秸稈固化成型生產(chǎn)線應(yīng)用技術(shù)研究

王軒，侯巖

（北京電力設(shè)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(yīng)、保護(hù)環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。我國豐富的農(nóng)作物秸稈綜合利用，特別是秸稈固化成型技術(shù)，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(nóng)民收入以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本文對秸稈固化成型技術(shù)及生產(chǎn)線工藝流程做了詳細(xì)介紹，重點介紹了生產(chǎn)線中關(guān)鍵設(shè)備。并根據(jù)生產(chǎn)線實際運行情況，研究分析了影響秸稈壓塊品質(zhì)的各個因素，并提出了指導(dǎo)運行的建議。

1 秸稈固化成型技術(shù)

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(shù)由于不受規(guī)模限制、秸稈來源沒有要求，故在解決我國農(nóng)村秸稈污染方面有著良好發(fā)展前景。

秸稈固化成型技術(shù)是指利用特定的壓制或擠壓設(shè)備，在一定的條件下，經(jīng)過干燥、粉碎等預(yù)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(jīng)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(yīng)用較多的成型加工設(shè)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(jī)械式、液壓式)、螺旋擠壓式等三種型式。其中，環(huán)模式成型機(jī)具有生產(chǎn)率高、能耗較低等優(yōu)點，已逐漸成為當(dāng)前主流技術(shù)，本文中秸稈固化成型技術(shù)及生產(chǎn)線也是以環(huán)模式秸稈成型機(jī)為核心設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹的。

2 秸稈固化成型生產(chǎn)線

秸稈固化成型生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn)玉米秸稈壓塊，作為生物質(zhì)燃料。秸稈原料收集后首先要進(jìn)行干燥處理，將水分含量控制在適于加工成型的范圍內(nèi)。然后，秸稈需要經(jīng)過粉碎設(shè)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(shè)備加工成生物質(zhì)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(jìn)行存儲或使用。生產(chǎn)線總體工藝流程為：玉米秸稈收儲—干燥(配比含水率)—破碎設(shè)備—篩分設(shè)備；碎后或尺寸適宜的秸稈—給料倉—壓塊設(shè)備—成品儲存。

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

不僅會加速破碎設(shè)備與成型設(shè)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(jìn)行干燥處理，合理的水分含量不僅會提高生物質(zhì)成型燃料的品質(zhì)，還會提高生產(chǎn)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(jīng)處理直接加工會產(chǎn)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(shè)備由于投資較大，大部分生產(chǎn)線采用晾曬的方式對原料進(jìn)行干燥。

秸稈的破碎處理是生物質(zhì)原料在成型前的重要步驟。由于秸稈根據(jù)生物質(zhì)生長特性不同會存在尺寸差異，且未經(jīng)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(zhì)原料進(jìn)行成型加工可以提高成型品質(zhì)和設(shè)備生產(chǎn)效率，生物質(zhì)原料的破碎為生物質(zhì)成型前不可或缺的工序。 原料的成型為生物質(zhì)成型加工流程中最重要的步驟。預(yù)處理后的生物質(zhì)原料經(jīng)過成型設(shè)備加工時會受到高壓作用而被壓縮，成型后生物質(zhì)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(zhì)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(chǎn)線應(yīng)用技術(shù)

經(jīng)過長時間在東北地區(qū)對秸稈固化成型技術(shù)和生產(chǎn)線的實踐研究，根據(jù)多家秸稈成型機(jī)廠家和生產(chǎn)線現(xiàn)場的實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在東北地區(qū)采用現(xiàn)有成型設(shè)備加工秸稈物料時普遍存在密度低、成型率低、能耗高、生產(chǎn)設(shè)備和模具磨損嚴(yán)重等問題，影響連續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。針對出現(xiàn)的問題結(jié)合實際運行經(jīng)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(zhì)、產(chǎn)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(shè)備的壓縮比、壓縮率、模具與壓輪間隙、主軸轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)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(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)品密度呈增加趨勢。在含水量達(dá)到18%時，密度達(dá)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(shè)備廠家的徹底調(diào)研和壓塊站的實地考察?？疾熘?，經(jīng)過水分檢測，成型效果較好時，水分均在20%以下。當(dāng)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(zhì)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(guān)鍵因素。少量的土等雜質(zhì)在壓制成型過程中可以起到黏結(jié)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(jī)。

3.2 成型機(jī)結(jié)構(gòu)的影響

成型機(jī)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(jī)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(jī)擠壓強(qiáng)度的重要指標(biāo)。當(dāng)模具孔小端直徑一定時，壓縮比越大，秸稈環(huán)?？壮尚颓婚L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(zhì)越好；反之，則壓塊致密性差，易松散，耐久性弱，壓塊品質(zhì)不高；但壓縮比過大，會造成出料困難，甚至堵塞?？?，而且加劇環(huán)模孔的磨損，降低產(chǎn)能，增加功耗。

（2）壓縮率。壓縮率是環(huán)?？椎倪M(jìn)口面積和環(huán)?？壮隹诿娣e的比值，是表示秸稈原料進(jìn)入環(huán)?？缀笕绾斡行嚎s成型的一個重要指標(biāo)。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(jī)產(chǎn)量和噸燃料能耗。

（3）模具與壓輪間隙。當(dāng)間隙較小時，進(jìn)入成型區(qū)域的原料較少，壓輥不能充分做功，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較差，生產(chǎn)率較低。當(dāng)間隙過大時，當(dāng)壓輥轉(zhuǎn)過后又出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，容易造成密度低、成型差、生產(chǎn)率低。所以一般成型設(shè)備都是采用可調(diào)節(jié)間隙的結(jié)構(gòu)，根據(jù)出料狀態(tài)對間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 指導(dǎo)運行的幾點建議

（1）原料收儲方面。收儲原料時，應(yīng)減少石頭等雜質(zhì)混入。石頭或者金屬雜質(zhì)較多，會嚴(yán)重破壞破碎機(jī)刀片、成型機(jī)模具的防磨涂層及壓輪的堆焊層，進(jìn)而影響壓塊機(jī)模具和壓輪壽命和設(shè)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(shè)備適用原料的水分范圍，故需要根據(jù)實際相應(yīng)調(diào)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(dāng)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(chǎn)量達(dá)到最佳狀態(tài)。

（4）根據(jù)成型機(jī)出料狀態(tài)調(diào)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(diào)節(jié)壓縮比、壓縮率、間隙等參數(shù)使得成品塊的密度、產(chǎn)能最佳，滿足不同的用戶要求。

4 結(jié)語

本文通過對秸稈固化成型技術(shù)及生產(chǎn)線中主要設(shè)備的詳細(xì)介紹，對于運行中存在的主要問題，通過理論研究、實地調(diào)研，根據(jù)實際運行經(jīng)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(chǎn)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(fù)相關(guān)。需要結(jié)合不同原料的特性，調(diào)節(jié)原料水分、壓縮比、間隙等參數(shù)，在長期的經(jīng)驗積累中，找到運行的平衡點，使成型率、密度、熱值、產(chǎn)量達(dá)到最佳，整條生產(chǎn)線長期穩(wěn)定運行。