一种用于预处理农作物秸秆的方法及其装置与流程

本发明涉及一种环保处理领域，特别涉及一种用于预处理农作物秸秆的方法及其装置。

背景技术：

pm2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，过小的粒径使其能较长时间悬浮于空气中，而因其内富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，即使pm2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响，对人体健康和大气环境质量的影响更大；pm2.5的来源包括：化石燃料（煤、油、气等）飞灰、机动车尾气尘、工业粉尘和生物质燃烧飞灰、道路扬尘等，而农作物秸秆的焚烧，直接排放一次颗粒物，秸秆焚烧散发的烟气中含有的‘有机气溶胶’也可形成pm2.5，以稻壳为例：由于稻壳堆密度小,运输、贮存不便；外壳坚硬,难以被土壤消化；营养价值低，不适合作饲料；因此被视为废弃物，大部分被直接焚烧，污染环境，甚至能引发火灾，而未焚烧秸秆乱堆乱放，丢弃在田头、路边、沟渠里，阻塞水系，导致水污染；以中国为例，在2015年对年产秸秆进行统计为9亿多吨，每年有将近3亿多吨的秸秆被浪费，使农业成为中国最大面源污染产业；

农作物秸秆由纤维素、木质素和半纤维素三大组分组成，其中，木质素是复杂的、非晶性、三维网状化合物，被认为是工业上唯一能从可再生资源中获取的芳香族化合物；秸秆中稻壳的主要成分是半纤维素、纤维素、木质素、sio2等,因而又是一种巨大的可再生资源，秸秆炼制转化为生物基燃料、生物基材料、饲料和肥料等是解决能源、环境问题的重要途径，随着世界经济的发展化石燃料的消耗与日俱增，而且化石燃料的价格高昂影响各国经济的发展，在未来几十年内世界能源消耗还将持续增长，可再生能源将逐步占据较大的比例，故对秸秆进行焚烧不止是对空气的污染，更是对世界上丰富的可再生资源的浪费；

现有的铡切装置多为双喂料辊轴结构，在对秸秆进行压实的作业中，可能会出现“漏压”现象，使未经压实的秸秆直接进入铡切装置，造成铡切装置的作业效率和作业时间的延长，现有的铡切总成中易出现刀刃磨损不匀，切割质量不高，草段易出现斜搓，造成机器工作不稳定，影响作业的整体效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种易于农作物秸秆粉碎，提高其吸水性，可有效避免焚烧秸秆乱堆乱放的现象，避免焚烧秸秆对空气的污染，同时有效的发展世界上的可再生资源的用于预处理农作物秸秆的方法及其装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于预处理农作物秸秆的方法，包括以下步骤：

a、通过农作物秸秆铡切装置对待处理的农作物秸秆进行铡切，将其铡切成长度为10～19cm的小段备用；

b、对步骤a中铡切后的农作物秸秆进行浸润处理，即将铡切长度为10～19cm的小段农作物秸秆放入水槽，以1:1的比例在水槽内加入水，浸润24小时以上；

c、将步骤b中浸润处理后的农作物秸秆放入汽爆罐中，向汽爆罐中通入饱和热蒸汽，分别升压到0.6mpa、1.0mpa和1.5mpa，保压时间为3分钟，3分钟后即可泄压得到汽爆秸秆；以1∶10的固液比向汽爆秸秆中加入60℃的水，除去汽爆秸秆表面可溶物；

