一種用於預處理農作物秸稈的方法及其裝置與流程
2023-07-25 13:57:16
本發明涉及一種環保處理領域，特別涉及一種用於預處理農作物秸稈的方法及其裝置。
背景技術：
pm2.5是指大氣中直徑小於或等於2.5微米的顆粒物，過小的粒徑使其能較長時間懸浮於空氣中，而因其內富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，即使pm2.5隻是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣品質和能見度等有重要的影響，對人體健康和大氣環境質量的影響更大；pm2.5的來源包括：化石燃料（煤、油、氣等）飛灰、機動車尾氣塵、工業粉塵和生物質燃燒飛灰、道路揚塵等，而農作物秸稈的焚燒，直接排放一次顆粒物，秸稈焚燒散發的煙氣中含有的『有機氣溶膠』也可形成pm2.5，以稻殼為例：由於稻殼堆密度小,運輸、貯存不便；外殼堅硬,難以被土壤消化；營養價值低，不適合作飼料；因此被視為廢棄物，大部分被直接焚燒，汙染環境，甚至能引發火災，而未焚燒秸稈亂堆亂放，丟棄在田頭、路邊、溝渠裡，阻塞水系，導致水汙染；以中國為例，在2015年對年產秸稈進行統計為9億多噸，每年有將近3億多噸的秸稈被浪費，使農業成為中國最大面源汙染產業；
農作物秸稈由纖維素、木質素和半纖維素三大組分組成，其中，木質素是複雜的、非晶性、三維網狀化合物，被認為是工業上唯一能從可再生資源中獲取的芳香族化合物；秸稈中稻殼的主要成分是半纖維素、纖維素、木質素、sio2等,因而又是一種巨大的可再生資源，秸稈煉製轉化為生物基燃料、生物基材料、飼料和肥料等是解決能源、環境問題的重要途徑，隨著世界經濟的發展化石燃料的消耗與日俱增，而且化石燃料的價格高昂影響各國經濟的發展，在未來幾十年內世界能源消耗還將持續增長，可再生能源將逐步佔據較大的比例，故對秸稈進行焚燒不止是對空氣的汙染，更是對世界上豐富的可再生資源的浪費；
現有的鍘切裝置多為雙餵料輥軸結構，在對秸稈進行壓實的作業中，可能會出現「漏壓」現象，使未經壓實的秸稈直接進入鍘切裝置，造成鍘切裝置的作業效率和作業時間的延長，現有的鍘切總成中易出現刀刃磨損不勻，切割質量不高，草段易出現斜搓，造成機器工作不穩定，影響作業的整體效率。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種易於農作物秸稈粉碎，提高其吸水性，可有效避免焚燒秸稈亂堆亂放的現象，避免焚燒秸稈對空氣的汙染，同時有效的發展世界上的可再生資源的用於預處理農作物秸稈的方法及其裝置。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是：
一種用於預處理農作物秸稈的方法，包括以下步驟：
a、通過農作物秸稈鍘切裝置對待處理的農作物秸稈進行鍘切，將其鍘切成長度為10～19cm的小段備用；
b、對步驟a中鍘切後的農作物秸稈進行浸潤處理，即將鍘切長度為10～19cm的小段農作物秸稈放入水槽，以1:1的比例在水槽內加入水，浸潤24小時以上；
