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国内外农作物秸秆固化成型技术研究 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 14-10-30

摘要:农作物秸秆是农业生产过程必然产生的副产品,也是宝贵的可再生生物资源。农作物秸秆固化成型技术能够最大限度地缩小秸秆体积、提升秸秆营养价值、改善秸秆燃烧性能、降低秸秆储运成本,有利于农作物秸秆资源的规模化利用、产业化发展、商品化运作,是最有可能发展成为农作物秸秆资源综合利用的关键技术。本文总结了农作物秸秆固化成型技术的优势,分析了国内外农作物秸秆固化成型技术的发展状况和特点,提出了促进中国农作物秸秆固化成型技术发展的对策,富通新能源生产销售的秸秆颗粒机秸秆压块机专业压制生物质成型颗粒燃料。秸秆颗粒机压制的小麦秸秆颗粒燃料关键词:国内外;农作物秸秆;固化成型;技术研究
    农作物秸秆是农作物收获籽实后剩余茎叶、皮壳等杂物的总称,是农业生产过程必然产生的副产品,也是农作物生产系统中一项重要的生物资源。农作物光合作用的产物有一半左右存储于秸秆中,农作物秸秆富含有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种养分,是宝贵的可再生生物资源,也是仅次于石油、煤炭、天然气的绿色环保能源。因此,收获籽实是农业生产的目的,农作物秸秆资源的开发利用也越来越成为现代农业不可忽视的重要内容。秸秆压块机压制的玉米秸秆块状生物质颗粒燃料    农作物秸秆资源丰富,但它存在资源分散、形态各异、能量密度低、运输困难、储存不方便等缺点,这也成为制约农作物秸秆规模化利用的重要瓶颈。农作物秸秆固化成型技术是指以农作物秸秆为主要原料,利用专用设备,使秸秆经过干燥、切碎、混配搅拌、高温挤压成型等加工过程,制成固体状秸秆饲料或燃料,达到农作物秸秆饲料化、能源化利用的目的。
    农作物秸秆固化成型技术可以对农村大量废弃的秸秆,以工厂化的生产方式进行规模化处理,使农作物秸秆体积大幅缩小,压缩比在1:15左右,秸秆压块的密度大大增加,使作为饲料的农作物秸秆营养改善,作为燃料的农作物秸秆燃烧性能增强,并且便于长途运输和长期储存,实现农作物秸秆饲料和燃料的商品化生产和市场化利用。促进农作物秸秆资源化利用技术向产业化方向发展,符合国家产业政策,是国家扶持的循环经济与环保项目。
一、农作物秸秆固化成型技术的优势
    世界范围内,在不同的历史阶段、不同的国家和地区,形成了各种各样的农作物秸秆综合利用技术。相比较而言,农作物秸秆固化成型技术有明显的优势。
    1.农作物秸秆固化成型燃料利用技术的优势
    (1)固化成型产品的密度高、体积小,提高了秸秆的燃烧性能。秸秆散状直接燃烧的热效率不足20%,固化成型后燃烧的热效率则达40%以上。秸秆固化成型燃料既可作为农村生产和生活能源.也可作为生物质发电厂的燃料。
    (2)固化成型技术对秸秆原材料的要求低,处理秸秆的能力强。各种各样的秸秆都可以通过固化成型制作燃料,可以实现所有剩余秸秆资源的完全循环利用,能有效改善农村生态环境,实现节能减排。
(3)固化成型燃料是一种取之不竭的清洁能源。秸秆燃烧的C0:、S0:、NOx及及灰尘等有害物质的排放量与石油、煤炭相比大大减少,有利于提高大气环境质量,燃烧后的灰渣可作为有机肥料。
    2.农作物秸秆固化成型饲料利用技术的优势
    (1)固化成型饲料的采食率高。高温压块处理的过程中,使农作物秸秆中的粗纤维转化为粗蛋白质,秸秆被熟化,有淡淡的糊香味,而且口感得到改善,牲畜爱吃,浪费少,饲料损失率低,节约了喂养成本。
