一种生物质燃料块的生产设备及生产方法与流程

本发明属于新能源技术领域，具体涉及到用于气化炉使用的生物质燃料块的生产设备及生产方法。

背景技术：

气化炉作为新能源环保设备，已经在我国得到了较为广泛的推广。如专利号为201310672257.7的发明所公开的生物质燃料及其制作方法，目前最常见的气化炉燃料为螺旋挤压成型的生物质颗粒，具体为将各组分按质量份数比例放入螺旋挤压机中通过轧辊挤压方式形成圆柱形颗粒，此种挤压生产方式需要大功率的螺旋挤压机，能源消耗多，致使颗粒燃料的成本居高不下。传统的生物质颗粒外形规格一般是长度3～5cm左右，直径8～10mm，多配合颗粒燃烧机应用于生物质锅炉、或流化床气化炉，而不适合于固定床上吸式气化炉。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种生物质燃料块的生产设备及生产方法，该设备原理简单、产品生产成本大大低于生物质颗粒，将扩展生物质的应用范围。

本发明的生物质燃料块的生产设备包括转盘、支撑转盘的支架以及驱动转盘转动的步进式动力设备，所述转盘沿圆周均匀分布有若干通孔；所述生产设备在转盘的上方设有一组或者多组气缸组，所述气缸组由填料气缸、压块气缸和退料气缸组成，填料气缸、压块气缸和退料气缸按照转盘的转动方向依次排列，并向下朝向于通孔，所述填料气缸的活塞杆位于一垂直朝向于通孔的直筒灌装管内；所述支架在转盘下方对应填料气缸、压块气缸的位置分别设有支撑块，所述支撑块的顶端略低于转盘的底面；所述生产设备在转盘的上方还设有储料仓，所述储料仓的底端设有斜向下的出料管，所述出料管通过开设于直筒灌装管的侧壁处的出料口与直筒灌装管相通，所述填料气缸的活塞杆在上行时可开启所述出料口，并在下行时关闭出料口。

本发明的生物质燃料块的生产方法采用上述的生物质燃料块的生产设备，具体如下：将生物质碎屑和炭粉混合后制成原料并放入储料仓内，并利用填料气缸来将原料加入到转盘的位于填料气缸下方的通孔内，随着转盘的节拍式转动，通孔内的原料被压块气缸压制成成品块，成品块最后被退料气缸从通孔内顶出。

填料气缸的活塞杆在上行时可开启所述出料口，实现填料，而在下行时关闭出料口，停止填料；压块气缸的活塞杆下行时将通孔内的原料进行压制；退料气缸的活塞杆下行时将成品块向下顶出通孔。这样在转盘转动的间隙内，可以同时实现填料、压块和退料，因此可以大大提高生产效率，并且减少设备所占用的空间。上述步进式动力设备可以采用步进电机等，此处不再赘述。

进一步地，填料过程中，首先控制填料气缸的活塞杆向下伸出，使得填料气缸的活塞杆的底端露出于直筒灌装管，然后再控制填料气缸的活塞杆向上缩回，使得填料气缸的活塞杆的底端高于直筒灌装管的侧壁处的出料口，从而实现利用填料气缸来将原料加入到转盘的位于填料气缸下方的通孔内。填料气缸的活塞杆的底端露出于直筒灌装管，可以将可能堆积在直筒灌装管内的原料向下顶出直筒灌装管，然后再向上提起填料气缸的活塞杆，开启直筒灌装管的侧壁处的出料口，即可使储料仓内的原料顺利地经过直筒灌装管掉落到通孔内。

所述支架在转盘下方设有圆形输送盘及驱动输送盘转动的动力设备，所述支架在输送盘上设有挡料板，挡料板由输送盘的圆心延伸至输送盘的边缘；所述输送盘在挡料板的方向低于输送盘的输送带，所述输送带经过一烘干仓。成品块被退料气缸从通孔内顶出后，掉落到圆形输送盘上，并随着圆形输送盘的转动，最终被挡料板推至输送盘下方的输送带上，经过烘干仓的烘干后，变成结构稳定的成品。

进一步地，所述压块气缸的活塞杆端部安装有平板，所述平板的底面突出设有若干柱体；位于压块气缸下方的支撑块设有与所述柱体位置对应的避让通孔。这样原料在被压块气缸压制为成品块时，压块气缸活塞杆上的柱体会在成品块上形成若干通孔，便于气化燃烧时空气流通,使得成品块在气化炉内能够增大与空气的接触面积，促进成品块的气化。

