專利名稱：一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備的制作方法
一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備
本發(fā)明涉及生物質(zhì)能應(yīng)用領(lǐng)域，是一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，尤其適合農(nóng)作物秸稈、樹木枝椏、柴草等生物質(zhì)的能源利用。
生物質(zhì)能是以生物質(zhì)為載體的能量，即通過植物光合作用把太陽能以化學(xué)能形式在生物質(zhì)中存儲的一種能量形式。碳水化合物是光能儲藏庫，生物質(zhì)是光能循環(huán)轉(zhuǎn)化的載體，生物質(zhì)能是惟一可再生的碳源，它可以被轉(zhuǎn)化成許多固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料或其它形式的能源，稱為生物質(zhì)能源。據(jù)我國"可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃"介紹，我國生物質(zhì)能資源主要有農(nóng)作物秸稈、樹木枝椏、畜禽糞便、能源作物(植物)、工業(yè)有機(jī)廢水、城市生活污水和垃圾等。(以下的生物質(zhì)主要指農(nóng)作物秸稈、樹木枝椏、柴草等)全國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)生量約6億噸，除部分作為造紙原料和畜牧飼料外，大約3億噸可作為燃料使用，折合約1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。林木枝椏和林業(yè)廢棄物年可獲得量約9億噸，大約3億噸可作為能源利用，折合約2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。但對國土范圍內(nèi)接近民居的柴草數(shù)量沒作估計，其可作為能源利用的數(shù)量也很高。
生物質(zhì)能與化石能源相比，具有可再生和低污染的優(yōu)勢，生物質(zhì)燃燒排放的二氧化硫、氮氧化物和煙塵等污染物遠(yuǎn)少于燃煤發(fā)電，特別是生物質(zhì)從生長到燃燒總體上對環(huán)境不增加二氧化碳排放量。
生物質(zhì)呈松散狀，運(yùn)輸及儲存體積過大，低能量密度、形狀不規(guī)則、易卡澀、易著火、高揮發(fā)份、低灰份、焦灰質(zhì)地輕軟、堿金屬含量豐富等特點(diǎn)。
現(xiàn)有的生物質(zhì)的燃燒方式包括 一、農(nóng)戶爐灶直接燃燒，堆放影響環(huán)境衛(wèi)生，燃燒時不衛(wèi)生，費(fèi)時費(fèi)力；二、生物質(zhì)成型燃料燃燒方式，是將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等生物質(zhì)，
用機(jī)械加壓的方法，使原來松散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型
燃料，其具有體積小、密度大、儲運(yùn)方便；燃燒穩(wěn)定、周期長；燃燒效率高；灰渣及煙氣中污染物含量小等優(yōu)點(diǎn)；三、生物質(zhì)捆燒方式，歐盟許多成員國的生物質(zhì)秸稈捆燒技術(shù)發(fā)展迅速，以丹麥、比利時、法國的生物質(zhì)草捆燃燒技術(shù)發(fā)展最為成熟。美國、日本等國也已發(fā)展起生物質(zhì)捆燒技術(shù)，并形成產(chǎn)品系列化，在一些區(qū)域得到推廣應(yīng)用。丹麥具有各種小型、中型及大型打捆機(jī)，能生產(chǎn)各種型號的生物質(zhì)秸稈捆，適應(yīng)不同層次的燃燒設(shè)備。生物質(zhì)鍋爐型號也比較齊全；四、生物質(zhì)粉體燃燒方式，將生物質(zhì)用破碎機(jī)破碎成粉體后，由進(jìn)料裝置噴入研制的立式雙回旋燃燒爐直接燃燒；五、生物質(zhì)燃?xì)馊紵绞?，將生物質(zhì)在缺氧或無氧環(huán)境中通過熱化學(xué)反應(yīng)制取可燃性氣體的技術(shù)。生物質(zhì)經(jīng)氣化爐產(chǎn)生的可燃性氣體通過凈化、儲存穩(wěn)壓和管道輸送，為用戶提供氣體燃料。這幾種生物質(zhì)的燃燒方式的工藝流程可以概括成生物質(zhì)收集——堆放——上料系統(tǒng)——預(yù)處理系統(tǒng)(成型、打捆、粉碎、鍘碎等)——爐灶、專用鍋爐、氣化爐。由于生物質(zhì)的特點(diǎn)，運(yùn)輸不方便成本高導(dǎo)致收集成本高，堆放場地大，上料及預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備昂貴，專用鍋爐、氣化爐昂貴，這些導(dǎo)致生物質(zhì)利用成本遠(yuǎn)高于常規(guī)化石能源，限制了生物質(zhì)能的開發(fā)利用。
