一种用于蒸汽爆破的泄压接收装置的制作方法

本发明涉及生物质蒸汽爆破预处理技术领域，尤其涉及一种用于蒸汽爆破的泄压接收装置。

技术背景

生物质蒸汽爆破预处理主要是利用高温高压蒸汽处理植物组织，并通过瞬间泄压喷放过程实现植物组织的组分分离和结构变化。泄压喷放过程即是：在高温高压下汽化并被压缩的植物内部水分，在瞬间产生的蒸汽压差作用下，骤然膨胀爆破，依靠瞬间膨胀爆破产生的蒸汽动力将植物组织从内部撕裂。泄压喷放的过程越快，蒸汽动力释放时间越短，对植物组织物料的撕裂作用就越强。

现有技术中，生物质蒸汽爆破预处理的泄压接收装置主要借鉴制浆造纸行业的喷放仓，但是制浆造纸行业所用的喷放仓在减压喷放过程中，对于蒸汽爆破产生的蒸汽动力撕裂物料的作用没有严格要求。制浆造纸行业的喷放仓主要是接收经过长时间化学品蒸煮的浆料(该浆料的形成条件通常是化学品与物料比例为10-18％，高温150-170℃、蒸汽压力0.6-0.8Mpa，长时间60-180min)，该浆料在蒸煮化学品的作用下，构成植物结构强度的木质素等物质已经基本降解溶出，物料结构已经分解的很疏松，在减压喷放过程中浆料很容易分散；且物料干度只有10-15％，有一定的流动性，从喷放仓内容易出料。

生物质蒸汽爆破预处理的减压喷放过程与制浆造纸行业的减压喷放过程有本质区别，形成的物料性质也完全不同。生物质蒸汽爆破预处理的泄压接收装置在减压喷放过程中，对于蒸汽爆破产生的蒸汽动力撕裂物料的作用要求最大化。生物质蒸汽爆破预处理的物料在进入泄压接收装置前在汽爆装置内处理时，不加或加入少量化学品，蒸汽压力高(0.8-3.0Mpa)，处理时间短(1-30min)，该物料经过蒸汽爆破预处理后，构成植物结构强度的木质素基本不溶出，物料微观强度远高于制浆造纸行业的纸浆；且生物质汽爆预处理后的物料干度较高，一般不会低于15％，大部分在25％以上，没有流动性，极易在泄压接收装置内出现物料架桥堵塞，无法连续正常运行。

中国专利CN 101905233 B公布了一种节能降噪汽爆物料喷放装置，存在以下缺陷：一、封闭的、隔音的筒体上部设置有用于收集喷放蒸汽的安全阀，该安全阀使得在喷放过程中的筒体内带有压力，大大降低了快速泄压实现植物结构内部水分瞬间膨胀爆破的作用，喷放泄压越快，汽爆动力释放时间越短，对物料的撕裂作用就越强，反之汽爆效果将大幅度降低；二、筒体中央设置一底部敞口的柱筒作为缓冲仓，在喷放过程中，必将有大量物料在敞口处喷溅进入筒体与柱筒之间，干度较高的汽爆物料将很快充满并造成堵塞，且没有任何预防及解决措施；三、筒体底部设置螺旋出料装置，是单螺旋，不能将进入筒体的物料全部输送出来，只能输送螺旋机直径及长度范围的物料，圆筒体底部除中间螺旋部分外，两侧半圆处的物料将堆积堵塞，最终导致两侧物料搭桥，使整个筒体堵塞，无法运行。