    (2)固化成型饲料营养丰富,报酬率高。农作物秸秆固化成型饲料富含钙、磷、铁、镁等多种矿物质元素,还可根据牲畜生长过程不同阶段的营养需求,加入添加剂,增加秸秆营养成分。固化成型过程中高温高压使秸秆中的木质素和半纤维素膨化,秸秆变得松软,容易被牲畜消化吸取,因此提高了饲料的吸取率和转化率。
    (3)固化成型饲料消毒卫生,饲喂方便。固化成型时的高温高压使秸秆由生变熟,消毒杀菌,大幅减少牲畜感染病菌的可能性,减少了药物的使用,确保食品安全。固化成型饲料只需在饲喂之前浸水泡软,即可供牲畜食用,非常方便。
    总而言之,农作物秸秆固化成型燃料及饲料的工厂化、自动化生产方式,不受季节、气候和地域的限制,最大限度地缩小秸秆体积、提高了农作物秸秆燃烧性能和营养价值,降低了农作物秸秆的储运成本,使秸秆资源的大规模利用成为可能,并具备产业化及商业化发展的前景,可以产生良好的经济、生态和社会效益。农作物秸秆固化成型产业运转的高峰时节与农忙季节恰好有一个时间差,能够为部分农民再就业创造机会。比较国内外现行的农作物秸秆资源利用方式,农作物秸秆固化成型能源化利用技术,最有条件成为农作物秸秆资源大规模产业化、商品化运作的关键技术。
二、国内外农作物秸秆固化成型技术的发展状况
    世界上很多发达国家农作物秸秆固化成型燃料化利用技术的研究起步较早,从20世纪30年代就研制开发将农作物秸秆转化为燃料的工业化生产设备。经过几十年的努力和完善,从农作物秸秆原料的收集、粉碎、干燥,到秸秆固化成型以后的包装,基本实现机械化、自动化和专业化生产,技术比较成熟。
    在农作物秸秆固化成型饲料化利用技术及设备方面的研究也一样。美国、澳大利亚、欧洲等国家和地区,从20世纪60年代开始研究和开发用农作物秸秆制作饲料的设备,目前已经实现了自动化和专业化生产,农作物秸秆固化成型燃料和饲料都实现了工厂化生产和产业化发展。
    1.北美洲的农作物秸秆固化成型技术  美国从20世纪30年代开始研究农作物秸秆固化成型燃料利用技术。主要研制了螺旋式秸秆固化成型机械设备及生物质颗粒成型及燃烧设备,1987年建立了十几个生物质颗粒成型燃料厂,年生产能力达到十几万吨。美国把农作物秸秆作为一种重要资源进行加工和出口。农作物秸秆的田间收集、打捆、装卸、运输等加工过程基本实现机械化。2000年以来,美国通过了《生物质研究法》等法律法规,以加强立法的方式发展以农作物秸秆固化型技术为代表的生物质能源利用技术。加拿大的生物质固化成型技术也很普及,农作物秸秆、木材加工过程的木屑等废料都被加工为固化成型的颗粒燃料,用于日常生活和取暖。
    2.亚洲的农作物秸秆固化成型技术  日本农作物秸秆固化成型技术的研究始于20世纪30年代,主要是研制机械驱动活塞式成型设备,用于农作物秸秆、木材加工废弃物及其他生物质原材料的处理。1945年又推出螺杆挤压式固化成型设备,能够将生物质材料固化成型为棒状燃料。1983年日本从美国引进生物质颗粒成型燃料技术,到1987年,日本已经有十几家企业将生物质固化成型燃料投入产业化生产。20世纪80年代,泰国、越南、印度、菲律宾等国家也研制出一些适合本国国情的农作物秸秆及生物质固化成型设备,建立了一些专业生产厂,形成一定的生产规模。
    3.欧洲的农作物秸秆固化成型技术20世纪70年代,全球范围的能源危机导致石油价格上涨,欧洲一些国家开始重视农作物秸秆固化成型技术的研究,目的是把可再生的农作物秸秆及其他生物质资源应用在燃料和发电方面,成为石油和煤的替代品。荷兰、瑞典、比利时等国成功研制出冲压式生物质颗粒成型机。法国、德国、意大利等国相继建成一批生物质颗粒成型燃料生产厂。
