CN101474885A - 一种生物质压缩致密设备 - Google Patents

Abstract

一种生物质压缩致密设备，由驱动机，传动装置，外壳，物料入口，进料螺旋，压缩螺旋，产品出口组成，包裹压缩螺旋的外壳同压缩螺旋一样是收缩的。当启动本发明的生物质压缩致密设备后，驱动机驱动传动装置将自物料入口的生物质原料通过进料螺旋推到压缩螺旋，收缩的外壳同压缩螺旋将物料压缩致密，从产品出口成棒状推出，如在产品出口安装切割装置，可以将压缩致密的棒状产品切割成需要的形状，满足用户需要。

Description

一种生物质压缩致密设备

本发明涉及生物质能应用领域，是一种生物质压缩致密设备，尤其适合农作物秸秆、树木枝桠、柴草等生物质的能源利用。

生物质能是以生物质为载体的能量，即通过植物光合作用把太阳能以化学能形式在生物质中存储的一种能量形式。碳水化合物是光能储藏库，生物质是光能循环转化的载体，生物质能是惟一可再生的碳源，它可以被转化成许多固态、液态和气态燃料或其它形式的能源，称为生物质能源。据我国“可再生能源中长期发展规划”介绍，我国生物质能资源主要有农作物秸秆、树木枝桠、畜禽粪便、能源作物(植物)、工业有机废水、城市生活污水和垃圾等。(以下的生物质主要指农作物秸秆、树木枝桠、柴草等)全国农作物秸秆年产生量约6亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，大约3亿吨可作为燃料使用，折合约1.5亿吨标准煤。林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿吨，大约3亿吨可作为能源利用，折合约2亿吨标准煤。但对国土范围内接近民居的柴草数量没作估计，其可作为能源利用的数量也很高。

生物质能与化石能源相比，具有可再生和低污染的优势，生物质燃烧排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染物远少于燃煤发电，特别是生物质从生长到燃烧总体上对环境不增加二氧化碳排放量。

生物质呈松散状，运输及储存体积过大，低能量密度、形状不规则、易卡涩、易着火、高挥发份、低灰份、焦灰质地轻软、碱金属含量丰富等特点。

现有的生物质的燃烧方式包括：一、农户炉灶直接燃烧，堆放影响环境卫生，燃烧时不卫生，费时费力；二、生物质成型燃料燃烧方式，是将秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料，其具有体积小、密度大、储运方便；燃烧稳定、周期长；燃烧效率高；灰渣及烟气中污染物含量小等优点；三、生物质捆烧方式，欧盟许多成员国的生物质秸秆捆烧技术发展迅速，以丹麦、比利时、法国的生物质草捆燃烧技术发展最为成熟。美国、日本等国也已发展起生物质捆烧技术，并形成产品系列化，在一些区域得到推广应用。丹麦具有各种小型、中型及大型打捆机，能生产各种型号的生物质秸秆捆，适应不同层次的燃烧设备。生物质锅炉型号也比较齐全；四、生物质粉体燃烧方式，将生物质用破碎机破碎成粉体后，由进料装置喷入研制的立式双回旋燃烧炉直接燃烧；五、生物质燃气燃烧方式，将生物质在缺氧或无氧环境中通过热化学反应制取可燃性气体的技术。生物质经气化炉产生的可燃性气体通过净化、储存稳压和管道输送，为用户提供气体燃料。这几种生物质的燃烧方式的工艺流程可以概括成：生物质收集——堆放——上料***——预处理***(成型、打捆、粉碎、铡碎等)——炉灶、专用锅炉、气化炉。由于生物质的特点，运输不方便成本高导致收集成本高，堆放场地大，上料及预处理***复杂、设备昂贵，专用锅炉、气化炉昂贵，这些导致生物质利用成本远高于常规化石能源，限制了生物质能的开发利用。

生物质固体成型燃料是指通过专门设备将生物质压缩成型的燃料，储存、运输、使用方便，清洁环保，燃烧效率高，既可作为农村居民的炊事和取暖燃料，也可作为城市分散供热的燃料。

现有的生物质固体成型的原理：植物细胞中除含有纤维素、半纤维素还含有木质素(木素)，木素是具有芳香族特性的结构单体，为丙烷型的立体结构高分子化合物。在阔叶木、针叶木中木素含量为27％～32％(干基)，禾草类木素含量为14％～25％。虽然在各种植物中都含有木素，但它们的组成、结构并不完全一样。木素属非晶体，没有熔点但有软化点，当温度为70～110℃时粘合力开始增加，木素在适当温度下(200～300℃)会软化、液化，此时加以一定的压力使其与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接，冷却后即可固化成型，因此采用热压法成型秸秆(或木屑)燃料可不用任何添加剂、粘接剂，大大降低了加工成本，而且利用木素软化、液化的特点，适当提高热压成型时的温度有利于减小挤压动力。

