一种生物质粉碎除杂装置的制作方法

本发明专利涉及环境保护、垃圾处理以及废弃物回收利用等领域，具体涉及到一种生物质粉碎除杂装置。

背景技术：

能源和环境问题是21世纪人类所面临的最主要的问题。

近十年来我国天然气产量年均增长13%，天然气消费量年均增长16%。2010 年中国的天然气在能源结构中所占比例为4.4%，2012年占比为5.4%，2013年占比为5.9%。2013年全年天然气表观消费量为1676亿立方米，天然气消费超过伊朗，成为全球第三大天然气消费国，对外依存度达到31.6%（530亿立方）。

“生物天然气”指的是通过厌氧发酵将各种有机生物质转变成的以甲烷成分为主的生物燃气。开发生物天然气对缓解天然气供应压力具有重要意义，已引起国内外广泛重视。

我国传统的5类生物天然气资源的资源量巨大：（1）餐厨垃圾，年可收集3000万吨，；（2）生活污水厂污泥，年产生量4000万吨；（3）生活垃圾中的生物质，年可收集量1.2亿吨；（4）畜禽粪便，年可收集量为22亿吨；（5）农作物秸秆和加工残余物年可利用量约1亿吨。按沼气的平均甲烷含量60%和生物天然气甲烷含量97%计算，可年产出1295亿立方沼气和800亿立方天然气。

餐厨垃圾和生活垃圾，由于里面还含有许多不适合发酵的杂物，需要对生物质进行预处理，去除里面的石块、砂石、塑料等。

生活垃圾和餐厨垃圾经过预处理，目前仍存在筛分效率低下、筛分人工量大、机械化程度低等关键问题。预处理效率低，不但影响工程项目的经济技术指标，更重要的是严重影响后续的厌氧发酵过程，因为生物质浆液里面的砂石会磨损管道、堵塞阀门、在厌氧发酵罐底部沉积减少罐体有效容积；里面的塑料和纤维碎片不但易堵塞管道，还会漂浮在厌氧发酵罐液体表面，严重时结痂。里面含有的这些杂质还直接影响沼渣有机肥的品质和销售价格。

因此，研发生物质预处理设备，为厌氧发酵系统提供高品质的浆液非常重要。目前，预处理工艺和预处理设备已经逐步成型并初具成效，但是仍然存在几个难点，比如：除砂效率低或无法除砂，无法均浆至厌氧发酵的要求等。而且，目前的生物质粉碎除杂设备很少，多数是单纯用于粉碎或单一进行除杂，这样不仅成本高，处理投入大，而且，往往传统的破碎设备无法满足生物质的破碎要求。

为了能将前段的预处理工艺与后端的厌氧发酵工艺有机的结合并生产处生物燃气，一种将初步预处理后的生物质进行粉碎并除杂的设备就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明主要就是针对上述现有技术的不足和需求，提供一种适用于中国垃圾现状、高效粉碎并分离生物质的新型设备，解决垃圾初步筛分出的生物质的深度处理问题，以充分适应厌氧发酵工艺的进料要求。

此设备的特点在于，采用特殊的破碎刀组和桨叶结构，破碎过程中能将生物质有效粉碎，同时对塑料、织物的破碎度小，粉碎的生物质在高速旋转主轴产生的离心力作用下，通过筛筒分离出来，塑料、织物等破碎度小的物质通过导料螺旋输送至杂物出料口，同时未被充分粉碎的生物质在清料螺旋的作用下被反复粉碎。此设备的特殊结构和设计，确保对生物质良好的破碎和除杂效果。并且本设备外形精巧、占地面积小、处理效率高、处理量大、破碎彻底、易于维修。

