CN203846339U - 一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用在拆解秸秆纤维设备上的解压装置，包括设在拆解罐的物料出口处的解压卸料阀和快速开启装置，该快速开启装置包括固定座和安装在固定座上的阀杆连接组件、蓄能组件、阀门复位组件，阀杆连接组件与解压卸料阀的阀杆固定连接，能够将储存的能量向外释放的蓄能组件与阀杆连接组件连接，蓄能组件对阀杆连接组件施加拉力带动阀杆转动开启阀门，阀门复位组件也与阀杆连接组件连接，对阀杆连接组件施加反向的作用力带动阀杆转动关闭阀门。本装置经过数字式双踪示波器测试，实现了解压卸料阀在毫秒级时间内快速开启，使解压卸料阀的解压时间满足工艺规定要求，可以确保秸秆拆解设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果。

Description

一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置

技术领域

本实用新型涉及竹木和农业废弃物秸秆处理技术，具体地说，本实用新型涉及一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置。

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，一种纯物理处理秸秆方法。

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，有学者提出快开门式秸秆泄放技术，如公开号为CN101709785A的专利文献中则公开了一种快开门阀门泄放技术，国外也有提出“连续汽爆机”等方法，但是这些方法都是在系统解压后，生物质秸秆在几十秒到几分钟时间内，才被完全解压泄放完成；也有学者将汽爆系统解压时间控制在0.005075s≤S≤0.00875s时间段，其效果在物理意义上是实现了汽爆的物理要求，而如果没有达到这么快的解压时间，则不能称为汽爆技术，只能界定为“喷放”和“膨化”秸秆纤维处理技术，这两种处理技术其最终所获结果纤维也不能与“蒸汽爆炸”定向拆解秸秆纤维结果相比较，“喷放”和“膨化”这两项技术及纤维在拆解的状态上，都区别于“汽体爆炸”技术状态。

目前采用汽爆法的拆解秸秆纤维设备主要有间歇式秸秆汽爆处理设备和以加拿大桑普达公司为代表的国外最先进“连续汽爆设备”。

间歇式秸秆汽爆处理设备的共同特点是在系统结构上是由锅炉、汽爆罐和开启时间大于0.00875s时间的阀门组成，这种类型秸秆汽爆处理设备除不能在物理意义上完成“蒸汽爆炸”外，还表现出由于汽爆罐压力由大到零的变化，使得最先喷出的秸秆和最后喷出的秸秆由于所处的压力值不同，表现出有许多夹生料，纤维得率低，究其原因是一个开启时间相对缓慢的阀门在它打开阀芯的第一秒钟起，汽爆罐内的压力就在降低，随着时间相对缓慢的推移压力下降更快，这就远离了物理意义上的“蒸汽爆炸”条件，只有为数不多木质素强度较弱的秸秆在压力脉冲功率峰值下降沿段被拆解成秸秆纤维，以至于这种类型的“秸秆汽爆设备”至今仍主要用在实验室和生产少量的汽爆物料，用于对汽爆工艺研究和评估等方面，而现在社会上农民还在大量焚烧秸秆，就说明了这样的道理。

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”也存在着同样问题，一是设备频繁开启汽爆，加压腔内蒸汽压力值难于稳定，更没有爆出功率脉宽，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，没有在竹木及秸秆等生物质物料中维管和孔隙内得到“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，设备加压腔内秸秆含水率不能控制，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。

