秸稈固化成型生產線應用技術研究

王軒，侯巖

（北京電力設備總廠有限公司，北京 102401）

隨著能源、環(huán)境問題日漸突出，開發(fā)利用可再生和環(huán)境友好型的清潔能源，逐漸成為增加能源供應、保護環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。我國豐富的農作物秸稈綜合利用，特別是秸稈固化成型技術，對于有效解決秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染、避免資源浪費、增加農民收入以及農業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本文對秸稈固化成型技術及生產線工藝流程做了詳細介紹，重點介紹了生產線中關鍵設備。并根據(jù)生產線實際運行情況，研究分析了影響秸稈壓塊品質的各個因素，并提出了指導運行的建議。

1 秸稈固化成型技術

秸稈資源綜合利用目前主要有四個方向：飼料化、肥料化、能源化、基料化。其中，能源化利用主要推廣的是秸稈固化成型、生物碳化、沼氣和直燃發(fā)電。秸稈固化成型技術由于不受規(guī)模限制、秸稈來源沒有要求，故在解決我國農村秸稈污染方面有著良好發(fā)展前景。

秸稈固化成型技術是指利用特定的壓制或擠壓設備，在一定的條件下，經過干燥、粉碎等預處理后的秸稈被加工成的具有一定形狀、一定密度的固體燃料。

松散秸稈經過固化成型處理，密度可由10 ～20kg·m-3增加至1000 ～1300kg·m-3，低位發(fā)熱量可≥3000cal·kg-1，可替代燃煤作為燃料。并且成型燃料燃燒容易、污染少，最大優(yōu)勢在于縮小了秸稈體積，使其便于運輸和儲存。

按成型加壓的方法不同，目前，應用較多的成型加工設備有輥模碾壓式(包括環(huán)模式和平模式)、活塞沖壓式(包括機械式、液壓式)、螺旋擠壓式等三種型式。其中，環(huán)模式成型機具有生產率高、能耗較低等優(yōu)點，已逐漸成為當前主流技術，本文中秸稈固化成型技術及生產線也是以環(huán)模式秸稈成型機為核心設備進行詳細介紹的。

2 秸稈固化成型生產線

秸稈固化成型生產線主要用于生產玉米秸稈壓塊，作為生物質燃料。秸稈原料收集后首先要進行干燥處理，將水分含量控制在適于加工成型的范圍內。然后，秸稈需要經過粉碎設備加工并篩分成具有較均勻尺寸的松散物料。接下來，將物料通過固化成型設備加工成生物質成型燃料。得到的成型燃料需放置一段時間，待冷卻定型后再進行存儲或使用。生產線總體工藝流程為：玉米秸稈收儲—干燥(配比含水率)—破碎設備—篩分設備；碎后或尺寸適宜的秸稈—給料倉—壓塊設備—成品儲存。

秸稈等生物質原料的收集是成型燃料加工的第一步，一般通過機械化設備將分散在田間的生物質秸稈進行收儲，此過程中需要避免秸稈中混入砂土、碎石等雜質。雜質的混入

不僅會加速破碎設備與成型設備的磨損，還會影響最終的成型效果。

秸稈原料在加工成型前需要進行干燥處理，合理的水分含量不僅會提高生物質成型燃料的品質，還會提高生產效率，減少能耗。秸稈原料從田間收集后水分含量較高，如果不經處理直接加工會產生大量蒸汽使能耗升高，甚至造成所得成型壓塊燃料無法成型。但干燥設備由于投資較大，大部分生產線采用晾曬的方式對原料進行干燥。

秸稈的破碎處理是生物質原料在成型前的重要步驟。由于秸稈根據(jù)生物質生長特性不同會存在尺寸差異，且未經處理的秸稈體積過大無法被加工，需通破粉碎處理以改變秸稈的尺寸大小。尺寸適宜、均勻的生物質原料進行成型加工可以提高成型品質和設備生產效率，生物質原料的破碎為生物質成型前不可或缺的工序。 原料的成型為生物質成型加工流程中最重要的步驟。預處理后的生物質原料經過成型設備加工時會受到高壓作用而被壓縮，成型后生物質的密度得到大幅度的提高，且具有一定規(guī)則尺寸。成型壓塊燃料與未加工的生物質原料相比，在運輸和存儲的便利性上都得到提高，并且具有高密度的成型燃料在燃燒特性上也得到了改善。

3 秸稈固化成型生產線應用技術

經過長時間在東北地區(qū)對秸稈固化成型技術和生產線的實踐研究，根據(jù)多家秸稈成型機廠家和生產線現(xiàn)場的實地調研，發(fā)現(xiàn)在東北地區(qū)采用現(xiàn)有成型設備加工秸稈物料時普遍存在密度低、成型率低、能耗高、生產設備和模具磨損嚴重等問題，影響連續(xù)生產的穩(wěn)定性。針對出現(xiàn)的問題結合實際運行經驗，深入分析問題的原因，并提出實際運行的建議。

