本发明涉及高分子材料加工技术领域，具体涉及一种热电联供的可移动式开炼机。
背景技术：
开炼机即开放式炼塑机的简称，是制备塑炼胶、混炼胶或进行热炼、出型的一种辊筒外露的炼胶机械设备。其工作时，两个相对设置的中空辊筒或钻孔辊筒，各以不同速度相对回转，生胶或胶料随着辊筒的转动被卷入两辊间隙，受强烈剪切作用而达到塑炼或混炼的目的。现有技术中，给辊筒加热的方式主要有两种，一种是采用电加热器（主要是电阻丝加热器）直接对辊筒加热，另一种则是向辊筒内通入导热油或者水蒸气，导热油和水蒸气则通过电加热产生。上述两种加热方式存在的弊端是：（1）直接电加热器加热，其完全依靠外接电源，功率大、电能消耗大，成本高，而且电阻丝加热达到预定温度耗时较长、效率低、辊筒受热不均匀，再者，电阻丝易损坏、使用寿命短；（2）采用导热油或蒸气的加热方式，其一是需要先加热导热油或者加热产生水蒸气，这部分会产生额外的能耗，其二是单纯依靠热能调节辊筒温度难以实现温度的精确控制。此外，按照固有的设计，目前开炼机的传动装置及其他需要用电的装置，只能完全依靠外接电源，这些造成整台设备的电能消耗非常大，并不能实现真正意义上的节能和环保，特别是由于外接电源必须在固定场地使用，因此，现有的开炼机的可移动便捷性大大受限。
随着新能源技术的发展，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别在的电解水制氢工艺。中国发明专利201310340475.0（申请人：上海合既得动氢机器有限公司）公开了一种甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气在重整器的重整室内，在350-570℃温度下、1-5mpa的压力条件下，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：(1)ch3oh→co+2h2；(2)h2o+co→co2+h2；(3)ch3oh+h2o→co2+3h2，重整反应生成的h2和co2，再经过分离室的钯膜分离器将h2和co2分离，得到高纯氢气。中国发明申请201410622203.4（申请人：上海合既得动氢机器有限公司），公开了一种基于甲醇水制氢系统的发电机及其发电方法，该发电机采用燃料电池作为发电设备，上述甲醇水制氢系统得到的高纯氢气输送至该燃料电池，氢气与空气中的氧气发生电化学反应从而产生电能。在上述甲醇水制氢及发电系统中，甲醇与水蒸气的重整制氢反应的过程中，由于重整器内需要维持350-570℃温度，甲醇水重整反应生成的h2和co2，经过钯膜分离器分离出氢气后，剩下的co2以及未反应的水汽从系统中排出，这些排出的余气具有非常高的热量，其温度通常在300-600℃之间，如果直接排放出去，将严重浪费了大量的热能，使甲醇水原料利用率较低。
因此，如何利用甲醇水制氢发电技术的特点，并将其应用到传统的开炼机以实现对传统开炼机在高能耗、完全依赖外接电源、使用受场地限制等方面的改进，将是突破固有思维的新的研究方向。
技术实现要素：
针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种热电联供的可移动式开炼机，其利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的热能和电能实现了开炼机智能化的热电联控，而且节能环保，不依赖传统外接电源，成为便捷可移动式设备。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
提供热电联供的可移动式开炼机，包括机座、固定于所述机座的相对设置的两个辊筒、辊距调节装置、用于驱动两个辊筒的主电机、设置于辊筒上方的用于进料的导料轴、以及设置于辊筒下方的送料轴，还包括甲醇水制氢发电系统，所述甲醇水制氢发电系统包括甲醇水储存容器、输送泵、重整器、燃料电池和控制装置，所述重整器包括重整室、分离室以及为重整室加热的电加热器，甲醇水原料经输送泵输送至重整器，甲醇和水在重整器内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体，该混合气体经分离室分离出氢气和高温余气，该氢气输送至燃料电池产生电能，一部分电能为甲醇水制氢发电系统的输送泵和电加热器供电，一部分电能为开炼机的用电设备供电；
