CN203668742U - 连续定向拆解秸秆纤维设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续定向拆解秸秆纤维设备，包括主要由加热单元构成的过热蒸汽发生器，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的加热元件，加热壳体设有与介质通道连通的介质进口和介质出口，所述加热壳体的内侧壁和/或外侧壁设有隔热保温层。与现有技术相比，本连续定向拆解秸秆纤维设备通过在加热壳体的内、外侧壁上增设隔热保温层，可以对加热壳体进行隔热、保温，减少热量的散失，从而提高对加热壳体中流过的蒸汽进行加热的加热效率。

Description

连续定向拆解秸秆纤维设备

技术领域

本实用新型涉及农业废弃物秸秆处理技术，具体地说，本实用新型涉及一种连续定向拆解秸秆纤维设备。

背景技术

我国是农业大国，也是生物质资源大国，目前秸秆资源除一小部分用作动物饲料和生活燃料外，每年近七亿吨秸秆资源需要处理，但因缺乏相应的处理技术与设备，大部分秸秆因无处存放只能废弃或被农民一把火直接烧掉，这样造成了极大的资源浪费。

近年来，国内外广大科技工作者研究秸秆预处理的方法也很多，分别有化学法、热喷法、蒸煮法、汽爆法。其中汽爆法是近年来研究最多，也是较其余三种方法处理秸秆时间最短，没有环境影响，最有前途的，一种纯物理法处理秸秆技术。当今国内外汽爆技术的研究焦点，主要集中在加温、加压和解压时间等关键技术上，有学者提出秸秆汽相蒸煮物理化学变化技术，如公开号为CN101608412A的专利文献中则公开了一种微波----汽爆同步耦合法对植物秸秆去晶化的方法，此方法提出采用电加热蒸汽发生器产生150℃～235℃饱和压力蒸汽，对秸秆进行预热、加压，采用二级比吸收率为100～9000W/（Kg干秸秆）的微波继续升温并加压作用与秸秆的结晶组织，达到辅助去晶化的目的，这种电加热锅炉产生的温度范围为150℃～235℃饱和压力蒸汽，所对应的压力为0.37MPa和3MPa之间，温度和压力之间呈一定的函数对应关系，其加热蒸汽的技术性能与普通锅炉相同，都不能将温度与压力两项技术指标分开独立控制，最终会导致要升高压力，就必须升高温度，其结果会引起秸秆中的纤维染色团，随着温度上升发生由金黄色到褐黑色再到黑色颜色变化，最终发生秸秆炭化；因为高温使秸秆内部组织发生裂解反应，所获得的秸秆纤维在高值化方面将大打折扣，影响最终纤维产品质量。

目前，公开号为CN103382669A的专利文献公开了一种定向拆解秸秆纤维设备，该设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果，保证各种类型秸秆在“汽体爆炸”脉冲时间范围内被拆解成高值化的纤维。该设备包括一种用于提供压力蒸汽的过热蒸汽发生器，其主要由加热单元构成，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的干烧加热管，由于加热壳体暴露在外，加热壳体中的热量会向外散发，导致影响加热壳体中蒸汽的加热效果，导致加热效率降低。

实用新型内容

本实用新型提供一种连续定向拆解秸秆纤维设备，目的是提高过热蒸汽发生器中蒸汽的加热效率，减少热量散失。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种连续定向拆解秸秆纤维设备，包括主要由加热单元构成的过热蒸汽发生器，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的加热元件，加热壳体设有与介质通道连通的介质进口和介质出口，所述加热壳体的内侧壁和/或外侧壁设有隔热保温层。

所述加热元件为设在所述加热壳体中心的干烧加热管。

所述加热元件外套有盲管，盲管与加热元件之间具有呈封闭状态的空腔。

所述盲管外表面设有螺旋形的翅片。

所述加热壳体的介质通道中沿长度方向设有多个挡板，挡板交错布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道，所述盲管穿过各个挡板。

所述加热元件还可以为蛇形的干烧加热管。

所述加热壳体的介质通道中沿长度方向设有多个挡板，挡板交错布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道，所述加热元件穿过各个挡板。

所述加热壳体内，在靠近加热壳体内侧壁上所设隔热保温层的位置处也设有所述加热元件。

所述加热单元设有通过外设管道依次连接的三个，第一个加热单元为将进入其加热壳体中的液态水介质直接汽化转变成蒸汽的一级加热单元，第二个加热单元为将一级加热单元流出的蒸汽接力加热的二级加热单元，第三个加热单元为将二级加热单元流出的蒸汽接力加热至设定温度的三级加热单元。