d、将步骤c中水洗后的汽爆秸秆放入风干室通过室温自然风干；将风干后的汽爆秸秆放入粉碎机进行粉碎，过30～40目筛后存放至储存罐中。

进一步地，所述储存罐内的汽爆秸秆和麦麸以1:1的比例进行混合搅拌即得蘑菇的培养基。

一种用于预处理农作物秸秆的方法的预处理农作物秸秆的装置，包括农作物秸秆铡切装置、水槽、汽爆罐、风干室、粉碎机和储存罐；

所述农作物秸秆铡切装置，用于对待处理的农作物秸秆进行铡切；所述农作物秸秆铡切装置包括机架、用于农作物秸秆铡切装置作业的传动系统、喂料室和铡切装置；所述喂料室位于机架的左侧，喂料室包括进料斗、压实板和一组喂料辊轴，所述进料斗呈“u”形，进料斗的上平面横向倾斜布设有两个以上的压实板，所述压实板的后端面和进料斗的上平面之间的内夹角小于90°，喂料辊轴位于进料斗的下部，喂料辊轴的轴端均位于喂料室的外端，喂料辊轴的轴端分别布设有齿轮，喂料室的入口对应铡切装置的进口；所述铡切装置位于机架的中部，铡切装置包括铡切器总成、一组定刀和下料滑板，所述定刀固定在喂料室出口的中下部；所述铡切器总成包括铡切器滚筒、铡切轴和动刀，所述铡切器滚筒内横向布设有铡切轴，所述铡切轴上沿周向倾斜可拆卸分布有动刀，所述动刀的刃角大于35°，动刀的切割前角小于90°，铡切轴的两轴端位于铡切器滚筒的外部，铡切轴的其中一轴端布设有皮带轮，铡切轴上另一端布设有输出齿轮，所述铡切器滚筒的侧边开设有出口，所述出口处布设有下料滑板，所述下料滑板对应水槽；所述传动系统包括固定至机架下部的电机，以及位于电机轴上的主动皮带轮，所述电机轴上的主动皮带轮通过皮带连接铡切轴上其中一端的皮带轮，所述铡切轴上另一端的输出齿轮通过链条连接喂料辊轴上的齿轮；

水槽，用于对铡切后的农作物秸秆进行浸润处理；

汽爆罐，用于对浸润处理后的农作物秸秆进行汽爆，得到汽爆秸秆；

风干室，用于对汽爆秸秆进行风干处理；

粉碎机，用于对风干处理后的农作物秸秆进行粉碎；

储存罐，对粉碎后的秸秆进行存放。

进一步地，每组所述喂料辊轴为四个，其中一个为主动喂料辊轴，剩余三个为被动喂料辊轴，四个喂料辊轴呈平行四边形分布，上下相对应的三个喂料辊轴呈等边三角形分布；所述主动喂料辊轴上的同一侧轴端分别布设有外侧齿轮和内侧齿轮，所述外侧齿轮连接铡切轴上的输出齿轮，所述内侧齿轮连接同一侧的被动喂料辊轴上的齿轮，同一侧剩余的齿轮通过链条两两相互传动连接，主动喂料辊轴和被动喂料辊轴上相对轴端的齿轮通过链条两两相互传动连接。

进一步地，每组所述定刀为三个，定切的刀刃线位于动刀的回转轴线之下。

进一步地，所述可拆卸分布为铡切轴的轴壁上沿周向焊接有四个以上的动刀固定板，所述动刀固定板上预留有螺纹孔，动刀上预留有固定长孔，将动刀和动刀固定板相贴合，动刀的上平面高于动刀固定板的上平面，通过螺栓依次穿过固定长孔和螺纹孔将动刀固定至动刀固定板上。

进一步地，所述风干室的下部布设有疏水阀。

本发明是一种用于预处理农作物秸秆的方法及其装置，其有益效果为：

本发明采用汽爆处理秸秆，可以使秸秆各组分相对含量发生显著变化；汽爆秸秆中半纤维素含量降低，纤维素含量显著增加，汽爆处理过程中半纤维素的乙酰基的连接非常容易断裂，在较低温度下即可解离完全，伴随半纤维素的降解，以及乙酰基的水解形成乙酸，弱酸环境可以进一步强化汽爆效果，进而使得纤维素结晶区氢键受到破坏，木质素结构发生变化，相比于原秸秆，汽爆秸秆中酸溶木质素含量略有减少，这是因为少量酸溶木质素溶解于高温汽相水中；酸不溶木质素含量则在汽爆后略有增加，主要原因是半纤维素组分的降解，使得全部碳水化合物含量降低，木质素的相对含量有所增加；汽爆处理可以提高秸秆木质素提取率，通过汽爆对秸秆进行预处理方法，将在生物质高质化利用过程中发挥重要作用；

