專利名稱：一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型工藝及設備的制作方法
技術領域：
本發明有關一種壓縮成型機械，特別有關一種秸稈壓縮成型機械。
背景技術：
煤、石油和天然氣等化石能源在為人類社會的發展提供能源動力的同時，也對人 類的生存環境造成巨大的危害，如溫室效應、NOx排放、S02排放和粉塵污染等。與此同時人 類社會也面臨著化石能源枯竭的問題。所以尋求開發新的能源，實現社會的可持續發展日 益受到世界各國的重視。生物質能源作為一種可再生的清潔能源，有著良好的發展前景。美 國國家科學院在《1985-2010年的能源轉換》中明確指出“到2010年，大規模生物質轉化 所獲得的能量將是1985年能源總需求量的20倍”。我國也提出了“到2020年，可再生能源 在能源構成中的比例要占10%左右”的可再生能源發展戰略。秸稈是最重要的生物質能源 之一。但是秸稈資源具有能源密度低、可利用半徑小、生產具有季節性、存儲損耗大和存儲 費用高的缺點。秸稈壓縮成型是克服上述缺點的有效技術手段之一。目前世界各地研制生產的秸稈壓縮成型機械設備按照機械作用原理可以分為三 類，即螺旋壓縮成型、活塞壓縮成型和模壓成型1)螺旋壓縮成型機械秸稈原料依靠重力落入螺旋壓縮成型機械中，錐形螺桿在其他動力機械的拖動 下，推動秸稈原料進入橫截面積漸漸變小的壓縮成型筒內，秸稈原料在錐形螺桿和壓縮成 型筒的作用下，壓應力越來越大，在壓縮成型筒的頂端達到最大壓應力而成型，再經過一段 時間的應力松弛，被推出螺旋壓縮成型機械，成為秸稈成型顆粒。螺旋壓縮成型機械的缺點是功耗大、設備磨損，尤其是錐形螺桿的磨損嚴重；優 點是單機產量高，能達到800-1000Kg/h。為了降低螺旋壓縮成型設備的功耗，可以在成型原料中加入粘結劑，這導致了人 們對燃燒效率下降和污染物排放增加的擔心。為了降低螺旋壓縮成型設備的功耗，人們又開發了加熱螺旋壓縮技術，加熱裝置 以電加熱裝置為主，也有導熱油加熱裝置使用。加熱螺旋壓縮過程中秸稈揮發份釋放，尤其 是醛類的釋放污染生產環境，危害操作工人的身體健康，此外加熱螺旋壓縮的磨損也比普 通螺旋壓縮嚴重。2)活塞壓縮成型機械活塞壓縮成型機械，避免了螺旋壓縮成型磨損嚴重的問題，分為飛輪活塞壓縮和 液壓活塞壓縮兩種。飛輪活塞壓縮依靠存儲于飛輪中的轉動動能壓縮生物質原料，使其成 型。飛輪活塞壓縮機械體積龐大、震動強烈而且噪音劇烈，推廣和應用都有一定困難。液壓 活塞壓縮避免了飛輪活塞壓縮上述缺點，但是由于秸稈原料壓縮成型時，表觀密度增加很 多，因此液壓機械行程很大，導致單位時間產量很受限制。3)模壓壓縮成型機械模壓壓縮成型機械主要有兩種一種是平模壓縮成型機械；另一種是環模壓縮成型機械，都是根據飼料顆粒成型機械改造而來的。 環模壓縮成型機械產量大，耗電少，但是對于秸稈等難成型的粗纖維，需要很大壓 力。環模壓縮成型機械由于其結構限制，壓力不可調，壓制這些物料就會超出壓力負 荷，導致模具壓輪軸承磨損或壞掉。平模壓縮成型機械轉速低、壓力大、模具正反兩面都可以使用、模具壓輪軸承不易 磨損或損壞，但是產量小、功耗大。
發明內容