所述控制装置包括控制主板、供电装置及电力输出端口，所述控制主板控制甲醇水制氢发电系统工作，所述供电装置为甲醇水重整制氢发电系统启动过程中自身供电，所述电力输出端口用于向外输出电力；所述电力输出端分别与所述主电机、所述辊距调节装置、所述导料轴和所述送料轴电连接；
每个所述辊筒设置有用于调节辊筒温度的高温气体回路和制冷回路，其中：所述高温气体回路中设置有高温气体收集装置，所述高温气体收集装置中的高温气体来自所述分离室分离出的高温余气，所述高温余气的温度为300~600℃；所述高温气体回路和所述制冷回路上均设置有流量控制阀，所述流量控制阀与所述控制装置电连接；所述制冷回路上设置有冷却装置。
其中，所述开炼机还包括热交换器，所述制冷回路通过所述热交换器将热量传递到所述高温气体回路。
其中，所述高温气体回路和所述制冷回路上均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制装置电连接。
其中，所述分离室与所述高温气体收集装置之间的连接管路上设置有换向阀，在开炼机炼胶过程中，分离室分离出的高温余气经换向阀进入高温气体收集装置；在开炼机冷却过程中，分离室分离出的高温余气经换向阀排向外界。
其中，所述辊筒设置有电加热装置，所述电加热装置与所述电力输出端电连接。
其中，所述电加热装置包括电加热膜，所述电加热膜设置于所述辊筒的内壁。
其中，所述辊筒设置有温度检测装置，所述温度检测装置与所述控制装置电连接。
其中，所述辊距调节装置包括液压油缸、液压油路、液压马达和压力传感器，所述液压油缸与所述辊筒的轴承端连接，所述液压马达与所述电力输出端电连接，所述液压油路设置有换向电磁阀，所述换向电磁阀和所述压力传感器分别与所述控制装置电连接。
其中，所述供电装置为可充电电池。
其中，所述甲醇水储存容器和所述重整器之间输送管路上设置有换热器，低温的甲醇和水原料与分离室分离出的高温氢气进行热交换。
本发明的有益效果：
与现有技术的开炼机相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明的热电联供的可移动式开炼机，一方面利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的300~600℃的高温余气经高温气体收集装置收集后作为高温热源，通过高温气体回路为辊筒加热提供炼胶所需的温度，高温余气经高温气体回路的循环而形成热量均匀稳定的热源，从而快速给辊筒加热且受热均匀；另一方面，在甲醇水重整制氢启动过程中，不需要外接电源供电，通过自身的供电装置即可为系统自身供电，等燃料电池工作产生电能后，再为自身系统供电以及为开炼机的所有用电设备供电，由此完全改变了传统开炼机依靠外接电源的供电方式，实现了不受限制的在任何场地使用，使开炼机成为便捷可移动式设备。因此，本发明突破了固有思维，充分利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的热能和电能，并将其与传统开炼机相结合，根据不同待加工材料的工艺，将炼胶时每个辊筒所需加热的温度、主电机等用电设备的功率以及甲醇水重整制氢发电系统中所需的甲醇用量、产生的热能和电能经能量恒算，从而通过开炼机的全智能化的热电联控以实现能源的高效利用，从而提供了一种全新的节能、可移动式的创新思路，其具有广阔的产业化应用前景；
（2）由于甲醇水重装制氢过程中产生高温余气的温度高达300~600℃，这部分的热能完全满足开炼机辊筒所需的温度（一般为100~180℃），这样不仅充分利用了甲醇水重整制氢及发电过程中产生的余热，提高甲醇水原料的利用率，而且不再需要传统开炼机的电加热装置或者是额外电加热导热油或水蒸汽，由此大大降低了整台设备的电能能耗，节能减排效果显著；
（3）本发明的甲醇水重整制氢发电系统输出的电能为直流电，因此开炼机设备中使用的电机均可采用直流电机，其相比交流电机不需要大功率启动，无功率损耗；