进一步地，所述储料仓设有加热部件；所述气缸组在填料气缸与压块气缸之间还设有预压气缸，所述预压气缸的活塞杆端部为内置有加热部件的平板，且所述压块气缸的活塞杆端部的平板内也设有加热部件；所述支架在转盘下方对应预压气缸的位置设有支撑块，所述支撑块的顶端略低于转盘的底面。在生产过程中，通孔内的原料被压块气缸压制成成品块之前，首先被预压气缸的平板预热，并预压成半成品块，所述半成品块的密度小于成品块的密度；所述压块气缸在压制原料的同时，也对原料进行加热，且压块气缸的平板的温度高于预压气缸的平板的温度。具体来说，预压气缸的平板的温度为70～100℃，压块气缸的平板的温度为200～300℃。

由于设置了预压气缸和压块气缸，这样形成了两次压制，在第一次压制（也就是预压）时，原料在通孔内被预热，并被预压气缸压制成半成品块，使得半成品块形成较为稳定的结构；在第二次压制时，压块气缸除了继续对原料进行加热及压制，还利用平板底面的柱体在半成品块上形成通孔，并将成品块的密度进一步加大，使其结构更加稳定。两次压制时均进行加热，这样就可以逐渐升高原料的温度，无需将压块气缸的平板设置过高的温度，从而避免原料焦化，因此保证了生物质燃料块成品的质量。如果采用一次压制及加热的话，就可能会出现原料受热不均（上部过热而下部过冷）、成品结构不稳定的情形，还可能会因为要保证原料加热完全而导致转盘转动的节拍过慢，影响生产效率。

生物质中除含有纤维素、半纤维素外，还含有木质素，木质素是具有芳香族特性的、结构单体为苯丙烷型立体结构的高分子化合物。在阔叶木、针叶木中，木质素含量为27%～32%（绝干原料），禾草类植物木质素含量为14%～25%。虽然在各种生物质中都含有木质素，但它们的组成、结构并不完全一样。由x衍射知道，木质素属非晶体，没有熔点，但有软化点，经试验当温度在70～100℃，其粘合力开始增加；温度在200～300℃时会软化、液化，此时施以一定的压力，使软化的木质素与纤维素紧密粘接，并与相邻炭粉互相胶接，在外力作用下，生物质和炭粉开始重新排列位置关系，并发生机械变形和塑性流变。在垂直于最大应力方向上，粒子主要以相互啮合的形式结合，而在垂直于最小应力方向上，粒子主要以相互靠紧结合的形式结合。除此之外，在成型过程中还发生了部分的化学作用，燃料的强度还与燃料中的官能团种类和化学键型有关，很多研究表明接基是成型过程的关键因素，羧基被破坏，就会阻碍成型过程，羟基也能起到一部分作用。生物质内含有大量的氧，这些氧一部分是以羧基和羟基的形式存在，增加了成型性几率。在成型过程中，随着外力的增大，复合燃料的体积大幅度减小，容积密度显著增大，同时温度促使共价键结构形状，在此期间内各官能团亦发生缩合反应，结果燃料内部胶合、外部部分焦化，并具有一定的形状和强度，冷却后即可固化成型为致密的固体燃料，可以把这种成型过程视为煤化作用的继续。这就是生物质复合燃料热压成型的过程和机理。

进一步地，所述通孔为圆柱形孔，且通孔的顶部边缘为喇叭口状。喇叭口状的结构有利于预压气缸、压块气缸的平板脱出通孔，而通孔为圆柱形，制成的成品结构类似于蜂窝煤状，这样无论生物质燃料块如何堆放于气化炉内，生物质燃料块之间都会存在一定的间隙，以便于空气流过，促进生物质燃料块的气化。

