秸秆固化成型生产线应用技术研究

王轩，侯岩

（北京电力设备总厂有限公司，北京 102401）

随着能源、环境问题日渐突出，开发利用可再生和环境友好型的清洁能源，逐渐成为增加能源供应、保护环境、实现可持续发展的重要举措。我国丰富的农作物秸秆综合利用，特别是秸秆固化成型技术，对于有效解决秸秆焚烧带来的环境污染、避免资源浪费、增加农民收入以及农业经济可持续发展具有重大意义。本文对秸秆固化成型技术及生产线工艺流程做了详细介绍，重点介绍了生产线中关键设备。并根据生产线实际运行情况，研究分析了影响秸秆压块品质的各个因素，并提出了指导运行的建议。

1 秸秆固化成型技术

秸秆资源综合利用目前主要有四个方向：饲料化、肥料化、能源化、基料化。其中，能源化利用主要推广的是秸秆固化成型、生物碳化、沼气和直燃发电。秸秆固化成型技术由于不受规模限制、秸秆来源没有要求，故在解决我国农村秸秆污染方面有着良好发展前景。

秸秆固化成型技术是指利用特定的压制或挤压设备，在一定的条件下，经过干燥、粉碎等预处理后的秸秆被加工成的具有一定形状、一定密度的固体燃料。

松散秸秆经过固化成型处理，密度可由10 ～20kg·m-3增加至1000 ～1300kg·m-3，低位发热量可≥3000cal·kg-1，可替代燃煤作为燃料。并且成型燃料燃烧容易、污染少，最大优势在于缩小了秸秆体积，使其便于运输和储存。

按成型加压的方法不同，目前，应用较多的成型加工设备有辊模碾压式(包括环模式和平模式)、活塞冲压式(包括机械式、液压式)、螺旋挤压式等三种型式。其中，环模式成型机具有生产率高、能耗较低等优点，已逐渐成为当前主流技术，本文中秸秆固化成型技术及生产线也是以环模式秸秆成型机为核心设备进行详细介绍的。

2 秸秆固化成型生产线

秸秆固化成型生产线主要用于生产玉米秸秆压块，作为生物质燃料。秸秆原料收集后首先要进行干燥处理，将水分含量控制在适于加工成型的范围内。然后，秸秆需要经过粉碎设备加工并筛分成具有较均匀尺寸的松散物料。接下来，将物料通过固化成型设备加工成生物质成型燃料。得到的成型燃料需放置一段时间，待冷却定型后再进行存储或使用。生产线总体工艺流程为：玉米秸秆收储—干燥(配比含水率)—破碎设备—筛分设备；碎后或尺寸适宜的秸秆—给料仓—压块设备—成品储存。

秸秆等生物质原料的收集是成型燃料加工的第一步，一般通过机械化设备将分散在田间的生物质秸秆进行收储，此过程中需要避免秸秆中混入砂土、碎石等杂质。杂质的混入

不仅会加速破碎设备与成型设备的磨损，还会影响最终的成型效果。

秸秆原料在加工成型前需要进行干燥处理，合理的水分含量不仅会提高生物质成型燃料的品质，还会提高生产效率，减少能耗。秸秆原料从田间收集后水分含量较高，如果不经处理直接加工会产生大量蒸汽使能耗升高，甚至造成所得成型压块燃料无法成型。但干燥设备由于投资较大，大部分生产线采用晾晒的方式对原料进行干燥。

秸秆的破碎处理是生物质原料在成型前的重要步骤。由于秸秆根据生物质生长特性不同会存在尺寸差异，且未经处理的秸秆体积过大无法被加工，需通破粉碎处理以改变秸秆的尺寸大小。尺寸适宜、均匀的生物质原料进行成型加工可以提高成型品质和设备生产效率，生物质原料的破碎为生物质成型前不可或缺的工序。 原料的成型为生物质成型加工流程中最重要的步骤。预处理后的生物质原料经过成型设备加工时会受到高压作用而被压缩，成型后生物质的密度得到大幅度的提高，且具有一定规则尺寸。成型压块燃料与未加工的生物质原料相比，在运输和存储的便利性上都得到提高，并且具有高密度的成型燃料在燃烧特性上也得到了改善。

3 秸秆固化成型生产线应用技术

经过长时间在东北地区对秸秆固化成型技术和生产线的实践研究，根据多家秸秆成型机厂家和生产线现场的实地调研，发现在东北地区采用现有成型设备加工秸秆物料时普遍存在密度低、成型率低、能耗高、生产设备和模具磨损严重等问题，影响连续生产的稳定性。针对出现的问题结合实际运行经验，深入分析问题的原因，并提出实际运行的建议。

