[发明专利]生物质成型燃料的成型模具与成型方法

说明书

技术领域

本发明属新能源领域，具体涉及用于制造生物质成型燃料的一种内啮合齿轮式成型模具与成型方法。

技术背景

能源是人类赖以生存的物质基础，是国民经济发展的基本条件。我国是能源消费大国，能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等不可再生的化石能源，而化石能源资源的有限性及其开发利用过程对环境生态造成的巨大压力，严重制约着社会经济的可持续发展。发展可再生能源，是实现自然资源的综合利用与经济社会的可持续发展的重要技术途径。

所谓生物质能(biomass energy)，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能存储在生物质内部的能量，是一种可再生能源，也是唯一一种可再生能源。

所谓生物质成型燃料是将草本或木本生物质物料通过机械物理作用，加工成圆柱形、管形等形状的颗粒燃料。

欧洲率先开发了以木屑为原料的生物质成型燃料的成型技术，以木屑为原料的生物质成型燃料在德国、丹麦、瑞典、意大利等欧洲国家被广泛使用。

在生物质能源的利用方式上，有气态、液态和固态三种，固态的生物质成型燃料是最有市场前景的产业化方向。根据中华人民共和国国家发展和改革委员会2007年9月颁布的《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国生物质成型燃料年利用量将达到5000万吨。

生物质物料干燥后的热值一般在3500kcal/kg到5000kcal/kg之间，其中以竹材为最高。1公斤干燥的竹材与原煤相当，其热值约为5000kcal/kg，相当于0.714公斤原煤(标准煤的热值为7000kcal/kg，每公斤原煤相当于0.7143公斤标准煤)。

活塞式成型机、螺旋式成型机、辊压式成型机是制造生物质成型燃料的主要设备。

与稻壳、秸杆等草本农作物废弃物不同，竹屑、木屑等生物质物料的热值较高，但成型困难，成型模具极易磨损，轴承破裂时有发生，难以连续运行，从而导致维修费用高，能源消耗大，大大提高了竹屑、木屑等生物质成型燃料的制造成本。

对于生物质成型燃料的这些成型机，成型模具与基于该成型模具的成型方法成为生物质成型燃料制造技术中亟待解决的技术问题。

发明专利(发明号：201110274628.7)公开了一种以滚筒作为压辊的成型模具，发明专利(发明号：201110002215.3)公开了一种以齿轮作为压辊的成型模具。在上述发明中，内置成型孔的一对滚筒或一对齿轮构成辊压式成型模具，其基本成型方法是：

粉碎后的生物质物料进入两个滚筒之间的间隙或两个齿轮之间的齿间间隙，因压辊对物料的碾压力，导致物料被碾压从而进入压辊中的成型孔进行成型。

上述辊压式成型模具及成型方法存在3个主要缺点：

1、碾压时用于储存生物质物料的是一对压辊之间的间隙。所述间隙很小，因而每次碾压进入成型孔的生物质物料很少。

2、生物质物料内部存在许多空隙，因而是可压缩的。生物质物料的可压缩性导致大部分碾压力耗散在这些空隙中，作用于生物质物料的碾压力大大减小，碾压时产生的挤压力严重不足，挤压效果差。

3、生物质物料在成型孔内的成型过程中产生了极大的摩擦力。为克服这种摩擦力，需要相当大的轴向挤压力。然而，压辊运转时对物料不能直接产生所述轴向挤压力，成型模具极易磨损，轴承破裂时有发生，能源消耗大，难以连续运行。

发明内容

基于齿轮传动时产生顶切的原理，本发明提出一种生物质成型燃料的成型模具和成型方法，用于制造生物质成型燃料。

本发明的技术方案如下。

一种生物质成型燃料的成型模具，包括由相互内啮合的第一齿轮和第二齿轮构成的一对内啮合齿轮式压辊；所述第一齿轮的每个轮齿沿轴向设置若干成型孔，所述成型孔用于生物质物料的成型；所述第二齿轮与第一齿轮内啮合并对第一齿轮产生顶切，所述第一齿轮为顶切齿轮，所述顶切齿轮的齿顶部为顶切齿廓，所述顶切齿廓是齿顶部顶切部分标准齿廓后形成的齿廓，从而在每个轮齿的顶部两侧分别形成一个用于存储生物质物料的顶切区。

所述第一齿轮和第二齿轮为渐开线齿轮，所述第二齿轮的齿数为8～12个。

所述第一齿轮的齿根部的标准齿廓与齿顶部的顶切齿廓由一段光滑的过渡曲线连接。

所述第一齿轮的每个齿槽根部沿轴向也设置有成型孔。

所述成型孔包括挤压区和固化区；所述挤压区为普通锥孔，所述固化区的压缩比为4.5～6。

所述挤压区为流线形锥孔。

一种生物质成型燃料的成型方法，包括下述步骤：

步骤(1)、生物质物料从进料口进入生物质成型燃料的成型模具；