CN113209910A - 一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具及其成型方法，包括底座、竖直设置在底座上的圆筒状成型腔体、与成型腔体的内部沿竖向滑动配合的压杆，所述压杆的外侧套设有圆筒状的压缩腔体，压杆与压缩腔体也沿竖向滑动配合，所述压缩腔体与成型腔体相连通，压缩腔体的外侧设置有加热模块。工作时，压杆与成型腔体及压缩腔体分离，甘蔗渣从压缩腔体的上端放入，之后压杆伸入压缩腔体，将甘蔗渣压入到成型腔体内，并在成型腔体内持续压缩、保压一段时间，得到甘蔗渣颗粒。本发明设计合理，制备的甘蔗渣颗粒燃料外表光滑、密度较高、成型能耗较低，同时抗压强度较高，在储存和运输过程中不易破碎和松散。

Description

一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具及其成型方法
技术领域：
本发明涉及一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具及其成型方法。
背景技术：
生物质能源是一种高效清洁的可再生能源，是解决我国能源危机和环境污染最有效的途径之一。我国糖料作物资源丰富，其中甘蔗每年的产量大约为7000多万吨，占糖料作物产量的92%。糖厂使用甘蔗制糖后每年会产生大约2000万吨的废弃甘蔗渣。榨汁后的甘蔗渣含水率较高，粒径较大，堆积密度小，易发霉且燃烧性差，种种原因限制了甘蔗渣的资源化利用。
生物质致密成型是实现其能源化利用的重要手段，采用机械加压和加热的方法，将松散的农业废弃物压缩成一定形状的颗粒燃料，成型后的燃料硬度较高，外形规则，便于存储和运输。中国专利文献“一种甘蔗渣燃料及其制备方法(专利号：CN107892967A)”公开了一种甘蔗渣燃料及其制备方法，该方法将甘蔗渣经过酸预处理，和氯化锌进行球磨改性，纤维素酶水解，最后加入地沟油和疏松剂高速分散20-30 min，最后采用机械加压的方法得到甘蔗渣燃料。每吨甘蔗渣燃料燃烧相当于0.6 t标准煤，但其成型过程较为复杂，不适合规模化利用，物理性能有待提高。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具及其成型方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，包括底座、竖直设置在底座上的成型腔体、与成型腔体的内部沿竖向滑动配合的压杆，所述压杆的外侧套设有压缩腔体，所述压缩腔体与成型腔体相连通，压缩腔体的外侧设置有加热模块。
进一步的，所述压缩腔体的内部包括从上往下呈阶梯状分布的落料孔和配合孔，所述落料孔的直径与成型腔体的内径相同且均小于配合孔的直径；所述成型腔体的上端插设在配合孔内。
进一步的，所述成型腔体包括两个半圆筒体的成型侧板，两块成型侧板拼接组成圆筒状的成型腔体。
进一步的，所述成型侧板的外侧壁设有半环形状的支撑凸块，两块成型侧板的支撑凸块拼接组成用于与压缩腔体的底面相抵接的环形支撑凸缘。
进一步的，所述加热模块包括设置在底座上的且套设在成型腔体和压缩腔体外侧的隔热套筒，所述隔热套筒的内侧壁设有沿竖向呈螺旋状分布的加热线圈，所述加热线圈套设在压缩腔体与成型腔体的外侧。
进一步的，所述加热模块还包括设置在底座侧面的加热电极和温度测量元件。
进一步的，所述底座的顶面中部设有环形定位凸缘，所述成型腔体的下端插设在环形定位凸缘内部，所述环形定位凸缘与成型腔体的下端内部间隙配合，环形定位凸缘的顶面与环形支撑凸缘的底面之间具有间隙。
本发明采用的另一种技术方案是：一种甘蔗渣颗粒燃料的成型方法，包含如下步骤：
（1）粉碎：利用粉碎机对甘蔗渣原料进行粉碎处理；
（2）筛分：对粉碎后甘蔗渣原料进行筛分处理，获取特定粒径的甘蔗渣物料；
（3）调制：如筛分后得到的甘蔗渣物料含水率不在指定范围，对甘蔗渣物料进行水分调制处理；
（4）填料：称取特定质量的甘蔗渣物料并将其填入成型模具的成型腔体内；
（5）预热：打开加热模块，设定好指定温度，对成型腔体中的甘蔗渣物料进行预热处理；