中国专利CN 102794135 A公开了一种汽爆物料接收仓，接收仓是封闭且隔音的下部呈斗形的筒体，存在以下缺陷：一、筒体上部设置有喷爆罩和气固分离网罩，其目的是阻挡蒸汽扩散夹带的汽爆物料，随蒸汽上升的物料被气固分离网罩拦截，拦截的是细长的汽爆纤维物料；蒸汽逸出的方向首先是减压最快的出口部，在蒸汽的扩散逸出压力作用下，丝状物料交织并牢固附着缠绕在气固分离网罩上，很快就会将气固分离网罩堵塞，而固定环型注水管只能冲洗水管的环形部分，大部分区域无法清理，气固分离网罩堵塞在所难免；加入的冲洗水将影响下工序对物料干度的要求；二、筒体下部设置的百叶式集料斗，结构与制浆造纸行业所用的喷放仓结构一样，这种方式只适应蒸煮去除木质素较彻底、细腻柔软的纸浆，且物料干度最高不能超过15％；而汽爆物料中维持植物微观结构强度的木质素基本都在，物料较纸浆长且硬挺，而且汽爆物料干度一般不低于25％，在下部的锥体部分急剧收口连接至一条螺旋输送机，汽爆物料搭桥无法避免，而环型注水管只能冲洗环形部分，中间物料仍然会搭桥结团，造成堵塞，导致无法正常使用。

中国专利CN 1800488 A公开了一种汽爆喷放仓，存在以下缺陷：一、喷放管切线与喷放仓体连接，喷放过程中物料进入仓体，蒸汽夹带物料会直接从顶端固定的连接烟囱中无阻挡的减压飞溅出来；二、喷放仓体下端内收成方形，由于汽爆后的物料较疏松、干度大、流动性差，会在收口部分产生架桥堵塞；三、喷放仓体下方设置不变径、等螺距的四台螺旋输送机，在物料覆盖螺旋输送机后，螺距(螺旋叶片空隙)是均等的、每个螺距的体积也是均等的，只有位于出口远端的的第一个螺距能够在接收物料后出料，并连续向前输送；而其它螺旋叶片空隙的出料能力为零，且其余螺旋内始终有来自第一个螺距连续输送来的物料充满，不能再接收物料，运行一段时间后，除第一螺距出料，其他螺距不出料而且上部来料不断，造成物料堆积，越聚越多，越聚越高，形成斜搭桥，物料不再下降，最终导致整个筒体堵塞，无法运行。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于蒸汽爆破的泄压接收装置，在快速泄压的同时彻底分离蒸汽和物料，不仅提高对物料的撕裂效果，而且可以使物料整体均匀出料，实现仓体内不搭桥，不堵塞，保证设备连续高效运行。

本发明提供了一种用于蒸汽爆破的泄压接收装置，与汽爆装置连接，植物组织内的水分在所述汽爆装置的高温高压下汽化并压缩，当所述汽爆装置连通所述泄压接收装置时实现瞬时泄压，所述泄压接收装置包括：泄压接收仓，用于对所述汽爆装置排出的蒸汽和物料进行泄压及分离处理，具有仓体、连通所述汽爆装置与所述仓体的泄压进口管、用于排出夹带物料的蒸汽且位于所述仓体上方的一次蒸汽出口管以及用于使全部物料排出且位于所述仓体底部的物料出口；出料螺旋机，连通所述泄压接收仓的物料出口；收集出料螺旋机，连接所述出料螺旋机的出料口；

泄压分离处理器，用于对所述泄压接收仓排出的夹带物料的蒸汽进行泄压及分离处理，具有：用于接收所述夹带物料的蒸汽的容器；经由蒸汽通道与所述一次蒸汽出口管连通的蒸汽进口管，所述蒸汽进口管连通所述容器；用于排出不夹带物料的蒸汽且位于所述容器上方的二次蒸汽出口管；以及连通所述仓体并用于将分离出的物料排向所述仓体内的物料通道，所述物料通道位于所述容器下方；其中，所述一次蒸汽出口管设置在所述仓体的上方中央，其下端位于所述泄压进口管出口下方；其中，所述二次蒸汽出口管设置在所述容器的上方中央，其下端位于所述蒸汽进口管出口下方，其上端连通外界。

优选的，所述仓体包括：圆筒结构，用于分离蒸汽和物料，其外壁沿切线设置与其连通的所述泄压进口管，其上方中央设置所述一次蒸汽出口管；位于所述圆筒结构下方并与其底部连通的锥台结构，其底部设置所述物料出口。