本发明的生物质燃料块的生产设备结构简单、占地面积小，可以实现连续生产，生产效率及自动化程度高，且所需能耗远远低于螺旋挤压机，非常适合于生物质燃料块的制备。

附图说明

图1是实施例1的生物质燃料块的生产设备的侧视结构示意图。

图2是本发明的生物质燃料块的生产设备中的填料气缸、直筒灌装管、储料仓的配合示意图（出料口开启状态）。

图3是本发明的生物质燃料块的生产设备中的填料气缸、直筒灌装管、储料仓的配合示意图（出料口关闭状态）。

图4是实施例1中转盘的俯视示意图（箭头为转盘转动方向），通孔内的数字标记表示其对应的气缸。

图5是实施例2中转盘的俯视示意图（箭头为转盘转动方向），通孔内的数字标记表示其对应的气缸。

附图标示：1、转盘；2、支架；3、通孔；4、填料气缸；5、压块气缸；6、退料气缸；7、支撑块；8、平板；9、柱体；10、避让通孔；11、输送盘；12、挡料板；13、输送带；14、烘干仓；15、预压气缸；16、直筒灌装管；17、储料仓；18、出料管；19、出料口。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

如图所示，本实施例的生物质燃料块的生产设备包括转盘1、支撑转盘1的支架2以及驱动转盘1转动的步进式动力设备（图中未画出动力设备），所述转盘1沿圆周均匀分布有九个圆柱形的通孔3，通孔3的顶部边缘为上大下小的喇叭口状；所述生产设备在转盘1的上方设有三组气缸组，所述气缸组由填料气缸4、压块气缸5和退料气缸6组成，填料气缸4、压块气缸5和退料气缸6按照转盘1的转动方向依次排列，并向下朝向于通孔3；所述填料气缸4的活塞杆位于一垂直朝向于通孔3的直筒灌装管16内；所述支架2在转盘1下方对应填料气缸4、压块气缸5的位置分别设有支撑块7，所述支撑块7的顶端略低于转盘1的底面，但接近于转盘1的底面，两者之间的间距控制在2mm以内，以避免原料从支撑块7与转盘1之间的间隙掉落。压块气缸5的活塞杆端部安装有平板8，所述平板8的底面突出设有若干柱体9；位于压块气缸5下方的支撑块7设有与所述柱体9位置对应的避让通孔10，可供穿过原料的柱体9插入。

所述生产设备在转盘1的上方还设有储料仓17，所述储料仓17的底端设有斜向下的出料管18，所述出料管18通过开设于直筒灌装管16的侧壁处的出料口19与直筒灌装管16相通，所述填料气缸4的活塞杆在上行时可开启所述出料口19，并在下行时关闭出料口19。

所述支架2在转盘1下方设有圆形输送盘11及驱动输送盘11转动的动力设备（图中未画出该动力设备）；输送盘11的直径等于或者略大于转盘1的直径，所述支架2在输送盘11上设有挡料板12，挡料板12由输送盘11的圆心延伸至输送盘11的边缘；所述输送盘11在挡料板12的方向低于输送盘11的输送带13，所述输送带13经过一烘干仓14，烘干仓14内设有加热部件、温度传感器，以使烘干仓14内的温度保持在预定温度。在本实施例中，驱动输送盘11转动的动力设备与驱动转盘1转动的步进式动力设备为同一动力设备，即输送盘11与转盘1为同轴设置的，以降低成本，减少占用空间。

本实施例的生物质燃料块的生产方法，采用上述的生物质燃料块的生产设备，具体如下：将生物质碎屑和炭粉混合后制成原料并放入到储料仓17内，控制转盘1的转动，在转动的间隙内，控制填料气缸4的活塞杆上行，使得储料仓17内的原料通过出料管18、直筒灌装管16向下加入到转盘1的位于填料气缸4下方的通孔3内，实现填料；同时，压块气缸5的活塞杆下行时将后方已经填料的通孔3内的原料压制成成品块；退料气缸的活塞杆下行时将已经压制的通孔3内的成品块向下顶出通孔。在转盘1转动的间隙内，可以同时实现填料、压块和退料，因此可以大大提高生产效率，并且减少设备所占用的空间。上述步进式动力设备可以采用步进电机等，此处不再赘述。

填料过程中，首先控制填料气缸4的活塞杆向下伸出，使得填料气缸4的活塞杆的底端露出于直筒灌装管16，然后再控制填料气缸4的活塞杆向上缩回，使得填料气缸4的活塞杆的底端高于直筒灌装管16的侧壁处的出料口19，从而实现利用填料气缸4来将原料加入到转盘的位于填料气缸4下方的通孔内。填料气缸4的活塞杆的底端向下露出于直筒灌装管16，可以将可能堆积在直筒灌装管16内的原料向下顶出直筒灌装管16，然后再向上提起填料气缸4的活塞杆，开启直筒灌装管16的侧壁处的出料口19，即可使储料仓17内的原料顺利地经过直筒灌装管16掉落到通孔内。

