牛糞壓制生物質燃料塊試驗

孔偉 盧旺銀 劉光武 曹振卿 馮世武

（1，甘肅省家畜繁育改良管理站 733000；2，甘肅省治沙研究所 730070）

規模化畜禽養殖業的快速發展在為我國廣大農村帶來經濟利益的同時也帶來了嚴重的環境污染問題。據測定，一頭牛每天產生的牛糞是其體重的5%～6%，即一頭450kg的牛平均每天可排泄25kg左右的糞便，一年就有約9000kg[1]。據統計我國年畜禽糞便產生量約為25億t，是工業固體廢棄物產生量的2～3倍。畜禽糞便的COD排放量約1萬t，遠遠超過工業廢水與生活廢水COD排放量的總和，牛糞便對自然環境造成嚴重的危害,主要體現在對大氣、水域、土壤三方面的污染[2]，已經成為中國農村污染的主要來源。

1 生物質燃料特點

牛糞作為一種生物質能源，其主要元素為C、H、O、N、S、P等，其物質組成主要為纖維素、淀粉、脂肪和蛋白質等，含有許多可被利用的成分，但目前還沒有被充分開發利用，我們完全可以從生物質燃燒利用的角度來處理牛糞。生物質能源化利用過程中除了具有低SO2、NOX和灰塵排放的特性外，其對環境的最大貢獻在于具有CO2零排放的特點[3]，NO2排放量僅為燃煤的1/5。開發利用牛糞為原料的生物質燃料不僅能緩解能源危機，減輕環境污染，節約能源，促進秸稈等粗飼料利用，降低牛場養殖成本，增加養殖效益。

1.1 試驗材料

牛糞取自甘肅佳源畜牧生物科技有限責任公司牛場,牛糞自然風干，過40目篩，去除不利于壓制的雜物。

1.2 試驗設計

將牛糞過篩，挑出雜物和不適宜壓制的物料。對壓制的糞塊進行燃料物檢測分析。

（1）將牛糞壓制成蜂窩狀，按照國家 《民用蜂窩煤標準》(GB/T13593-92)中的有關規定，壓制成型蜂窩狀燃料塊直徑140mm，高度80mm，孔數18個，孔徑16mm屬合格。

（2）將牛糞用環模式壓塊機壓制成4cm×4cm的方塊，原料含水率＜25%范圍內，經上料輸送機將物料送入進料口，通過主軸轉動，帶動壓輥轉動，并經過壓輥的自轉，物料被強制從模型孔中，按模塊形狀經130℃擠壓，并從出料口落下，回涼后（含水率不超過14%），裝袋存儲。

經實驗室檢測牛糞中主要成分見表1。

表1 牛糞中主要成份值 （單位：%）

牛糞壓塊檢測主要數值見表2。

表2 牛糞壓塊分析測得值

2 牛糞燃料化的方法

2.1 直接燃燒

通過直接燃燒生物質而獲得熱能是目前生物質能利用的最主要方式。在牧區和中小規模養牛場，牧民們收集晾干的牛糞作燃料直接燃燒，用來取暖燒飯和低溫季節加熱牛飲水，這是糞便直接作能源的最簡單方法，但利用不夠充分，且易造成二次空氣污染，該方法燃燒利用效率低，為5%～15%，使得生物質燃料被認為是 “貧窮燃料”。

2.2 固化成型

由于牛糞具有能量密度小的特點，將疏散的、低熱值的牛糞加工成固態生物質燃料，其中的木質素屬于非晶體，沒有熔點，但有軟化點，當溫度達70～110℃時黏合力開始增加，此時施以壓力，則其與纖維素緊密黏接，并與相鄰顆粒互相膠接，冷卻后即可固化成型[4]。成型后體積縮小為1/6～1/8，熱性能優于木材，與中質混煤相當，易點火，灰燼少，便于存儲運輸。

將牛糞壓制成型根據市場需求，定制模板壓制成，直徑1.5～2.0cm的圓柱狀壓塊，和4cm×4cm的方塊狀壓塊，經高溫壓制成型，提高生物質的比重，延長燃燒時間。

2.3 牛糞蜂窩塊壓制方法

牛糞過篩留粉末加水調制成，含水量35%～45%，使用沖壓式蜂窩煤成型機，壓制成型蜂窩狀燃料塊直徑140mm，高度80mm，孔數18個，孔徑16mm，每次壓制3塊，每分鐘壓制45塊， 抗壓力60～90kg。

3 小結

（1）牛糞生物質壓塊燃料利用技術簡單，相比氣化和液化較壓塊后燃燒技術投資小，技術含量低，壓縮固化后直接燃燒是目前發展較成熟的一種轉化技術。制成牛糞生物質燃料，可降低硫的排放量、減少大氣污染、節約能源物質，對解決牛糞堆積帶來的環境問題有重大意義[5]。牛糞兩種固化成型，在燃料物檢測無差異，方塊狀耐燃時間大于圓柱狀壓塊。

（2）牛糞燃料化利用能迅速且大幅度地減少生物質廢棄物的容積；清除有害細菌和病毒，破壞毒性有機物，燃燒后的殘灰可作肥料，在解決農村能源短缺的同時提高廢棄物綜合利用率，有利于降低燃料及生活成本，減少SOx和NOx排放，有利于環境保護。

（3）促進秸稈飼料資源的轉化利用，秸稈類經過飼料處理后喂牛，經過牛反芻將較長的纖維粉碎，消化吸收飼草料營養的同時也將草秸進行粉碎，減少秸稈利用時的粉碎再加工。

（4）利用純牛糞壓制蜂窩狀燃料，壓制成型率為13%，經風干后自動散開，需要添加一定的輔料才能壓制使用。當牛糞利用率超過40%(牛糞、煤渣質量比為4∶6)時，壓縮成品較為松散，抗壓強度不高，在實際推廣應用燃燒效果不好，不利于保存和運輸[6]。

（5）牛糞經高溫壓制其熱值在原有熱值上提高1000kcal左右，燃燒時間大約在2～3h。目前利用純牛糞制作生物質燃料還在試驗和探索之中，大比例利用牛糞制作生物質燃料及其配置方法，使其達到廢物利用成為環保清潔能源還需大量試驗工作。