秸秆类生物质固化成型设备动力参数分析与选型

农村经济与科技2010年第21卷第06期（总第247期）

前言

自温室气体导致全球性变暖，引起一系列气候异常。虽然关于这个命题存在激烈争论，但节能降耗、低碳减排、绿色环保等已经成为共识。开发太阳能、风能、水能、潮汐能等可再生能源成为能源开发的热点，其中当然包括生物质再生能源。目前我国作为一农业大国，收获农作物（粮食、棉花和油料等）之后，有大量秸秆类废弃物，实际上是丰富的生物质资源，有资料介绍我国每年生产秸秆类生物质废弃物7.15亿t。这些生物质资源除少部分用作工业原料和饲料外，大部分用作能源消耗，虽然如此，但利用极不合理，大部分采用直接燃烧，剩余部分多采用烧荒，前者热利用率低，后者则是一种能源无谓消耗，并且这两种秸秆的燃烧都严重污染环境，在机场附近地区的烧荒，常影响到飞机的起降，影响到机场的正常工作，甚致酿成事故。将这些秸秆类废弃物和类似的生物质资源变废为宝，转变为优质燃料，不仅绿色环保，节能减排，而且可促进农业可持续发展。将秸秆类废弃物转变为优质燃料目前采用多种方法：①气化法，包括沼气方法，是将这些秸秆类生物质，还包括生活垃圾、人畜粪便、污水在特定环境下，经细菌、发酵之后生成可燃气；在特种生成炉内，在高温、厌氧（有时还有高压）条件下，秸秆类生物质发生裂解，干熘生成CO、H2等为主的燃气和焦油。②液化法，利用水解技术和随后发酵技术，在催化剂作用下，生成生物酒精。这种生物酒精可以代替石油；生物质在一定环境如高温高压（250～325℃；5～20MPa）和催化剂存在条件下，生物质裂解生成液态燃油。③压缩固化法，生物质比重小、体积大，如棉秆等自然堆积密度200～250kg/m3；稻壳90kg/m3；秸秆30～50kg/ m3；这对于运输和存放都带来巨大问题。在欧美等发达国家，运用秸秆类生物质发电，被认为零排放、绿色环保的发电技术，丹麦因为采用这种技术，竟然摆脱了石油进口。但是采用秸秆类生物质发电，尤其是直接燃烧秸秆类生物质发电，要求解决秸秆类生物质运输和存放问题。所以无论是将秸秆类废弃物转变为优质燃料，或是运用秸秆类生物质发电，都要求将其压缩、固化，这是既解决运输也解决存放问题的方法。

秸秆类生物质成型的工艺：①成熟秸秆类生物质自然干燥：使其含水量在15%以下；②削片/粉碎：形成粒度0～5和0～10mm3，试验表明差别不大；③烘干：使其含水量在10%以下，还有建议含水量在4%～18%，此含水量在自然干燥下即可达到。而且认为适当含水量在加压成型时压强较小；④送料；⑤混料；⑥预压；⑦压制成型；⑧卸料：将成型块卸下，有的要求码垛或包装。

目前所看到的压缩固化设备，包括了烘干、送料、混料、预压、压制成型各工艺工序，有的还包括削片/粉碎。这类成套设备主要有以下几种输送、预压、压制成型方法。

1北京延庆等单位研制的秸秆成型机

近年来在有关单位参与下，延庆县农委系统研制成功的秸秆成型机，是利用粉碎成10mm3的秸秆类生物质进行加工的。它由倾斜成45°的螺旋输送机（输送机的螺旋外径200mm，螺距120mm，生产率0.72～1t/h）把粉碎好的秸秆类生物质进行输送和预压。经过预压粉碎的秸秆先被送到并联垂直向下输送原料的螺旋输送机，经进一步预压，被推入活塞往复运动的缸腔内，完成最后的挤压，呈圆柱形直径30~50mm（根据要求压缩密度不同而不同）的压块被挤出。该机主要性能指标：生产率：0.7～1t/ h；主机功率：30kw；45°螺旋输送机功率：1.5kw；垂直螺旋输送机功率：1.0kw；产品（秸秆块）密度：0.7～1.0t/m3。

2大连庄河干沟村秸秆压缩机

该机安装于手扶拖拉机上，它分为：动力单元；秸秆送料单元；秸秆轧辊单元。其轧辊单元包括一对轧辊上设有三角形压片的轧辊；一对切辊，切辊上配有切刀。

其工作过程是将手扶拖拉机开到收获后的地里，将地里不堆垛、不捆扎的秸秆由输送带送入机器，压轧成带有沟槽的板，经切断后，轻轻搬开，捆札成长方形捆。其轧制压强0.7t/cm2，出料密度接近一般板材。压缩比为1/14，加工1t秸秆耗用1.5L柴油。（中国专利200520128973.X）

3双环形压模秸秆颗粒成型机

和上述设备类似，是用带有双环形模槽的轧辊，空心的轧辊面上开有整齐排列的表面大，内小的锥形孔，小孔和直圆柱

秸秆类生物质固化成型设备动力参数分析与选型

张承谱，徐健，贾安东

(天津大学机械工程学院,天津300072)

［摘要］利用农林的秸秆类废弃物作农村家用燃料，或作电厂发电燃料，其压缩固化都是必须的。介绍了5种秸秆类废弃物压缩固化方法，并进行了分析比较。供选购这类设备或研制新设备者参考。