为达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明的一种生物质粉碎除杂装置，该装置由外壳（1）、底座（2）、喂料器（3）、杂物出料口（4）、旋转门（5）、生物质出料口（6）、筛筒（7）、破碎刀组（8）、导料螺旋桨叶（9）、清料螺旋桨叶（10）、主轴（11）、电机（12）、冲洗喷头（13）和控制系统（14）组成。装置为立式结构，电机（12）置于顶部，通过联轴器与主轴（11）相连，主轴（11）置于可拆卸的圆柱型筛筒（7）内，主轴（11）从下至上分别安装有清料螺旋桨叶（10）、破碎刀组（8）、导料螺旋桨叶（9），装置含有3~5组破碎刀组（8），主轴（11）底端通过转动组件与壳体底端的底座相连，外壳（1）是由四个的梯形斜面组装而成的一个梯形柱体，每个梯形斜面均设置一个旋转门（5）， 正对筛筒(7)由上至下分布3~4层冲洗喷头（13）。筛筒（7）的底端轴承处设置进风口（21），且进风口（21）位于筛筒（7）内侧，形成风路，协作将塑料、织物等轻物质从上端快速吹出。电机（12）与底座（2）之间用四组受力肋板支撑，同时，筛筒（7）和外壳（1）固定于四组受力肋板上，筛筒（7）通过销轴结构与受力肋板固定，以便于更换破碎刀组（8）时方便拆装筛筒（7）。

此设备一个进口，两个出口：一个进口为喂料器（3）；一个出口为杂物出料口；一个出料口为生物质出料口（6）。生物质出料口（6）下部可连接收料斗及出料螺旋输送机（16），也可根据需要直接连接储存料仓。

所述的底座（2）为一圆盘，其支撑筛筒（7）、四组受力肋板、外壳（1）及主轴（11）和电机（12），并且底座（2）通过四个连接板分别与四组受力肋板连接。其中，筛筒（7）固定于底座（2）上，将底座（2）分成筛筒内和筛筒外两部分，筛筒外部分除了四个连接板外其余部分开孔，目的在于将从筛筒（7）分离出的生物质漏至生物质出料口（6）；筛筒内部分开长孔，孔径在15~30mm，长孔沿底座（2）直径方向呈辐射状，长孔长度120~400mm。

所述的喂料器（3），输送部分采用管式无轴螺旋输送机，螺旋外径200~400mm，螺旋为端部出料，出料端伸入装置内，出料端螺旋外壳与筛筒（7）固定，出料端螺旋叶片末端与筛筒（7）外圆柱面共面。

所述的杂物出料口（4），开口尺寸为筛筒（7）顶端至导料螺旋桨叶（9）第一个螺距处。同时，出料口偏心设置，沿杂物甩出方向相切与筛筒（7），避免杂物积料、阻塞。

所述的筛筒（7）由分割为八部分的筛网拼装而成，各部分采用销轴固定，便于拆卸，采用4mm耐磨材质钢制作，开孔率根据物料控制在30%-65%，筛孔（15）为锥形孔且内孔小、外孔大，内孔的孔径15~25mm，外孔的孔径比内孔大7~10mm。

所述的破碎刀组（8）由衬套（17）、刀片（18）、固定盘（19）和销轴（20）组成，衬套（17）由低硬度、高耐磨性材料制作；销轴（20）与衬套（17）过盈配合，衬套（17）与刀片（18）间隙配合，刀片（8）能自由转动，固定盘（19）两片一组焊接固定于主轴（11），每个固定盘（19）含有三个刀片组，相邻刀片组间隔120度，每个刀片组含2~4片刀片（18），三个刀片组共6~12片刀片（8）组成一个破碎刀组（8），相邻破碎刀组（8）顺时针错开角度60度，刀头与筛筒（7）距离为6~10mm，刀片（18）材料采用合金工具钢，刀片18宽度40~70mm，长度200~300mm，厚度10~18mm，刀片18一侧磨削成刃，刃长为刀片18长的一半。

所述的清料螺旋桨叶（10）置于底部，桨叶最低端距离底部3~10mm，桨叶外缘与筛筒（7）的距离为6~10mm，桨叶沿主轴（11）螺旋形焊接，在将底部落料搅起的同时螺旋形桨叶输送物料至破碎刀组（8）位置进行破碎。

