CN116277353A - 秸秆自动水热预处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及秸秆水热预处理及水解液处理技术领域，具体为一种秸秆自动水热预处理***。该***由进料装置、加热装置、水解液回流装置和电控装置组成。粉碎后的固体秸秆经料斗进入装置，由螺旋杆带动向前运动在回流管接口处与水解液混合，后经自动球阀一进入太阳能集热管内部进行水热预处理；槽式反射镜反射太阳光线为太阳能集热管提供热量；调向电机通过小齿轮与大齿轮控制反射镜角度，选择性接受太阳光；预处理结束，物料经自动球阀二与出料管后，在锥形滤网处完成固液分离；固体秸秆用做后续使用，水解液被收集后由水泵经回流管泵回进料筒循环使用。该***可以极大地节省秸秆预处理过程中的能量消耗，且避免了对水解液的后续处理，同时节省水资源，对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及秸秆水热预处理及水解液处理技术领域，具体为一种秸秆自动水热预处理***。
背景技术
水热预处理技术处理农作物秸秆是提高农作物秸秆资源利用效率的一项关键技术，对农作物秸秆进行预处理是提高生物质能源转化率的一个关键步骤。目前秸秆水热预处理技术多采用电加热或微波加热。电加热和微波加热普遍存在能量利用效率低，预处理能量消耗大等问题，此外，对于水解液的处理也需要投入较高成本。
中国发明专利（CN102952744A）设计了一种生物质水热反应器，该发明可以实现对生物质的高效水热预处理。但该反应器为实现快速加热，极大地增大了水热预处理过程的能量消耗。中国发明专利（CN113563603A）提出了一种在水热预处理种加入化学酸试剂的方法强化木质纤维素类废物的预处理效果。该方法进一步提高了木质纤维素类废物的利用效率，但化学试剂的引入使后续对水解液的处理人物更加繁重。
现有常见的秸秆水热预处理存在能耗大，对环境造成二次污染等问题，同时预处理得到的水解液需要进行后续处理才能排向环境，加大了成本投入。预处理液中的主要成分为秸秆水解产生的有机酸等成分，可视为化学试剂，循环用于秸秆的预处理。因此，为降低秸秆预处理过程中的能量消耗并尽可能减少对环境的影响，有必要开发一种低能耗、低成本、无污染的高效秸秆预处理***。
发明内容
本发明的目的是提供一种秸秆自动水热预处理***，该***结合槽式太阳能结构高效加热的特点作为预处理***的能量来源，可以在极低的能量消耗下达到对秸秆的高效预处理，同时利用循环的酸性水解液作为秸秆水热预处理的水源，减少对环境的影响，节省水资源利用。
为到达上述目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种秸秆自动水热预处理***，包括进料装置、加热装置、水解液回流装置和电控装置组成，具体结构如下：
进料装置包括：进料电机、进料斗、螺旋杆和进料筒。进料电机输出轴与螺旋杆连接，为螺旋杆提供动力；螺旋杆处于进料筒内部，进料筒左端上方固定连接进料斗；进料筒右端上方设有斜开口与回流管密闭连接；
加热装置包括：自动球阀一、槽式反射镜、太阳能集热管、大齿轮、小齿轮、调向电机和自动球阀二。自动球阀一左端与进料筒右端密闭连接，自动球阀一右端与太阳能集热管左端密闭连接，太阳能集热管右端与自动球阀二左端密闭连接，太阳能集热管下部水平设置槽式反射镜，槽式反射镜左端固定连接大齿轮，小齿轮安装与调向电机输出轴上与大齿轮啮合；
水解液回流装置包括：出料管、锥形滤网、水解液收集槽、水泵和回流管。出料管左端与自动球阀二右端密闭连接，出料管右端下部固定连接有锥形滤网，锥形滤网下部设有水解液收集槽，水解液收集槽底部开口与水泵入口密闭连接，水泵出口连接回流管，回流管另一端与进料筒密闭连接；
电控装置包括：PLC处理器、电导线、热电偶、温度记录仪和卡套。PLC处理器经电导线连接进料电机、自动球阀一、自动球阀二、调向电机和水泵，为其提供电能与控制个部件启停；热电偶经卡套固定链接于太阳能加热管左端，热电偶深入太阳能加热管内部检测内部物料温度，热电偶另一端固定连接于温度记录仪上，通过温度记录仪实时监测物料温度。