c、將步驟b中浸潤處理後的農作物秸稈放入汽爆罐中，向汽爆罐中通入飽和熱蒸汽，分別升壓到0.6mpa、1.0mpa和1.5mpa，保壓時間為3分鐘，3分鐘後即可洩壓得到汽爆秸稈；以1∶10的固液比向汽爆秸稈中加入60℃的水，除去汽爆秸稈表面可溶物；
d、將步驟c中水洗後的汽爆秸稈放入風乾室通過室溫自然風乾；將風乾後的汽爆秸稈放入粉碎機進行粉碎，過30～40目篩後存放至儲存罐中。
進一步地，所述儲存罐內的汽爆秸稈和麥麩以1:1的比例進行混合攪拌即得蘑菇的培養基。
一種用於預處理農作物秸稈的方法的預處理農作物秸稈的裝置，包括農作物秸稈鍘切裝置、水槽、汽爆罐、風乾室、粉碎機和儲存罐；
所述農作物秸稈鍘切裝置，用於對待處理的農作物秸稈進行鍘切；所述農作物秸稈鍘切裝置包括機架、用於農作物秸稈鍘切裝置作業的傳動系統、餵料室和鍘切裝置；所述餵料室位於機架的左側，餵料室包括進料鬥、壓實板和一組餵料輥軸，所述進料鬥呈「u」形，進料鬥的上平面橫向傾斜布設有兩個以上的壓實板，所述壓實板的後端面和進料鬥的上平面之間的內夾角小於90°，餵料輥軸位於進料鬥的下部，餵料輥軸的軸端均位於餵料室的外端，餵料輥軸的軸端分別布設有齒輪，餵料室的入口對應鍘切裝置的進口；所述鍘切裝置位於機架的中部，鍘切裝置包括鍘切器總成、一組定刀和下料滑板，所述定刀固定在餵料室出口的中下部；所述鍘切器總成包括鍘切器滾筒、鍘切軸和動刀，所述鍘切器滾筒內橫向布設有鍘切軸，所述鍘切軸上沿周向傾斜可拆卸分布有動刀，所述動刀的刃角大於35°，動刀的切割前角小於90°，鍘切軸的兩軸端位於鍘切器滾筒的外部，鍘切軸的其中一軸端布設有皮帶輪，鍘切軸上另一端布設有輸出齒輪，所述鍘切器滾筒的側邊開設有出口，所述出口處布設有下料滑板，所述下料滑板對應水槽；所述傳動系統包括固定至機架下部的電機，以及位於電機軸上的主動皮帶輪，所述電機軸上的主動皮帶輪通過皮帶連接鍘切軸上其中一端的皮帶輪，所述鍘切軸上另一端的輸出齒輪通過鏈條連接餵料輥軸上的齒輪；
水槽，用於對鍘切後的農作物秸稈進行浸潤處理；
汽爆罐，用於對浸潤處理後的農作物秸稈進行汽爆，得到汽爆秸稈；
風乾室，用於對汽爆秸稈進行風乾處理；
粉碎機，用於對風乾處理後的農作物秸稈進行粉碎；
儲存罐，對粉碎後的秸稈進行存放。
進一步地，每組所述餵料輥軸為四個，其中一個為主動餵料輥軸，剩餘三個為被動餵料輥軸，四個餵料輥軸呈平行四邊形分布，上下相對應的三個餵料輥軸呈等邊三角形分布；所述主動餵料輥軸上的同一側軸端分別布設有外側齒輪和內側齒輪，所述外側齒輪連接鍘切軸上的輸出齒輪，所述內側齒輪連接同一側的被動餵料輥軸上的齒輪，同一側剩餘的齒輪通過鏈條兩兩相互傳動連接，主動餵料輥軸和被動餵料輥軸上相對軸端的齒輪通過鏈條兩兩相互傳動連接。
進一步地，每組所述定刀為三個，定切的刀刃線位於動刀的迴轉軸線之下。
進一步地，所述可拆卸分布為鍘切軸的軸壁上沿周向焊接有四個以上的動刀固定板，所述動刀固定板上預留有螺紋孔，動刀上預留有固定長孔，將動刀和動刀固定板相貼合，動刀的上平面高於動刀固定板的上平面，通過螺栓依次穿過固定長孔和螺紋孔將動刀固定至動刀固定板上。
