型机的出料口设有切块机和保温间；

该装置的燃料加工流程是：猪粪原料无需干燥，上料仓内的猪粪渣料通过输送带上料到搅拌机；辅料添加仓的羧甲基淀粉钠，氯酸钾、除焦剂、煤粉、工业盐经下料绞龙均匀加入到运转上料的输送带上；猪粪渣料与辅料共同被输送带送至搅拌机的搅拌仓内，菌种喷洒器喷洒猪粪便发酵生物菌种液，搅拌20～30分钟得到预处理的混合料：所述搅拌仓的仓门定时自动打开，混合料落入螺旋挤压成型机；常温下螺旋挤压成型机将混合料从模头连续挤出成空心或实心的长条形体，不需要高温就能使猪粪便成型；切块机根据感应元件的指令动作，按照设定长度将长条形体切断后得到成型体；成型体落入盛装容器，将装满的盛装容器送到保温间内；保温间内生物质燃料块在菌种的作用下，进行发酵升温，利用发酵升温烘干粪便，干燥水分；及时排出干燥房内的湿气和臭味，通风晾干后得到干燥无臭味的生物质燃料块成品；

各原料的重量配比是：猪粪渣料70～80份、煤粉10～15份、羧甲基淀粉钠1～3份、氯酸钾2～3份、除焦剂2～3份、消烟剂0.5～1份、工业盐3～6份、猪粪便发酵生物菌种1份。

2.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述搅拌机采用双轴卧式螺旋搅拌机。

3.如权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于，所述保温间内装置新风机、暖风机、排湿门，所述成型体在保温间内码垛堆放，设置好暖风机的启动/停止温度和新风机的启动/停止湿度：保温间内温度低于50℃时暖风机启动加热，温度高于55℃时，暖风机停止加热；保温间内湿度大于55％时开启新风机，在风压的作用下，排湿门被顶开，排出湿气；湿度低于45％时关闭新风机，风压降低，排湿门在自重的作用下垂落关闭；反复循环加热排湿，直至成型体的含水量不高于15％时，烘干完成。

4.如权利要求3所述的制备装置，其特征在于，所述保温间设有隔板，所述保温间内腔由隔板分为两部分，两部分相互贯通组成循环风道。

5.如权利要求1、2、4中任一项所述的制备装置，其特征在于，所述生物质燃料块为空心棒体，棒体外部直径4cm，内腔孔直径1.2cm，长度为5～10cm。

6.如权利要求1、2、4中任一项所述的制备装置，其特征在于，所述生物质燃料块为实心棒体，棒体外部直径1.4cm，长度为5～10cm。

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