连续定向拆解秸秆纤维设备还包括拆解罐，拆解罐上设有用于检测内部压力的压力传感器、用于检测内部温度的温度传感器和用于检测秸秆含水率的湿度传感器，压力传感器、温度传感器和湿度传感器与控制系统连接。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本连续定向拆解秸秆纤维设备通过在加热壳体的内、外侧壁上增设隔热保温层，可以对加热壳体进行隔热、保温，减少热量的散失，从而提高对加热壳体中流过的蒸汽进行加热的加热效率。

附图说明

图1为本实用新型的定向拆解秸秆纤维设备的结构示意图；

图2为拆解罐的结构示意图；

图3为拆解罐外筒体、内筒体和调节杆连接的俯视图；

图4为过热蒸汽发生器的加热单元的结构示意图；

图5为加热壳体的侧壁处的剖视图；

图6为带有翅片的盲管的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、拆解罐；2、加料阀；3、空气压缩机；4、加压阀；5、过热蒸汽发生器；51、加热壳体；52、加热元件；53、盲管；54、挡板；55、介质进口；56、介质出口；57、保温隔热层；58、翅片；

6、解压卸料阀；7、纤维膨胀仓；8、迷宫式消声器；9、防失稳机构；10、外筒体；11、内筒体；12、上法兰盘；13、上封头；14、下封头；15、下法兰盘；16、调节杆。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的一种连续定向拆解秸秆纤维设备，其包括拆解罐1、空气压缩机3、纤维膨胀仓7、解压卸料阀6、加料阀2、过热蒸汽发生器5以及控制系统，该控制系统为一种PLC控制系统，控制系统与拆解罐1、空气压缩机3、纤维膨胀仓7、解压卸料阀6、过热蒸汽发生器5连接，控制系统与拆解设备各部件形成逻辑控制关系，保证系统各机构按照指令有序工作。

本设备在工作时，将需要定向拆解的秸秆从加料阀2进入拆解罐1中，拆解罐1用于对生物质秸秆进行预处理，为秸秆的后续的膨胀相变提供必要的条件，在预处理后通过开启解压卸料阀6，拆解罐1中的秸秆解压释放，最终进入纤维膨胀仓7中进行拆解，变成纤维而被收集。根据需拆解的生物质秸秆物料种类的不同，在控制系统中预先设定拆解罐1的压力、温度和秸秆含水率三项工艺参数的数值。

如图1所示，拆解罐1与能够提供高压的空气压缩机3通过气管道进行连接，在气管道上设有与控制系统连接的加压阀4，加压阀4为电磁球阀，空气压缩机3给拆解罐1内的秸秆加压，拆解罐1要求要能够承受4MPa的压力。在设备运行时，根据需定向拆解的生物质秸秆物料种类的不同，在控制系统中预先设定拆解罐1内的压力、温度和秸秆含水率三项工艺参数的数值。在加入秸秆物料后，拆解罐1需要预先预热，以使其内部的温度达到设定的温度值。本设备直接使用了空气压缩机3替代了锅炉加压，实现了拆解罐1内压力的独立控制，还降低了成本和能源消耗，也减少了环境污染。为了实现拆解系统自动交替处理，拆解罐1可以成对设置，根据产能需求，由用户自行呈偶数配置拆解罐1的个数，如2、4、6…等等，在拆解时，每隔5分钟拆解罐1自动解压一次，向纤维膨胀仓7中释放秸秆，成对的另一个拆解罐1也再交替解压一次，那么在同一时间段内，就相当每隔2.5分钟时间间隔里向纤维膨胀仓7解压一次，如再增加成对的拆解罐1，那么本设备就会在高频率解压情况下，向纤维膨胀仓7内泄放。这样通过增加拆解罐1的个数，可以对秸秆进行批量处理，在工业上就能实现纤维的连续化生产。如图1所示，在本实施例中拆解罐1设有一对。