為克服現有秸稈壓縮成型機械的缺點和不足，本發明的目的是提供一種雙液壓 加熱秸稈壓縮成型工藝及設備，使其與現有技術相比，不僅功耗低，磨損小，大幅提高單位 時間的產量，而且可有效避免揮發份釋放造成的醛類污染，提高經濟效益，優化能源消費結 構。本發明的技術方案如下一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于所述設備含有低壓液壓機構、高 壓液壓機構、鼠籠冷卻器和導熱油爐；所述高壓液壓機構包括高壓液壓活塞、預成型段和加 熱成型段，所述高壓液壓活塞固定在往復運動的機座上；所述低壓液壓機構包括低壓液壓 活塞和設置在低壓液壓機構上的進料口，低壓液壓機構的出料端與所述高壓液壓機構的預 成型段垂直相通；所述的加熱成型段的出料端通過耐壓隔板閥與鼠籠冷卻器相連接；所述 的加熱成型段包括加熱成型段內套筒、加熱成型段外套筒、導熱油進口和導熱油出口 ；在所 述的鼠籠冷卻器上分別設有成型顆粒出口、空氣進口和熱煙氣出口，該熱煙氣出口通過熱 煙氣管道與導熱油爐的底部連接；在所述的導熱油爐內部布置熱交換器，該熱交換器分別 通過冷油管路和熱油管路與加熱成型段的導熱油進口和導熱油出口連接；并在所述的冷油 管路上設有導熱油泵和導熱油池。本發明的技術特征還在于在所述的加熱成型段內套筒和加熱成型段外套筒之間 用有缺口的環肋或螺旋肋片隔成導熱油的螺旋通道。發明的另一技術特征是所述鼠籠冷卻器包括鼠籠冷卻器內筒和鼠籠冷卻器外 筒，內筒壁上設有方形網眼或圓形網眼；所述網眼的開孔率3% -5%。本發明的又一技術特征在于所述方形網眼對角線長度為成型顆粒通過尺寸的 1/3-1/2 ；所述圓形網眼的直徑為成型顆粒通過尺寸的1/3-1/2。本發明的再一技術特征是所述的低壓液壓活塞端部成半圓柱缺口，與高壓液壓 機構的預成型段配合。本發明還提供了一種采用所述壓縮成型設備的雙液壓加熱秸稈壓縮成型工藝，其 特征在于該工藝包括如下步驟1)秸稈原料從料斗經進料口落入低壓液壓機構中，將秸稈原料壓縮成圓柱狀的預 成型原料；低壓液壓機構提供的壓縮比占總壓縮比的60% _64%，壓縮比是指成型顆粒視 在密度與原料視在密度的比；2) 一旦低壓液壓機構完成壓縮動作，往復運動的機座立即動作，帶動高壓液壓活 塞整體向前運動，高壓液壓活塞推動預成型原料通過預成型段，到達加熱成型段；預成型原料在加熱成型段被導熱油加熱到230-30(TC，并被高壓液壓活塞壓縮，形成為成型顆粒，高 壓液壓機構提供的壓縮比占總壓縮比的36% -40% ；3)高壓液壓活塞完成壓縮動作后，耐壓隔板閥打開，往復運動的機座帶動高壓液 壓活塞整體向前運動，將成型顆粒推入鼠籠冷卻器內筒中；空氣自大氣環境，經空氣進口從 鼠籠型冷卻器的內筒與外筒之間的夾層端部流入，穿過內筒的網眼結構，進入內筒冷卻成 型顆粒，并攜帶預成型原料加熱過程中產生的醛類氣體，經熱煙氣管路進入導熱油爐底部， 與部分成型顆粒混合并參與燃燒，釋放的熱量用來加熱導熱油；4)被冷卻后的成型顆粒從成型顆粒出口排出。在本發明提供的所述工藝中，所述鼠籠冷卻器內筒與鼠籠冷卻器外筒之間夾層的 真空度至少為200Pa。本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果本發明提供的雙液壓加熱秸稈壓縮成型機，由于采用了活塞壓縮技術，避免了主 動壓縮部件與秸稈原料以及預成型原料之間的干摩擦，從而有效降低功耗，減小磨損；由于 采用了低壓液壓機構和高壓液壓機構重疊動作的方式，有效利用活塞復位時間，單位時間 產量大幅提高；獨特的鼠籠冷卻器與導熱油爐相結合的設計，避免了揮發份釋放造成的醛 類污染，優化了能源消費結構，提高了經濟效益。