進一步地，所述風乾室的下部布設有疏水閥。
本發明是一種用於預處理農作物秸稈的方法及其裝置，其有益效果為：
本發明採用汽爆處理秸稈，可以使秸稈各組分相對含量發生顯著變化；汽爆秸稈中半纖維素含量降低，纖維素含量顯著增加，汽爆處理過程中半纖維素的乙醯基的連接非常容易斷裂，在較低溫度下即可解離完全，伴隨半纖維素的降解，以及乙醯基的水解形成乙酸，弱酸環境可以進一步強化汽爆效果，進而使得纖維素結晶區氫鍵受到破壞，木質素結構發生變化，相比於原秸稈，汽爆秸稈中酸溶木質素含量略有減少，這是因為少量酸溶木質素溶解於高溫汽相水中；酸不溶木質素含量則在汽爆後略有增加，主要原因是半纖維素組分的降解，使得全部碳水化合物含量降低，木質素的相對含量有所增加；汽爆處理可以提高秸稈木質素提取率，通過汽爆對秸稈進行預處理方法，將在生物質高質化利用過程中發揮重要作用；
本發明在通過汽爆處理秸稈之前，先通過農作物秸稈鍘切裝置對待處理的農作物秸稈進行鍘切，將秸稈放入進料鬥後，與旋轉的餵料輥軸接觸，被順利帶入鍘切裝置內，無需人工強制填入，既保證了餵入連續可靠，又提高了工作安全性，採用一組餵料輥軸對秸稈進行壓實，四個餵料輥軸呈平行四邊形分布，上下相對應的三個餵料輥軸呈等邊三角形分布，可使秸稈得到充分進行壓實，即使其中兩根餵料輥軸之間出現「漏壓」現象，其餘餵料輥軸也會對秸稈進行壓實，避免秸稈直接進入鍘切裝置內部影響鍘切裝置的作業效率和作業時間；下料滑板的設置可使鍘切過的秸稈過渡運送至水槽內，避免水槽內碰濺出水花；動刀採用可拆卸連接，動刀上預留有固定長孔，使動刀和定刀的刀片間隙易於調整，動刀的切割前角小於90°，使得切割阻力降低，提高切割效率；
本發明可有效避免焚燒秸稈亂堆亂放的現象，避免焚燒秸稈對空氣的汙染，減少pm2.5的發生，同時有效的發展世界上的可再生資源。
附圖說明
圖1是本發明一種用於預處理農作物秸稈的裝置的結構示意圖。
圖2是本發明一種用於預處理農作物秸稈的裝置的餵料室的結構示意圖。
圖3是本發明一種用於預處理農作物秸稈的裝置的傳動系統的結構示意圖。
圖4是本發明一種用於預處理農作物秸稈的裝置的鍘切軸和動刀連接的結構示意圖。
圖5是本發明一種用於預處理農作物秸稈的裝置的定刀位置安裝的結構示意圖。
附圖中標號為：1為機架，2為電機，3為進料鬥，4為鍘切器滾筒，5為下料滑板，6為壓實板，7為水槽，8為汽爆罐，9為風乾室，10為疏水閥，11為粉碎機，12為儲存罐，13為主動餵料輥軸，14為鍘切軸，15為被動餵料輥軸，16為動刀，17為動刀固定板，18為定刀。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明：
實施例一：
如圖1所示，一種用於預處理農作物秸稈的方法，包括以下步驟：
a、通過農作物秸稈鍘切裝置對待處理的農作物秸稈進行鍘切，將其鍘切成長度為10～19cm的小段備用；