优选的，所述锥台结构的截面积上小下大，且锥角为3-5°。

优选的，所述泄压进口管沿所述圆筒结构的外壁切线并向下倾斜0-5°与所述圆筒结构内部连通；所述蒸汽进口管沿所述泄压分离处理器的所述容器外壁切线并向下倾斜0-3°与所述容器内部连通。

优选的，所述锥台结构的底部平行排列至少四条所述出料螺旋机；每条所述出料螺旋机的每个螺旋叶片空隙轴向单位长度内平均的出料体积相等。

优选的，每条所述出料螺旋机为变径、变螺距出料螺旋机。

优选的，所述一次蒸汽出口管的截面积是所述泄压进口管截面积的至少四倍；所述二次蒸汽出口管的截面积是所述蒸汽进口管截面积的1-1.5倍。

优选的，所述一次蒸汽出口管下端与所述泄压进口管出口之间的垂直距离为所述泄压进口管直径的1.5-3倍；所述二次蒸汽出口管与所述蒸汽进口管出口之间的垂直距离为所述蒸汽进口管直径的1.5-3倍。

优选的，所述泄压分离处理器为旋风分离器。

优选的，所述泄压接收仓与所述汽爆装置密封连接；所述旋风分离器、所述至少四条出料螺旋机与所述泄压接收仓密封连接；所述收集出料螺旋机与所述至少四条出料螺旋机密封连接。

本发明的有益效果体现在以下方面：

1、本发明一方面通过设置体积大于汽爆装置的泄压接收仓及泄压分离处理器产生压差来实现快速泄压；另一方面通过使泄压接收仓的蒸汽出口管截面积大于进口管截面积，以及使泄压分离处理器的蒸汽出口管截面积大于进口管截面积来进一步扩大减压，实现较大压差，快速泄压；

2、本发明一方面通过泄压接收仓一次分离蒸汽和物料，及泄压分离处理器再次分离夹带物料的蒸汽，另一方面通过泄压接收仓及泄压分离处理器的进口管分别沿切线向下倾斜连通泄压接收仓和泄压分离处理器，再一方面通过泄压接收仓及泄压分离处理器的蒸汽出口管下端向下延伸至从泄压接收仓及泄压分离处理器内并位于进口管出口下方，三方面配合实现彻底分离蒸汽和物料；

3、本发明通过设置上部圆筒形、下部锥台形的泄压接收仓，并在泄压接收仓底部的物料出口下方平行排列多条变径、变螺距出料螺旋机来实现物料无死角均匀出料，不堵塞，不架桥。

附图说明

图1是本发明用于蒸汽爆破的泄压接收装置的主视图(未示出收集出料螺旋机)；

图2是图1所示的左视图；

图3是图1所示的俯视图(未示出收集出料螺旋机)；

图4是本发明的出料螺旋机的结构示意图。

附图标记说明：2-泄压接收仓；2a-泄压进口管；2b-一次蒸汽出口管；2c-物料出口；2e-观察口；21-圆筒结构；22-锥台结构；3-蒸汽通道；4-泄压分离处理器；4a-蒸汽进口管；4b-二次蒸汽出口管；4c-物料通道；4e-观察口；5-出料螺旋机；6-收集出料螺旋机；N、N－1、……40、39、38、37、36、35、34、33、32、31-螺旋叶片空隙。

具体实施方式

本发明的泄压接收装置与汽爆装置连接，用于生物质蒸汽爆破预处理过程。生物质蒸汽爆破预处理：植物组织内的水分在汽爆装置的高温高压下汽化并压缩，当汽爆装置连通本发明泄压接收装置时实现瞬时泄压喷放，在瞬间产生的蒸汽压差作用下，在高温高压下汽化并被压缩的植物内部水分骤然膨胀爆破，依靠瞬间膨胀爆破产生的蒸汽动力将植物组织从内部撕裂。