综上所述，秸秆定向拆解纤维设备能形成“汽体爆炸”的关键条件之一，就是密封部件(如解压卸料阀、上装偏心半球阀等)的解压时间这个关键技术参数是否能够满足要求，只有在规定的短时间内完成开启，才能区别“喷放”和“膨化”处理方法，因此实用新型一种简单、可靠、耐久性好的实现密封部件在毫秒级快速解压的装置和方法，显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，以实现拆解设备上的解压卸料阀快速开启，使解压卸料阀的解压时间满足要求，确保拆解秸秆纤维设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果，实现解压卸料阀的快速卸料。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，解压装置设在定向拆解秸秆纤维设备的拆解罐上的物料出口处，解压装置包括设在拆解罐的物料出口处的解压卸料阀和设在该解压卸料阀上的快速开启装置，该快速开启装置包括安装在解压卸料阀的阀体外部的固定座和安装在固定座上的阀杆连接组件、蓄能组件、阀门复位组件，阀杆连接组件与解压卸料阀的阀杆固定连接，能够将储存的能量向外释放的蓄能组件与阀杆连接组件连接，蓄能组件对阀杆连接组件施加作用力带动阀杆转动开启阀门，阀门复位组件也与阀杆连接组件连接，对阀杆连接组件施加反向的作用力带动阀杆转动关闭阀门。

所述蓄能组件包括同芯双拉簧，该同芯双拉簧包括一个外拉簧和插入外拉簧内的内拉簧，同芯双拉簧的一端与所述阀杆连接组件连接，另一端与所述固定座连接。

所述阀杆连接组件包括与所述阀杆固定连接的延长轴和固定在该延长轴的一根杠杆，杠杆以延长轴作为转轴，所述同芯双拉簧的一端通过拉簧座与杠杆转动连接。

所述阀门复位组件包括棘轮棘齿机构和驱动机构，棘轮棘齿机构的棘轮固定在所述延长轴上，棘轮以延长轴为中心轴，棘齿与驱动机构连接，棘齿均布有四个。

所述驱动机构包括驱动电机、链轮机构和蜗轮蜗杆减速器，驱动电机通过链轮机构与蜗轮蜗杆减速器连接，蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴上设有一个用于安装所述棘齿的转盘。

在所述链轮机构和所述蜗轮蜗杆减速器之间还连接有摩擦离合器。

所述快速开启装置还包括安装在所述固定座上的在阀门关闭后将杠杆锁紧的锁紧机构，该锁紧机构包括一个锁块，锁块转动连接在设在固定座上的与所述延长轴平行的支杆上，锁块与所述杠杆相配合，锁块上具有弧形的锁止面，杠杆的一端部为与该锁止面形状相同的曲面，所述拉簧座与杠杆的另一端连接，在锁块上还设有一个扇形齿轮，扇形齿轮与设在固定座上的一个由解锁电机驱动的主动齿轮啮合。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本解压装置具有安装在拆解罐上的解压卸料阀上的快速开启装置，可以确保阀门等密封部件在毫秒级时间内快速开启，即在“汽体爆炸”这个毫秒级物理范畴里，完成对阀门等密封部件的解压要求，只有在短时间内完成对阀门等密封部件的开启，才能区别“喷放”和“膨化”的处理方法，而且不超过1ms的解压时间与解压时间0.00875s相比，可以保证“汽体爆炸”脉冲宽度范围更宽裕，形成拆解压力功率峰值更平滑、稳定，避免功率峰值在下降沿段阀门密封部件才被完全开启的现象出现，保证秸秆物料卸料的第一秒到释放结束，秸秆物料始终符合稳定的“汽体爆炸”条件；因此，结合上述各组件，整体形成了本实用新型的解压装置，实现了解压卸料阀在毫秒级时间内快速开启，使解压卸料阀的解压时间满足规定的技术要求，这样可以确保定向拆解秸秆纤维设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果，实现秸秆膨胀相变和系统的快速卸料。

