農(nóng)業(yè)生物質(zhì)顆粒制備工藝及配套裝備應(yīng)用分析

車硯明

（遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，沈陽(yáng) 110032）

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年可生成約9億t秸稈，成為必須處理掉的“廢棄物”，于是出現(xiàn)了大量焚燒秸稈的現(xiàn)象。如何有效利用農(nóng)作物秸稈這一寶貴資源，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，就需要千方百計(jì)做好農(nóng)作物秸稈資源化利用大文章。利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，就是農(nóng)作物秸稈燃料化利用的一種方式[1]，不僅契合遼寧省農(nóng)作物秸稈綜合利用發(fā)展戰(zhàn)略，而且可使農(nóng)田成為能源與糧食“雙輸出”的地方，達(dá)到讓農(nóng)田生產(chǎn)的糧食養(yǎng)活更多人、讓秸稈產(chǎn)出的能源服務(wù)更多人的愿景，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈取之于農(nóng)村、用之于農(nóng)村的目標(biāo)。

1 利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的技術(shù)可行性

將大量豐富的廢棄的農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為清潔高效的現(xiàn)代生物質(zhì)能，不僅可以提升農(nóng)村居民用能質(zhì)量，還能解決就地焚燒難題，改善農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量[2]。在政策保障層面，2016 年至2018 年，遼寧成為全國(guó)農(nóng)作物秸稈綜合利用試點(diǎn)省，在21 個(gè)縣市區(qū)開展試點(diǎn)工作。2018 年，擇優(yōu)遴選了遼中區(qū)、海城市、鳳城市、黑山縣、阜新縣、彰武縣、燈塔市、西豐縣、建平縣、朝陽(yáng)縣、綏中縣11 個(gè)試點(diǎn)縣市區(qū)，通過(guò)試點(diǎn)項(xiàng)目的有效推進(jìn)，總結(jié)出一批典型模式，形成“政府主導(dǎo)、市場(chǎng)主體、農(nóng)民參與”的有效機(jī)制，在全省產(chǎn)生良好的示范帶動(dòng)效應(yīng)。在技術(shù)保障層面，遼寧省組織沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)、遼寧省農(nóng)科院等高校院所與試點(diǎn)縣市區(qū)、企業(yè)、農(nóng)民合作社等開展“院縣合作”“院企合作”，聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，解決秸稈機(jī)械化還田作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，建立分區(qū)域秸稈還田技術(shù)模式，攻克生物質(zhì)爐具“結(jié)焦”、秸稈沼氣凈化提純等難題。在技術(shù)可行性方面，利用秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的主要目的是替代煤炭。生物質(zhì)顆粒相比煤炭更加清潔，相比天然氣更加便宜。秸稈制成的顆粒燃料應(yīng)用于生物質(zhì)能專用鍋爐，具有點(diǎn)火快、升溫快、火焰高的特點(diǎn)，易接觸鍋爐受熱面。顆粒燃料燃燒后會(huì)有大量揮發(fā)份析出，可在鍋爐內(nèi)進(jìn)一步形成氣化燃燒，然后與顆粒本身碳化燃燒共同完成鍋爐加熱過(guò)程，這一加熱過(guò)程產(chǎn)生熱水或蒸汽的效率比燃煤鍋爐更高，且可據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要即開即停、使用方便，現(xiàn)已在全國(guó)各地示范推廣，應(yīng)用范圍廣，市場(chǎng)需求量大。

2 生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 技術(shù)原理

利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)的生物質(zhì)顆粒燃料，其燃燒過(guò)程與煤的燃燒過(guò)程相似，可分為干燥、揮發(fā)份析出及著火、焦碳燃燒等過(guò)程。其工作過(guò)程為：當(dāng)生物質(zhì)顆粒受熱時(shí)，顆粒中的部分水分先蒸發(fā)出來(lái)，顆粒被干燥；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)發(fā)生熱解反應(yīng)，燃料中的揮發(fā)份析出，剩余的就是焦碳和灰份組成的固態(tài)可燃物。燃料中的揮發(fā)份比焦碳更易著火，當(dāng)溫度與氧氣供給達(dá)到著火條件時(shí)，揮發(fā)份首先著火。當(dāng)揮發(fā)份基本燃盡后，焦碳開始燃燒，此時(shí)出現(xiàn)極短的藍(lán)色火焰。

2.2 工藝流程

生物質(zhì)顆料燃料是將農(nóng)作物廢棄物(秸稈等)通過(guò)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，加工成一定尺寸的顆粒狀燃料，具有產(chǎn)品熱值高、強(qiáng)度好、污染物含量低、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，具體工藝流程如下：

農(nóng)作物廢棄物(秸稈等)收集一干燥一粉碎一配料一熱壓縮一成型一造粒一裝袋一入庫(kù)。

2.3 制備方法

1）以玉米秸稈和水稻秸稈為原料時(shí)，將原料自然干燥至含水率16%以下；將干燥后的原料粉碎成＜8 mm的粉料，粉料用孔徑6～8 mm的篩網(wǎng)篩選；粉料加水后用混料機(jī)進(jìn)行混合均勻，控制其含水率在18%～22%；將混勻物料蒸汽軟化后，傳送到造粒機(jī)內(nèi)擠壓造粒，壓制成直徑6～9 mm、長(zhǎng)度20～30 mm的顆粒，顆粒含水率為17%～18%；將秸稈顆粒輸送到冷卻器內(nèi)冷卻、篩選，使顆粒溫度≤40 ℃，顆粒成型率為96%，顆粒含水率≤8%；用特制聚丙烯復(fù)膜編織袋包裝成25 kg/袋的成品。