如图2所示，拆解罐1包括外筒体10和内筒体11，外筒体10采用20#锅炉钢制成，内筒体11为采用304#不锈钢弯曲形成的圆筒，但是在钢板两端不封闭，为内筒体11的变形留有一定的余地。内筒体11的筒壁与外筒体10的内壁之间具有一定的间隙。进入拆解罐1中的秸秆要落入内筒体11中和外筒体10的底部，外筒体10和内筒体11之间间隙的大小，可以视温度高低而设定的温度场进行调节。因此通过间隙的调整，可以调节内筒体11中的温度场高低，以防止因过高温度将秸秆裂解变性。在拆解罐1的内部设有用于调节外筒体10和内筒体11之间间隙的调节杆16，调节杆16穿过内筒体11与外筒体10螺纹连接，由于内筒体11可以进行一定程度的变形，通过在内筒体11内旋转调节杆16，调节杆16可以使内筒体11撑开或收缩，达到调节间隙的目的，如图3所示，调节杆16沿内筒体11圆周方向均匀分布。

过热蒸汽发生器5与拆解罐1连接，过热蒸汽发生器5能够自发热，将其内部的水汽化，向拆解罐1内部输送350℃的高温蒸汽，过热蒸汽发生器5上具有进水阀，控制系统可以控制进水阀自动开启，水在过热蒸汽发生器5内迅速汽化，变成350℃高温蒸汽后输送到拆解罐1内。过热蒸汽发生器5能够产生350℃高温蒸汽，除可以控制拆解罐1内秸秆含水率这一关键工艺参数外，还具有升温软化秸秆，降低木质素与纤维素、半纤维素之间连接强度的功能，可以根据需要，在不影响秸秆纤维品质的基础上，控制过热蒸汽发生器5产生的蒸汽的温度和拆解罐1内秸秆的含水率，实现了秸秆含水率的独立控制这是现有技术中锅炉法这种间歇式秸秆汽爆处理设备没有的功能。

如图1和图2所示，本定向拆解秸秆纤维设备的过热蒸汽发生器5，用于对拆解罐1进行预热，并向拆解罐1中输送高温蒸汽。过热蒸汽发生器5主要由加热单元构成，如图7所示，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体51和设在加热壳体51内的对进入介质通道中的介质加热的加热元件52，加热壳体51用于安装在拆解罐1上，加热壳体51设有与介质通道连通的介质进口55和介质出口56。介质为水或者蒸汽，加热元件52连接电源。

过热蒸汽发生器5的加热单元设有三个，三个加热单元通过外设的管道依次进行连接，第一个加热单元为将进入其加热壳体51的介质通道中的液态水介质直接加热汽化转变成蒸汽的一级加热单元，第二个加热单元为将一级加热单元流出的蒸汽接力加热的二级加热单元，第三个加热单元为将二级加热单元流出的蒸汽接力加热至设定温度的三级加热单元。一级加热单元上的介质进口55上安装有进水阀，一级加热单元的介质出口56与二级加热单元的介质进口55连接，一级加热单元流出的蒸汽进入二级加热单元加热壳体51的介质通道中接力加热。二级加热单元的介质出口56与三级加热单元的介质进口55连接，二级加热单元流出的蒸汽进入三级加热单元加热壳体51的介质通道中再次接力加热，直至蒸汽温度达到设定温度，最终由三级加热单元的介质出口56向拆解罐1内输送过热蒸汽。三个加热单元安装在拆解罐1的外筒体10上，相邻两个加热单元之间用紫铜管作为连接的管道。

一级加热单元、二级加热单元和三级加热单元是一组符合电气Δ或者Y接法的组合体，三个加热元件52之间的电气连接一组符合电气Δ或者Y接法的组合体。

加热壳体51为矩形管状，采用304#不锈钢矩形管制成。加热壳体51通过外部设置的固定块安装到拆解罐1的外筒体10上，且为纵向布置。如图5所示，加热壳体51的内侧壁和/或外侧壁上设有隔热保温层57，隔热保温层57采用隔热保温材料制成。与现有技术相比，本连续定向拆解秸秆纤维设备通过在加热壳体51的内、外侧壁上增设隔热保温层57，可以对加热壳体51进行隔热、保温，减少热量的散失，从而提高对加热壳体51中流过的蒸汽进行加热的加热效率。

由于加热单元还需对拆解罐1进行预热，因此，在加热壳体51的与拆解罐1外筒体10贴合的侧壁的内、外侧不设置隔热保温层，以便于热量传递至拆解罐1，只需在加热壳体51的另外三个侧壁的内侧或外侧或内外两侧设置隔热保温层。作为优选的，隔热保温层可以沿加热壳体51侧壁的整个长度方向设置。