粉碎后的固体秸秆经料斗进入装置，进料电机由PLC处理器控制为螺旋杆提供动力，秸秆由螺旋杆带动向前运动在回流管接口处与水解液混合，后经自动球阀一进入太阳能集热管内部进行水热预处理；预处理时自动球阀一与自动球阀二处于关闭状态，为太阳能集热管内部提供密闭环境；槽式反射镜反射太阳光线为太阳能集热管提供热量；调向电机通过小齿轮与大齿轮控制反射镜角度，选择性接受太阳光；预处理结束，物料经自动球阀二与出料管后，在锥形滤网处完成固液分离；固体秸秆用做后续使用，水解液被收集后由水泵经回流管泵回进料筒循环使用。
进一步地，所述太阳能集热管水平布置，在空间位置上处于槽式反射镜反光焦线上，高效吸收太阳光对内部物料加热。
进一步地，所述进料筒与回流管连接处位于螺旋杆末端，便于固体秸秆与水解液的混合。
进一步地，所述进料电机与水泵在进料时同时开启，按设定进料固液比分别输入固体秸秆与水解液。
进一步地，所述自动球阀一在进料时开启，自动球阀二关闭。
进一步地，所述自动球阀二在出料时首先开启，自动球阀一后开启。
进一步地，所述水泵在预处理结束后自动球阀后开启状态下加速泵水，用于冲洗太阳能集热管内部残留物料，此时进料电机处于停机状态。
进一步地，所述热电偶深入太阳能集热管内部，温度探测头在水平方向置于太阳能集热管中间位置。
进一步地，所述热电偶穿过卡套，与其固定密闭连接，卡套与集热管左端通过螺纹密闭连接，保证其接口密闭性。
进一步地，***使用过程中，需不定时向所述水解液收集槽补充一定量的水，保证预处理用水的充足。
本发明的有益效果：
（1）本发明可以利用聚光太阳能加热***作为秸秆预处理的能量来源，极大降低了秸秆预处理的能耗；
（2）本发明利用水解液进行预处理避免了对水解液的后续处理，消除了对环境造成二次污染的安全隐患；
（3）本发明节省了秸秆预处理过程的水资源消耗，降低了成本投入；
（4）本发明高效地对秸秆资源进行预处理，极大提高秸秆资源的能源转化率。
附图说明
图1为本发明的***结构图。
图2为本发明的集热装置结构图。
图3为本发明的温度检测结构位置关系图。
图中件序号说明：1进料电机；2进料斗；3螺旋杆；4进料筒；5回流管；6自动球阀一；7自动球阀二；8出料管；9锥形滤网；10水解液收集槽；11水泵；12太阳能集热管；13槽式反射镜；14PLC处理器；15卡套；16热电偶；17温度记录仪；18电导线；19大齿轮；20小齿轮；21调向电机。
实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
实施例
如图1-图3所示，本发明的一种秸秆自动水热预处理***，包括进料装置、加热装置、水解液回流装置和电控装置组成，具体结构如下：进料装置包括进料电机1、进料斗2、螺旋杆3和进料筒4；加热装置包括自动球阀一6、槽式反射镜13、太阳能集热管12、大齿轮19、小齿轮20、调向电机21和自动球阀二7；水解液回流装置包括出料管8、锥形滤网9、水解液收集槽10、水泵11和回流管5；电控装置包括PLC处理器14、电导线18、热电偶16、温度记录仪17和卡套15。
连接方式：进料电机1固定安装在进料筒4左端，螺旋杆3布置在进料筒4内部，左端与进料电机1固定连接；进料筒4左端上方设有开口，进料斗2在开口处与进料筒4固定连接；进料筒4右端设置斜开口与回流管5固定连接。自动球阀一6左右两端分别与进料筒4右端和太阳能集热管12左端通过螺纹密闭连接，自动球阀二7左右两端分别与太阳能集热管12右端和出料管8左端通过螺纹密闭连接；出料管8右端下部固定连接锥形滤网9，锥形滤网9正下方设置水解液收集槽10，水解液收集槽10底部设置开口与水泵11进水口固定连接，水泵11出水口与回流管5固定连接。
技术原理：粉碎后的固体秸秆于进料斗2进入装置，后在螺旋杆3的推动下向右运动；水解液从水解液收集槽10处在水泵11作用下，流经回流管5循环利用。固体秸秆和水解液在进料筒4右端水解液入口处混合，并在螺旋杆3提供的推力下继续向前运动，经自动球阀一6，直至太阳能集热管12内部。进料过程结束后，关闭自动球阀一6，保持太阳能集热管12内部为密闭状态，混合物料进入预处理过程，太阳光经槽式反射镜13反射后被太阳能集热管12吸收，为秸秆水热预处理提供热量来源。预处理过程中由热电偶16检测太阳能集热管12内部物料温度，并在温度记录仪17上实时显示检测；抛物槽接收太阳光角度由调向电机21转动通过小齿轮20于大齿轮19啮合控制，大齿轮19与小齿轮20较大的传动比，使调向电机21更精准地控制槽式反射镜13选择性接受太阳光。预处理结束后，开启自动球阀二7，物料向右流出，后开启自动球阀一6，并启动水泵11，以较高速率泵水，太阳能集热管12内部残留物料在高速水流下被冲洗干净，而后停止水泵11，关闭自动球阀二7，开始下一预处理循环。