圖1為本發明的雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備的結構示意圖。圖2為本發明的往復運動的基座的示意圖。圖3為本發明的高壓液壓成型機構預成型段的結構示意圖。圖4為本發明的高壓液壓成型機構加熱成型段的結構示意圖。圖5為本發明的鼠籠冷卻器的結構示意圖。圖中1_鼠籠冷卻器；2-耐壓隔板閥；3-料斗；4-低壓液壓機構；5-進料口 ； 6_加熱成型段；7-高壓液壓活塞；8-機座；9-高壓液壓機構；10-導熱油爐；11-預成型段； 12-熱交換器；13-燃料倉；14-引風機；15-導熱油泵；16-導熱油池；17-成型顆粒出口 ； 18-排煙出口 ；19-熱煙氣管路；20-空氣進口 ；21-冷油管路；22-熱油管路；111-驅動軸； 112-凸輪；113-滑竿；114-配合彈簧；221-低壓液壓活塞；222-預成型段外殼；331-導熱 油進口 ；332-導熱油出口 ；333-加熱成型段內筒；334-加熱成型段外套筒；335-螺旋肋片； 441-鼠籠型冷卻器內筒；442-鼠籠型冷卻器外筒；443-孔段。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施案例對本發明做進一步的說明。圖1為本發明的雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備的結構示意圖，該設備含有低壓液 壓機構4、高壓液壓機構9、鼠籠冷卻器1和導熱油爐10 ；高壓液壓機構9包括高壓液壓活 塞7、預成型段11和加熱成型段6，所述高壓液壓活塞7固定在往復運動的機座8上。低壓 液壓機構4包括低壓液壓活塞和設置在低壓液壓機構上的進料口 5，低壓液壓機構的出料 端與所述高壓液壓機構的預成型段垂直相通(如圖3所示)；所述的加熱成型段6的出料 端通過耐壓隔板閥2與鼠籠冷卻器1相連接，加熱成型段包括加熱成型段內套筒333、加熱
5成型段外套筒334、導熱油進口 331和導熱油出口 332，加熱成型段內套筒和加熱成型段外 套筒之間用有缺口的環肋或螺旋肋片335隔成導熱油的螺旋通道(如圖4所示)。鼠籠冷卻器采用套筒是結構，包括鼠籠冷卻器內筒441和鼠籠冷卻器外筒442，內 筒壁上設有方形網眼或圓形網眼；所述網眼的開孔率3% -5%。方形網眼對角線長度應為 成型顆粒通過尺寸的1/3-1/2 ；圓形網眼的直徑應為成型顆粒通過尺寸的1/3-1/2(如圖5 所示)。在鼠籠冷卻器上分別設有成型顆粒出口 17、空氣進口 20和熱煙氣出口，該熱煙氣 出口通過熱煙氣管道19與導熱油爐10的底部連接；導熱油爐內部布置熱交換器12，該熱 交換器分別通過冷油管路21和熱油管路22與加熱成型段的導熱油進口 331和導熱油出口 332連接；并在所述的冷油管路21上設有導熱油泵15和導熱油池16。