    1995年前后,瑞典、丹麦、奥地利等国大力推进农作物秸秆固化成型燃料利用技术的产业化进程。民用锅炉、工业锅炉及小型热电厂开始使用农作物秸秆固化成型燃料,实现了标准化生产,并开始向国外出口生物质成型技术和设备。丹麦首先开展生物质固化成型燃料规模化利用研究工作,并成功建立第一座生物质固化成型燃料发电厂。瑞典的人均生物质固化成型燃料年消耗量达到160kg。整个欧洲有近百家生物质固化成型燃料加工厂,以农作物秸秆、木屑等为原料进行生产。乌克兰生物质能研究所开发出突破性的低能耗生物质冷成型设备,已经在乌克兰国内实现商业化生产,取得了较好的经济效益和环境效益。2010年1月,德国与瑞典的企业合作在美国佐治亚州建成世界上最大的生物质颗粒燃料工厂。该厂每年能够生产75万t生物质颗粒燃料。德国、英国、意大利、荷兰等国的常规发电厂也开始使用固体生物质颗粒作为燃料,并逐步向纯生物质发电厂发展。
    4.国内农作物秸秆固化成型技术发展状况几千年来,中国农作物秸秆传统的利用途径是:农作物秸秆直接燃烧作为农家炊事燃料;农作物秸秆饲喂家畜、垫圈造肥;农作物秸秆焚烧还田;用农作物秸秆建造简易民宅。新中国成立后,开始采用新技术利用农作物秸秆资源。先后推广了秸秆青贮饲料、秸秆氨化、秸秆粉碎直接还田、秸秆气化等技术。农作物秸秆利用的方向是做肥料、饲料、燃料、工业原料和食用菌基料。
    中国每年秸秆产量7亿t左右,其资源拥有量居世界首位,有2/3基本实现初步利用,还有1/3的剩余秸秆被废弃于田间地头、场院及农舍,或被焚烧,既浪费了资源又污染了环境。总体而言,中国的农作物秸秆利用技术处于较低水平,与发达国家相比有很大差距。
    20世纪90年代中后期,国内开始研究农作物秸秆固化成型技术。全国有数十家大专院校、科研院所、国有和民营企业投入研究。探讨在中国研究开发和推广应用农作物秸秆固化成型技术的必要性和可行性;借鉴欧美发达国家先进的农作物秸秆及生物质固化成型加工技术和设备,研制适合中国国情的加工装备;对投人生产过程的农作物秸秆固化成型技术设备作全面的技术经济分析与评价,以此推动中国农作物秸秆固化成型技术及设备的发展。
三、国内外农作物秸秆固化成型技术及设备的特点和存在问题
    经过数十年的发展,美国、欧洲、日本等国家和地区相继建成农作物秸秆固化成型燃料和饲料生产厂,实现了规模化、产业化、商品化发展。固化成型原料以农作物秸秆、木屑及其他生物质原料为主,各种原料虽然物料特征有一定的差异,但其固化成型的技术原理基本相同。农作物秸秆固化成型燃料的用途已经由生活燃料为主转向了工业化应用,在供暖、干燥、发电等领域普遍推广应用;农作物秸秆固化成型燃料和饲料的生产技术基本成熟。
    国外农作物秸秆固化成型设备经过几十年的发展,固化成型设备研究的关注点已转向对现有设备的优化和先进成型工艺的研究。比较成熟的机型有:颗粒成型机、螺旋连续挤压成型机、机械驱动活塞式成型机和液压驱动活塞式式成型机。这些成型机制作精良、运行平稳、生产连续性好,其中螺旋连续挤压式成型机一直占据着成型机市场的主导地位。
    国外农作物秸秆固化成型技术及设备的问题是:
    (1)价格贵。这些技术与设备的性能好、具有良好的操作性、自动化程度高、配套性强,需要成套引进,价格高昂。
    (2)大功率、高能耗。欧美发达国家的特点是社会经济发展水平高、农业人口比例低、人均占有耕地多、劳动力成本高。社会生产过程中强调较高的生产率,能够承受较高的生产成本。