2）以稻殼為原料時(shí)，工序同上，顆粒成型率為96%，顆粒含水率≤8%，用特制聚丙烯復(fù)膜編織袋包裝成25 kg/袋的成品。

2.4 主要設(shè)備

秸稈生物質(zhì)顆粒制備工藝中所需的主要設(shè)備，包括粉碎機(jī)、混粒機(jī)、造粒機(jī)、輸送機(jī)、冷卻器、生物質(zhì)燃料鍋爐等，現(xiàn)介紹常見的兩種裝備。

1）顆粒機(jī)。由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、喂料器、齒輪箱、壓輥、壓模等組成。機(jī)器作業(yè)時(shí)，通過(guò)喂料器將秸稈粉送入由壓模和壓輥組成的制粒室，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，將物料壓入環(huán)膜孔，制成具有一定密度的顆粒后從排料口排出。

2）滾筒烘干機(jī)。這種烘干機(jī)廣泛適用于秸稈、花生殼、鋸末等農(nóng)業(yè)纖維素類物料烘干，主要由生熱爐、進(jìn)料口、旋轉(zhuǎn)筒、過(guò)濾筒、物料輸送管、冷卻筒和出料口組成。旋轉(zhuǎn)筒位于主動(dòng)鏈輪側(cè)面、托輥上方，主動(dòng)鏈輪靠電機(jī)及減速傳動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)筒低速轉(zhuǎn)動(dòng)。生熱爐與旋轉(zhuǎn)筒之間設(shè)有進(jìn)料口，旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)設(shè)有翻炒葉片，在旋轉(zhuǎn)筒與過(guò)濾筒相連處設(shè)有擋板，過(guò)濾筒一端與旋轉(zhuǎn)筒相連，另一端與物料輸送管相連。過(guò)濾筒內(nèi)設(shè)有擋塊，旋轉(zhuǎn)筒底部設(shè)有排渣孔。旋轉(zhuǎn)筒一端通過(guò)喂料器把物料輸送至筒中，另一端與出料口連接。

3）秸稈壓塊制粒兩用機(jī)。該機(jī)由遼寧現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備有限公司生產(chǎn)，具有以下特點(diǎn)：一是產(chǎn)能高、耗電低；二是物料適應(yīng)型強(qiáng)，適于各種生物質(zhì)原料的成型；三是設(shè)置全自動(dòng)電加熱裝置，可調(diào)節(jié)物料干濕度，解決不成型難題；四是一機(jī)兩用，顆粒狀和塊狀燃料或飼料可在1臺(tái)設(shè)備上完成，只需更換模具即可，使用方便。

4）秸稈制粒成套設(shè)備。該設(shè)備由遼寧現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備有限公司生產(chǎn)，具有以下特點(diǎn)：一是壓輥軸承外置并采用稀油潤(rùn)滑，無(wú)需頻繁加注潤(rùn)滑油；二是一鍵控制開合模功能，環(huán)模和壓輥檢修、更換快捷；三是棘輪調(diào)整模具間隙，無(wú)需停機(jī)；四是壓制室、減速機(jī)、壓輥?zhàn)炔考溆歇?dú)立的冷卻系統(tǒng)，通過(guò)電腦控制冷卻液的流量，將溫度控制在許可范圍內(nèi)，同時(shí)，配電箱上的顯示器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各部件溫度。

3 秸稈生物質(zhì)顆粒燃料的應(yīng)用效果分析

農(nóng)作物秸稈顆粒制備是生物質(zhì)能應(yīng)用的一大途徑領(lǐng)域，該技術(shù)在沒有任何添加劑、催化劑的情況下，將農(nóng)作物秸稈制成密度大、成型率高、熱值高的顆粒燃料[3]，實(shí)現(xiàn)了就地取材、就地生產(chǎn)的目標(biāo)，降低了農(nóng)業(yè)廢棄物運(yùn)輸成本，減少了運(yùn)輸過(guò)程中的污染，其產(chǎn)品具有節(jié)能、環(huán)保、節(jié)省不可再生資源等特點(diǎn)。遼寧省環(huán)保監(jiān)測(cè)中心站和遼寧省鍋爐產(chǎn)品性能質(zhì)量監(jiān)督檢查站對(duì)農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)顆粒在鍋爐中的應(yīng)用效果進(jìn)行了同步檢測(cè)，結(jié)果表明，生物質(zhì)鍋爐的各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，環(huán)保節(jié)能效果顯著。這些秸稈生物質(zhì)顆粒既可用于專用鍋爐、取暖爐、壁爐等，還能用作牲畜飼料，并在部分地區(qū)形成了生物質(zhì)能源綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈。尤其在禁止使用小型燃煤鍋爐以及燃油、燃?xì)?、電加熱鍋爐受燃料和電價(jià)制約的條件下，生物質(zhì)能源具有廣闊的應(yīng)用空間。例如，每年運(yùn)行300 d、每天運(yùn)行8 h 的生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐，其年運(yùn)行費(fèi)用約比燃油鍋爐節(jié)省27 萬(wàn)元，比燃?xì)忮仩t節(jié)省20萬(wàn)元，比電加熱鍋爐節(jié)省37萬(wàn)元，體現(xiàn)出生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。