一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统，包括斜螺旋脱水机、回料螺旋机和椭圆形蒸煮管，倾斜设置的斜螺旋脱水机上端底部的出料口与回料螺旋机一端的进料口连通，回料螺旋机中间部位的出料口则与双波轮计量机的进料端连通，双波轮计量机的出料端则与带加热装置的预热螺旋机的进料端连通，预热螺旋机的进料端位于预热螺旋机的一端，反馈口与反喷物料接收系统的进料端连通，两个椭圆形蒸煮管总的出料端则通过卸料中间管与弯管喷放装置的进料端连通。本实用新型专利技术的具有运行稳定、物料无堵塞、连续性强、能耗低、效率高等优点；便于实现自动化控制，可大幅提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统
本技术涉及生物质原料加工
，具体说是一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统。
技术介绍
目前，生物质原料生产燃料乙醇的连续蒸煮预处理装置，主要采用的是制浆造纸行业的通用装备横管连续蒸煮器；该技术源自瑞典，20世纪70年代引进我国，至今已有近50年的历史，目前仍然是主流连续蒸煮装置；为形成足够强度的料塞封堵蒸汽，实现连续运行，进入锥形料塞螺旋机前，不仅通过预热螺旋机对物料加热，还要喷入部分热的药液，使物料与化学品反应，部分低分子量木质素等物质降解，物料软化，密度达到140-160kg/m3，进入料塞螺旋机的物料密度、形态特性、滤液成分及性质、挤压脱水特性、在装置中的运行规律都与生物质燃料乙醇预处理方法出现很大差异；其料塞螺旋机，具有锥形的脱水机壳，锥形的变螺距、变叶片外径、变主轴根径的螺旋机主轴，秸秆原料压缩比一般不低于1:3.5，锥形的脱水机壳和锥体螺旋轴，配置动力极高，而且螺旋轴、机壳筛框筛鼓和料塞区管壁磨损严重，使用周期短，更换频繁，既增加了成本，又降低了生产效率；在料塞区后部，连接有一段扩散管，在两者之间设有备用的药液进口管，用于注入药液，使挤干的物料吸收化学品进行体积扩散并增加润滑作用；但增加的扩散管，同样是高紧度料塞，也增加了动力消耗；而且进料量波动时（秸秆物料与水的混合物是非均相介质，计量体积相同的介质内绝干物料的含量是不一致的，而且这种进料量波动还会产生累积效应），很容易在锥形螺旋的最小口径区域形成过干料区，且过干料区域会迅速扩大，使干结物料与料塞螺旋机筛框筛鼓的摩擦力剧增，当这种摩擦力总和大于进料端螺旋叶片的推动力，物料不再前行，设备堵塞，也就是所谓的物料打滑，只能排空整个连续蒸煮器的蒸汽，停机进行清理，即使焊有防滑条，也难以避免，甚至出现设备损毁事故；对制浆造纸是行业来说，料塞区过长，还会加剧纤维内部的错位撕裂，损伤纤维，导致成浆强度下降；所以，起封堵蒸汽作用的是料塞管和扩散管两段的组合区；对生物质处理过程来说，适当增加料塞区紧度和长度，取消扩散管区，增加纤维内部的错位撕裂，特别是损伤结晶区纤维，正是追求的目标；而且紧度增加，水分随之降低，可以节约蒸汽；所以，制浆造纸行业连续蒸煮器的关键设备料塞螺旋机，在生物质原料生产燃料乙醇蒸煮预处理中，是不能使用的；制浆造纸行业蒸煮秸秆物料，经过高温150-175℃、蒸汽压力0.6-0.85Mpa，长时间60-180min，大比例化学品对物料进行蒸煮处理，化学品约占物料的10-18%，并且是在T型进料管上部喷入，从料塞区进入的物料干度40-50%，迅速吸收化学品溶液，使物料含量降至25%左右，并发生化学反应，在高温和初期的高化学品含量状态下，反应进展较快，其中构成植物结构强度的木质素大量溶出，物料结构强度坍塌，疏松软化，具有一定的流动性，在圆筒形蒸煮管内被具有变径螺旋叶片的螺旋机推进前行并搅拌，至中间管完成蒸煮过程，物料纤维浓度只有12-15%，其他物质以溶解物或胶体物形式进入黑液，在卸料器加入稀黑液冷却降温后减压喷入喷放仓；制浆造纸行业横管连续蒸煮