（6）压缩：在压杆上施加压力将成型腔体内松散的甘蔗渣物料压缩至指定密度；
（7）保压：甘蔗渣物料压缩至终点时，停止加热并保压一段时间；
（8）取料：打开成型模具，从成型腔体中取出甘蔗渣颗粒；
（9）冷却：取出的甘蔗渣颗粒在自然条件下冷却至室温；
（10）贮藏：将冷却后的甘蔗渣颗粒密封贮藏。
进一步的，经步骤（1）粉碎和步骤（2）筛分处理，获取的甘蔗渣粒径为14-35目；步骤（3）中甘蔗渣物料调制含水率为6%-9%。
进一步的，步骤（5）中加热模块设置温度为140-180 ℃，预热时长为5 min；步骤（6）中施加压力大小为6000-10000 N，压缩后颗粒密度达1.0 g/cm3以上；步骤（7）中保压时间为3-4 min。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
（1）成型模具采用在腔体外壁缠绕螺旋式加热线圈，并在底座设有加热电极，经热传导和热辐射，可对腔体进行全局加热，腔体内物料受热均匀，甘蔗渣压缩成型质量好；
（2）成型模具的成型腔体采用分体式结构，无需额外施加压力即可将成型颗粒从模具中取出；成型腔体与底座间的间隙有利于压缩过程中排气和压缩后两者的顺利分离；
（3）成型过程中甘蔗渣为唯一原料，不使用任何添加剂，工艺简单，能耗低，制得的甘蔗渣颗粒密度大、抗压强度高、燃烧无污染。
附图说明：
图1是本发明实施例的主视剖面构造示意图；
图2是本发明实施例的主视构造示意图；
图3是本发明实施例中成型腔体的主视剖面构造示意图；
图4是本发明实施例中成型腔体的俯视图。
图中：
1-底座；2-成型腔体；3-压杆；4-压缩腔体；5-加热模块；6-落料孔；7-配合孔；8-阶梯状凹槽；9-成型侧板；10-环形支撑凸缘；11-隔热套筒；12-加热线圈；13-安装孔；14-加热电极；15-环形定位凸缘。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～4所示，本发明一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，包括底座1、竖直设置在底座1上的圆筒状成型腔体2、与成型腔体2的内部沿竖向滑动配合的压杆3，所述压杆3的外侧套设有圆筒状的压缩腔体4，压杆3与压缩腔体4也沿竖向滑动配合，所述压缩腔体4与成型腔体2相连通，压缩腔体4的外侧设置有加热模块5。工作时，压杆3与成型腔体2及压缩腔体4分离，甘蔗渣从压缩腔体4的上端放入，之后压杆3伸入压缩腔体4，将甘蔗渣压入到成型腔体2内，并在成型腔体2内持续压缩、保压一段时间，得到甘蔗渣颗粒。
本实施例中，所述压缩腔体4的内部包括从上往下呈阶梯状分布的落料孔6和配合孔7，所述落料孔6的直径与成型腔体2的内径相同且均小于配合孔7的直径，压杆3与落料孔6和成型腔体2均间隙配合；所述成型腔体2的上端插设在配合孔4内，成型腔体的上端与配合孔间隙配合。
本实施例中，所述压杆3上端设有阶梯状凹槽8，便于与压缩设备挂接和压缩时均匀受力。
本实施例中，所述成型腔体2包括两个半圆筒体的成型侧板9，两块成型侧板9拼接组成圆筒状的成型腔体2。所述成型侧板9的外侧壁设有半环形状的支撑凸块，两块成型侧板9的支撑凸块拼接组成用于与压缩腔体4的底面相抵接的环形支撑凸缘10，环形支撑凸缘起到对整个压缩腔体的支撑作用。优选的，成型腔体可由空心阶梯轴沿轴线对半切割开后重新组合而成。
本实施例中，所述加热模块5包括竖直设置在底座1上的且套设在成型腔体2和压缩腔体4外侧的隔热套筒11，所述隔热套筒11的内侧壁设有沿竖向呈螺旋状分布的加热线圈12，所述加热线圈12套设在压缩腔体4与成型腔体2的外侧，利用螺旋状的加热线圈对甘蔗渣进行加热，隔热套筒起到保温和隔热的作用。所述底座1的侧面设置有若干个安装孔13，所述加热模块5还包括安装在安装孔13内的加热电极14和温度测量元件，加热电极用于对底座进行加热，温度测量元件用于检测温度，优选的，温度测量元件可采用热电偶。通过在侧面和底面对整个腔体进行全局加热，使甘蔗渣均匀受热，提高颗粒质量。
