专利名称：一种双液压加热秸秆压缩成型工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明有关一种压缩成型机械，特别有关一种秸秆压缩成型机械。
背景技术：
煤、石油和天然气等化石能源在为人类社会的发展提供能源动力的同时，也对人 类的生存环境造成巨大的危害，如温室效应、NOx排放、S02排放和粉尘污染等。与此同时人 类社会也面临着化石能源枯竭的问题。所以寻求开发新的能源，实现社会的可持续发展日 益受到世界各国的重视。生物质能源作为一种可再生的清洁能源，有着良好的发展前景。美 国国家科学院在《1985-2010年的能源转换》中明确指出“到2010年，大规模生物质转化 所获得的能量将是1985年能源总需求量的20倍”。我国也提出了“到2020年，可再生能源 在能源构成中的比例要占10%左右”的可再生能源发展战略。秸秆是最重要的生物质能源 之一。但是秸秆资源具有能源密度低、可利用半径小、生产具有季节性、存储损耗大和存储 费用高的缺点。秸秆压缩成型是克服上述缺点的有效技术手段之一。目前世界各地研制生产的秸秆压缩成型机械设备按照机械作用原理可以分为三 类，即螺旋压缩成型、活塞压缩成型和模压成型1)螺旋压缩成型机械秸秆原料依靠重力落入螺旋压缩成型机械中，锥形螺杆在其他动力机械的拖动 下，推动秸秆原料进入横截面积渐渐变小的压缩成型筒内，秸秆原料在锥形螺杆和压缩成 型筒的作用下，压应力越来越大，在压缩成型筒的顶端达到最大压应力而成型，再经过一段 时间的应力松弛，被推出螺旋压缩成型机械，成为秸秆成型颗粒。螺旋压缩成型机械的缺点是功耗大、设备磨损，尤其是锥形螺杆的磨损严重；优 点是单机产量高，能达到800-1000Kg/h。为了降低螺旋压缩成型设备的功耗，可以在成型原料中加入粘结剂，这导致了人 们对燃烧效率下降和污染物排放增加的担心。为了降低螺旋压缩成型设备的功耗，人们又开发了加热螺旋压缩技术，加热装置 以电加热装置为主，也有导热油加热装置使用。加热螺旋压缩过程中秸秆挥发份释放，尤其 是醛类的释放污染生产环境，危害操作工人的身体健康，此外加热螺旋压缩的磨损也比普 通螺旋压缩严重。2)活塞压缩成型机械活塞压缩成型机械，避免了螺旋压缩成型磨损严重的问题，分为飞轮活塞压缩和 液压活塞压缩两种。飞轮活塞压缩依靠存储于飞轮中的转动动能压缩生物质原料，使其成 型。飞轮活塞压缩机械体积庞大、震动强烈而且噪音剧烈，推广和应用都有一定困难。液压 活塞压缩避免了飞轮活塞压缩上述缺点，但是由于秸秆原料压缩成型时，表观密度增加很 多，因此液压机械行程很大，导致单位时间产量很受限制。3)模压压缩成型机械模压压缩成型机械主要有两种一种是平模压缩成型机械；另一种是环模压缩成型机械，都是根据饲料颗粒成型机械改造而来的。 环模压缩成型机械产量大，耗电少，但是对于秸秆等难成型的粗纤维，需要很大压 力。环模压缩成型机械由于其结构限制，压力不可调，压制这些物料就会超出压力负 荷，导致模具压轮轴承磨损或坏掉。平模压缩成型机械转速低、压力大、模具正反两面都可以使用、模具压轮轴承不易 磨损或损坏，但是产量小、功耗大。
发明内容
为克服现有秸秆压缩成型机械的缺点和不足，本发明的目的是提供一种双液压 加热秸秆压缩成型工艺及设备，使其与现有技术相比，不仅功耗低，磨损小，大幅提高单位 时间的产量，而且可有效避免挥发份释放造成的醛类污染，提高经济效益，优化能源消费结 构。本发明的技术方案如下一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于所述设备含有低压液压机构、高 压液压机构、鼠笼冷却器和导热油炉；所述高压液压机构包括高压液压活塞、预成型段和加 热成型段，所述高压液压活塞固定在往复运动的机座上；所述低压液压机构包括低压液压 活塞和设置在低压液压机构上的进料口，低压液压机构的出料端与所述高压液压机构的预 成型段垂直相通；所述的加热成型段的出料端通过耐压隔板阀与鼠笼冷却器相连接；所述 的加热成型段包括加热成型段内套筒、加热成型段外套筒、导热油进口和导热油出口 ；在所 述的鼠笼冷却器上分别设有成型颗粒出口、空气进口和热烟气出口，该热烟气出口通过热 烟气管道与导热油炉的底部连接；在所述的导热油炉内部布置热交换器，该热交换器分别 通过冷油管路和热油管路与加热成型段的导热油进口和导热油出口连接；并在所述的冷油 管路上设有导热油泵和导热油池。