所以采用本解压装置后的定向拆解秸秆纤维设备区别在此之前其他设备所做过的“骤然爆破”、“瞬间完成”、“爆碎过程时间极短”、“突然减压”、“迅速打开快开阀门”等没有量化解压时间要求的描述性指标，由于没有量化时间参数，这种技术无法在秸秆连续工业化汽爆生产装备上验证其结论正确与否，这会导致无法区分系统使用的是“汽爆”技术，还是“喷放”和“膨化”技术，其最终结果完全不同，汽爆技术与热喷放技术的本质区别是否在0.00875S时间内结束秸秆汽爆过程，因为被爆生物质秸秆结构中的维管和孔隙内部压缩汽体是以“爆”的形式释放，还是从秸秆组织内逐渐释放，都会导致秸秆不完全被拆解或不能被拆解，而采用本解压装置后的定向拆解秸秆纤维设备可以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。

上述的解压方法优先保证解压卸料阀自动开启时间不超过1ms，实现了解压卸料阀在毫秒级时间内快速开启和快速卸料，与现有技术中解压时间为0.00875s相比，是保证“汽体爆炸”脉冲宽度范围更宽裕，形成拆解压力峰值更平滑，避免峰值下降沿段阀门才完全开启的现象出现，保证秸秆料出拆解罐的第一秒到泄放结束，秸秆料都符合稳定的“汽体爆炸”条件，这种泄压阀的解压开启时间，是定向拆解秸秆纤维设备的关键工艺参数值，是区别当今秸秆处理设备类型，是“汽爆”纤维设备，还是热“喷放”设备和“膨化”设备的标准，所以本实用新型采用的技术方法与其它技术方法不同。

附图说明

图1为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、内筒和调节杆连接的俯视图；

图4为本实用新型解压装置的结构示意图；

图5为杠杆和锁紧机构、蓄能组件连接的结构示意图；

图6为本实用新型解压装置安装在阀门上的结构示意图；

图7为过热蒸汽发生器的加热单元的结构示意图；

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、干烧加热管；53、盲管；54、挡板；55、介质进口；56、介质出口；

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；

17、阀杆；18、固定座；181、底板；182、顶板；19、蓄能组件；191、同芯双拉簧；20、延长轴；21、杠杆；22、棘轮；23、棘齿；24、转盘；25、蜗轮蜗杆减速器；26、链轮机构；27、主动齿轮；28、扇形齿轮；29、锁块。

具体实施方式

如图4所示为本实用新型的一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，解压装置设在定向拆解秸秆纤维设备的拆解罐1上的物料出口处，解压装置包括设在拆解罐1的物料出口处的解压卸料阀6和设在该解压卸料阀6上的快速开启装置。该快速开启装置包括用于安装在解压卸料阀6的阀体外部的固定座18和安装在固定座18上的阀杆连接组件、蓄能组件19、阀门复位组件。如图6所示，本快速开启装置安装在解压卸料阀6上。阀杆连接组件与解压卸料阀6的阀杆17固定连接，能够将储存的能量向外释放的蓄能组件19与阀杆连接组件连接，蓄能组件19对阀杆连接组件施加作用力带动阀杆17转动开启阀门，阀门复位组件也与阀杆连接组件连接，对阀杆连接组件施加反向的作用力带动阀杆17转动关闭阀门，同时完成蓄能组件19的蓄能。

本解压装置具有安装在拆解罐1上的解压卸料阀6上的快速开启装置，可以确保阀门等密封部件在毫秒级时间内快速开启，即在“汽体爆炸”这个毫秒级物理范畴里，完成对阀门等密封部件的解压要求，只有在短时间内完成对阀门等密封部件的开启，才能区别“喷放”和“膨化”的处理方法，而且不超过1ms的解压时间与解压时间0.00875s相比，可以保证“汽体爆炸”脉冲宽度范围更宽裕，形成拆解压力功率峰值更平滑、稳定，避免功率峰值在下降沿段阀门密封部件才被完全开启的现象出现，保证秸秆物料卸料的第一秒到释放结束，秸秆物料始终符合稳定的“汽体爆炸”条件；因此，结合上述各组件，整体形成了本实用新型的解压装置，实现了解压卸料阀6在毫秒级时间内快速开启，使解压卸料阀6的解压时间满足规定的技术要求，这样可以确保定向拆解秸秆纤维设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果，实现秸秆膨胀相变和系统的快速卸料。