本实施例中，所述底座1的顶面中部设有环形定位凸缘15，所述成型腔体2的下端插设在环形定位凸缘15内部，所述环形定位凸缘15与成型腔体2的下端内部间隙配合，环形定位凸缘15的顶面与环形支撑凸缘10的底面之间具有间隙，便于取出成型腔体和压缩过程中蒸汽溢出。
本实施例中，所述成型腔体2的高度高于成型颗粒燃料高度，所述成型腔体内壁光滑，在压缩结束后无甘蔗渣残留，无需清理。
本实施例中，甘蔗渣颗粒燃料的成型方法包含如下步骤：
（1）粉碎：利用锤片式粉碎机对甘蔗渣原料进行粉碎处理；
（2）筛分：对粉碎后甘蔗渣原料进行筛分处理，获取特定粒径的甘蔗渣物料；
（3）调制：如筛分后得到的甘蔗渣物料含水率不在指定范围，对甘蔗渣物料进行水分调制处理；
（4）填料：称取特定质量的甘蔗渣物料并将其填入成型模具的成型腔体内；
（5）预热：打开加热模块，设定好指定温度，对成型腔体中的甘蔗渣物料进行预热处理；
（6）压缩：在压杆上施加压力将成型腔体内松散的甘蔗渣物料压缩至指定密度；
（7）保压：甘蔗渣物料压缩至终点时，停止加热并保压一段时间；
（8）取料：打开成型模具，从成型腔体中取出甘蔗渣颗粒；
（9）冷却：取出的甘蔗渣颗粒在自然条件下冷却至室温；
（10）贮藏：将冷却后的甘蔗渣颗粒密封贮藏。
在该成型方法中，经步骤（1）粉碎和步骤（2）筛分处理，获取的甘蔗渣粒径为14-35目（0.5-1.4 mm）。
在该成型方法中，步骤（3）中甘蔗渣物料调制含水率为6%-9%。
在该成型方法中，步骤（4）填料质量根据腔体尺寸、成型颗粒尺寸和密度综合确定。
在该成型方法中，步骤（5）中加热模块设置温度为140-180 ℃，预热时长为5 min。
在该成型方法中，步骤（6）中施加压力大小为6000-10000 N，压缩后颗粒密度可达1.0 g/cm3以上。
在该成型方法中，步骤（7）中保压时间为3-4 min。
实施例1：一种甘蔗渣颗粒燃料的成型方法，具体步骤如下：经粉碎和筛分，获取粒径为18目（1 mm）的甘蔗渣物料，将甘蔗渣物料含水率调制到9%；为使水分在甘蔗渣物料内部扩散均匀，将甘蔗渣物料在4 ℃下冷藏72 h，然后称取4 g甘蔗渣物料填入成型模具的成型腔体内，打开加热模块，将温度设定为140 ℃，预热5 min，然后施加10000 N压力，压缩到所需高度时，停止加热，保持压力3 min后取出，自然冷却，制得甘蔗渣颗粒燃料。
实施例2：本实施例与实施例1采用的成型模具相同，两个实施例的区别点在于：甘蔗渣筛分粒径为35目（0.5 mm），加热温度设置改为180 ℃，含水率调制改为8%，压力设置改为6500 N。
实施例3：本实施例与实施例1采用的成型模具相同，两个实施例的区别点在于：甘蔗渣筛分粒径为14目（1.4 mm），加热温度设置改为180 ℃，保持压力改为4 min，压力设置改为7700 N。
实施例4：本实施例与实施例1采用的成型模具相同，两个实施例的区别点在于：加热温度设置改为180 ℃，含水率调制改为6%，压力设置改为9000 N。
实施例1-4的甘蔗渣颗粒燃料表面光滑规整，无细小裂纹，密度可达1.2 g/cm3，全水分含量低于5%；成型能耗较低，实施例2中比能耗低至7 J/g。对其进行物理性能测试，结果如下：抗压强度达到2000 N以上，按照煤的发热量测定方法GB/T213-2008，测得实施例1-4制备的甘蔗渣颗粒燃料低位发热量为4017 kcal/kg，每吨甘蔗渣燃料燃烧所产生的热量相当于0.6 t吨标准煤，同时挥发分较高（81.89%），灰分较低（2.41%），N、S含量分别为0.03%和0.02%，完全符合国家生物质燃料标准。
本发明的优点在于：
（1）在成型方法中，以甘蔗渣为唯一原料，不使用任何添加剂，成型工艺方法简便，能耗较低，产品质量较高；
（2）制备的甘蔗渣颗粒燃料外表光滑、密度较高、成型能耗较低，同时抗压强度较高，在储存和运输过程中不易破碎和松散；
（3）成型模具采用在腔体外壁缠绕螺旋式加热线圈，并在底座设有加热电极，经热传导和热辐射，可对腔体进行全局加热，腔体内物料受热均匀，甘蔗渣压缩成型质量好，提高颗粒质量；