本发明的技术特征还在于在所述的加热成型段内套筒和加热成型段外套筒之间 用有缺口的环肋或螺旋肋片隔成导热油的螺旋通道。发明的另一技术特征是所述鼠笼冷却器包括鼠笼冷却器内筒和鼠笼冷却器外 筒，内筒壁上设有方形网眼或圆形网眼；所述网眼的开孔率3% -5%。本发明的又一技术特征在于所述方形网眼对角线长度为成型颗粒通过尺寸的 1/3-1/2 ；所述圆形网眼的直径为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2。本发明的再一技术特征是所述的低压液压活塞端部成半圆柱缺口，与高压液压 机构的预成型段配合。本发明还提供了一种采用所述压缩成型设备的双液压加热秸秆压缩成型工艺，其 特征在于该工艺包括如下步骤1)秸秆原料从料斗经进料口落入低压液压机构中，将秸秆原料压缩成圆柱状的预 成型原料；低压液压机构提供的压缩比占总压缩比的60% _64%，压缩比是指成型颗粒视 在密度与原料视在密度的比；2) 一旦低压液压机构完成压缩动作，往复运动的机座立即动作，带动高压液压活 塞整体向前运动，高压液压活塞推动预成型原料通过预成型段，到达加热成型段；预成型原料在加热成型段被导热油加热到230-30(TC，并被高压液压活塞压缩，形成为成型颗粒，高 压液压机构提供的压缩比占总压缩比的36% -40% ；3)高压液压活塞完成压缩动作后，耐压隔板阀打开，往复运动的机座带动高压液 压活塞整体向前运动，将成型颗粒推入鼠笼冷却器内筒中；空气自大气环境，经空气进口从 鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间的夹层端部流入，穿过内筒的网眼结构，进入内筒冷却成 型颗粒，并携带预成型原料加热过程中产生的醛类气体，经热烟气管路进入导热油炉底部， 与部分成型颗粒混合并参与燃烧，释放的热量用来加热导热油；4)被冷却后的成型颗粒从成型颗粒出口排出。在本发明提供的所述工艺中，所述鼠笼冷却器内筒与鼠笼冷却器外筒之间夹层的 真空度至少为200Pa。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明提供的双液压加热秸秆压缩成型机，由于采用了活塞压缩技术，避免了主 动压缩部件与秸秆原料以及预成型原料之间的干摩擦，从而有效降低功耗，减小磨损；由于 采用了低压液压机构和高压液压机构重叠动作的方式，有效利用活塞复位时间，单位时间 产量大幅提高；独特的鼠笼冷却器与导热油炉相结合的设计，避免了挥发份释放造成的醛 类污染，优化了能源消费结构，提高了经济效益。
图1为本发明的双液压加热秸秆压缩成型设备的结构示意图。图2为本发明的往复运动的基座的示意图。图3为本发明的高压液压成型机构预成型段的结构示意图。图4为本发明的高压液压成型机构加热成型段的结构示意图。图5为本发明的鼠笼冷却器的结构示意图。图中1_鼠笼冷却器；2-耐压隔板阀；3-料斗；4-低压液压机构；5-进料口 ； 6_加热成型段；7-高压液压活塞；8-机座；9-高压液压机构；10-导热油炉；11-预成型段； 12-热交换器；13-燃料仓；14-引风机；15-导热油泵；16-导热油池；17-成型颗粒出口 ； 18-排烟出口 ；19-热烟气管路；20-空气进口 ；21-冷油管路；22-热油管路；111-驱动轴； 112-凸轮；113-滑竿；114-配合弹簧；221-低压液压活塞；222-预成型段外壳；331-导热 油进口 ；332-导热油出口 ；333-加热成型段内筒；334-加热成型段外套筒；335-螺旋肋片； 441-鼠笼型冷却器内筒；442-鼠笼型冷却器外筒；443-孔段。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施案例对本发明做进一步的说明。图1为本发明的双液压加热秸秆压缩成型设备的结构示意图，该设备含有低压液 压机构4、高压液压机构9、鼠笼冷却器1和导热油炉10 ；高压液压机构9包括高压液压活 塞7、预成型段11和加热成型段6，所述高压液压活塞7固定在往复运动的机座8上。低压 液压机构4包括低压液压活塞和设置在低压液压机构上的进料口 5，低压液压机构的出料 端与所述高压液压机构的预成型段垂直相通(如图3所示)；所述的加热成型段6的出料 端通过耐压隔板阀2与鼠笼冷却器1相连接，加热成型段包括加热成型段内套筒333、加热