如图4所示，固定座18包括底板181和顶板182，如图6所示，底板181用于将整个装置安装在解压卸料阀6上，底板181和顶板182还用于承载各组件。底板181和顶板182通过螺栓固定连接，在底板181和顶板182之间具有用于设置各组件的空间。

如图4和图5所示，蓄能组件19安装在底板181上，蓄能组件19包括同芯双拉簧191和安装在同芯双弹簧两端的拉簧座。该同芯双拉簧191包括一个外拉簧和插入外拉簧内的内拉簧，外拉簧和内拉簧的直径不同、长度相等，同芯双拉簧191一端的拉簧座阀杆连接组件连接，另一端的拉簧座与固定座18的底板181连接。在底板181上设有支杆，拉簧座通过其上的一个安装孔套接固定在该支杆上。采用同芯双拉簧191，可以在不增大蓄能组件19整体大小的情况下，产生足够大的拉力，而且，当一根拉簧折断后，另一根拉簧还可以起到蓄能和释放能量的作用，提高了工作可靠性。在需要开启阀门时，蓄能组件19释放能量产生拉力，同芯双拉簧191收缩拉动与其连接的阀杆连接组件动作，带动阀杆17旋转，阀杆17旋转90°，实现阀门快速开启。当需要阀门关闭时，阀杆连接组件反向推动蓄能组件19进行蓄能，同芯双拉簧191被拉长，储存能量，为下一次的阀门开启做准备。

由胡克定律：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比。

则F＝kX，

式中的X表示弹簧的伸长(mm)，也就是弹簧拉伸后的长度减去压缩后的长度得到的数，k是比例系数，叫做弹性系数(kg/mm)，F表示弹簧的拉力大小(kg)。其中：弹性系数＝线径*1000/C的3次方*工作圈数，C＝弹簧中径/线径弹簧中径＝弹簧外径-线径；

又∵一定质量的物体运动其位移与速度和时间的函数关系是：

X＝△V△t

∴△t＝F/k△V

式中△t为t₂-t₁时间间隔；△V为V₂-V₁一定质量的物体运动速度。

当拉簧拉力值F一定时，一定质量拉簧回弹速度V约等于声速，这时拉簧回弹的时间t之比值就很小，k是弹性系数(kg/mm)。

如图4所示，阀杆连接组件位于底板181和顶板182之间的空间内，其包括与阀杆17固定连接的延长轴20和固定在该延长轴20的一根杠杆21。延长轴20穿过底板181与阀杆17固定连接，延长轴20与阀杆17同轴，杠杆21以延长轴20作为转轴，同芯双拉簧191一端拉簧座上具有安装孔，安装孔套接在杠杆21端部设置的支杆上，与杠杆21转动连接。采用此结构的阀杆连接组件结构简单，在蓄能组件19产生的拉力的作用下，能够快速带动阀杆17转动。而且在阀门复位组件对阀杆连接组件施加反向作用力关闭阀门时，阀杆连接组件还能拉动蓄能组件19伸长进行蓄能。