（4）成型模具的成型腔体采用分体式结构，无需额外施加压力即可将成型颗粒从模具中取出；成型腔体与底座间的间隙有利于压缩过程中排气和压缩后两者的顺利分离。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
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其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：包括底座、竖直设置在底座上的成型腔体、与成型腔体的内部沿竖向滑动配合的压杆，所述压杆的外侧套设有压缩腔体，所述压缩腔体与成型腔体相连通，压缩腔体的外侧设置有加热模块。
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：所述压缩腔体的内部包括从上往下呈阶梯状分布的落料孔和配合孔，所述落料孔的直径与成型腔体的内径相同且均小于配合孔的直径；所述成型腔体的上端插设在配合孔内。
3.根据权利要求1或2所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：所述成型腔体包括两个半圆筒体的成型侧板，两块成型侧板拼接组成圆筒状的成型腔体。
4.根据权利要求3所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：所述成型侧板的外侧壁设有半环形状的支撑凸块，两块成型侧板的支撑凸块拼接组成用于与压缩腔体的底面相抵接的环形支撑凸缘。
5.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：所述加热模块包括设置在底座上的且套设在成型腔体和压缩腔体外侧的隔热套筒，所述隔热套筒的内侧壁设有沿竖向呈螺旋状分布的加热线圈，所述加热线圈套设在压缩腔体与成型腔体的外侧。
6.根据权利要求5所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：所述加热模块还包括设置在底座侧面的加热电极和温度测量元件。
7.根据权利要求4所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，其特征在于：所述底座的顶面中部设有环形定位凸缘，所述成型腔体的下端插设在环形定位凸缘内部，所述环形定位凸缘的顶面与环形支撑凸缘的底面之间具有间隙。
8.一种甘蔗渣颗粒燃料的成型方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～7中任意一项所述的甘蔗渣颗粒燃料的成型模具，包含如下步骤：
（1）粉碎：利用粉碎机对甘蔗渣原料进行粉碎处理；
（2）筛分：对粉碎后甘蔗渣原料进行筛分处理，获取特定粒径的甘蔗渣物料；
（3）调制：如筛分后得到的甘蔗渣物料含水率不在指定范围，对甘蔗渣物料进行水分调制处理；
（4）填料：称取特定质量的甘蔗渣物料并将其填入成型模具的成型腔体内；
（5）预热：打开加热模块，设定好指定温度，对成型腔体中的甘蔗渣物料进行预热处理；
（6）压缩：在压杆上施加压力将成型腔体内松散的甘蔗渣物料压缩至指定密度；
（7）保压：甘蔗渣物料压缩至终点时，停止加热并保压一段时间；
（8）取料：打开成型模具，从成型腔体中取出甘蔗渣颗粒；
（9）冷却：取出的甘蔗渣颗粒在自然条件下冷却至室温；
（10）贮藏：将冷却后的甘蔗渣颗粒密封贮藏。
9.根据权利要求8所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型方法，其特征在于：经步骤（1）粉碎和步骤（2）筛分处理，获取的甘蔗渣粒径为14-35目；步骤（3）中甘蔗渣物料调制含水率为6%-9%。
10.根据权利要求8所述的一种甘蔗渣颗粒燃料的成型模具的成型方法，其特征在于：步骤（5）中加热模块设置温度为140-180 ℃，预热时长为5 min；步骤（6）中施加压力大小为6000-10000 N，压缩后颗粒密度达1.0 g/cm3以上；步骤（7）中保压时间为3-4 min。
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