本发明在通过汽爆处理秸秆之前，先通过农作物秸秆铡切装置对待处理的农作物秸秆进行铡切，将秸秆放入进料斗后，与旋转的喂料辊轴接触，被顺利带入铡切装置内，无需人工强制填入，既保证了喂入连续可靠，又提高了工作安全性，采用一组喂料辊轴对秸秆进行压实，四个喂料辊轴呈平行四边形分布，上下相对应的三个喂料辊轴呈等边三角形分布，可使秸秆得到充分进行压实，即使其中两根喂料辊轴之间出现“漏压”现象，其余喂料辊轴也会对秸秆进行压实，避免秸秆直接进入铡切装置内部影响铡切装置的作业效率和作业时间；下料滑板的设置可使铡切过的秸秆过渡运送至水槽内，避免水槽内碰溅出水花；动刀采用可拆卸连接，动刀上预留有固定长孔，使动刀和定刀的刀片间隙易于调整，动刀的切割前角小于90°，使得切割阻力降低，提高切割效率；

本发明可有效避免焚烧秸秆乱堆乱放的现象，避免焚烧秸秆对空气的污染，减少pm2.5的发生，同时有效的发展世界上的可再生资源。

附图说明

图1是本发明一种用于预处理农作物秸秆的装置的结构示意图。

图2是本发明一种用于预处理农作物秸秆的装置的喂料室的结构示意图。

图3是本发明一种用于预处理农作物秸秆的装置的传动系统的结构示意图。

图4是本发明一种用于预处理农作物秸秆的装置的铡切轴和动刀连接的结构示意图。

图5是本发明一种用于预处理农作物秸秆的装置的定刀位置安装的结构示意图。

附图中标号为：1为机架，2为电机，3为进料斗，4为铡切器滚筒，5为下料滑板，6为压实板，7为水槽，8为汽爆罐，9为风干室，10为疏水阀，11为粉碎机，12为储存罐，13为主动喂料辊轴，14为铡切轴，15为被动喂料辊轴，16为动刀，17为动刀固定板，18为定刀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例一：

如图1所示，一种用于预处理农作物秸秆的方法，包括以下步骤：

a、通过农作物秸秆铡切装置对待处理的农作物秸秆进行铡切，将其铡切成长度为10～19cm的小段备用；

b、对步骤a中铡切后的农作物秸秆进行浸润处理，即将铡切长度为10～19cm的小段农作物秸秆放入水槽7，以1:1的比例在水槽7内加入水，浸润24小时；

c、将步骤b中浸润处理后的农作物秸秆放入汽爆罐8中，向汽爆罐8中通入饱和热蒸汽，分别升压到0.6mpa、1.0mpa和1.5mpa，保压时间为3分钟，3分钟后即可泄压得到汽爆秸秆；以1∶10的固液比向汽爆秸秆中加入60℃的水，除去汽爆秸秆表面可溶物；