    国内农作物秸秆固化成型技术理论研究和设备开发都处于起步阶段。国内农作物秸秆固化成型工艺主要分为常温湿压成型、热压成型、炭化成型和冷压成型4种。早期研发的农作物秸秆固化成型设备大多数针对玉米秸秆,因为玉米秸秆含糖分多、黏性大,容易成型。近年来开始研究针对水稻、小麦等农作物秸秆的固化成型设备。比较成熟的设备有活塞冲压式颗粒成型机、螺旋挤压成型机和压辊式颗粒挤压成型机,其中压辊式颗粒挤压成型机能耗低、产量高,近年来发展速度较快,比较适于玉米秸秆的固化成型,应用范围较广。
为了适应小麦、水稻等较难成型的物料,有关单位和企业在压辊式颗粒挤压成型机的基础上,改进设计了平模式成型机和环模平放式成型机。经试验表明,此类机型在使用效率、工作可靠性、降低能耗等方面都有较大的提高,各方面的技术基本成熟,开始广泛应用于农作物秸秆固化成型生产。
    国内农作物秸秆固化成型技术及设备的问题是:
    (1)设备简单、技术含量低、配套性差、性能不稳定。中国农村现阶段的经济发展水平总体偏低,农民的经济承受能力有限,始终面临“物美价高、价低物陋”的矛盾。这也是国内农作物秸秆固化成型技术发展的主要制约因素。
    (2)农作物秸秆固化成型技术的推广运用水平不高,发展很不平衡。河北、吉林、内蒙古、河南、江苏等省份发展速度较快,但在大多数省份没有得到充分的重视,部分省份还是空白。
四、中国农作物秸秆固化成型技术及设备的发展对策
    发达国家农作物秸秆固化成型生产都实现了工厂化和产业化,其能源化及饲料化利用技术均达到较高的水平。国外生产的设备性能好、配套性强、操作方便、生产率高,适合欧美国家的国情,但是国外设备功率大、能耗高、价格昂贵的特点又导致现阶段中国不可能大量直接引进。要促进中国农作物秸秆固化成型技术的发展,必须走中国特色的道路,采取与中国国情相适应的对策。
    1.学习国外农作物秸秆固化成型的先进技术,加强关键技术的集成及创新研究  国家有关部门应该从节能减排、绿色环保和循环经济的高度,重视农作物秸秆固化成型技术的发展,支撑重点项目和研究团队系统全面地研究国内外农作物秸秆固化成型技术及设备的发展状况及研究进展,在总结国外先进经验的基础上,明确中国农作物秸秆固化成型技术及设备的发展方向。重点研究农作物秸秆常温湿压成型、热压成型、炭化成型和冷压成型工艺对秸秆固化成型质量及能耗的影响等关键技术,对国内现有的农作物秸秆固化成型技术进行集成和创新,目的是生产出适合中国不同的自然、社会及经济发展条件的农作物秸秆固化成型设备。
    2.加强国内农作物秸秆固化成型设备的研究与开发对国内各大专院校、科研院所、国有和民营企业设计制造的农作物秸秆固化成型设备进行全面系统的分析;比较各种类农作物秸秆固化成型设备设计和制造过程的合理性、经济性和先进性,生产过程的适应性、稳定性及可靠性;总结农作物秸秆固化成型技术和主要设备的优缺点;进一步开发出具有良好的技术经济性和适应性的设备。为全国范围内不同地区农作物秸秆固化成型设备的选型、试验、示范和推广,做好技术方面的充分准备。
    3.重视国内农作物秸秆固化成型技术及设备的应用及推广工作各级农机主管部门及农机推广站应该根据本地区农业生产及农作物秸秆资源综合利用的实际情况,高度重视农作物秸秆固化成型燃料及饲料利用技术及设备的推广及应用工作。设计行之有效的农作物秸秆固化成型技术及设备试验示范方案,建立有代表性的试验示范点,实现农作物秸秆固化成型技术在全国范围内推广应用的有效突破。
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