本发明的泄压接收装置可实现泄压喷放过程迅速完成，蒸汽动力释放时间短，对植物组织物料的撕裂作用强；并且可实现彻底分离蒸汽和物料，使全部物料均匀出料。

下面结合具体结构及实施例详细叙述本发明。

如图1至3所示，本发明用于蒸汽爆破的泄压接收装置包括：与汽爆装置密封连接的泄压接收仓2，用于在与汽爆装置连通产生压差时对汽爆装置排出的蒸汽和物料进行泄压及分离处理；与泄压接收仓2密封连接的泄压分离处理器4，用于对泄压接收仓2排出的夹带物料的蒸汽进行泄压及分离处理；与泄压接收仓2密封连接的至少四条出料螺旋机5，用于使全部物料均匀出料；与至少四条出料螺旋机5密封连接的收集出料螺旋机6，用于将全部物料输送到下一工序。

进一步的，具体实施时，本发明除了在泄压分离处理器4上设置用于排放蒸汽的出口外，其余部分均为密封结构。

具体的，如图1至3所示，泄压接收仓2包括：仓体，用于接收汽爆装置排出的蒸汽和物料；设置在仓体侧壁并与其连通的泄压进口管2a，当连通汽爆装置与仓体时，蒸汽和物料从泄压进口管2a进入仓体内；位于仓体上方的一次蒸汽出口管2b，夹带物料的蒸汽从一次蒸汽出口管2b排出后进入泄压分离处理器4；位于仓体底部的物料出口2c，与蒸汽分离后的全部物料从物料出口2c进入至少四条出料螺旋机5。

仓体包括：圆筒结构21；位于圆筒结构21下方并与其底部连通的锥台结构22。

其中，泄压进口管2a沿圆筒结构21的外壁切线方向并向下倾斜0-5°连通圆筒结构21内部，一次蒸汽出口管2b设置在圆筒结构21的上方中央。沿切线向下倾角0-5°可使汽爆装置排出的蒸汽和物料从泄压进口管2a进入仓体内时，在离心力的作用下，物料沿圆筒结构21内壁旋转下行，圆筒结构21中央形成相对负压区，蒸汽从位于圆筒结构21上方中央的一次蒸汽出口管2b逸出，便于分离物料和蒸汽。向下倾角的角度太大会将落入锥台结构22底部的物料冲溅起来；向上倾角则会使物料从一次蒸汽出口管2b喷出。

进一步的，为了防止蒸汽逸出时夹带物料，便于分离物料和蒸汽，一次蒸汽出口管2b的下端位于泄压进口管2a出口下方。具体实施时，可将一次蒸汽出口管2b下端与泄压进口管2a出口之间的垂直距离设计为泄压进口管2a直径的1.5-3倍，该距离能够使蒸汽带出的物料在中途回落，减少物料从一次蒸汽出口管2b溅出的几率。

其中，锥台结构22的截面积上小下大，物料出口2c设置在锥台结构22底部。上小下大的锥台结构可以便于物料从物料出口2c快速出料，防止物料在仓体内堵塞。具体的，锥台结构22的锥角设计为3-5°。

泄压分离处理器4包括：容器，用于接收从一次蒸汽出口管2b排出的夹带物料的蒸汽；设置在容器侧壁并与其连通的蒸汽进口管4a，经由蒸汽通道3与一次蒸汽出口管2b连通，夹带物料的蒸汽从一次蒸汽出口管2b排出后经由蒸汽通道3及其蒸汽进口管4a进入容器内；位于容器上方的二次蒸汽出口管4b，不夹带物料的蒸汽从二次蒸汽出口管4b排出至外界；位于容器下方并连通仓体的物料通道4c，蒸汽夹带的物料与蒸汽分离后经由物料通道4c进入仓体内。

其中，容器为上圆筒下锥台的结构。

其中，蒸汽进口管4a沿容器上方圆筒外壁的切线方向并向下倾斜0-3°连通容器内部，二次蒸汽出口管4b设置在容器的上方中央。同样的，沿切线向下倾角0-3°可使一次蒸汽出口管2b排出的夹带物料的蒸汽从蒸汽进口管4a进入容器内时，在离心力的作用下，物料沿容器内壁旋转下行，中央形成相对负压区，蒸汽从位于容器上方中央的二次蒸汽出口管4b逸出，便于分离物料和蒸汽。