b、對步驟a中鍘切後的農作物秸稈進行浸潤處理，即將鍘切長度為10～19cm的小段農作物秸稈放入水槽7，以1:1的比例在水槽7內加入水，浸潤24小時；
c、將步驟b中浸潤處理後的農作物秸稈放入汽爆罐8中，向汽爆罐8中通入飽和熱蒸汽，分別升壓到0.6mpa、1.0mpa和1.5mpa，保壓時間為3分鐘，3分鐘後即可洩壓得到汽爆秸稈；以1∶10的固液比向汽爆秸稈中加入60℃的水，除去汽爆秸稈表面可溶物；
d、將步驟c中水洗後的汽爆秸稈放入風乾室9通過室溫自然風乾；將風乾後的汽爆秸稈放入粉碎機11進行粉碎，過30～40目篩後存放至儲存罐12中；
經粉碎後農作物秸稈易於被土壤消化，可將儲存罐12內粉碎後農作物秸稈還回農田以利於土壤矽循環。
實施例二：
如圖1～圖5所示，一種用於預處理農作物秸稈的裝置，包括農作物秸稈鍘切裝置、水槽7、汽爆罐8、風乾室9、粉碎機11和儲存罐12；
所述農作物秸稈鍘切裝置，用於對待處理的農作物秸稈進行鍘切；所述農作物秸稈鍘切裝置包括機架1、用於農作物秸稈鍘切裝置作業的傳動系統、餵料室和鍘切裝置；所述餵料室位於機架1的左側，餵料室包括進料鬥3、壓實板6和一組餵料輥軸，所述進料鬥3呈「u」形，進料鬥3的上平面橫向傾斜布設有兩個以上的壓實板6，所述壓實板6的後端面和進料鬥3的上平面之間的內夾角小於90°，餵料輥軸位於進料鬥3的下部，每組所述餵料輥軸為四個，其中一個為主動餵料輥軸13，剩餘三個為被動餵料輥軸15，四個餵料輥軸呈平行四邊形分布，上下相對應的三個餵料輥軸呈等邊三角形分布；餵料輥軸的軸端均位於餵料室的外端，餵料輥軸的軸端分別布設有齒輪，餵料室的入口對應鍘切裝置的進口；所述鍘切裝置位於機架1的中部，鍘切裝置包括鍘切器總成、一組定刀18和下料滑板5，每組所述定刀18為三個，所述定刀18固定在餵料室出口的中下部；所述鍘切器總成包括鍘切器滾筒4、鍘切軸14和動刀16，定切18的刀刃線位於動刀16的迴轉軸線之下，鍘切器滾筒4內橫向布設有鍘切軸14，所述鍘切軸14上沿周向傾斜可拆卸分布有動刀16，所述動刀16的刃角大於35°，動刀16的切割前角小於90°，所述可拆卸分布為鍘切軸14的軸壁上沿周向焊接有四個以上的動刀固定板17，所述動刀固定板17上預留有螺紋孔，動刀16上預留有固定長孔，將動刀16和動刀固定板17相貼合，動刀16的上平面高於動刀固定板17的上平面，通過螺栓依次穿過固定長孔和螺紋孔將動刀16固定至動刀固定板17上，鍘切軸14的兩軸端位於鍘切器滾筒4的外部，鍘切軸14的其中一軸端布設有皮帶輪，鍘切軸14上另一端布設有輸出齒輪，所述鍘切器滾筒14的側邊開設有出口，所述出口處布設有下料滑板5，所述下料滑板5對應水槽7；所述傳動系統包括固定至機架1下部的電機2，以及位於電機軸上的主動皮帶輪，所述電機軸上的皮帶輪通過皮帶連接鍘切軸14上其中一端的皮帶輪，鍘切軸14上另一端的輸出齒輪通過鏈條連接餵料輥軸上的齒輪；所述主動餵料輥軸13上的同一側軸端分別布設有外側齒輪和內側齒輪，所述外側齒輪連接鍘切軸14上的輸出齒輪，所述內側齒輪連接同一側的被動餵料輥軸15上的齒輪，同一側剩餘的齒輪通過鏈條兩兩相互傳動連接，主動餵料輥軸13和被動餵料輥軸15上相對軸端的齒輪通過鏈條兩兩相互傳動連接；