本發明提供的雙液壓加熱秸稈壓縮成型工藝，其具體工藝步驟如下1)秸稈原料從料斗經進料口 5落入低壓液壓機構4中，將秸稈原料壓縮成圓柱狀 的預成型原料；低壓液壓機構提供的壓縮比占總壓縮比的60% _64%，壓縮比是指成型顆 粒視在密度與原料視在密度的比；2) 一旦低壓液壓機構完成壓縮動作，往復運動的機座8立即動作，帶動高壓液壓 活塞整體向前運動，高壓液壓活塞推動預成型原料通過預成型段11，到達加熱成型段6 ；預 成型原料在加熱成型段6被導熱油加熱到230-30(TC，并被高壓液壓活塞7壓縮，形成為成 型顆粒，高壓液壓機構提供的壓縮比占總壓縮比的36% -40% ；3)高壓液壓活塞完成壓縮動作后，耐壓隔板閥2打開，往復運動的機座帶動高壓 液壓活塞整體向前運動，將成型顆粒推入鼠籠冷卻器內筒中；空氣自大氣環境，經空氣進口 20從鼠籠型冷卻器的內筒與外筒之間的夾層端部流入，穿過內筒的網眼結構，進入內筒冷 卻成型顆粒，并攜帶預成型原料加熱過程中產生的醛類氣體，經熱煙氣管路19進入導熱油 爐10底部，與部分成型顆粒混合并參與燃燒，釋放的熱量用來加熱導熱油。鼠籠冷卻器的 內筒與外筒之間夾層的真空度至少為200Pa。4)被冷卻后的成型顆粒從成型顆粒出口 17排出。實施例本發明提供的雙液壓加熱秸稈壓縮成型機壓縮的秸稈原料為遼寧省遼陽地區生 產的秸稈，秸稈的應用基元素分析結果Car = 41. 01，Har = 4. 89，Oar = 32. 61，Nar = 1. 88，Sar = 0. 21, Mar = 6. 21，Aar = 13. 19。應用基低位發熱量為 15. 513MJ/Kg。堆積密 度為 103Kg/m3。秸稈原料存儲于料斗3中，依靠重力，經過進料口 5，落入低壓液壓機構中。低壓液 壓機構的活塞端部成半圓柱缺口，與高壓液壓機構的預成型段配合，將秸稈原料壓縮成圓 柱狀預成型原料。
秸稈原料要壓制成成型顆粒，成型顆粒視在密度與秸稈原料視在密度的比，即壓 縮比不能低于某個特定數值。不同種類的生物質原料壓制成型顆粒，所需要的壓縮比不同。 本發明提供的雙液壓加熱秸稈壓縮成型機械壓縮遼寧省遼陽地區生產的秸稈時，所需要的 壓縮比為11。低壓液壓機構的活塞行程12cm，有效壓縮行程11cm。低壓液壓機構的活塞橫截面 長度11cm，高度2cm。所以低壓液壓成型機提供壓縮比7，約占總壓縮比的63. 6%。低壓液壓機構將生物質原料壓縮成長11cm，直徑2cm的圓柱狀預成型原料。一旦低壓液壓機構完成壓縮動作，往復推進的機座立即動作，帶動高壓液壓活塞 整體向前運動，高壓液壓活塞推動預成型原料通過預成型段，到達加熱成型段。預成型段長 度為12cm，加熱成型段長度為11cm。預成型原料表面在加熱成型段被加熱到267°C。此時，往復推進的機座止動，高壓 液壓活塞開始壓縮預成型原料，低壓液壓機構開始復位，為下一次壓縮做準備。高壓液壓成 型機構提供壓縮比的36. 4%，即將預成型原料壓縮成直徑2cm，長4cm的圓柱狀成型顆粒， 成型顆粒的視在密度為1140Kg/m3。高壓液壓機構完成壓縮動作后，耐壓隔板閥2打開，機 座帶動高壓液壓機構整體向前運動，將成型顆粒推入鼠籠冷卻器內筒中。而后機座開始帶 動高壓液壓機構整體復位，同時高壓液壓活塞復位，于此同時，低壓液壓成型機構開始下一 個壓縮動作。加熱成型段為套筒結構，套筒內腔與高壓液壓機的活塞一起對預成型生物質原料 進行最終壓縮，套筒內殼與外殼之間用有缺口的環肋隔成導熱油的螺旋通道。鼠籠冷卻器分為內筒和外筒，內筒是圓形的網眼結構，空氣自環境，從內筒與外筒 的夾層的端部，流入內筒與外筒的夾層，穿過內筒的網眼結構，進入內筒冷卻成型顆粒，并 攜帶預成型原料加熱過程中產生的醛類氣體，從內筒端部流出，經過管道從底部，進入導熱 油爐參與燃燒，并燃盡醛類氣體，避免污染環境。成型顆粒在鼠籠冷卻器被冷卻后，依靠重 力和鼠籠冷卻器的轉動流出鼠籠冷卻器。