所述的导料螺旋桨叶（9）的桨叶为非连续螺旋，每个螺距的桨叶开4~6个豁口，豁口与断续螺旋等分整个螺距，豁口径深为螺旋叶片半径的一半，豁口边缘打磨兼具切割作用，桨叶外缘与筛筒（7）距离为6~10mm。

所述的冲洗喷头（13）由上至下设置3~4层，每层的相邻喷头间距30~40mm，喷头可上下转动，转动角度120度，以达到冲洗整个筛筒（7）的目的。

所述的电机（12）为变频电机，转速600~1500r/min，功率30~75kw。

所述的控制系统（14）实现电机（12）的变频启动和自动运行。

一种生物质粉碎除杂装置，其主要运行过程如下：

待处理生物质通过喂料器（3）均匀有序的从设备底端输送至设备内部的破碎刀组（8）处，在电机（12）和控制系统（14）的作用下，主轴（11）带动清料螺旋桨叶（10）、破碎刀组（8）和导料螺旋桨叶（9）以600~1500r/min的转速高速旋转，生物质在破碎刀组（8）通过高速冲击下实现粉碎，同时，塑料、织物等破碎力度小，达到粉碎要求的生物质在离心力的作用下从筛筒（7）分离出来，而破碎力度小的塑料、织物等则在导料螺旋桨叶（9）作用下输送至杂物出料口（4）。

破碎刀组（8）的结构和分布有利的保证了生物质的充分破碎，同时保证了塑料、织物等的破碎力度小，刀片（18）的活性连接方式避免了刀在运行过程中与硬物刚性碰撞使刀片（18）受到损坏，同时便于更换。未能充分破碎的生物质落到设备底部。底部设置的清料螺旋桨叶（10）与主轴（11）同步旋转，此时落下来的生物质被清料螺旋桨叶（10）搅起重新进入破碎环节，保证了物料破碎的高效率避免了积料情况出现。与此同时，达到破碎要求而同样落至设备底部的生物质，有一部分直接通过底座（2）的长孔落至生物质出料口（6）。在设备停止工作或出现筛孔（15）阻塞时，开启冲洗喷头（13）对筛筒（7）进行清理。

本发明具有以下优点：

（1） 将粉碎和除杂过程同时实现，提高生产效率，降低生产成本；

（2） 特殊的破碎刀组和机械结构，在充分反复粉碎生物质的同时，对塑料、织物等的破碎力度小，从而提高除杂效率；

（3） 底部的清料螺旋桨叶和冲洗喷头配合，保证设备不积料、不堵料；

（4） 维修门、筛筒和破碎刀组等部分拆卸方便，易于更换易损件与维修。

附图说明

结合以下附图对设备进行详细说明

图1是设备外形图

图2是设备主视图

图3是单片筛网图

图4是破碎刀组图

图5是刀片图

附图序号： 1-外壳，2-底座，3-喂料器，4-杂物出料口，5-旋转门，6-生物质出料口，7-筛筒，8-破碎刀组，9-导料螺旋桨叶，10-清料螺旋桨叶，11-主轴，12-电机，13-冲洗喷头，14-控制系统，15-筛孔，16-收集斗及出料螺旋输送机，17-衬套，18-刀片，19-固定盘，20-销轴。

具体实施方式

结合附图，具体详细的介绍本发明的实施方案。

如图1及图2所示，该装置由外壳1、底座2、喂料器3、杂物出料口4、旋转门5、生物质出料口6、筛筒7、破碎刀组8、导料螺旋桨叶9、清料螺旋桨叶10、主轴11、电机12、冲洗喷头13和控制系统14组成。

该装置为立式结构，电机12置于顶部，电机功率75kw，电机采用六级变频电机，电机12通过联轴器与主轴11相连，主轴11置于可拆卸的圆柱型筛筒7内，主轴11从下至上分别安装有清料螺旋桨叶10、破碎刀组8、导料螺旋桨叶9，主轴11底端通过转动组件与壳体底端的底座相连。