農作物秸稈鍘切裝置工作時，通過電機2驅動固定在電機軸上的主動皮帶輪，並通過皮帶將動力傳遞給鍘切裝置上鍘切軸14的軸端上的皮帶輪，驅動鍘切裝置中鍘切器總成作高速旋轉，餵料輥軸上的齒輪之間相互動力傳遞，驅動餵料輥軸運轉作旋轉運動，人工將農作物秸稈鋪放在進料鬥3上，繼而推送至餵料室，餵料室內的餵料輥軸對農作物秸稈進行壓緊後送入鍘切裝置中，鍘切裝置中鍘切器總成上的動刀16進一步對秸稈進行切削擠壓，利用動刀16垂直向下的分力切削秸稈、水平向左的分力推送秸稈；在動刀16和定刀18的相互作用下，使秸稈被不斷切碎，隨著鍘切器滾筒4的轉動，動刀16刀片將秸稈切斷並沿鍘切器滾筒4圓弧方向推送，切碎後的秸稈碎段被動刀16拋送，經下料滑板5送入至水槽7內，通過水槽7對鍘切後的農作物秸稈進行浸潤處理；將浸潤處理後的農作物秸稈放入汽爆罐8進行汽爆，得到汽爆秸稈；在風乾室9內對汽爆秸稈進行室溫風乾處理；風乾室9的下部布設有疏水閥10，可將風乾室9內的水分排出，通過粉碎機11對室溫風乾處理後的汽爆秸稈進行粉碎，粉碎後的秸稈放入儲存罐12進行存放。
實施例三：
如圖1～圖5所示，一種用於預處理農作物秸稈的方法及其裝置，一種用於預處理農作物秸稈的方法：
a、通過農作物秸稈鍘切裝置對待處理的農作物秸稈進行鍘切，將其鍘切成長度為10～19cm的小段備用；
b、對步驟a中鍘切後的農作物秸稈進行浸潤處理，即將鍘切長度為10～19cm的小段農作物秸稈放入水槽7，以1:1的比例在水槽7內加入水，浸潤24小時；
c、將步驟b中浸潤處理後的農作物秸稈放入汽爆罐8中，向汽爆罐8中通入飽和熱蒸汽，分別升壓到0.6mpa、1.0mpa和1.5mpa，保壓時間為3分鐘，3分鐘後即可洩壓得到汽爆秸稈；以1∶10的固液比向汽爆秸稈中加入60℃的水，除去汽爆秸稈表面可溶物；
d、將步驟c中水洗後的汽爆秸稈放入風乾室9通過室溫自然風乾；將風乾後的汽爆秸稈放入粉碎機11進行粉碎，過30～40目篩後存放至儲存罐12中；
e、取出儲存罐12內5kg的汽爆秸稈，將汽爆秸稈和麥麩以1:1的比例進行混合攪拌即得蘑菇的培養基。
一種用於預處理農作物秸稈的裝置，包括農作物秸稈鍘切裝置、水槽7、汽爆罐8、風乾室9、粉碎機11和儲存罐12；
所述農作物秸稈鍘切裝置，用於對待處理的農作物秸稈進行鍘切；所述農作物秸稈鍘切裝置包括機架1、用於農作物秸稈鍘切裝置作業的傳動系統、餵料室和鍘切裝置；所述餵料室位於機架1的左側，餵料室包括進料鬥3、壓實板6和一組餵料輥軸，所述進料鬥3呈「u」形，進料鬥3的上平面橫向傾斜布設有兩個以上的壓實板6，所述壓實板6的後端面和進料鬥3的上平面之間的內夾角小於90°，餵料輥軸位於進料鬥3的下部，每組所述餵料輥軸為四個，其中一個為主動餵料輥軸13，剩餘三個為被動餵料輥軸15，四個餵料輥軸呈平行四邊形分布，上下相對應的三個餵料輥軸呈等邊三角形分布；餵料輥軸的