影响秸秆原料成型品质、产量及稳定运行的因素有很多，主要有两方面：一是秸秆原料本身的特性包括尺寸及均匀性、含水率、含土量等；二是成型设备的压缩比、压缩率、模具与压轮间隙、主轴转速、成型温度等。

3.1 原料的影响

（1）原料尺寸及均匀性的影响。成型机对物料粒度有一定的要求，在相同压力和含水率条件下，原料粒度越小，越容易成型。但是，颗粒过小，会造成粉碎机能耗增大，灰尘和过筛浪费率增加，不利于原料利用率的提高和含水率的控制，最终影响原料成型率。因此，在实践中控制粉碎原料粒度范围，并且保证物料的均匀性，是提高秸秆成型率关键技术之一。

（2）原料水分的影响。根据对于秸秆原料的研究分析，原料中含土量较少的情况下，含水量在15%～18%区间，随着含水量增加，产品密度呈增加趋势。在含水量达到18%时，密度达到最大，随后含水量增加，密度逐渐降低，水分过大时即不成型。同时，根据对压块设备厂家的彻底调研和压块站的实地考察。考察中，经过水分检测，成型效果较好时，水分均在20%以下。当水分为25%左右，成型效果变差，水分在30%以上，基本不成型。

（3）原料中含土等杂质的影响。与含水率一样，原料中含土量也是影响成型率、成型密度、成品块热值的关键因素。少量的土等杂质在压制成型过程中可以起到黏结的作用，有利于成型，但含土量过大，易造成堵塞模具孔，造成闷机。

3.2 成型机结构的影响

成型机的压缩比、压缩率、模具与压轮间隙、成型温度等因素是影响成型率、成型密度、出力大小的重要因素。

（1）压缩比。压缩比是指成型机模具孔的有效长度L 与模具孔小端直径d 的比值，是成型机挤压强度的重要指标。当模具孔小端直径一定时，压缩比越大，秸秆环模孔成型腔长度越长，成型后的压块密度越高，表面越平整，成型率越高，压块品质越好；反之，则压块致密性差，易松散，耐久性弱，压块品质不高；但压缩比过大，会造成出料困难，甚至堵塞模孔，而且加剧环模孔的磨损，降低产能，增加功耗。

（2）压缩率。压缩率是环模孔的进口面积和环模孔出口面积的比值，是表示秸秆原料进入环模孔后如何有效压缩成型的一个重要指标。压缩率的大小决定了秸秆原料成型前后的体积之比、变形程度，影响着挤压力及成型压块的松弛密度、耐久性及压块机产量和吨燃料能耗。

（3）模具与压轮间隙。当间隙较小时，进入成型区域的原料较少，压辊不能充分做功，生产的产品质量较差，生产率较低。当间隙过大时，当压辊转过后又出现回弹现象，容易造成密度低、成型差、生产率低。所以一般成型设备都是采用可调节间隙的结构，根据出料状态对间隙进行调节。

3.3 指导运行的几点建议

（1）原料收储方面。收储原料时，应减少石头等杂质混入。石头或者金属杂质较多，会严重破坏破碎机刀片、成型机模具的防磨涂层及压轮的堆焊层，进而影响压块机模具和压轮寿命和设备运行稳定性。

（2）原料中水分和含土量两个因素并不是独立的，也是相互影响的。不能只单独看其中的一个影响因素，要综合原料成分、含土量综合考虑。在不同季节、不同气候下，原料成分的变化、含土量的多少，也会影响成型设备适用原料的水分范围，故需要根据实际相应调整运行参数。对于太干、原料腐烂、含土大的秸秆原料需要适量加水，同样对于太湿的原料，且原料中又含土较少需要适当晾晒或烘干。

（3）在实际运行中，需要根据不同季节下原料特性的不同，选取合适的压缩比和压缩率，以便于使成型率、密度、产量达到最佳状态。

（4）根据成型机出料状态调节模具与压轮间隙。

（5）根据成型燃料的用途不同，通过调节压缩比、压缩率、间隙等参数使得成品块的密度、产能最佳，满足不同的用户要求。

4 结语

本文通过对秸秆固化成型技术及生产线中主要设备的详细介绍，对于运行中存在的主要问题，通过理论研究、实地调研，根据实际运行经验，研究分析问题的原因及影响因素。发现影响成型率、成型密度、产能的各个因素并不是独立的，是相互影响的，甚至个别参数之间是负相关。需要结合不同原料的特性，调节原料水分、压缩比、间隙等参数，在长期的经验积累中，找到运行的平衡点，使成型率、密度、热值、产量达到最佳，整条生产线长期稳定运行。