如图4所示，阀门复位组件包括棘轮棘齿机构和驱动机构，棘轮棘齿机构的棘轮22固定安装在阀杆连接组件的延长轴20上，棘轮22以延长轴20为中心轴，棘齿23是与驱动机构连接，棘齿23均布有四个，相应的棘轮22上设有四个槽。驱动机构设在顶板182上，其包括驱动电机、链轮机构26和蜗轮蜗杆减速器25。驱动电机受定向拆解秸秆纤维设备的控制系统控制可作正反向旋转，其为一种直流励磁电机，驱动电机通过链轮机构26的与蜗轮蜗杆减速器25连接，在链轮机构26和蜗轮蜗杆减速器25之间还连接有摩擦离合器，可以起到过载保护的作用。驱动电机与链轮机构26的主动链轮连接，从动链轮与蜗轮蜗杆减速器25的蜗杆连接，蜗轮轴穿过顶板182伸入底板181和顶板182之间的空间内，在蜗轮轴上设有一个用于安装棘齿23的转盘24，四个棘齿23在转盘24上沿圆周方向均匀分布。在开启阀门时，驱动电机要先反向旋转，转盘24反向转动90°，转盘24带动棘齿23脱离棘轮22，以使棘轮22能够自如转动，然后才能进行阀门的开启。在关闭阀门时，驱动电机正向旋转，产生的动力经过链轮机构26、蜗轮蜗杆减速器25传递至转盘24，转盘24带动棘齿23一起转动，棘齿23与棘轮22啮合，棘齿23推动棘轮22转动，杠杆21随之转动，阀门逐渐被关闭，同时完成蓄能组件19的储能工作。

快速开启装置还包括安装在固定座18的底板181上的在阀门关闭后将杠杆21锁紧的锁紧机构，如图5所示，该锁紧机构包括一个锁块29，锁块29转动连接在设在底板181上的与延长轴20平行的支杆上，锁块29与杠杆21相配合，锁块29上具有弧形的锁止面，杠杆21的一端部为与该锁止面形状相同的曲面，同芯双拉簧191是与杠杆21的另一端连接，在锁块29上还固定安装有一个弧度为35°的扇形齿轮28，扇形齿轮28与设在底板181上的一个由解锁电机驱动的主动齿轮27啮合，解锁电机也与定向拆解秸秆纤维设备的控制系统连接受其控制，控制解锁电机的转速为30r/min。在阀门接近完全关闭时，杠杆21反向转动向锁块29的位置靠近，当锁块29端部的曲面与锁块29上的锁止面接触时，杠杆21带动锁块29同步转动，直至阀门完全关闭时，锁块29端部的曲面与锁块29上的锁止面完全接触，杠杆21即被锁紧；在阀门开启的初始阶段，解锁电机驱动主动齿轮27转动，主动齿轮27驱动扇形齿轮28转动，扇形齿轮28带动锁块29转动，锁块29通过其上的锁止面拨动杠杆21转动，进行解锁，蓄能机构即开始释放能量，开启阀门。将上述结构的锁紧机构应用在本快速开启装置上，结构简单，能够将杠杆21完全锁紧，工作可靠，而且可以快速解锁。

本解压装置结合上述各组件，整体形成了一种可以确保阀门在毫秒级时间内快速开启的装置，实现了定向拆解秸秆纤维设备的解压卸料阀6在毫秒级时间内快速开启，使解压卸料阀6的解压时间满足工艺规定要求，可以确保定向拆解秸秆纤维设备能够形成稳定“汽体爆炸”效果，同时实现解压卸料阀6的快速卸料。

本实用新型的解压装置的解压方法包括如下的步骤：控制系统检测定向拆解秸秆纤维设备上的拆解罐1内的压力、温度、秸秆含水率三项工艺参数均达到设定值后，控制系统控制解锁电机启动，锁块29转动，使杠杆21解锁，同时蓄能组件19拉动杠杆21使其转动，杠杆21带动解压卸料阀6的阀杆17在1ms的时间内转动，开启阀门，在拆解罐1内的压力作用下，秸秆物料立刻被喷到定向拆解秸秆纤维设备的纤维膨胀仓7中，在纤维膨胀仓7中秸秆物料被拆解成秸秆纤维；在卸料完毕后，阀杆复位组件驱动杠杆21反向转动，带动阀杆17转动开始关闭阀门，在杠杆21转动的同时，杠杆21反向拉动蓄能组件19伸长进行蓄能，直至阀门完全关闭，杠杆21并被锁紧机构锁紧，蓄能组件19完成蓄能。