影響秸稈原料成型品質、產量及穩(wěn)定運行的因素有很多，主要有兩方面：一是秸稈原料本身的特性包括尺寸及均勻性、含水率、含土量等；二是成型設備的壓縮比、壓縮率、模具與壓輪間隙、主軸轉速、成型溫度等。

3.1 原料的影響

（1）原料尺寸及均勻性的影響。成型機對物料粒度有一定的要求，在相同壓力和含水率條件下，原料粒度越小，越容易成型。但是，顆粒過小，會造成粉碎機能耗增大，灰塵和過篩浪費率增加，不利于原料利用率的提高和含水率的控制，最終影響原料成型率。因此，在實踐中控制粉碎原料粒度范圍，并且保證物料的均勻性，是提高秸稈成型率關鍵技術之一。

（2）原料水分的影響。根據(jù)對于秸稈原料的研究分析，原料中含土量較少的情況下，含水量在15%～18%區(qū)間，隨著含水量增加，產品密度呈增加趨勢。在含水量達到18%時，密度達到最大，隨后含水量增加，密度逐漸降低，水分過大時即不成型。同時，根據(jù)對壓塊設備廠家的徹底調研和壓塊站的實地考察。考察中，經過水分檢測，成型效果較好時，水分均在20%以下。當水分為25%左右，成型效果變差，水分在30%以上，基本不成型。

（3）原料中含土等雜質的影響。與含水率一樣，原料中含土量也是影響成型率、成型密度、成品塊熱值的關鍵因素。少量的土等雜質在壓制成型過程中可以起到黏結的作用，有利于成型，但含土量過大，易造成堵塞模具孔，造成悶機。

3.2 成型機結構的影響

成型機的壓縮比、壓縮率、模具與壓輪間隙、成型溫度等因素是影響成型率、成型密度、出力大小的重要因素。

（1）壓縮比。壓縮比是指成型機模具孔的有效長度L 與模具孔小端直徑d 的比值，是成型機擠壓強度的重要指標。當模具孔小端直徑一定時，壓縮比越大，秸稈環(huán)模孔成型腔長度越長，成型后的壓塊密度越高，表面越平整，成型率越高，壓塊品質越好；反之，則壓塊致密性差，易松散，耐久性弱，壓塊品質不高；但壓縮比過大，會造成出料困難，甚至堵塞模孔，而且加劇環(huán)模孔的磨損，降低產能，增加功耗。

（2）壓縮率。壓縮率是環(huán)模孔的進口面積和環(huán)模孔出口面積的比值，是表示秸稈原料進入環(huán)模孔后如何有效壓縮成型的一個重要指標。壓縮率的大小決定了秸稈原料成型前后的體積之比、變形程度，影響著擠壓力及成型壓塊的松弛密度、耐久性及壓塊機產量和噸燃料能耗。

（3）模具與壓輪間隙。當間隙較小時，進入成型區(qū)域的原料較少，壓輥不能充分做功，生產的產品質量較差，生產率較低。當間隙過大時，當壓輥轉過后又出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，容易造成密度低、成型差、生產率低。所以一般成型設備都是采用可調節(jié)間隙的結構，根據(jù)出料狀態(tài)對間隙進行調節(jié)。

3.3 指導運行的幾點建議

（1）原料收儲方面。收儲原料時，應減少石頭等雜質混入。石頭或者金屬雜質較多，會嚴重破壞破碎機刀片、成型機模具的防磨涂層及壓輪的堆焊層，進而影響壓塊機模具和壓輪壽命和設備運行穩(wěn)定性。

（2）原料中水分和含土量兩個因素并不是獨立的，也是相互影響的。不能只單獨看其中的一個影響因素，要綜合原料成分、含土量綜合考慮。在不同季節(jié)、不同氣候下，原料成分的變化、含土量的多少，也會影響成型設備適用原料的水分范圍，故需要根據(jù)實際相應調整運行參數(shù)。對于太干、原料腐爛、含土大的秸稈原料需要適量加水，同樣對于太濕的原料，且原料中又含土較少需要適當晾曬或烘干。

（3）在實際運行中，需要根據(jù)不同季節(jié)下原料特性的不同，選取合適的壓縮比和壓縮率，以便于使成型率、密度、產量達到最佳狀態(tài)。

（4）根據(jù)成型機出料狀態(tài)調節(jié)模具與壓輪間隙。

（5）根據(jù)成型燃料的用途不同，通過調節(jié)壓縮比、壓縮率、間隙等參數(shù)使得成品塊的密度、產能最佳，滿足不同的用戶要求。

4 結語

本文通過對秸稈固化成型技術及生產線中主要設備的詳細介紹，對于運行中存在的主要問題，通過理論研究、實地調研，根據(jù)實際運行經驗，研究分析問題的原因及影響因素。發(fā)現(xiàn)影響成型率、成型密度、產能的各個因素并不是獨立的，是相互影響的，甚至個別參數(shù)之間是負相關。需要結合不同原料的特性，調節(jié)原料水分、壓縮比、間隙等參數(shù)，在長期的經驗積累中，找到運行的平衡點，使成型率、密度、熱值、產量達到最佳，整條生產線長期穩(wěn)定運行。