5成型段外套筒334、导热油进口 331和导热油出口 332，加热成型段内套筒和加热成型段外 套筒之间用有缺口的环肋或螺旋肋片335隔成导热油的螺旋通道(如图4所示)。鼠笼冷却器采用套筒是结构，包括鼠笼冷却器内筒441和鼠笼冷却器外筒442，内 筒壁上设有方形网眼或圆形网眼；所述网眼的开孔率3% -5%。方形网眼对角线长度应为 成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2 ；圆形网眼的直径应为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2(如图5 所示)。在鼠笼冷却器上分别设有成型颗粒出口 17、空气进口 20和热烟气出口，该热烟气 出口通过热烟气管道19与导热油炉10的底部连接；导热油炉内部布置热交换器12，该热 交换器分别通过冷油管路21和热油管路22与加热成型段的导热油进口 331和导热油出口 332连接；并在所述的冷油管路21上设有导热油泵15和导热油池16。本发明提供的双液压加热秸秆压缩成型工艺，其具体工艺步骤如下1)秸秆原料从料斗经进料口 5落入低压液压机构4中，将秸秆原料压缩成圆柱状 的预成型原料；低压液压机构提供的压缩比占总压缩比的60% _64%，压缩比是指成型颗 粒视在密度与原料视在密度的比；2) 一旦低压液压机构完成压缩动作，往复运动的机座8立即动作，带动高压液压 活塞整体向前运动，高压液压活塞推动预成型原料通过预成型段11，到达加热成型段6 ；预 成型原料在加热成型段6被导热油加热到230-30(TC，并被高压液压活塞7压缩，形成为成 型颗粒，高压液压机构提供的压缩比占总压缩比的36% -40% ；3)高压液压活塞完成压缩动作后，耐压隔板阀2打开，往复运动的机座带动高压 液压活塞整体向前运动，将成型颗粒推入鼠笼冷却器内筒中；空气自大气环境，经空气进口 20从鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间的夹层端部流入，穿过内筒的网眼结构，进入内筒冷 却成型颗粒，并携带预成型原料加热过程中产生的醛类气体，经热烟气管路19进入导热油 炉10底部，与部分成型颗粒混合并参与燃烧，释放的热量用来加热导热油。鼠笼冷却器的 内筒与外筒之间夹层的真空度至少为200Pa。4)被冷却后的成型颗粒从成型颗粒出口 17排出。实施例本发明提供的双液压加热秸秆压缩成型机压缩的秸秆原料为辽宁省辽阳地区生 产的秸秆，秸秆的应用基元素分析结果Car = 41. 01，Har = 4. 89，Oar = 32. 61，Nar = 1. 88，Sar = 0. 21, Mar = 6. 21，Aar = 13. 19。应用基低位发热量为 15. 513MJ/Kg。堆积密 度为 103Kg/m3。秸秆原料存储于料斗3中，依靠重力，经过进料口 5，落入低压液压机构中。低压液 压机构的活塞端部成半圆柱缺口，与高压液压机构的预成型段配合，将秸秆原料压缩成圆 柱状预成型原料。