生物質(zhì)固體成型燃料是指通過專門設(shè)備將生物質(zhì)壓縮成型的燃料，儲存、運(yùn)輸、使用方便，清潔環(huán)保，燃燒效率高，既可作為農(nóng)村居民的炊事和取暖燃料，也可作為城市分散供熱的燃料。
現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型的原理植物細(xì)胞中除含有纖維素、半纖維素還含有木質(zhì)素(木素)，木素是具有芳香族特性的結(jié)構(gòu)單體，為丙烷型的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物。在闊葉木、針葉木中木素含量為27% 32% (干基)，禾草類木素含量為14% 25%。雖然在各種植物中都含有木素，但它們的組成、結(jié)構(gòu)并不完全一樣。木素屬非晶體，沒有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度為70 11(TC時粘合力開始增加，木素在適當(dāng)溫度下(200 300°C)會軟化、液化，此時加以一定的壓力使其與纖維素緊密粘接并與相鄰顆?；ハ嗄z接，冷卻后即可固化成型，因此采用熱壓法成型秸稈(或木屑)燃料可不用任何添加劑、粘接劑，大大降低了加工成本，而且利用木素軟化、液化的特點(diǎn)，適當(dāng)提高熱壓成型時的溫度有利于減小擠壓動力。
現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型的工藝過程及特點(diǎn)生物質(zhì)成型是有條件的，它對原料的種類、粒度、含水率都有一定的要求。秸稈、麥秸等需進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆鬯?，幾乎所有的物料都要進(jìn)行千燥。為進(jìn)一步提高成型燃料的使用價值，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，可進(jìn)行碳化，所以生物質(zhì)固化成型的工藝過程可表述為原料一適當(dāng)?shù)姆鬯橐桓稍镆怀尚鸵惶蓟荒咎浚拘?、稻殼等由于粒度?xì)小，篩除雜物即可直接使用，秸稈、麥秸需經(jīng)專用設(shè)備粉碎至粒度在10mm以下。生物質(zhì)的含水率一般在20% 40%，因此干燥是必不可少的過程。生物質(zhì)致密成型工藝有多種，根據(jù)工藝特性的差別，可劃分為冷壓致密成型、熱壓致密成型和碳化致密成型。l.冷壓致密成型一般是輥壓成型，有水平軸式環(huán)模擠壓成型、垂直軸式環(huán)模擠壓成型和平面輥壓成型。冷壓致密成型工藝常用于含水量較高的原料。原料進(jìn)入成型室后，在壓輥或壓模的轉(zhuǎn)動作用下，進(jìn)入壓模與壓輥之間，然后擠入成型孔，從成型孔擠出的原料被擠壓成型，再用切刀切割成一定長度的顆粒狀或塊狀燃料。該機(jī)型主要用于木材加工廠的木屑和秸稈碎料。成型設(shè)備一般比較簡單，價格較低，但由于死角較大，引起無用能耗大，成型部件磨損較快。工作中易出現(xiàn)輥輪和成型孔堵塞現(xiàn)象。且由于燃料濕度較大，不含黏結(jié)劑，易吸濕變形，不利于長期保存、運(yùn)輸和使用。2.熱壓致密成型有螺桿致密成型、活塞致密成型和沖壓致密成型。熱壓致密成型工藝過程一般分為原料粉碎、干燥、擠壓、加熱、保型等幾個環(huán)節(jié)。螺桿致密成型機(jī)是開發(fā)應(yīng)用較早的生物質(zhì)熱壓成型設(shè)備，主要包括驅(qū)動機(jī)、傳動部件、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、壓縮螺桿、成型套筒和電加熱等兒部分。工作過程是將粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)干燥后，從料斗中加入，螺旋推擠進(jìn)入成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶孔的棒狀成品，連續(xù)從成型套筒中擠出。制約螺桿成型機(jī)發(fā)展的主要技術(shù)問題是螺桿和成型套筒磨損嚴(yán)重，使用壽命短?；钊蜎_壓式致密成型機(jī)改變了成型部件與原料之間的作用方式，在大幅提高成型部件使用壽命的同時，也降低了單位產(chǎn)品的能耗。原料經(jīng)粉碎后，通過機(jī)械或風(fēng)力形式送入壓縮間?；钊驔_頭前進(jìn)時，把原材料壓緊成型，并送入保型筒?；钊蜎_壓成型機(jī)一般造價較高，且振動噪聲大，由于間斷擠壓，成型塊質(zhì)量有時有高低反差。特別是要求原料含水率較小，否則會使成型燃料膨脹、松散、甚至出現(xiàn)危險的"放炮"現(xiàn)象。3.碳化致密成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結(jié)劑擠壓成型。由于原料纖維素結(jié)構(gòu)在炭化過程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭，并放出揮發(fā)分，使成型部件的磨損和能耗都明顯降低。但炭化后的原料維持既定形狀的能力較差，所以一般要加入黏結(jié)劑。