器的螺旋叶片是变径变螺距的，叶片直径一段大一段小，并设有偏心叶片对进料进行搅拌，物料填充系数50-75%，管内壁设有防滑条，适合于物料含量25%左右，蒸煮后纤维浓度12-15%，并且分散成纸浆状态、具有良好流动性、介质均相的浆料；生物质原料生产燃料乙醇蒸煮预处理过程，不加或加入少量化学品，处理时间短1-40min，处理蒸汽压力高0.5-3.0Mpa，物料固含量高20-50%，在蒸煮管内完全没有流动性，蒸煮处理过程中，构成植物结构强度的大分子木质素溶出少，物料降解少，虽然有部分半纤维素溶出，但微观结构强度降低不大，大部分物料还是以固态的非均相形式存在；螺旋机变径螺旋叶片直径较小的区段会堆存物料，推进搅拌物料的动力消耗也将急剧增加，很容易出现螺旋叶片与圆形蒸煮管内壁之间夹料，夹料量逐渐累积，夹料区段增加，夹料紧度增强，导致推进螺旋机卡死停机；生物质原料生产燃料乙醇蒸煮预处理，与制浆造纸行业的制浆蒸煮过程有本质区别，物料的物理特性和化学特性也完全不同；所以，制浆造纸行业的连续蒸煮器，在生物质原料生产燃料乙醇蒸煮预处理中，是不能使用的；连续蒸煮器在秸秆原料生物质综合利用领域不能正常使用，导致工业化生产线无法正常运行；目前，国内有限的一条中试生产线使用的高价引进的连续蒸煮装置，包括美国和欧洲在内，全世界建成运行的纤维素乙醇工业化生产线，总共不超过10条，都是采用这种连续蒸煮装置，也都存在上述问题，正常开机率普遍低于40%，秸秆纤维素乙醇工业化推广基本处于停滞状态，严重制约了秸秆原料生物质综合利用产业的发展；还有一种采用汽爆罐间歇处理的方式，物料直接装入罐内，通蒸汽至0.5-3Mpa，时间1-10min，然后迅速开启阀门泄压释放，实现蒸汽爆破，目的是利用蒸汽的热动力从内部撕裂破碎植物细胞结构，提高其比表面积，以提高酶解的可及率；并在高温下使半纤维素降解为戊糖；这种汽爆方式，有以下缺点，一是秸秆物料装入罐内是相对静止的，生物质材料和其内部含有的在加热过程中不能对流的水分，都是热的不良导体，导热性很差，1-10min的短时间加热，并不能使内部的水分和植物体组织加热到均衡的表观温度，仪表显示的仅是物料外部的温度，物料内部由于导热不良，会出现明显的温度梯度差，即表压显示温度压力较高，但是秸秆物料内部温度较低，在减压释放中就不能实现预想的爆破效果；二是干度较高的植物组织结构内部的水分较少，不能产生足够的蒸汽爆破力，植物体的生理通道吸收水分，需要时间完成吸水渗透并实现润涨的过程，而且此过程还有溶出物溶的扩散过程，没有好的润涨，就不能实现好的爆破效果；三是短时间的高压加热，汽爆的物料外观外形尺寸很碎，但并不全是从组织结构内部产生的撕裂破碎，物料的微观比表面积并不增加很多，对酶制剂的可及率帮助不大；四是即使汽爆罐的初始喷爆压力很高，阀门开启时，首先大量蒸汽优先喷出，罐内压力迅速降低，大部分物料是在越来越低的压力状态下连续喷出的，不仅达不到预想的高温喷爆效果，而且物料均一性极差，对大工业化生产来说是无法接受的；五是这种汽爆罐装料密度很难达到100kg/m3，蒸汽消耗很高，装置利用率很低；六是间歇的运行方式，频繁的开启阀门装料，导致工作效率极低、劳动强度极大，无法实现工业化生产；七是频繁的常压开罐装料与迅速升温喷放，使罐体温度频繁剧烈变化，会产生金属疲劳，极易出现安全事故；蒸煮预处理的目的，一是使植物组织结构中，除不能吸水润张的结晶纤维素部分外，其他可以吸水润涨的组织及微孔内，充分吸收水分，增加其结合水和吸附水的量，植物体内的水分在减压释放中，将热能转化为动能，体积急剧膨胀，产生爆破作用，撕裂植物微观组织；二是加热时间要保证导热不良的植物组织内部与外部温度基本一致，使植物体的生理通道吸收水分，完成渗透和溶出物溶的出扩散过程，实现更好的润涨，才能达到预想的爆破效果；三是同样压力差下，压力释放时间越短、单位时间内能量密度越高、爆破效果越好，最好的爆破作用，是频繁、少量、快速的泄压喷放；四是要减少和杜绝高温下发生的热化学反应，防止产生酶解发酵抑制物的产生。