可以应用上述快速开启装置的解压卸料阀6可以为偏心半球阀、蝶阀、球阀或者其它种类的密封部件。

实施例一

如图1所示为一种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。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可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，因此内筒体11可以防止因过高温度将秸秆裂解变性。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。另外，采用过热蒸汽发生器5，其造价仅为几千元，与锅炉相比，显著降低了设备成本。

如图1和图2所示，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干烧加热管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，干烧加热管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，三个干烧加热管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。

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。

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。

在加热壳体51内，沿长度方向布置有一根盲管53，盲管53通过挡板54上的半圆形孔穿过所有的挡板54。盲管53采用304#不锈钢管制成，盲管53的直径比干烧加热管52的直径大1mm，干烧加热管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与干烧加热管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。

干烧加热管52的额定电压和功率为380V、2000W，干烧加热管52上用于与电源连接的接头伸出于加热壳体51外。一级加热单元中的干烧加热管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干烧加热管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。

各加热单元中的干烧加热管52可以干烧，通过干烧发热管的干烧，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。

另外通过干烧加热管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。

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

在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。

如图1所示，加料阀2设在拆解罐1上端的物料入口处，解压卸料阀6设在拆解罐1下端的物料出口处，在解压卸料阀6上安装有上述的快速开启装置，解压卸料阀6能够在不超过1ms的时间内开启，加料阀2的直径要大于解压卸料阀6的直径，设置大直径的加料阀2以便于装料，设置小直径的解压卸料阀6便于形成3倍流体速度，解压卸料阀6与控制系统连接，受控制系统控制进行快速开启或关闭；如图2所示，拆解罐1的上端和下端，即外筒的上端和下端为锥形的封头，分别为上封头13和下封头14，在上封头13和下封头14上分别连接有上法兰盘12和下法兰盘15，内筒位置则与外筒的中部对齐，外筒装配工艺要求锥形封头和法兰盘是椭圆弧过渡连接，防止应力集中。上法兰盘12与加料阀2密封连接，下法兰盘15和解压卸料阀6密封连接，要求法兰盘上大下小，即上法兰盘与下法兰盘之间的直径成1.5倍比例，拆解罐1内筒体11和解压卸料阀6出口的缩径比为2倍流体速度关系，即秸秆在内筒体11中的流速是在解压卸料阀6出口处流速的2倍，便于秸秆被高速喷入纤维膨胀仓7中。

加料阀2和解压卸料阀6可以采用偏心半球阀、球阀、蝶阀或者其它种类的阀门。在本实施例中则优选为偏心半球阀，偏心半球阀在关闭时阀芯球面沿阀座渐进，阀门具有剪切功能，能有效避免阀门被秸秆堵塞，避免阀门的磨损。

如图1所示，纤维膨胀仓7与解压卸料阀6的出口通过管道进行连接，拆解罐1中解压排出的秸秆经过解压卸料阀6最终进入纤维膨胀仓7中，由于拆解罐1内的工艺参数是按照秸秆要求预先设定的，所以秸秆维管及孔隙内的压力汽体在纤维膨胀仓7内使秸秆物料立刻发生膨胀相变，伴随着清脆的响声秸秆物料被拆解成秸秆纤维；

如图1所示，在纤维膨胀仓7上设有迷宫式消声器8和防失稳机构9。防失稳机构9设在纤维膨胀仓7的底部，防失稳机构9由多个具有弹性支撑功能的支腿构成。迷宫式消声器8设在纤维膨胀仓7的顶部，与外界大气连通。由于纤维膨胀仓7不断的接收来自拆解罐1解压泄放的纤维和余压，因此纤维膨胀仓7防失稳机构9不可缺少，另外在拆解罐1解压形成“汽体爆炸”过程中，还伴随响声，因此在纤维膨胀仓7上除设有防失稳机构9外，还有迷宫式消声器8；与纤维膨胀仓7的下部的纤维出口处还可以连接一个旋风分离机，用于分离不同比重的纤维。

