車硯明

（遼寧省農業(yè)發(fā)展服務中心，沈陽 110032）

我國作為農業(yè)大國，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。如何有效利用農作物秸稈這一寶貴資源，實現(xiàn)“變廢為寶”，就需要千方百計做好農作物秸稈資源化利用大文章。利用農作物秸稈生產生物質顆粒燃料，就是農作物秸稈燃料化利用的一種方式[1]，不僅契合遼寧省農作物秸稈綜合利用發(fā)展戰(zhàn)略，而且可使農田成為能源與糧食“雙輸出”的地方，達到讓農田生產的糧食養(yǎng)活更多人、讓秸稈產出的能源服務更多人的愿景，真正實現(xiàn)農作物秸稈取之于農村、用之于農村的目標。

1 利用農作物秸稈生產生物質顆粒燃料的技術可行性

將大量豐富的廢棄的農作物秸稈生物質資源轉化為清潔高效的現(xiàn)代生物質能，不僅可以提升農村居民用能質量，還能解決就地焚燒難題，改善農村環(huán)境質量[2]。在政策保障層面，2016 年至2018 年，遼寧成為全國農作物秸稈綜合利用試點省，在21 個縣市區(qū)開展試點工作。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、朝陽縣、綏中縣11 個試點縣市區(qū)，通過試點項目的有效推進，總結出一批典型模式，形成“政府主導、市場主體、農民參與”的有效機制，在全省產生良好的示范帶動效應。在技術保障層面，遼寧省組織沈陽農業(yè)大學、遼寧省農科院等高校院所與試點縣市區(qū)、企業(yè)、農民合作社等開展“院縣合作”“院企合作”，聯(lián)合開展技術攻關，解決秸稈機械化還田作業(yè)標準問題，建立分區(qū)域秸稈還田技術模式，攻克生物質爐具“結焦”、秸稈沼氣凈化提純等難題。在技術可行性方面，利用秸稈生產生物質顆粒燃料的主要目的是替代煤炭。生物質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用于生物質能專用鍋爐，具有點火快、升溫快、火焰高的特點，易接觸鍋爐受熱面。顆粒燃料燃燒后會有大量揮發(fā)份析出，可在鍋爐內進一步形成氣化燃燒，然后與顆粒本身碳化燃燒共同完成鍋爐加熱過程，這一加熱過程產生熱水或蒸汽的效率比燃煤鍋爐更高，且可據實際生產需要即開即停、使用方便，現(xiàn)已在全國各地示范推廣，應用范圍廣，市場需求量大。

2 生物質顆粒燃料生產技術要點

2.1 技術原理

利用農作物秸稈生產的生物質顆粒燃料，其燃燒過程與煤的燃燒過程相似，可分為干燥、揮發(fā)份析出及著火、焦碳燃燒等過程。其工作過程為：當生物質顆粒受熱時，顆粒中的部分水分先蒸發(fā)出來，顆粒被干燥；當溫度繼續(xù)升高時發(fā)生熱解反應，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，當溫度與氧氣供給達到著火條件時，揮發(fā)份首先著火。當揮發(fā)份基本燃盡后，焦碳開始燃燒，此時出現(xiàn)極短的藍色火焰。

2.2 工藝流程

生物質顆料燃料是將農作物廢棄物(秸稈等)通過先進的生產工藝，加工成一定尺寸的顆粒狀燃料，具有產品熱值高、強度好、污染物含量低、性能穩(wěn)定、經濟性好的優(yōu)點，具體工藝流程如下：

農作物廢棄物(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。

2.3 制備方法

1）以玉米秸稈和水稻秸稈為原料時，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的篩網篩選；粉料加水后用混料機進行混合均勻，控制其含水率在18%～22%；將混勻物料蒸汽軟化后，傳送到造粒機內擠壓造粒，壓制成直徑6～9 mm、長度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%；用特制聚丙烯復膜編織袋包裝成25 kg/袋的成品。

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

2.4 主要設備

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

1）顆粒機。由電動機、減速機、喂料器、齒輪箱、壓輥、壓模等組成。機器作業(yè)時，通過喂料器將秸稈粉送入由壓模和壓輥組成的制粒室，通過電機帶動壓輥轉動，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。這種烘干機廣泛適用于秸稈、花生殼、鋸末等農業(yè)纖維素類物料烘干，主要由生熱爐、進料口、旋轉筒、過濾筒、物料輸送管、冷卻筒和出料口組成。旋轉筒位于主動鏈輪側面、托輥上方，主動鏈輪靠電機及減速傳動帶動旋轉筒低速轉動。生熱爐與旋轉筒之間設有進料口，旋轉筒內設有翻炒葉片，在旋轉筒與過濾筒相連處設有擋板，過濾筒一端與旋轉筒相連，另一端與物料輸送管相連。過濾筒內設有擋塊，旋轉筒底部設有排渣孔。旋轉筒一端通過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。該機由遼寧現(xiàn)代農機裝備有限公司生產，具有以下特點：一是產能高、耗電低；二是物料適應型強，適于各種生物質原料的成型；三是設置全自動電加熱裝置，可調節(jié)物料干濕度，解決不成型難題；四是一機兩用，顆粒狀和塊狀燃料或飼料可在1臺設備上完成，只需更換模具即可，使用方便。

4）秸稈制粒成套設備。該設備由遼寧現(xiàn)代農機裝備有限公司生產，具有以下特點：一是壓輥軸承外置并采用稀油潤滑，無需頻繁加注潤滑油；二是一鍵控制開合模功能，環(huán)模和壓輥檢修、更換快捷；三是棘輪調整模具間隙，無需停機；四是壓制室、減速機、壓輥座等部件均配有獨立的冷卻系統(tǒng)，通過電腦控制冷卻液的流量，將溫度控制在許可范圍內，同時，配電箱上的顯示器可實時監(jiān)測各部件溫度。

3 秸稈生物質顆粒燃料的應用效果分析

農作物秸稈顆粒制備是生物質能應用的一大途徑領域，該技術在沒有任何添加劑、催化劑的情況下，將農作物秸稈制成密度大、成型率高、熱值高的顆粒燃料[3]，實現(xiàn)了就地取材、就地生產的目標，降低了農業(yè)廢棄物運輸成本，減少了運輸過程中的污染，其產品具有節(jié)能、環(huán)保、節(jié)省不可再生資源等特點。遼寧省環(huán)保監(jiān)測中心站和遼寧省鍋爐產品性能質量監(jiān)督檢查站對農作物秸稈生物質顆粒在鍋爐中的應用效果進行了同步檢測，結果表明，生物質鍋爐的各項環(huán)保指標均符合有關標準規(guī)定，環(huán)保節(jié)能效果顯著。這些秸稈生物質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)形成了生物質能源綜合利用產業(yè)鏈。尤其在禁止使用小型燃煤鍋爐以及燃油、燃氣、電加熱鍋爐受燃料和電價制約的條件下，生物質能源具有廣闊的應用空間。例如，每年運行300 d、每天運行8 h 的生物質顆粒燃料鍋爐，其年運行費用約比燃油鍋爐節(jié)省27 萬元，比燃氣鍋爐節(jié)省20萬元，比電加熱鍋爐節(jié)省37萬元，體現(xiàn)出生物質顆粒燃料鍋爐的經濟性。