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统，其特征在于：包括斜螺旋脱水机、回料螺旋机和椭圆形蒸煮管，倾斜设置的斜螺旋脱水机上端底部的出料口与回料螺旋机一端的进料口连通，回料螺旋机中间部位的出料口则与双波轮计量机的进料端连通，回料螺旋机的另一端则设置有回流口，双波轮计量机的出料端则与带加热装置的预热螺旋机的进料端连通，预热螺旋机的进料端位于预热螺旋机的一端，预热螺旋机的另一端上下分别为反馈口和出料口，反馈口与反喷物料接收系统的进料端连通，预热螺旋机的出料口与料塞螺旋机中间部位顶部的进料端连通，料塞螺旋机一端的出料端则与T型进料管的其中水平一端连通，T型进料管的竖直部位则与两个串联在一起的且带有加热装置的椭圆形蒸煮管总进料端连通，两个椭圆形蒸煮管总的出料端则通过卸料中间管与弯管喷放装置的进料端连通。

【技术特征摘要】
1.一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统，其特征在于：包括斜螺旋脱水机、回料螺旋机和椭圆形蒸煮管，倾斜设置的斜螺旋脱水机上端底部的出料口与回料螺旋机一端的进料口连通，回料螺旋机中间部位的出料口则与双波轮计量机的进料端连通，回料螺旋机的另一端则设置有回流口，双波轮计量机的出料端则与带加热装置的预热螺旋机的进料端连通，预热螺旋机的进料端位于预热螺旋机的一端，预热螺旋机的另一端上下分别为反馈口和出料口，反馈口与反喷物料接收系统的进料端连通，预热螺旋机的出料口与料塞螺旋机中间部位顶部的进料端连通，料塞螺旋机一端的出料端则与T型进料管的其中水平一端连通，T型进料管的竖直部位则与两个串联在一起的且带有加热装置的椭圆形蒸煮管总进料端连通，两个椭圆形蒸煮管总的出料端则通过卸料中间管与弯管喷放装置的进料端连通。2.如权利要求1所述的一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统，其特征在于：斜螺旋脱水机包括设置在斜螺旋脱水机体较低一端上方的脱水机进料口和脱水机进料口下方的漏斗形滤液出口，斜螺旋脱水机体内的螺旋轴上设置有斜螺旋脱水机螺旋叶片，斜螺旋脱水机螺旋叶片的下方斜螺旋脱水机体内支撑有带有筛板的脱水筛框，斜螺旋脱水机体较高的一侧底部则开有脱水机出料口，脱水机出料口上方还设置有观察口，斜螺旋脱水机螺旋叶片在其减速电机的驱动下带动物料斜向上向脱水机出料口运动。3.如权利要求1所述的一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统，其特征在于：回料螺旋机的回料螺旋机体一端开有开口向上的回料进料口，回料螺旋机体中间下方开有回料出料口，回料螺旋机体的另一端底部则为回流口，回料螺旋机的螺旋叶片在减速电机带动下带动物料向回料出料口和回流口方向运动。4.如权利要求1所述的一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系统，其特征在于：双波轮计量机包括倒锥形的缓冲料槽和与缓冲料槽下端连通的双波轮计量机壳体，双波轮计量机壳体内设置有通过减速电机驱动转动的波轮转鼓，每个波轮转鼓的外侧分别支撑有位于波轮转鼓上的弧形挡板，每个波轮转鼓的底部还分别设置有与波轮转鼓相切的波轮转鼓刮刀，缓冲料槽上端开口为计量机进料口，双波轮计量机壳体下端开口则为计量机出料口。5.如权利要求1所述的一种用于秸秆原料综合利用预处理的连续蒸煮系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘同林，杨文斌，刘笑辰，袁同琦，
申请(专利权)人：刘同林，信菲，刘笑辰，包头国士鼎盛投资有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37