（4）本发明在节能和环保上具有重大突破，一方面，本发明的原料为甲醇和水的混合液，原料成本低廉（1kg甲醇的成本约为2元），排放的水及少量二氧化碳对环境无污染；另一方面从能耗成本上看，目前工业用电的成本是1度电约为1元，1度电所需的热量相当于860kcal；然而本发明的甲醇水制氢发电系统，1kg甲醇的发电量约为2度电，即所需的热量为2*860kcal=1720kcal，而甲醇产生的热量相当于5kcal，还剩余3380kcal的热量，也就是说，本发明的甲醇水制氢发电过程中除了产生的2度电可以提供给开炼机的用电设备外，还会产生3380kcal的高品质的热能（温度高达300~600℃），这部分热能又能进一步补偿作为辊筒加热所需的热源使用，这样热电联供的方式折算下来，产生1度电的发电成本只需要约0.4元，相比目前的工业用电成本节省了高达一半以上的成本和能耗，这在工业和环保上具有非常重大的意义。
附图说明
图1为本发明的热电联供的可移动式开炼机的结构示意图。
附图标记：
辊筒1、导料轴11、送料轴12、挡胶板13、辊距调节装置2、主电机3、传送带31、机座4；
甲醇水制氢发电系统5、甲醇水储存容器51、输送泵52、重整器53、重整室531、电加热器532、分离室533、燃料电池54、换热器55、控制装置56；
高温气体收集装置6、冷却装置7、换向阀8；
高温气体回路10、制冷回路20、阀门30、热交换器40、第一流量控制阀60、第二流量控制阀70、第三流量控制阀80。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。
热电联供的可移动式开炼机，如图1所示，包括机座4、固定于机座4的相对设置的两个辊筒1、辊距调节装置2、用于驱动两个辊筒1的主电机3、设置于辊筒1上方的用于进料的导料轴11、以及设置于辊筒1下方的送料轴12，导料轴11和送料轴12均与固定于机座4。主电机3通过传送带31驱动两个辊筒1。辊筒1的进料一侧还设置有防止胶料滑落的挡胶板13。开炼机工作时，先根据待加工的胶料调整好两个辊筒1的转速和速比以及辊距，通过导料轴11将胶料送入两个辊筒1进行炼胶，炼胶完成后，制备好的胶料自动落入辊筒1下方的送料轴12被输出。（这部分工作原理与现有技术的开炼机相同）。
本发明的热电联供的可移动式开炼机与现有技术的开炼机的不同之处在于：
热电联供的可移动式开炼机还包括甲醇水制氢发电系统5，甲醇水制氢发电系统5包括甲醇水储存容器51、输送泵52、重整器53、燃料电池54和控制装置56，重整器53包括重整室531、分离室533以及为重整室531加热的电加热器532，该系统制氢和发电的工作原理是：甲醇和水的混合原料经输送泵52输送至重整器53，电加热器532为重整器53提供所需的热量，使甲醇和水在重整室531内在催化剂作用下重整反应，制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体，该混合气体经分离室533分离出氢气和高温余气，其中氢气经过换热器55与低温的甲醇水换热后，甲醇水蒸发气化进入重整器53，高温的氢气经过降温后输送至燃料电池54用于产生电能，一部分电能为甲醇水制氢发电系统5的输送泵52和电加热器532供电，一部分电能为开炼机的所有用电设备（如主电机3以及辊距调节装置2、导料轴11和送料轴12的动力装置）供电。整个系统不断循环地产生氢气、高温余气和输出电能。
具体的，控制装置56包括控制主板、供电装置及电力输出端口，其中：控制主板控制甲醇水制氢发电系统5工作，供电装置可以是可充电电池，在甲醇水重整制氢发电系统的启动过程中，可充电电池为自身供电（主要是为电加热器532供电，以向重整器53内提供重整制氢反应所需的热量），从而快速启动重整器53，使甲醇和水重整反应制氢。电力输出端口用于向外输出电力。在上述甲醇水重整制氢启动过程中，不需要外接电源供电，通过自身的供电装置即可为系统自身供电，等燃料电池54工作产生电能后，再为自身系统供电以及为开炼机的所有用电设备供电，从而完全改变了传统开炼机依靠外接电源的供电方式，能够不受限制在任何场地使用，使开炼机成为便捷可移动式的设备。