进一步的，为了防止蒸汽逸出时夹带物料，二次蒸汽出口管4b的下端位于蒸汽进口管4a出口下方。具体实施时，可将二次蒸汽出口管4b下端与蒸汽进口管4a出口之间的垂直距离设计为蒸汽进口管4a直径的1.5-3倍，该距离能够使蒸汽带出的物料在中途回落，以便于二次蒸汽出口管4b排出不夹带物料的蒸汽。

本发明在利用泄压接收仓2与泄压分离处理器4组合实现快速泄压之外，还结合以下方式快速泄压。具体的，将泄压接收仓2的一次蒸汽出口管2b的截面积设置为泄压进口管2a截面积的至少四倍；将泄压分离处理器4的二次蒸汽出口管4b的截面积设置为蒸汽进口管4a截面积的1-1.5倍。快速泄压有利于实现大的压差，被压缩的植物内部水分骤然膨胀爆破而将植物组织从内部有效撕裂。

本实施例的泄压分离处理器4为旋风分离器。

如图1至3所示，本实施例的锥台结构22的底部平行排列四条出料螺旋机5，四条出料螺旋机5的进料口与物料出口2c密封连通，用于接收来自仓体的全部物料并使其均匀出料。具体的，每条出料螺旋机5的每个螺旋叶片空隙轴向单位长度内平均的出料体积相等，以便于均匀出料，防止仓体内架桥堵塞。

实施时，如图4所示，本实施例的每条出料螺旋机5为变径、变螺距出料螺旋机，实现各处、各叶片间物料输送量一致。

本实施例实现物料均匀出料的原理如下：根据仓体体积不同，精确计算每条出料螺旋机5的变径倾斜角度、相邻叶片变螺距量，来实现各处、各叶片间物料输送量一致。

如图4所示，具体的，假设变径、变螺距出料螺旋机5的两个相邻螺旋叶片空隙依次为N、N－1、……40、39、38、37、36、35、34、33、32、31，

螺旋叶片空隙N的轴向单位长度内平均的出料体积＝螺旋叶片空隙N的体积－螺旋叶片空隙N－1的体积＝(N)；

螺旋叶片空隙N－1的轴向单位长度内平均的出料体积＝螺旋叶片空隙N－1的体积－螺旋叶片空隙N－2的体积＝(N－1)；

那么，以此类推，螺旋叶片空隙40的轴向单位长度内平均的出料体积＝螺旋叶片空隙40的体积－螺旋叶片空隙39的体积＝(40)；

螺旋叶片空隙39的轴向单位长度内平均的出料体积＝螺旋叶片空隙39的体积－螺旋叶片空隙38的体积＝(39)；

以此类推，螺旋叶片空隙33的轴向单位长度内平均的出料体积＝螺旋叶片空隙33的体积－螺旋叶片空隙32的体积＝(33)；

螺旋叶片空隙32的轴向单位长度内平均的出料体积＝螺旋叶片空隙32的体积－螺旋叶片空隙31的体积＝(32)；

经过精确计算，使每个螺旋叶片空隙轴向单位长度内平均的出料体积为：(N)≈(N－1)≈……≈(40)≈(39)≈(38)≈(37)≈(36)≈(35)≈(34)≈(33)≈(32)≈(31)。

从上述计算得出，第N个螺旋叶片空隙轴向单位长度内平均的出料体积为(N)，其余螺旋叶片空隙轴向单位长度内平均的出料体积与第N个螺旋叶片空隙轴向单位长度内平均的出料体积大致相等。由于每个螺旋叶片空隙的出料能力大致相同，就能够使从仓体内落在每个螺旋叶片空隙上方的物料等量出料，从而各个螺旋叶片空隙上方在不断接收下落物料也不会造成搭桥堵塞，使仓体内物料在生产运行中整体下降、无死角、无架桥、不堵塞。

采用本实施例的变径、变螺距出料螺旋机，汽爆装置内排出的物料在沿切线向下倾角0-5°的角度范围内进入仓体内时，在仓体内存留时间基本一致、物料水平截面各点在单位时间内的出料量基本一致；且可适应物料出料干度在任何范围内变化。

如图2所示，本实施例四条出料螺旋机5的出料口密封连通一条收集出料螺旋机6的进料口。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。