成型顆粒流出鼠籠冷卻器后，溫度為40°C左右，需 要自然冷卻到室溫，才能收集儲存。鼠籠冷卻器的內筒網眼為圓形，網眼直徑0.56cm。網眼的開孔率3%，均勻分布。 鼠籠冷卻器內筒與外筒的夾層的真空度200Pa。導熱油爐內部布置熱交換器12，利用熱煙氣將導熱油加熱，經管路流入加熱成型 段的螺旋通道內，導熱油在加熱成型段加熱預成型原料，自身被冷卻，流出加熱成型段后， 經管路流入導熱油池16，進行自清潔。導熱油泵15從導熱油池中抽取導熱油，供給熱交 換器。導熱油流入加熱成型段的溫度控制在290 300°C，導熱油流入導熱油池的溫度為 277 281°C，導熱油吸入導熱油泵的溫度為241 245°C。導熱油爐的燃料為裝在燃料倉13中的成型顆粒，依靠震蕩給料器給導熱油爐添 加燃料。往復運動的機座采用彈簧-凸輪結構實現運動控制，亦可采用其它運動控制策 略。驅動軸111帶動凸輪112轉動，凸輪與彈簧114配合，驅動滑竿113帶動機座115按照 一定規律，往復運動(如圖2所示)。本發明實例提供的雙液壓加熱秸稈壓縮成型機械每小時產秸稈顆粒477Kg， 每小時總耗電14. 3KW h，導熱油爐每小時燃燒秸稈顆粒15Kg，單位秸稈顆粒能耗為 0.031KW h/Kg。本發明提供的雙液壓加熱秸稈壓縮成型機，由于采用了活塞壓縮技術，避免了主 動壓縮部件與秸稈原料以及預成型原料之間的干摩擦，從而有效降低功耗，減小磨損；由于 采用了低壓液壓機構和高壓液壓機構重疊動作的方式，有效利用活塞復位時間，單位時間 產量大幅提高；獨特的鼠籠冷卻器與導熱油爐相結合的設計，避免了揮發份釋放造成的醛 類污染，優化了能源消費結構，提高了經濟效益。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，當不能以此限定本發明實施的范圍，凡依 本發明所作的等同變化與修飾，都應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于所述設備含有低壓液壓機構(4)、高壓液壓機構(9)、鼠籠冷卻器(1)和導熱油爐(10)，所述高壓液壓機構(9)包括高壓液壓活塞(7)、預成型段(11)和加熱成型段(6)，所述高壓液壓活塞(7)固定在往復運動的機座(8)上；所述低壓液壓機構(4)包括低壓液壓活塞和設置在低壓液壓機構上的進料口(5)，低壓液壓機構(4)的出料端與所述高壓液壓機構的預成型段垂直相通；所述的加熱成型段的出料端通過耐壓隔板閥(2)與鼠籠冷卻器(1)相連接；所述的加熱成型段(6)包括加熱成型段內套筒(333)、加熱成型段外套筒(334)、導熱油進口(331)和導熱油出口(332)；在所述的鼠籠冷卻器上分別設有成型顆粒出口(17)、空氣進口(20)和熱煙氣出口，該熱煙氣出口通過熱煙氣管道(19)與導熱油爐的底部連接；在所述的導熱油爐內部布置熱交換器，該熱交換器分別通過冷油管路(21)和熱油管路(22)與加熱成型段的導熱油進口(331)和導熱油出口(332)連接；并在所述的冷油管路(21)上設有導熱油泵(15)和導熱油池(16)。
2.按照權利要求1所述的一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于在所述 的加熱成型段內套筒(333)和加熱成型段外套筒(334)之間用有缺口的環肋或螺旋肋片 (335)隔成導熱油的螺旋通道。