現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型的工藝的難題 一、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)量低，二、能耗高，三、易損件使用壽命太短。這些導(dǎo)致現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型產(chǎn)品比石化能源成本高，制約了生物質(zhì)固體成型技術(shù)的應(yīng)用推廣。
為了解決現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型工藝的難題，進(jìn)而改變現(xiàn)有的生物質(zhì)能的燃燒方式工藝流程，達(dá)到低成本應(yīng)用生物質(zhì)能，本發(fā)明提供一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，通過利用逐漸收縮的螺旋及外殼對初態(tài)的生物質(zhì)(不需要適當(dāng)粉碎、干燥、成型加熱)直接壓縮致密成型。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在由驅(qū)動機(jī)，傳動裝置，外殼，物料入口，進(jìn)料螺旋，壓縮螺旋，產(chǎn)品出口組成的一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備中，包裹壓縮螺旋的外殼同壓縮螺旋一樣是收縮的。當(dāng)啟動本發(fā)明的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備后，驅(qū)動機(jī)驅(qū)動傳動裝置將自物料入口的生物質(zhì)原料通過進(jìn)料螺旋推到壓縮螺旋，收縮的外殼同壓縮螺旋將物料壓縮致密，從產(chǎn)品出口推出。
本發(fā)明較好的技術(shù)方案可以是將進(jìn)料螺旋與壓縮螺旋的螺旋中斷一或多處，在中斷處軸上安裝一或多段反向螺旋，用來切割纏繞在軸上的物料。
本發(fā)明較好的技術(shù)方案可以是將進(jìn)料螺旋與壓縮螺旋的螺旋中斷一或多處，在中斷處對應(yīng)的外殼上安裝一或多支刀鋒迎向物料運(yùn)動方向的刀，用來切割纏繞在軸上的物料。本發(fā)明較好的技術(shù)方案可以是將進(jìn)料螺旋與壓縮螺旋的螺旋中斷一或多處，在中斷處軸上安裝一或多段反向螺旋，同時在中斷處對應(yīng)的外殼上安裝一或多支刀鋒迎向物料運(yùn)動方向的刀，用來切割纏繞在軸上的物料。
本發(fā)明較好的技術(shù)方案可以是在產(chǎn)品出口安裝切割裝置，將壓縮致密的棒狀產(chǎn)品切割成需要的形狀。
本發(fā)明的有益效果是， 一、壓縮致密的產(chǎn)品成型質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量高，二、能耗低，三、易損件使用壽命長。這些使采用本發(fā)明生產(chǎn)生物質(zhì)固體成型產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石化能源成本，有利于生物質(zhì)固體成型技術(shù)的應(yīng)用推廣。
本發(fā)明的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備的成型原理與現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型的原理完全不同，它是利用螺旋及對應(yīng)的外殼的面積收縮實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)壓縮致密，利用螺旋旋轉(zhuǎn)使生物質(zhì)物料相互牽繞、嚙合形成穩(wěn)定的形狀。
與現(xiàn)有的生物質(zhì)固體成型的工藝過程相比，不需要對生物質(zhì)物料進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠扑?，干燥，成型時不需要加熱，因此大大簡化生物質(zhì)固體成型系統(tǒng)，設(shè)備投資大大減小，耗能大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量高，另外是常溫壓縮致密成型，易損件使用壽命增長。