现有的生物质固体成型的工艺过程及特点：生物质成型是有条件的，它对原料的种类、粒度、含水率都有一定的要求。秸秆、麦秸等需进行适当的粉碎，几乎所有的物料都要进行干燥。为进一步提高成型燃料的使用价值，扩展应用领域，可进行碳化，所以生物质固化成型的工艺过程可表述为：原料→适当的粉碎→干燥→成型→碳化→木炭，木屑、稻壳等由于粒度细小，筛除杂物即可直接使用，秸秆、麦秸需经专用设备粉碎至粒度在10mm以下。生物质的含水率一般在20％～40％，因此干燥是必不可少的过程。生物质致密成型工艺有多种，根据工艺特性的差别，可划分为冷压致密成型、热压致密成型和碳化致密成型。1.冷压致密成型一般是辊压成型，有水平轴式环模挤压成型、垂直轴式环模挤压成型和平面辊压成型。冷压致密成型工艺常用于含水量较高的原料。原料进入成型室后，在压辊或压模的转动作用下，进入压模与压辊之间，然后挤入成型孔，从成型孔挤出的原料被挤压成型，再用切刀切割成一定长度的颗粒状或块状燃料。该机型主要用于木材加工厂的木屑和秸秆碎料。成型设备一般比较简单，价格较低，但由于死角较大，引起无用能耗大，成型部件磨损较快。工作中易出现辊轮和成型孔堵塞现象。且由于燃料湿度较大，不含黏结剂，易吸湿变形，不利于长期保存、运输和使用。2.热压致密成型有螺杆致密成型、活塞致密成型和冲压致密成型。热压致密成型工艺过程一般分为原料粉碎、干燥、挤压、加热、保型等几个环节。螺杆致密成型机是开发应用较早的生物质热压成型设备，主要包括驱动机、传动部件、进料机构、压缩螺杆、成型套筒和电加热等几部分。工作过程是将粉碎后的生物质经干燥后，从料斗中加入，螺旋推挤进入成型套筒中，并经螺杆压成带孔的棒状成品，连续从成型套筒中挤出。制约螺杆成型机发展的主要技术问题是螺杆和成型套筒磨损严重，使用寿命短。活塞和冲压式致密成型机改变了成型部件与原料之间的作用方式，在大幅提高成型部件使用寿命的同时，也降低了单位产品的能耗。原料经粉碎后，通过机械或风力形式送入压缩间。活塞或冲头前进时，把原材料压紧成型，并送入保型筒。活塞和冲压成型机一般造价较高，且振动噪声大，由于间断挤压，成型块质量有时有高低反差。特别是要求原料含水率较小，否则会使成型燃料膨胀、松散、甚至出现危险的“放炮”现象。3.碳化致密成型工艺的基本特征是，首先将生物质原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏结剂挤压成型。由于原料纤维素结构在炭化过程中受到破坏，高分子组分受热裂解转换成炭，并放出挥发分，使成型部件的磨损和能耗都明显降低。但炭化后的原料维持既定形状的能力较差，所以一般要加入黏结剂。

现有的生物质固体成型的工艺的难题：一、产品质量不稳定，产量低，二、能耗高，三、易损件使用寿命太短。这些导致现有的生物质固体成型产品比石化能源成本高，制约了生物质固体成型技术的应用推广。

为了解决现有的生物质固体成型工艺的难题，进而改变现有的生物质能的燃烧方式工艺流程，达到低成本应用生物质能，本发明提供一种生物质压缩致密设备，通过利用逐渐收缩的螺旋及外壳对初态的生物质(不需要适当粉碎、干燥、成型加热)直接压缩致密成型。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在由驱动机，传动装置，外壳，物料入口，进料螺旋，压缩螺旋，产品出口组成的一种生物质压缩致密设备中，包裹压缩螺旋的外壳同压缩螺旋一样是收缩的。当启动本发明的生物质压缩致密设备后，驱动机驱动传动装置将自物料入口的生物质原料通过进料螺旋推到压缩螺旋，收缩的外壳同压缩螺旋将物料压缩致密，从产品出口推出。