具体的，每个辊筒设置有用于调节辊筒温度的高温气体回路10和制冷回路20。其中：高温气体回路中设置有高温气体收集装置6，高温气体收集装置6中的高温气体来自分离室533分离出的高温余气，高温余气的温度为300~600℃。高温余气经高温气体回路10的循环而形成热量均匀稳定的热源，从而快速给辊筒1加热且受热均匀。制冷回路20上设置有冷却装置7。当辊筒1需要冷却时，冷却装置7通过该制冷回路20输送冷却介质以使辊筒1迅速降温。由于高温余气的温度达到300~600℃，这部分高品质热能完全能够满足开炼机辊筒1所需的温度（一般为100~180℃），这样不仅充分利用了甲醇水重整制氢及发电过程中产生的余热，提高甲醇水原料的利用率，而且不再需要传统开炼机的电加热装置或者是额外电加热导热油或水蒸汽，由此大大降低了整机的电能能耗，节能减排效果显著。
本实施例中，每个高温气体回路均设置有第一流量控制阀60，第一流量控制阀60与控制装置56电连接。控制装置56通过第一流量控制阀60调节相应高温气体回路10中高温余气的流量以实现对不同辊筒1加热温度的调节。
本实施例中，热电联供的可移动式开炼机还包括热交换器40，热交换器40设置在高温气体回路10的回流管路上，对于混炼某些塑料或橡胶制品，辊筒所需的温度一般为100~180℃，而高温余气的热量高达300~600℃，为防止辊筒的温度上升过快而超出所需的加热温度，此时可以通过热交换器，使制冷回路20与高温气体回路10进行热交换，以调节辊筒1所需的温度。图1中，通往热交换器40管路上均设置有第二流量控制阀70，用于控制通过热交换器40的高温气体流量，从而调节相应高温气体回路10与制冷回路20之间的热量传递。同时，制冷回路20上设置有可控阀门30，用于控制冷却介质通往热交换器40或辊筒1的路径，当开炼机炼胶过程中，需要通过冷却介质调节高温气体回路10的温度时，则阀门30通向热交换器40方向的路径打开；当开炼机停止加热而进行冷却时，则阀门30通向热交换器40的路径关闭，阀门30通向辊筒1的路径打开，冷却介质对辊筒1进行降温。
每个高温气体回路10和制冷回路20上均设置有温度传感器，温度传感器与控制装置56电连接，制冷回路20上还设置第三流量控制阀80，第三流量控制阀80与控制装置56电连接。辊筒1内设置有温度检测装置，温度检测装置与控制装置56电连接，控制装置56根据各个温度传感器和温度检测装置的反馈信号来控制第一流量控制阀60、第二流量控制阀70和第三流量控制阀80以实现对每个辊筒1的温度调节。
本实施例中，分离室533与高温气体收集装置6之间的连接管路上设置有换向阀8，当开炼机工作时，分离室533分离出的高温余气经换向阀8进入高温气体收集装置6，进而通过高温气体回路10对辊筒1加热；当开炼机停止工作时，分离室533分离出的高温余气经换向阀8排向外界，冷却装置7通过制冷回路20输送冷却介质以使辊筒1迅速降温。
本实施例中，辊距调节装置3包括液压油缸、液压油路、液压马达和用于检测辊筒的横压力的压力传感器，液压油缸与辊筒1的轴承端连接，液压马达与电力输出端电连接，液压油路设置有换向电磁阀，换向电磁阀和压力传感器分别与控制装置56电连接。当压力传感器检测到的横压力超出设定值时,控制装置56发出控制信号，通过换向电磁阀调节两个辊筒1间的辊距，防止高压力损坏辊筒。
以上工作即可实现开炼机智能化的热电联控。此外，开炼机利用甲醇水重整制氢发电过程中产生的余气来调节辊筒1温度虽然实现了节能，但是单纯依靠热能调节温度难以实现精确控制，为此本实施例中，辊筒1还设置有电加热装置，电加热装置与电力输出端电连接，即电加热装置也由燃料电池输出的电能供电，不需要外接电源。具体的，电加热装置采用电加热膜，该电加热膜设置于辊筒1的内壁。电加热膜优选碳化硅材质的电加热膜，由于电加热膜具有耐高温、节能、传热速度快的优点，便于精确控制温度。例如，开炼机辊筒1所需的温度为120度，工作时，先利用系统自身产生的热能给辊筒1加热，当辊筒1温度达到90度的基础温度时，再启动电加热膜继续给辊筒1加热进而实现对温度的精确控制。因此，本发明的开炼机对辊筒1温度的控制也能够热电联控，根据待加工材料工艺的要求，可以任意选择辊筒1的温度调控方式和调控的精确度。
与现有技术相比，本发明突破了固有思维，充分利用甲醇水重整制氢发电过程中产生的热能和电能，并将其与传统挤塑机相结合，通过开炼机智能化的热电联控以实现能源的高效利用。为此，本发明提供了一种全新的节能、可移动式的创新思路，其具有广阔的产业化应用前景。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。