軸端均位於餵料室的外端，餵料輥軸的軸端分別布設有齒輪，餵料室的入口對應鍘切裝置的進口；所述鍘切裝置位於機架1的中部，鍘切裝置包括鍘切器總成、一組定刀18和下料滑板5，每組所述定刀18為三個，所述定刀18固定在餵料室出口的中下部；所述鍘切器總成包括鍘切器滾筒4、鍘切軸14和動刀16，定切18的刀刃線位於動刀16的迴轉軸線之下，鍘切器滾筒4內橫向布設有鍘切軸14，所述鍘切軸14上沿周向傾斜可拆卸分布有動刀16，所述動刀16的刃角大於35°，動刀16的切割前角小於90°，所述可拆卸分布為鍘切軸14的軸壁上沿周向焊接有四個以上的動刀固定板17，所述動刀固定板17上預留有螺紋孔，動刀16上預留有固定長孔，將動刀16和動刀固定板17相貼合，動刀16的上平面高於動刀固定板17的上平面，通過螺栓依次穿過固定長孔和螺紋孔將動刀16固定至動刀固定板17上，鍘切軸14的兩軸端位於鍘切器滾筒4的外部，鍘切軸14的其中一軸端布設有皮帶輪，鍘切軸14上另一端布設有輸出齒輪，所述鍘切器滾筒14的側邊開設有出口，所述出口處布設有下料滑板5，所述下料滑板5對應水槽7；所述傳動系統包括固定至機架1下部的電機2，以及位於電機軸上的主動皮帶輪，所述電機軸上的皮帶輪通過皮帶連接鍘切軸14上其中一端的皮帶輪，鍘切軸14上另一端的輸出齒輪通過鏈條連接餵料輥軸上的齒輪；所述主動餵料輥軸13上的同一側軸端分別布設有外側齒輪和內側齒輪，所述外側齒輪連接鍘切軸14上的輸出齒輪，所述內側齒輪連接同一側的被動餵料輥軸15上的齒輪，同一側剩餘的齒輪通過鏈條兩兩相互傳動連接，主動餵料輥軸13和被動餵料輥軸15上相對軸端的齒輪通過鏈條兩兩相互傳動連接；
農作物秸稈鍘切裝置工作時，通過電機2驅動固定在電機軸上的主動皮帶輪，並通過皮帶將動力傳遞給鍘切裝置上鍘切軸14的軸端上的皮帶輪，驅動鍘切裝置中鍘切器總成作高速旋轉，餵料輥軸上的齒輪之間相互動力傳遞，驅動餵料輥軸運轉作旋轉運動，人工將農作物秸稈鋪放在進料鬥3上，繼而推送至餵料室，餵料室內的餵料輥軸對農作物秸稈進行壓緊後送入鍘切裝置中，鍘切裝置中鍘切器總成上的動刀16進一步對秸稈進行切削擠壓，利用動刀16垂直向下的分力切削秸稈、水平向左的分力推送秸稈；在動刀16和定刀18的相互作用下，使秸稈被不斷切碎，隨著鍘切器滾筒4的轉動，動刀16刀片將秸稈切斷並沿鍘切器滾筒4圓弧方向推送，切碎後的秸稈碎段被動刀16拋送，經下料滑板5送入至水槽7內，通過水槽7對鍘切後的農作物秸稈進行浸潤處理；將浸潤處理後的農作物秸稈放入汽爆罐8進行汽爆，得到汽爆秸稈；在風乾室9內對汽爆秸稈進行室溫風乾處理；風乾室9的下部布設有疏水閥10，可將風乾室9內的水分排出，通過粉碎機11對室溫風乾處理後的汽爆秸稈進行粉碎，粉碎後的秸稈放入儲存罐12進行存放。
以上所述之實施例，只是本發明的較佳實施例而已，並非限制本發明實施範圍，故凡依本發明專利範圍所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均應包括於本發明申請專利範圍內。