秸秆原料要压制成成型颗粒，成型颗粒视在密度与秸秆原料视在密度的比，即压 缩比不能低于某个特定数值。不同种类的生物质原料压制成型颗粒，所需要的压缩比不同。 本发明提供的双液压加热秸秆压缩成型机械压缩辽宁省辽阳地区生产的秸秆时，所需要的 压缩比为11。低压液压机构的活塞行程12cm，有效压缩行程11cm。低压液压机构的活塞横截面 长度11cm，高度2cm。所以低压液压成型机提供压缩比7，约占总压缩比的63. 6%。低压液压机构将生物质原料压缩成长11cm，直径2cm的圆柱状预成型原料。一旦低压液压机构完成压缩动作，往复推进的机座立即动作，带动高压液压活塞 整体向前运动，高压液压活塞推动预成型原料通过预成型段，到达加热成型段。预成型段长 度为12cm，加热成型段长度为11cm。预成型原料表面在加热成型段被加热到267°C。此时，往复推进的机座止动，高压 液压活塞开始压缩预成型原料，低压液压机构开始复位，为下一次压缩做准备。高压液压成 型机构提供压缩比的36. 4%，即将预成型原料压缩成直径2cm，长4cm的圆柱状成型颗粒， 成型颗粒的视在密度为1140Kg/m3。高压液压机构完成压缩动作后，耐压隔板阀2打开，机 座带动高压液压机构整体向前运动，将成型颗粒推入鼠笼冷却器内筒中。而后机座开始带 动高压液压机构整体复位，同时高压液压活塞复位，于此同时，低压液压成型机构开始下一 个压缩动作。加热成型段为套筒结构，套筒内腔与高压液压机的活塞一起对预成型生物质原料 进行最终压缩，套筒内壳与外壳之间用有缺口的环肋隔成导热油的螺旋通道。鼠笼冷却器分为内筒和外筒，内筒是圆形的网眼结构，空气自环境，从内筒与外筒 的夹层的端部，流入内筒与外筒的夹层，穿过内筒的网眼结构，进入内筒冷却成型颗粒，并 携带预成型原料加热过程中产生的醛类气体，从内筒端部流出，经过管道从底部，进入导热 油炉参与燃烧，并燃尽醛类气体，避免污染环境。成型颗粒在鼠笼冷却器被冷却后，依靠重 力和鼠笼冷却器的转动流出鼠笼冷却器。成型颗粒流出鼠笼冷却器后，温度为40°C左右，需 要自然冷却到室温，才能收集储存。鼠笼冷却器的内筒网眼为圆形，网眼直径0.56cm。网眼的开孔率3%，均勻分布。 鼠笼冷却器内筒与外筒的夹层的真空度200Pa。导热油炉内部布置热交换器12，利用热烟气将导热油加热，经管路流入加热成型 段的螺旋通道内，导热油在加热成型段加热预成型原料，自身被冷却，流出加热成型段后， 经管路流入导热油池16，进行自清洁。导热油泵15从导热油池中抽取导热油，供给热交 换器。导热油流入加热成型段的温度控制在290 300°C，导热油流入导热油池的温度为 277 281°C，导热油吸入导热油泵的温度为241 245°C。导热油炉的燃料为装在燃料仓13中的成型颗粒，依靠震荡给料器给导热油炉添 加燃料。往复运动的机座采用弹簧-凸轮结构实现运动控制，亦可采用其它运动控制策 略。驱动轴111带动凸轮112转动，凸轮与弹簧114配合，驱动滑竿113带动机座115按照 一定规律，往复运动(如图2所示)。本发明实例提供的双液压加热秸秆压缩成型机械每小时产秸秆颗粒477Kg， 每小时总耗电14. 3KW h，导热油炉每小时燃烧秸秆颗粒15Kg，单位秸秆颗粒能耗为 0.031KW h/Kg。本发明提供的双液压加热秸秆压缩成型机，由于采用了活塞压缩技术，避免了主 动压缩部件与秸秆原料以及预成型原料之间的干摩擦，从而有效降低功耗，减小磨损；由于 采用了低压液压机构和高压液压机构重叠动作的方式，有效利用活塞复位时间，单位时间 产量大幅提高；独特的鼠笼冷却器与导热油炉相结合的设计，避免了挥发份释放造成的醛 类污染，优化了能源消费结构，提高了经济效益。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依 本发明所作的等同变化与修饰，都应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于所述设备含有低压液压机构(4)、高压液压机构(9)、鼠笼冷却器(1)和导热油炉(10)，所述高压液压机构(9)包括高压液压活塞(7)、预成型段(11)和加热成型段(6)，所述高压液压活塞(7)固定在往复运动的机座(8)上；所述低压液压机构(4)包括低压液压活塞和设置在低压液压机构上的进料口(5)，低压液压机构(4)的出料端与所述高压液压机构的预成型段垂直相通；所述的加热成型段的出料端通过耐压隔板阀(2)与鼠笼冷却器(1)相连接；所述的加热成型段(6)包括加热成型段内套筒(333)、加热成型段外套筒(334)、导热油进口(331)和导热油出口(332)；在所述的鼠笼冷却器上分别设有成型颗粒出口(17)、空气进口(20)和热烟气出口，该热烟气出口通过热烟气管道(19)与导热油炉的底部连接；在所述的导热油炉内部布置热交换器，该热交换器分别通过冷油管路(21)和热油管路(22)与加热成型段的导热油进口(331)和导热油出口(332)连接；并在所述的冷油管路(21)上设有导热油泵(15)和导热油池(16)。