本发明较好的技术方案可以是：将进料螺旋与压缩螺旋的螺旋中断一或多处，在中断处轴上安装一或多段反向螺旋，用来切割缠绕在轴上的物料。

本发明较好的技术方案可以是：将进料螺旋与压缩螺旋的螺旋中断一或多处，在中断处对应的外壳上安装一或多支刀锋迎向物料运动方向的刀，用来切割缠绕在轴上的物料。

本发明较好的技术方案可以是：将进料螺旋与压缩螺旋的螺旋中断一或多处，在中断处轴上安装一或多段反向螺旋，同时在中断处对应的外壳上安装一或多支刀锋迎向物料运动方向的刀，用来切割缠绕在轴上的物料。

本发明较好的技术方案可以是：在产品出口安装切割装置，将压缩致密的棒状产品切割成需要的形状。

本发明的有益效果是，一、压缩致密的产品成型质量稳定，产量高，二、能耗低，三、易损件使用寿命长。这些使采用本发明生产生物质固体成型产品远远低于石化能源成本，有利于生物质固体成型技术的应用推广。

本发明的生物质压缩致密设备的成型原理与现有的生物质固体成型的原理完全不同，它是利用螺旋及对应的外壳的面积收缩实现生物质压缩致密，利用螺旋旋转使生物质物料相互牵绕、啮合形成稳定的形状。

与现有的生物质固体成型的工艺过程相比，不需要对生物质物料进行适当的破碎，干燥，成型时不需要加热，因此大大简化生物质固体成型***，设备投资大大减小，耗能大大降低，产品质量稳定，产量高，另外是常温压缩致密成型，易损件使用寿命增长。

本发明的另一有益效果是改变了现有几种生物质燃烧方式的工艺流程。本发明的生物质压缩致密设备结构简单，重量轻，驱动机可以采用电机或农用机械驱动等动力，可以随农用机械方便的移动到生物质附近，就近加工成致密成型的产品，然后运输、储存，这为成面分布的生物质的收集创造一种有效的工具，也将大大改变以上提及的几种生物质燃烧方式的工艺流程，变成：生物质压缩致密成型——收集——堆放(储存)——上料***——炉灶、专用锅炉、气化炉。压缩后的生物质体积小、密度大、运输方便，使收集成本大大减少，储存场地小，上料***同煤，不需要预处理***，只需设计专用生物质能锅炉、气化炉，大大简化这几种生物质燃烧方式的***，大大降低设备投资，这将引起生物质能利用的方式、方法的根本性改变，最终使生物质能利用成本大大降低，加速生物能的开发利用。

本发明的另一有益效果是农民利用本发明收集生物质能，解决广大农村居民生活用能问题，改善农村生产和生活条件，保护生态环境和巩固生态建设成果，有效提高农民收入。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构原理图。

图2是图1中A—A纵剖面图。

图中1.驱动机，2.传动装置，3.外壳，4.物料入口，5.反向螺旋，6.压缩螺旋，7.产品出口，8.进料螺旋，9.刀，10.切割装置。

在图1中，驱动机1驱动传动装置2将自物料入口4的生物质原料通过进料螺旋8推到压缩螺旋6，收缩的外壳3同压缩螺旋6将物料压缩致密从产品出口7成棒状推出。为避免物料缠绕在轴上引起卡涩，在压缩螺旋6的螺旋中断一处，安装反向螺旋5，对应中断处的外壳3上安装2支刀锋迎向物料运动方向的刀9，用来切割缠绕在轴上的物料。也可启动切割装置10对从产品出口7成棒状产品进行切割，切割的长短满足用户要求。

在图2中，2支刀锋迎向物料的刀9沿同一直径对称安装在外壳3上。

Claims (5)

1.一种生物质压缩致密设备，包括驱动机，传动装置，外壳，物料入口，进料螺旋，压缩螺旋，产品出口，其特征是：包裹压缩螺旋的外壳同压缩螺旋一样是收缩的。

2.根据权利要求1所述的生物质压缩致密设备，其特征是：将进料螺旋与压缩螺旋的螺旋中断一或多处，在中断处轴上安装一或多段反向螺旋，用来切割缠绕在轴上的物料。

3.根据权利要求1所述的生物质压缩致密设备，其特征是：将进料螺旋与压缩螺旋的螺旋中断一或多处，在中断处对应的外壳上安装一或多支刀锋迎向物料运动方向的刀，用来切割缠绕在轴上的物料。

4.根据权利要求1所述的生物质压缩致密设备，其特征是：将进料螺旋与压缩螺旋的螺旋中断一或多处，在中断处轴上安装一或多段反向螺旋，同时在中断处对应的外壳上安装一或多支刀锋迎向物料运动方向的刀，用来切割缠绕在轴上的物料。

5.根据权利要求2、3或4所述的生物质压缩致密设备，其特征是：在产品出口安装切割装置，将压缩致密的棒状产品切割成需要的形状。

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