成品块被退料气缸6从通孔3内顶出后，掉落到圆形输送盘11上，并随着圆形输送盘11的转动，最终被挡料板12推至输送盘11下方的输送带13上，经过烘干仓14的烘干后，变成结构稳定的成品。

原料在被压块气缸5压制为成品块时，压块气缸5活塞杆上的柱体9会在成品块上形成若干通孔3，使得成品块在气化炉内能够增大与空气的接触面积，促进成品块的气化。

喇叭口状的结构有利于压块气缸5的平板8脱出通孔3，而通孔3为圆柱形，制成的成品结构类似于蜂窝煤状，外形为圆柱形（高约10cm，直径约10cm），这样无论制得的生物质燃料块如何堆放于气化炉内，生物质燃料块之间都会存在一定的间隙，以便于空气流过，促进生物质燃料块的气化。

当然，上述转盘1的直径、转盘1上的通孔3数量都可以根据实际需要来改变，以满足生产需求。

实施例2：

如图4所示，与实施例1不同的是，在本实施例中，所述转盘1沿圆周均匀分布有八个通孔3；所述生产设备在转盘1的上方设有两组气缸组，所述气缸组由填料气缸4、预压气缸15、压块气缸5和退料气缸6组成，填料气缸4、预压气缸15、压块气缸5和退料气缸6按照转盘1的转动方向依次排列，并向下朝向于通孔3；所述支架2在转盘1下方对应预压气缸15的位置也设有支撑块7。

所述储料仓17设有加热部件；预压气缸15、压块气缸5的活塞杆端部为内置有加热部件的平板8。

本实施例的生物质燃料块的生产方法，采用上述的生物质燃料块的生产设备，具体如下：将生物质碎屑和炭粉混合后制成原料并放入到储料仓17内，进行预热，使原料的温度上升至70℃；控制转盘1的转动，在转动的间隙内，控制填料气缸4的活塞杆上行，使得储料仓17内的原料通过出料管18、直筒灌装管16向下加入到转盘1的位于填料气缸4下方的通孔3内，实现填料；同时，预压气缸15的活塞杆下行，利用平板8将已经填料的通孔3内的原料压制成半成品块；压块气缸5的活塞杆下行时将的通孔3内的半成品块压制成成品块；退料气缸的活塞杆下行时将已经压制完的通孔3内的成品块向下顶出通孔。在转盘1转动的间隙内，可以同时实现填料、压块和退料，因此可以大大提高生产效率，并且减少设备所占用的空间。

在转盘1转动的间隙内，可以同时实现填料、预压、压块和退料。

在上述生产过程中，压块气缸5的平板8的温度高于预压气缸15的平板8的温度。具体来说，预压气缸15的平板8的温度为90℃，压块气缸5的平板8的温度为270℃；预压气缸15的平板8的最低位置要高于压块气缸5的平板8的最低位置，以使半成品块的密度小于成品块的密度。

由于设置了预压气缸15和压块气缸5，这样形成了两次压制，在第一次压制（也就是预压）时，原料在通孔3内被预热，并被预压气缸15压制成半成品块，使得半成品块形成较为稳定的结构；在第二次压制时，压块气缸5除了继续对原料进行加热及压制，还利用平板8底面的柱体9在半成品块上形成通孔3，并将成品块的密度进一步加大，使其结构更加稳定。两次压制时均进行加热，这样就可以逐渐升高原料的温度，无需将压块气缸5的平板8设置过高的温度，从而避免原料焦化，因此保证了生物质燃料块成品的质量。如果采用一次压制及加热的话，就可能会出现原料受热不均（上部过热而下部过冷）、成品结构不稳定的情形，还可能会因为要保证原料加热完全而导致转盘1转动的节拍过慢，影响生产效率。另外，由于储料仓17的加热部件能够对储料仓17内的原料进行预热，所以可以显著缩短利用压块气缸5及预压气缸15的平板8对原料加热的时间，从而提高生产节拍。