d、将步骤c中水洗后的汽爆秸秆放入风干室9通过室温自然风干；将风干后的汽爆秸秆放入粉碎机11进行粉碎，过30～40目筛后存放至储存罐12中；

经粉碎后农作物秸秆易于被土壤消化，可将储存罐12内粉碎后农作物秸秆还回农田以利于土壤硅循环。

实施例二：

如图1～图5所示，一种用于预处理农作物秸秆的装置，包括农作物秸秆铡切装置、水槽7、汽爆罐8、风干室9、粉碎机11和储存罐12；

所述农作物秸秆铡切装置，用于对待处理的农作物秸秆进行铡切；所述农作物秸秆铡切装置包括机架1、用于农作物秸秆铡切装置作业的传动系统、喂料室和铡切装置；所述喂料室位于机架1的左侧，喂料室包括进料斗3、压实板6和一组喂料辊轴，所述进料斗3呈“u”形，进料斗3的上平面横向倾斜布设有两个以上的压实板6，所述压实板6的后端面和进料斗3的上平面之间的内夹角小于90°，喂料辊轴位于进料斗3的下部，每组所述喂料辊轴为四个，其中一个为主动喂料辊轴13，剩余三个为被动喂料辊轴15，四个喂料辊轴呈平行四边形分布，上下相对应的三个喂料辊轴呈等边三角形分布；喂料辊轴的轴端均位于喂料室的外端，喂料辊轴的轴端分别布设有齿轮，喂料室的入口对应铡切装置的进口；所述铡切装置位于机架1的中部，铡切装置包括铡切器总成、一组定刀18和下料滑板5，每组所述定刀18为三个，所述定刀18固定在喂料室出口的中下部；所述铡切器总成包括铡切器滚筒4、铡切轴14和动刀16，定切18的刀刃线位于动刀16的回转轴线之下，铡切器滚筒4内横向布设有铡切轴14，所述铡切轴14上沿周向倾斜可拆卸分布有动刀16，所述动刀16的刃角大于35°，动刀16的切割前角小于90°，所述可拆卸分布为铡切轴14的轴壁上沿周向焊接有四个以上的动刀固定板17，所述动刀固定板17上预留有螺纹孔，动刀16上预留有固定长孔，将动刀16和动刀固定板17相贴合，动刀16的上平面高于动刀固定板17的上平面，通过螺栓依次穿过固定长孔和螺纹孔将动刀16固定至动刀固定板17上，铡切轴14的两轴端位于铡切器滚筒4的外部，铡切轴14的其中一轴端布设有皮带轮，铡切轴14上另一端布设有输出齿轮，所述铡切器滚筒14的侧边开设有出口，所述出口处布设有下料滑板5，所述下料滑板5对应水槽7；所述传动系统包括固定至机架1下部的电机2，以及位于电机轴上的主动皮带轮，所述电机轴上的皮带轮通过皮带连接铡切轴14上其中一端的皮带轮，铡切轴14上另一端的输出齿轮通过链条连接喂料辊轴上的齿轮；所述主动喂料辊轴13上的同一侧轴端分别布设有外侧齿轮和内侧齿轮，所述外侧齿轮连接铡切轴14上的输出齿轮，所述内侧齿轮连接同一侧的被动喂料辊轴15上的齿轮，同一侧剩余的齿轮通过链条两两相互传动连接，主动喂料辊轴13和被动喂料辊轴15上相对轴端的齿轮通过链条两两相互传动连接；

农作物秸秆铡切装置工作时，通过电机2驱动固定在电机轴上的主动皮带轮，并通过皮带将动力传递给铡切装置上铡切轴14的轴端上的皮带轮，驱动铡切装置中铡切器总成作高速旋转，喂料辊轴上的齿轮之间相互动力传递，驱动喂料辊轴运转作旋转运动，人工将农作物秸秆铺放在进料斗3上，继而推送至喂料室，喂料室内的喂料辊轴对农作物秸秆进行压紧后送入铡切装置中，铡切装置中铡切器总成上的动刀16进一步对秸秆进行切削挤压，利用动刀16垂直向下的分力切削秸秆、水平向左的分力推送秸秆；在动刀16和定刀18的相互作用下，使秸秆被不断切碎，随着铡切器滚筒4的转动，动刀16刀片将秸秆切断并沿铡切器滚筒4圆弧方向推送，切碎后的秸秆碎段被动刀16抛送，经下料滑板5送入至水槽7内，通过水槽7对铡切后的农作物秸秆进行浸润处理；将浸润处理后的农作物秸秆放入汽爆罐8进行汽爆，得到汽爆秸秆；在风干室9内对汽爆秸秆进行室温风干处理；风干室9的下部布设有疏水阀10，可将风干室9内的水分排出，通过粉碎机11对室温风干处理后的汽爆秸秆进行粉碎，粉碎后的秸秆放入储存罐12进行存放。

实施例三：

如图1～图5所示，一种用于预处理农作物秸秆的方法及其装置，一种用于预处理农作物秸秆的方法：

a、通过农作物秸秆铡切装置对待处理的农作物秸秆进行铡切，将其铡切成长度为10～19cm的小段备用；

b、对步骤a中铡切后的农作物秸秆进行浸润处理，即将铡切长度为10～19cm的小段农作物秸秆放入水槽7，以1:1的比例在水槽7内加入水，浸润24小时；

c、将步骤b中浸润处理后的农作物秸秆放入汽爆罐8中，向汽爆罐8中通入饱和热蒸汽，分别升压到0.6mpa、1.0mpa和1.5mpa，保压时间为3分钟，3分钟后即可泄压得到汽爆秸秆；以1∶10的固液比向汽爆秸秆中加入60℃的水，除去汽爆秸秆表面可溶物；