加热壳体51中的加热元件52为设在矩形加热壳体51中心位置处的干烧加热管，形状可以为直形或蛇形。加热元件52的额定电压和功率为380V、2000W，加热元件52上用于与电源连接的接头伸出于加热壳体51外。一级加热单元中的加热元件52可以将进入加热壳体51中的水直接汽化成蒸汽，二级加热单元和三级加热单元中的加热元件52将进入各自加热壳体51中的蒸汽继续加热，进一步提高蒸汽的温度，使蒸汽温度达到设定值。系统中一级加热单元要将被汽化的蒸汽温度加热至110，℃二级加热单元和三级加热单元将蒸汽接力加热，直至蒸汽温度升高到规定的350℃，然后将连续不断的高温蒸汽输送到定向拆解秸秆纤维设备的拆解罐1内，供软化秸秆物料用。

各加热单元中的加热元件52可以干烧，通过干烧加热管的干烧，过热蒸汽发生器5在拆解罐1的外部干烧加热，一是对拆解罐1进行预热，二是对拆解罐1内秸秆物料提供保温功能，用于保持稳定的秸秆结晶强度，三是提供调节拆解罐1内秸秆物料孔隙与空洞中的含水率功能。

如图4所示，加热元件52选用直形的干烧加热管，在加热壳体51内，沿长度方向布置有一根盲管53，盲管53采用304#不锈钢管制成，盲管53的直径比加热元件52的直径大1mm，加热元件52插入盲管53中，盲管53两端与加热壳体51的两端内壁密封连接，盲管53与加热元件52之间就形成了呈封闭状态的空腔，不让高温蒸汽或者水渗漏，确保水电汽完全分离。

加热壳体51两端封闭、内部中空，其内部为介质通道。在加热壳体51内，沿长度方向还焊接有偶数个矩形的挡板54，挡板54交错对称布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道。挡板54从加热壳体51的内侧壁开始沿与加热壳体51长度方向相垂直的方向一直延伸至加热壳体51的中间位置，即挡板54的面积为加热壳体51内部横截面积的一半。盲管53在加热壳体51的中部穿过各个挡板54，在各挡板54上开有半圆形的孔。另外通过加热元件52的干烧，除在拆解罐1周围外加热、保温外，还可以通入室温空气在蛇形加热通道内接力加热，干燥的高温热空气对秸秆物料进行烘燥，也可降低拆解罐1内秸秆物料的含水率。

加热壳体51内部挡板54的个数由设计的介质通道的总长决定，介质通道越长热交换效率就越高，水汽化速度和蒸汽的温升速度就越快。在本过热蒸汽发生器5中，各加热单元的加热壳体51中内设置四个挡板54，分成偶数等分，两两一组分别设在加热壳体51相对的两个内侧壁上。

为了进一步提高加热壳体51中的蒸汽的加热效率，提高加热元件52与蒸汽的热交换效率，如图6所示，在盲管53外表面还可以设置螺旋形的翅片58，翅片58可以沿盲管53的整个长度延伸，从而可以确保加热元件52产生的热量可以充分散发，增加与蒸汽的接触面积，提高热交换效率。

为了更进一步提高加热壳体51中的蒸汽的加热效率，在加热壳体51内，在靠近加热壳体51的三个内侧壁上设置的隔热保温层57的位置处也可以设置加热元件52。

过热蒸汽发生器5与本定向拆解秸秆纤维设备的控制系统连接，通过控制系统控制加热元件52开启或关闭，以及进水阀的开启或关闭。

在本定向拆解秸秆纤维设备处理秸秆过程中，除要用水对秸秆进行一定的预浸处理软化秸秆物料外，还要通入高温蒸汽，增加水合作用，继续降低生物质秸秆内的木质素与纤维素和半纤维素的连接结晶组织强度，但是秸秆组织内存在过量的水分子会影响秸秆加热速度，占据生物质秸秆内孔隙与空洞，削弱压力空气对秸秆的处理效果；因为秸秆物料的起始含水量对生物质秸秆及竹木等物料拆解成纤维有较大影响，一定的含水量可促使半纤维素溶出，使物料形成多孔性；秸秆的孔隙度大，则有利于压力气体渗入生物质秸秆内部间隙，形成较大的拆解功率；若水分子大部分占据秸秆内部则会造成孔隙度小，其结果会要求更剧烈的拆解秸秆纤维条件。