本發(fā)明的另一有益效果是改變了現(xiàn)有幾種生物質(zhì)燃燒方式的工藝流程。本發(fā)明的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，驅(qū)動機(jī)可以采用電機(jī)或農(nóng)用機(jī)械驅(qū)動等動力，可以隨農(nóng)用機(jī)械方便的移動到生物質(zhì)附近，就近加工成致密成型的產(chǎn)品，然后運(yùn)輸、儲存，這為成面分布的生物質(zhì)的收集創(chuàng)造一種有效的工具，也將大大改變以上提及的幾種生物質(zhì)燃燒方式的工藝流程，變成生物質(zhì)壓縮致密成型——收集——堆放(儲存)——上料系統(tǒng)——爐灶、專用鍋爐、氣化爐。壓縮后的生物質(zhì)體積小、密度大、運(yùn)輸方便，使收集成本大大減少，儲存場地小，上料系統(tǒng)同煤，不需要預(yù)處理系統(tǒng)，只需設(shè)計專用生物質(zhì)能鍋爐、氣化爐，大大簡化這幾種生物質(zhì)燃燒方式的系統(tǒng)，大大降低設(shè)備投資，這將引起生物質(zhì)能利用的方式、方法的根本性改變，最終使生物質(zhì)能利用成本大大降低，加速生物能的開發(fā)利用。
本發(fā)明的另一有益效果是農(nóng)民利用本發(fā)明收集生物質(zhì)能，解決廣大農(nóng)村居民生活用能問題，改善農(nóng)村生產(chǎn)和生活條件，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和鞏固生態(tài)建設(shè)成果，有效提高農(nóng)民收入。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是

圖1中A—A縱剖面圖。
圖中l(wèi).驅(qū)動機(jī)，2.傳動裝置，3.外殼，4.物料入口， 5.反向螺旋，6.壓縮螺旋，7.產(chǎn)品出口 ， 8.進(jìn)料螺旋，9.刀，IO.切割裝置。
在圖1中，驅(qū)動機(jī)1驅(qū)動傳動裝置2將自物料入口4的生物質(zhì)原料通過進(jìn)料螺旋8推到壓縮螺旋6，收縮的外殼3同壓縮螺旋6將物料壓縮致密從產(chǎn)品出口7成棒狀推出。為避免物料纏繞在軸上引起卡澀，在壓縮螺旋6的螺旋中斷一處，安裝反向螺旋5，對應(yīng)中斷處的外殼3上安裝2支刀鋒迎向物料運(yùn)動方向的刀9，用來切割纏繞在軸上的物料。也可啟動切割裝置10對從產(chǎn)品出口7成棒狀產(chǎn)品進(jìn)行切割，切割的長短滿足用戶要求。
在圖2中，2支刀鋒迎向物料的刀9沿同一直徑對稱安裝在外殼3上。
權(quán)利要求
1. 一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，包括驅(qū)動機(jī)，傳動裝置，外殼，物料入口，進(jìn)料螺旋，壓縮螺旋，產(chǎn)品出口，其特征是包裹壓縮螺旋的外殼同壓縮螺旋一樣是收縮的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，其特征是將進(jìn)料螺旋與壓縮螺旋的螺 旋中斷一或多處，在中斷處軸上安裝一或多段反向螺旋，用來切割纏繞在軸上的物料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，其特征是將進(jìn)料螺旋與壓縮螺旋的螺 旋中斷一或多處，在中斷處對應(yīng)的外殼上安裝一或多支刀鋒迎向物料運(yùn)動方向的刀，用來切 割纏繞在軸上的物料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，其特征是將進(jìn)料螺旋與壓縮螺旋的螺 旋中斷一或多處，在中斷處軸上安裝一或多段反向螺旋，同時在中斷處對應(yīng)的外殼上安裝一 或多支刀鋒迎向物料運(yùn)動方向的刀，用來切割纏繞在軸上的物料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，其特征是在產(chǎn)品出口安裝切割 裝置，將壓縮致密的棒狀產(chǎn)品切割成需要的形狀。
全文摘要
一種生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備，由驅(qū)動機(jī)，傳動裝置，外殼，物料入口，進(jìn)料螺旋，壓縮螺旋，產(chǎn)品出口組成，包裹壓縮螺旋的外殼同壓縮螺旋一樣是收縮的。當(dāng)啟動本發(fā)明的生物質(zhì)壓縮致密設(shè)備后，驅(qū)動機(jī)驅(qū)動傳動裝置將自物料入口的生物質(zhì)原料通過進(jìn)料螺旋推到壓縮螺旋，收縮的外殼同壓縮螺旋將物料壓縮致密，從產(chǎn)品出口成棒狀推出，如在產(chǎn)品出口安裝切割裝置，可以將壓縮致密的棒狀產(chǎn)品切割成需要的形狀，滿足用戶需要。
文檔編號B30B11/24GK101474885SQ200910007490
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者張大力 申請人:煙臺眾力電力節(jié)能有限公司