以上实施例仅为本发明的优选实施例而已，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，根据本发明的技术方案及其发明构思所作的等同替换或改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种秸秆自动水热预处理***，其特征在于，该***由进料装置、加热装置、水解液回流装置和电控装置组成，具体结构如下：
进料装置包括：进料电机、进料斗、螺旋杆和进料筒。进料电机输出轴与螺旋杆连接，为螺旋杆提供动力；螺旋杆处于进料筒内部，进料筒左端上方固定连接进料斗；进料筒右端上方设有斜开口与回流管密闭连接；
加热装置包括：自动球阀一、槽式反射镜、太阳能集热管、大齿轮、小齿轮、调向电机和自动球阀二。自动球阀一左端与进料筒右端密闭连接，自动球阀一右端与太阳能集热管左端密闭连接，太阳能集热管右端与自动球阀二左端密闭连接，太阳能集热管下部水平设置槽式反射镜，槽式反射镜左端固定连接大齿轮，小齿轮安装与调向电机输出轴上与大齿轮啮合；
水解液回流装置包括：出料管、锥形滤网、水解液收集槽、水泵和回流管。出料管左端与自动球阀二右端密闭连接，出料管右端下部固定连接有锥形滤网，锥形滤网下部设有水解液收集槽，水解液收集槽底部开口与水泵入口密闭连接，水泵出口连接回流管，回流管另一端与进料筒密闭连接；
电控装置包括：PLC处理器、电导线、热电偶、温度记录仪和卡套。PLC处理器经电导线连接进料电机、自动球阀一、自动球阀二、调向电机和水泵，为其提供电能与控制个部件启停；热电偶经卡套固定链接于太阳能加热管左端，热电偶深入太阳能加热管内部检测内部物料温度，热电偶另一端固定连接于温度记录仪上，通过温度记录仪实时监测物料温度。
2.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述太阳能集热管水平布置，在空间位置上处于槽式反射镜反光焦线上，高效吸收太阳光对内部物料加热。
3.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述进料筒与回流管连接处位于螺旋杆末端，便于固体秸秆与水解液的混合。
4.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述进料电机与水泵在进料时同时开启，按设定进料固液比分别输入固体秸秆与水解液。
5.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述自动球阀一在进料时开启，自动球阀二关闭。
6.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述自动球阀二在出料时首先开启，自动球阀一后开启。
7.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述水泵在预处理结束后自动球阀后开启状态下加速泵水，用于冲洗太阳能集热管内部残留物料，此时进料电机处于停机状态。
8.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述热电偶深入太阳能集热管内部，温度探测头在水平方向置于太阳能集热管中间位置。
9.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，所述热电偶穿过卡套，与其固定密闭连接，卡套与集热管左端通过螺纹密闭连接，保证其接口密闭性。
10.按照权利要求1所述的秸秆自动水热预处理***，其特征在于，***使用过程中，需不定时向所述水解液收集槽补充一定量的水，保证预处理用水的充足。
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