3.按照權利要求1所述的一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于所述鼠籠 冷卻器包括鼠籠冷卻器內筒(441)和鼠籠冷卻器外筒(442)，內筒壁上設有方形網眼或圓 形網眼；所述網眼的開孔率3% -5%。
4.按照權利要求3所述的一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于所述方形 網眼對角線長度為成型顆粒通過尺寸的1/3-1/2 ；所述圓形網眼的直徑為成型顆粒通過尺 寸的 1/3-1/2。
5.按照權利要求1所述的一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于所述的低 壓液壓活塞端部成半圓柱缺口，與高壓液壓機構的預成型段配合。
6.一種采用如權利要求1所述雙液壓加熱秸稈壓縮成型工藝，其特征在于該工藝包括 如下步驟1)秸稈原料從料斗經進料口(5)落入低壓液壓機構(4)中，將秸稈原料壓縮成圓柱狀 的預成型原料；低壓液壓機構提供的壓縮比占總壓縮比的60% _64%，壓縮比是指成型顆 粒視在密度與原料視在密度的比；2)一旦低壓液壓機構完成壓縮動作，往復運動的機座(8)立即動作，帶動高壓液壓活 塞整體向前運動，高壓液壓活塞推動預成型原料通過預成型段(11)，到達加熱成型段(6)； 預成型原料在加熱成型段(6)被導熱油加熱到230-300°C，并被高壓液壓活塞(7)壓縮，形 成為成型顆粒，高壓液壓機構提供的壓縮比占總壓縮比的36% -40% ；3)高壓液壓活塞完成壓縮動作后，耐壓隔板閥(2)打開，往復運動的機座帶動高壓液 壓活塞整體向前運動，將成型顆粒推入鼠籠冷卻器內筒中；空氣自大氣環境，經空氣進口 (20)從鼠籠型冷卻器的內筒與外筒之間的夾層端部流入，穿過內筒的網眼結構，進入內筒 冷卻成型顆粒，并攜帶預成型原料加熱過程中產生的醛類氣體，經熱煙氣管路(19)進入導 熱油爐(10)底部，與部分成型顆粒混合并參與燃燒，釋放的熱量用來加熱導熱油；4)被冷卻后的成型顆粒從成型顆粒出口(17)排出。
7.按照權利要求6所述的一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型設備，其特征在于所述鼠籠 冷卻器內筒與鼠籠冷卻器外筒之間夾層的真空度至少為200Pa。
全文摘要
一種雙液壓加熱秸稈壓縮成型工藝及設備，該設備含有低壓液壓機構、高壓液壓機構、鼠籠冷卻器和導熱油爐。高壓液壓機構包括固定在往復運動機座上的高壓液壓活塞、預成型段和加熱成型段。低壓液壓機構與高壓液壓機構的預成型段垂直相通。原料經低壓液壓機構壓縮成預成型原料，而后在高壓液壓機構的加熱成型段形成成型顆粒，并進入鼠籠冷卻器進行冷卻。導熱油爐以成型顆粒為燃料，為加熱加壓過程提供熱量，并燃盡加熱過程產生的醛類氣體。本發明與現有螺旋壓縮成型機械比，功耗低，磨損小；與現有的液壓壓縮成型機械比，單位時間產量大幅提高；與現有的電加熱壓縮成型機械比，避免了揮發份釋放造成的醛類污染，優化了能源消費結構，提高了經濟效益。
文檔編號F23K1/00GK101871650SQ20101015299
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者關新, 張小輝, 王啟民 申請人:沈陽工程學院