2.按照权利要求1所述的一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于在所述 的加热成型段内套筒(333)和加热成型段外套筒(334)之间用有缺口的环肋或螺旋肋片 (335)隔成导热油的螺旋通道。
3.按照权利要求1所述的一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于所述鼠笼 冷却器包括鼠笼冷却器内筒(441)和鼠笼冷却器外筒(442)，内筒壁上设有方形网眼或圆 形网眼；所述网眼的开孔率3% -5%。
4.按照权利要求3所述的一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于所述方形 网眼对角线长度为成型颗粒通过尺寸的1/3-1/2 ；所述圆形网眼的直径为成型颗粒通过尺 寸的 1/3-1/2。
5.按照权利要求1所述的一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于所述的低 压液压活塞端部成半圆柱缺口，与高压液压机构的预成型段配合。
6.一种采用如权利要求1所述双液压加热秸秆压缩成型工艺，其特征在于该工艺包括 如下步骤1)秸秆原料从料斗经进料口(5)落入低压液压机构(4)中，将秸秆原料压缩成圆柱状 的预成型原料；低压液压机构提供的压缩比占总压缩比的60% _64%，压缩比是指成型颗 粒视在密度与原料视在密度的比；2)一旦低压液压机构完成压缩动作，往复运动的机座(8)立即动作，带动高压液压活 塞整体向前运动，高压液压活塞推动预成型原料通过预成型段(11)，到达加热成型段(6)； 预成型原料在加热成型段(6)被导热油加热到230-300°C，并被高压液压活塞(7)压缩，形 成为成型颗粒，高压液压机构提供的压缩比占总压缩比的36% -40% ；3)高压液压活塞完成压缩动作后，耐压隔板阀(2)打开，往复运动的机座带动高压液 压活塞整体向前运动，将成型颗粒推入鼠笼冷却器内筒中；空气自大气环境，经空气进口 (20)从鼠笼型冷却器的内筒与外筒之间的夹层端部流入，穿过内筒的网眼结构，进入内筒 冷却成型颗粒，并携带预成型原料加热过程中产生的醛类气体，经热烟气管路(19)进入导 热油炉(10)底部，与部分成型颗粒混合并参与燃烧，释放的热量用来加热导热油；4)被冷却后的成型颗粒从成型颗粒出口(17)排出。
7.按照权利要求6所述的一种双液压加热秸秆压缩成型设备，其特征在于所述鼠笼 冷却器内筒与鼠笼冷却器外筒之间夹层的真空度至少为200Pa。
全文摘要
一种双液压加热秸秆压缩成型工艺及设备，该设备含有低压液压机构、高压液压机构、鼠笼冷却器和导热油炉。高压液压机构包括固定在往复运动机座上的高压液压活塞、预成型段和加热成型段。低压液压机构与高压液压机构的预成型段垂直相通。原料经低压液压机构压缩成预成型原料，而后在高压液压机构的加热成型段形成成型颗粒，并进入鼠笼冷却器进行冷却。导热油炉以成型颗粒为燃料，为加热加压过程提供热量，并燃尽加热过程产生的醛类气体。本发明与现有螺旋压缩成型机械比，功耗低，磨损小；与现有的液压压缩成型机械比，单位时间产量大幅提高；与现有的电加热压缩成型机械比，避免了挥发份释放造成的醛类污染，优化了能源消费结构，提高了经济效益。
文档编号F23K1/00GK101871650SQ20101015299
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者关新, 张小辉, 王启民 申请人:沈阳工程学院