d、将步骤c中水洗后的汽爆秸秆放入风干室9通过室温自然风干；将风干后的汽爆秸秆放入粉碎机11进行粉碎，过30～40目筛后存放至储存罐12中；

e、取出储存罐12内5kg的汽爆秸秆，将汽爆秸秆和麦麸以1:1的比例进行混合搅拌即得蘑菇的培养基。

一种用于预处理农作物秸秆的装置，包括农作物秸秆铡切装置、水槽7、汽爆罐8、风干室9、粉碎机11和储存罐12；

所述农作物秸秆铡切装置，用于对待处理的农作物秸秆进行铡切；所述农作物秸秆铡切装置包括机架1、用于农作物秸秆铡切装置作业的传动系统、喂料室和铡切装置；所述喂料室位于机架1的左侧，喂料室包括进料斗3、压实板6和一组喂料辊轴，所述进料斗3呈“u”形，进料斗3的上平面横向倾斜布设有两个以上的压实板6，所述压实板6的后端面和进料斗3的上平面之间的内夹角小于90°，喂料辊轴位于进料斗3的下部，每组所述喂料辊轴为四个，其中一个为主动喂料辊轴13，剩余三个为被动喂料辊轴15，四个喂料辊轴呈平行四边形分布，上下相对应的三个喂料辊轴呈等边三角形分布；喂料辊轴的轴端均位于喂料室的外端，喂料辊轴的轴端分别布设有齿轮，喂料室的入口对应铡切装置的进口；所述铡切装置位于机架1的中部，铡切装置包括铡切器总成、一组定刀18和下料滑板5，每组所述定刀18为三个，所述定刀18固定在喂料室出口的中下部；所述铡切器总成包括铡切器滚筒4、铡切轴14和动刀16，定切18的刀刃线位于动刀16的回转轴线之下，铡切器滚筒4内横向布设有铡切轴14，所述铡切轴14上沿周向倾斜可拆卸分布有动刀16，所述动刀16的刃角大于35°，动刀16的切割前角小于90°，所述可拆卸分布为铡切轴14的轴壁上沿周向焊接有四个以上的动刀固定板17，所述动刀固定板17上预留有螺纹孔，动刀16上预留有固定长孔，将动刀16和动刀固定板17相贴合，动刀16的上平面高于动刀固定板17的上平面，通过螺栓依次穿过固定长孔和螺纹孔将动刀16固定至动刀固定板17上，铡切轴14的两轴端位于铡切器滚筒4的外部，铡切轴14的其中一轴端布设有皮带轮，铡切轴14上另一端布设有输出齿轮，所述铡切器滚筒14的侧边开设有出口，所述出口处布设有下料滑板5，所述下料滑板5对应水槽7；所述传动系统包括固定至机架1下部的电机2，以及位于电机轴上的主动皮带轮，所述电机轴上的皮带轮通过皮带连接铡切轴14上其中一端的皮带轮，铡切轴14上另一端的输出齿轮通过链条连接喂料辊轴上的齿轮；所述主动喂料辊轴13上的同一侧轴端分别布设有外侧齿轮和内侧齿轮，所述外侧齿轮连接铡切轴14上的输出齿轮，所述内侧齿轮连接同一侧的被动喂料辊轴15上的齿轮，同一侧剩余的齿轮通过链条两两相互传动连接，主动喂料辊轴13和被动喂料辊轴15上相对轴端的齿轮通过链条两两相互传动连接；

农作物秸秆铡切装置工作时，通过电机2驱动固定在电机轴上的主动皮带轮，并通过皮带将动力传递给铡切装置上铡切轴14的轴端上的皮带轮，驱动铡切装置中铡切器总成作高速旋转，喂料辊轴上的齿轮之间相互动力传递，驱动喂料辊轴运转作旋转运动，人工将农作物秸秆铺放在进料斗3上，继而推送至喂料室，喂料室内的喂料辊轴对农作物秸秆进行压紧后送入铡切装置中，铡切装置中铡切器总成上的动刀16进一步对秸秆进行切削挤压，利用动刀16垂直向下的分力切削秸秆、水平向左的分力推送秸秆；在动刀16和定刀18的相互作用下，使秸秆被不断切碎，随着铡切器滚筒4的转动，动刀16刀片将秸秆切断并沿铡切器滚筒4圆弧方向推送，切碎后的秸秆碎段被动刀16抛送，经下料滑板5送入至水槽7内，通过水槽7对铡切后的农作物秸秆进行浸润处理；将浸润处理后的农作物秸秆放入汽爆罐8进行汽爆，得到汽爆秸秆；在风干室9内对汽爆秸秆进行室温风干处理；风干室9的下部布设有疏水阀10，可将风干室9内的水分排出，通过粉碎机11对室温风干处理后的汽爆秸秆进行粉碎，粉碎后的秸秆放入储存罐12进行存放。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。