采用上述的结构，本实施例的定向拆解秸秆纤维设备将过热蒸汽发生器5产生350℃蒸汽加热、外接高压空气压缩机3和开启时间不超过1ms的解压卸料阀6相结合，整体可以实现拆解罐1内的压力、温度和秸秆含水率的独立控制，能够形成稳定“汽体爆炸”效果，保证了秸秆纤维势如破竹的拆解特质，而不损坏秸秆中的纤维，可以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，这是本设备与现有技术相比最大的不同。而低于“汽体爆炸”脉冲时间范围在技术上将大打折扣，低于秸秆纤维与木质素连接强度的临界压力值，甚至不能打开纤维与木质素的连接，出料口全是生料。

本实施例的定向拆解秸秆纤维设备的拆解方法包括如下的步骤：

(1)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；

(2)控制系统控制拆解罐1上端的加料阀2开启，将事先切断并经过软化处理的秸秆物料从加料阀2输送到拆解罐1内，输送完毕后，关闭加料阀2；

(3)预热拆解罐1，控制系统同时检测拆解罐1内部温度，直至拆解罐1的温度上升至设定温度，开启过热蒸汽发生器5的进水阀，水在过热蒸汽发生器5内迅速汽化，产生的350℃高温蒸汽被输送到拆解罐1内，用于控制拆解罐1内的秸秆含水率，并软化秸秆；控制系统检测拆解罐1内的秸秆含水率，确保秸秆含水率在设定值范围内，继续保持秸秆处于软化状态；

(4)关闭过热蒸汽发生器5的进水阀，打开加压阀4，空气压缩机3开始给拆解罐1加压，直至拆解罐1内的压力上升至设定压力值后，关闭加压阀4；

(5)控制系统检测拆解罐1内的压力、温度、秸秆含水率三项工艺参数均达到设定值后，控制系统控制拆解罐1下端的解压卸料阀6在1ms的时间内开启，在拆解罐1内的压力作用下，秸秆物料立刻被喷到接收仓中，由于拆解罐1内的工艺参数是按照秸秆要求预先设定的，所以秸秆维管及孔隙内的压力汽体在接收仓内会使秸秆立刻发生膨胀相变，伴随着清脆的响声秸秆物料被拆解成秸秆纤维；

(6)将接收仓中的秸秆纤维取出，最后进行分离。

在上述步骤(2)中，输送至拆解罐1内的生物质秸秆物料的总量占拆解罐1总体积的2/3，即秸秆物料的高度要达到拆解罐1的2/3高度，而拆解罐1上部剩余的空间可以确保设备解压后有充裕的恒定气压将秸秆物料压送到接收仓内。

生物质秸秆物料可以为事先切断并软化处理后的水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或者其它种类的秸秆。

实施例二

解压装置在偏心阀门上的应用。

由于阀门为设备用户自选密封部件，本装置为适合造纸行业用户需要，可将解压装置固定在上装偏心阀门上，开启控制按钮直流励磁电机转动，这时偏心阀门受快速开启模块控制，会自动关闭偏心阀门，偏心阀门内的阀芯球面将沿阀座渐进，由于阀门具有剪切功能，能有效的满足秸秆拆解后纤维不堵塞和磨损阀门需要；阀门在关闭的同时，链轮也在带动摩擦离合器，再带动蜗轮蜗杆减速箱输入轴一起转动，减速箱输出轴再带动四等分棘爪转盘24转动，棘轮22受棘爪推动做顺时针旋转运动，直到旋转弧锁自锁，这时同芯双拉簧191已储能，直流励磁电机停止转动；再开启另一控制按钮，30r/min减速电机，将带动小动齿轮转动，啮合在小动齿轮上的35°弧的扇形齿轮28也开始转动，扇形齿轮28再带动旋转弧锁解锁，已储能的同芯双拉簧191拉动连接在阀门转轴上的杠杆21，作90°旋转开启阀门运动，减速电机停止工作，系统自动复位，同芯双拉簧191蓄能过程结束，准备作下一次阀门开启控制。