［关键词］秸秆；生物质；设备；动力；选型

实用技术

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孔相连，所用秸秆原料（高粱、玉米、水稻、小麦、棉花、大豆等的秸秆）要求粉碎成1mm3的粉料，被轧挤从直柱孔呈颗粒排出，落在空心的轧辊内置的出料导向板上，而排出。最后产品约计1～6mm直径的颗粒。（中国专利200510017434.3）。

以上两类轧辊挤压的成型机器都具有单位能耗大、设备磨损严重的缺点。

4螺旋挤压成型机

这种在欧美应用得比较多的秸秆挤压成型机，它也是在秸秆经自然干燥、粉碎、混料等预处理后输送进入机器，和许多螺旋挤压成型机器（如焊条压涂机）原理一样。在秸秆螺旋挤压成型机中，为防止物料和进行挤压的螺旋轴一起旋转，螺旋挤压成型机的外管内表面开10mm的槽，螺旋轴的螺旋片外径可逐渐减小形成挤压锥，也可螺旋轴径逐渐加大形成挤压锥，可见螺旋挤压轴加工比较精细，要求比较高。螺旋挤压成型机的外管常缠绕电热丝，以便供加热用。目前，这种机器仍然存在单位能耗过高，有的高达125kwh/t。更重要的是机器的螺旋轴磨损严重，寿命不高，通常只有60～80h，而且加工制造成本高。即使如此，这种机器仍是广泛应用的秸秆压缩成型机。

5液压秸秆成型机

这种设备目前有多种申请专利的形式。以北京海淀区苏州街技术促进中心的专利为例：

其压制秸秆类生物质产品呈蜂窝状圆块。其成套设备包括了破碎机（采用飞刀切碎）、混料机（具有使切碎的秸秆物料混合和‘熟化’过程）、压制成型机和输送装置。

其主机，即液压的压制成型机有3个工位，在第1个工位，混合和‘熟化’的切碎的秸秆物料被从上往下充满在该位的缸腔内，然后转到第2个工位，被液压驱动的活塞挤压，活塞上有圆柱头，以便在压成的秸秆成型园块上形成蜂窝状孔，转到第3个工位，呈蜂窝状圆块的秸秆类生物质产品被推出。据（中国专利200510017434.3）资料介绍：压制成本50元/t；物料加工前不需烘干和加热，综合成本不大于250元/t，比煤炭价格低40%；生产率：生产线班产达4～5t；热值：3500～4500kcal/kg（1cal= 4.1868J即相当于14653.8～18840.6kJ/kg）；据说在做经济分析时，统计用2块该秸秆类生物质蜂窝状压块，在生物质燃炉（专门炉具）中，可燃50分钟，够做3㎏米饭、4菜1汤。剩余产品是0.5kg炭。与之类似还有双头液压压制成型机。

从以上介绍多种类的秸秆类生物质压缩成型设备看出，首先是设备不易出故障，目前液压技术比较成熟，市场易于提供成套液压件。而螺旋挤压轴加工比较精细，要求比较高，必须有专门企业加工，而且它还易于磨损；而第1种类型设备如果磨损了（如第1种在调试压缩比过程中，发生出料口导管挤裂情况，在使用过程中，发生这种情况，就需到专门厂家配件），是相当麻烦的；第2和3种类型设备其轧辊磨损，亦须要专门厂家配修。其次要求低的单位消耗功率，这就决定了产品的成本，前列的几种，在相当的加工能力条件下，装机功率都在35kw左右；液压秸秆成型要低，因此才会有较低的综合成本。第三，从前分析可知能否降低运输成本，是利用秸秆类生物质用作燃料或用来发电的关键之一，为此，通常使秸秆类生物质加工范围不超过2～3km。这就要求成套设备能简单化，能装载在一辆汽车拖挂车上，可以在一片地方进行加工完后，随时移动到另一加工点。

秸秆类生物质利用通常要进行压缩固化，以便用作燃料，解决农村、农民家用，或供专门发电站用作燃料。这是一项绿色环保，开发可再生能源的极具潜力的途径。也不失为农民兄弟一种就业途径。所列秸秆类生物质固化方法都是可行的，但相比较液压秸秆成型设备更有优势，这方面希望国家根据《国家可再生能源法》给予进一步实践支持，使7.15亿t的秸秆类生物质真正充分利用起来。

参考文献：

［1］乔淑滨，生物质能的利用及生物质型煤［J］，应用能源技术，2003（3）.［2］李保谦，马孝琴，张百良等，秸秆成型与燃烧技术的产业化分析［J］，河南农业大学学报，2001（3）.

［3］王宏斌，我国木工机械的现状与发展探讨［J］，陕西林业科技，2000（7）

［4］赵东，黄文彬，鹿振友，密闭容器中玉米秆粉粒体的本构方程［J］，北京林业大学学报，2000（5）.

［5］郭康权，赵东，植物秸秆模压成型流变特性的试验研究［J］，西北农业大学学报，1995（3）.

［6］赵东，黄文彬，玉米秆粉粒体塑性压缩成型过程的有限元分析［J］，力学与实践，2001（2）.

［7］赵东，黄文彬,郭康权，玉米秆粉粒体压制成型模型的研究［J］，西北农业大学学报，1998（5）.

作者简介：

张承谱（1954—），男，工程师，长期从事机电控制系统研究与教学工作。

实用技术

张承谱，等：秸秆类生物质固化成型设备动力参数分析与选型

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