采用上述结构的过热蒸汽发生器5，温度可以从室温升高到350℃，并且连续可调，不与拆解罐1内的压力呈函数对应关系，是为了适应稻草、麦草等生长密度小的秸秆到竹、木等生长密度大的树木被拆解成生物质纤维，而设计的温度区间，对秸秆等生物质处理，采用过热蒸汽会使生物质秸秆中的结晶组织变得柔软可塑，降低木质素与纤维素和半纤维素的连接强度，辅助压力空气将秸秆定向拆解成秸秆纤维，这种方法因为空气压力可单独控制，温度可由干烧式过热蒸汽发生器5单独控制，所以就可控制秸秆纤维中的染色团受温度影响而发生颜色变化，也就是说可控制秸秆在汽相蒸煮过程中物理化学变化的反应速度，最终可获得金黄色的高值化秸秆纤维，这种降低生物质秸秆内木质素与纤维素和半纤维素的连接强度技术方法和控制秸秆在汽相蒸煮过程中物理化学反应速度的处理方法，与现有技术中的其它预处理方法不同。

本定向拆解秸秆纤维设备的过热蒸汽发生器5就是运用这一双向可逆控制含水率的技术方法来控制拆解罐1内秸秆物料的含水率，关于这一技术特征与目前采用汽爆法处理秸秆设备和以加拿大桑普达公司为代表的当今国外最先进“连续汽爆设备”加热技术方法不同，因为现在国内外汽爆设备的共同之处都是采用锅炉加热技术，都是存在汽爆设备加压腔内，秸秆物料的含水率不能控制问题，以至于设备在喷放阶段，没有形成真正意义上“蒸汽爆炸”条件，所储的蒸汽能量在最短时间内，没有在秸秆及竹木等生物质物料维管和孔隙中得到最有效的“爆炸”释放，设备解压喷放后纤维中夹生料多；同时还存在着球阀在频繁喷放过程中，蒸汽损失量大，锅炉升温升压慢，解压球阀虽采用了硬质合金，但还是磨损严重，一个质量较好的球阀其寿命也就一个月时间等技术问题。

为了便于对拆解罐中的压力、温度和秸秆含水率进行实时监测，本连续定向拆解秸秆纤维设备拆解罐中还设有用于检测内部压力的压力传感器、用于检测内部温度的温度传感器和用于检测秸秆含水率的湿度传感器，压力传感器、温度传感器和湿度传感器与控制系统连接，通过控制系统的显示屏实时显示压力、温度和秸秆含水率的数值。

本连续定向拆解秸秆纤维设备主要是拆解罐1和过热蒸汽发生器5的结构与现有技术不同，其余部件空气压缩机3、纤维膨胀仓7、解压卸料阀6、加料阀2等与现有技术中公开号为CN103382669A的专利文献公开的定向拆解秸秆纤维设备的相同。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.连续定向拆解秸秆纤维设备，包括主要由加热单元构成的过热蒸汽发生器，加热单元包括内部设有介质通道的加热壳体和设在加热壳体内的对进入介质通道的介质加热的加热元件，其特征在于：所述加热壳体的内侧壁和/或外侧壁设有隔热保温层。

2.根据权利要求1所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热元件为设在所述加热壳体中心的干烧加热管。

3.根据权利要求2所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热元件外套有盲管，盲管与加热元件之间具有呈封闭状态的空腔。

4.根据权利要求3所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述盲管外表面设有螺旋形的翅片。

5.根据权利要求4所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热壳体的介质通道中沿长度方向设有多个挡板，挡板交错布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道，所述盲管穿过各个挡板。

6.根据权利要求2所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热元件为蛇形的干烧加热管。

7.根据权利要求6所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热壳体的介质通道中沿长度方向设有多个挡板，挡板交错布置，形成的介质通道为让介质通过的蛇形加热通道，所述加热元件穿过各个挡板。

8.根据权利要求2所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热壳体内，在靠近加热壳体内侧壁上所设隔热保温层的位置处也设有所述加热元件。

9.根据权利要求1至8任一所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：所述加热单元设有通过外设管道依次连接的三个，第一个加热单元为将进入其加热壳体中的液态水介质直接汽化转变成蒸汽的一级加热单元，第二个加热单元为将一级加热单元流出的蒸汽接力加热的二级加热单元，第三个加热单元为将二级加热单元流出的蒸汽接力加热至设定温度的三级加热单元。

10.根据权利要求9所述的连续定向拆解秸秆纤维设备，其特征在于：还包括拆解罐，拆解罐上设有用于检测内部压力的压力传感器、用于检测内部温度的温度传感器和用于检测秸秆含水率的湿度传感器，压力传感器、温度传感器和湿度传感器与控制系统连接。

Images