实施例三

解压装置在球阀上的应用。

由于生物质纤维乙醇行业普遍采用球阀作为汽爆设备密封部件，所以本装置也可安装固定在球阀上，同样开启控制按钮直流励磁电机转动，这时球阀门受快速开启模块控制，会自动关闭球形阀芯，阀门在被关闭的同时，链轮也在带动摩擦离合器，再带动蜗轮蜗杆减速箱输入轴一起转动，减速箱输出轴再带动四等分棘爪转盘24转动，棘轮22受棘爪推动做顺时针旋转运动，直到旋转弧锁自锁，这时同芯双拉簧191已储能，直流励磁电机停止转动；再开启另一控制按钮，30r/min减速电机，将带动小动齿轮转动，啮合在小动齿轮上的35°弧的扇形齿轮28也开始转动，扇形齿轮28再带动旋转弧锁解锁，已储能的同芯双拉簧191拉动联接在阀门转轴上的杠杆21，作90°旋转开启运动，减速电机停止工作，装置的自动控制系统将自动复位，同芯双拉簧191蓄能过程结束，准备作下一次阀门开启控制，循环往复。

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 (7)

1.一种用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，解压装置设在拆解秸秆纤维设备的拆解罐上的物料出口处，其特征在于：所述解压装置包括设在所述拆解罐的物料出口处的解压卸料阀和设在该解压卸料阀上的快速开启装置，该快速开启装置包括安装在解压卸料阀的阀体外部的固定座和安装在固定座上的阀杆连接组件、蓄能组件、阀门复位组件，阀杆连接组件与解压卸料阀的阀杆固定连接，能够将储存的能量向外释放的蓄能组件与阀杆连接组件连接，蓄能组件对阀杆连接组件施加作用力带动阀杆转动开启阀门，阀门复位组件也与阀杆连接组件连接，对阀杆连接组件施加反向的作用力带动阀杆转动关闭阀门。

2.根据权利要求1所述的用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，其特征在于：所述蓄能组件包括同芯双拉簧，该同芯双拉簧包括一个外拉簧和插入外拉簧内的内拉簧，同芯双拉簧的一端与所述阀杆连接组件连接，另一端与所述固定座连接。

3.根据权利要求2所述的用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，其特征在于：所述阀杆连接组件包括与所述阀杆固定连接的延长轴和固定在该延长轴的一根杠杆，杠杆以延长轴作为转轴，所述同芯双拉簧的一端通过拉簧座与杠杆转动连接。

4.根据权利要求3所述的用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，其特征在于：所述阀门复位组件包括棘轮棘齿机构和驱动机构，棘轮棘齿机构的棘轮固定在所述延长轴上，棘轮以延长轴为中心轴，棘齿与驱动机构连接，棘齿均布有四个。

5.根据权利要求4所述的用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，其特征在于：所述驱动机构包括驱动电机、链轮机构和蜗轮蜗杆减速器，驱动电机通过链轮机构与蜗轮蜗杆减速器连接，蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴上设有一个用于安装所述棘齿的转盘。

6.根据权利要求5所述的用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，其特征在于：在所述链轮机构和所述蜗轮蜗杆减速器之间还连接有摩擦离合器。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的用在定向拆解秸秆纤维设备上的解压装置，其特征在于：所述快速开启装置还包括安装在所述固定座上的在阀门关闭后将杠杆锁紧的锁紧机构，该锁紧机构包括一个锁块，锁块转动连接在设在固定座上的与所述延长轴平行的支杆上，锁块与所述杠杆相配合，锁块上具有弧形的锁止面，杠杆的一端部为与该锁止面形状相同的曲面，所述拉簧座与杠杆的另一端连接，在锁块上还设有一个扇形齿轮，扇形齿轮与设在固定座上的一个由解锁电机驱动的主动齿轮啮合。