外壳1是由四个的梯形斜面组装而成的一个梯形柱体，外壳1采用2mm冷板制作，在内部所有部件装配完成后，最后安装。每个梯形斜面均设置一个旋转门5，共4个旋转门。

正对筛筒7由上至下分布3层冲洗喷头13。电机12与底座2之间用四组受力肋板支撑，同时，筛筒7和外壳1固定于四组受力肋板上，筛筒7通过销轴结构与受力肋板固定，以便于更换破碎刀组8时方便拆装筛筒7。

筛筒7的底端轴承处设置进风口21，形成风路，协作将塑料、织物等轻物质从上端快速吹出，进风口管道100mm，进风口位于筛筒7内部一侧，保证在筛筒7内部形成风路。

四组受力肋板上端为上端盖，下端与底座2固定，上端盖通过钟形罩将电机12固定安装。

底座2为一圆盘，其支撑筛筒7、四组受力肋板、外壳1及主轴11和电机12，并且底座2通过四个连接板分别与四组受力肋板连接。其中，筛筒7固定于底座2上，将底座2分成筛筒内和筛筒外两部分，筛筒外部分除了四个连接板外其余部分开孔，目的在于将从筛筒7分离出的生物质漏至生物质出料口6；筛筒内部分开长孔，孔径在20mm，长孔沿底座2直径方向呈辐射状，长孔长度180mm。

喂料器3采用管式无轴螺旋输送机，螺旋外径300mm，螺旋叶片采用22mm厚耐磨材质钢制作，螺旋为端部出料，出料端伸入装置内，出料端螺旋外壳与筛筒7固定，出料端螺旋叶片末端与筛筒7外圆柱面共面。

杂物出料口4开口距离上端盖240mm，同时，出料口偏心设置，沿杂物甩出方向相切与筛筒7，出料口大小为400mm*500mm，出料口采用4mm钢板制作。

筛筒7由分割为八部分的筛网拼装而成，上下均分，上面4部分，下面4部分，每部分筛网高1.1米，筛网半径为380mm。各部分采用销轴固定，便于拆卸，采用4mm耐磨材质钢制作，开孔率根据物料控制在63%，筛孔15为锥形孔且内孔小、外孔大，内孔孔径18mm，外孔的孔径25mm。

破碎刀组8由衬套17、刀片18、固定盘19和销轴20组成，衬套17为用聚四氟乙烯制作，厚度8mm；销轴20与衬套17过盈配合，衬套17与刀片18间隙配合，刀片8能自由转动，固定盘19两片一组焊接固定于主轴11，每个固定盘19含有三个刀片组，相邻刀片组间隔120度，每个刀片组含3片刀片18，三个刀片组共9片刀片18组成一个破碎刀组8，相邻破碎刀组8顺时针错开角度60度，刀头与筛筒7距离为8mm，刀片18材料采用合金工具钢，本设备共有4个破碎刀组8，共计36片刀片18。刀片18宽度55mm，长度220mm，厚度12mm，刀片18一侧磨削成刃，刃长为110mm。

清料螺旋桨叶10置于底部，由两段螺旋构成，对应焊接在主轴11两侧，螺旋直径550mm,螺旋长度120mm，桨叶最低端距离底部6mm，桨叶外缘与筛筒7的距离为8mm，桨叶沿主轴11螺旋形焊接，在将底部落料搅起的同时螺旋形桨叶输送物料至破碎刀组位置进行破碎。

导料螺旋桨叶9的桨叶为非连续螺旋，螺旋外径740mm，螺距为300mm, 每个螺距的桨叶开5个豁口，豁口宽度240mm，豁口径深为150mm，豁口边缘打磨兼具切割作用，桨叶外缘与筛筒7距离为8mm。

冲洗喷头13由上至下设置3层，每层的相邻喷头间距35m，喷头可上下转动，转动角度120度，以达到冲洗整个筛筒7的目的。

控制系统14实现电机12的变频启动和自动运行。