徐 明，凌 娟，楊學(xué)兵，楊 凌，莫開林

（1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610081；2.四川省環(huán)境保護(hù)對外交流合作中心，四川　　成都610000）

農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈成型試驗研究

徐 明1，凌 娟2，楊學(xué)兵1，楊 凌1，莫開林1

（1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610081；2.四川省環(huán)境保護(hù)對外交流合作中心，四川成都610000）

以四川盛產(chǎn)的玉米秸稈、稻草秸稈、油菜為原料，采用環(huán)模生物質(zhì)秸稈成型機，對秸稈含水率、秸稈種類等對成型密度影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原料含水率在18%～22%時成型效果最佳，成型密度接近或大于1.05 g·cm-3。稻草秸稈：玉米秸稈：油菜秸稈比例為2∶2∶1時，成型效果好，且不易堵塞成型機。在室溫條件下放置兩周后，成型秸稈變形小。

秸稈；混合；成型

農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈是一種很好的可再利用物質(zhì)，從古至今，被廣泛利用，可歸納為“五料”，即燃料、飼料、肥料、基料、原材料。但目前就全國來說，秸稈仍主要用于燃料，仍然以直接燃燒為主，煙熏火燎，不衛(wèi)生，這種處理方式占全國秸稈產(chǎn)量的50%以上。隨著生活水平的提高，家用電器、煤氣使用日益廣泛，農(nóng)村采用秸稈作生活燃料的需求越來越小，特別是近年來各地為了保證空氣質(zhì)量，秸稈禁燒管理越來越嚴(yán)格，農(nóng)作物秸稈的處置越來越成為一個較大的難題［6，7］。

雖然近年出現(xiàn)的秸稈氣化技術(shù)以及生物發(fā)酵技術(shù)，通過可燃?xì)庾魅剂鲜墙諚U作燃料的一種新處理方法，但應(yīng)用很少。秸稈還應(yīng)用于飼料、食用菌基料、造紙、生物降解材料等等方面，但消耗量少，大量的秸稈仍被直接焚燒，影響了生態(tài)環(huán)境［9］。

由于農(nóng)作物秸稈大量分散在田間地頭、質(zhì)量輕、體積大、密度低、收儲季節(jié)性強，收集、儲存和運輸?shù)某杀靖撸萍s著其規(guī)?；I(yè)利用，也影響了秸稈綜合利用。因此本試驗對秸稈進(jìn)行成型研究，以促進(jìn)秸稈的綜合利用。

1　試驗材料和方法

1.1試驗原料準(zhǔn)備

試驗材料秸稈是從成都市郫縣、大邑縣等地農(nóng)村田間直接收集本年度成熟玉米秸稈、水稻秸稈、油菜秸稈。將收集的玉米、油菜、稻草等秸稈原料，經(jīng)自然晾曬干后，分別截斷破碎成長度小于2 cm的原料，分別堆放，并將顆粒和粉末混合備用。

試驗前將原料從倉庫取出分組晾曬或用烤箱烘干，使含水率分別控制在25%、20%、15%和8%，用塑料袋分裝，密封待用。

1.2主要試驗設(shè)備

成型設(shè)備為四川耀農(nóng)機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的9HJC-150秸稈環(huán)模成型機，秸稈切碎機為四川耀農(nóng)機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的9Q-95秸稈切碎機，其余設(shè)備為電熱鼓風(fēng)干燥箱、游標(biāo)卡尺、秒表、臺稱、瑞士梅特勒-托利多公司生產(chǎn)的PL2002型電子天平等。

1.3成型機理及試驗方法

植物細(xì)胞中含有纖維素、半纖維素，還有木質(zhì)素［6］。秸稈中木質(zhì)素含量為14%～25%。木質(zhì)素是具有芳香族特性的結(jié)構(gòu)單體為苯丙烷型的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物，在植物細(xì)胞中，有增強細(xì)胞壁、粘合纖維的作用。木質(zhì)素屬于非晶體，在常溫下，其主要部分不溶于任何溶劑，也沒有熔點，但有軟化點，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～110℃時，粘結(jié)力增加，在200℃～300℃的高溫條件下，木質(zhì)素將會軟化、液化，此時加以一定的壓力使其與纖維素緊密粘結(jié)，內(nèi)部相鄰生物質(zhì)顆粒相互膠合，外部析出焦油或焦化，冷卻后即可成型而不會散開。由于秸稈中木質(zhì)素的這種特性，秸稈的熱壓成型可不需任何添加劑或粘結(jié)劑，不僅降低生產(chǎn)成本，還由于高溫下析出物的潤滑作用而減小了成型所需壓力，從而使能耗大大降低［2～4］。

環(huán)模旋轉(zhuǎn)秸稈成型機的工作原理是：秸稈鍘切后通過螺旋進(jìn)料機進(jìn)入進(jìn)料腔，在環(huán)模的轉(zhuǎn)動作用下，進(jìn)入壓輥與環(huán)模內(nèi)徑之間的楔形空間，然后被壓輥壓入成型腔擠壓成型。當(dāng)成型塊被壓出環(huán)模外徑達(dá)到一定的長度后，被甩斷或與機殼的撞塊碰撞斷裂排出機外［1，4］。采用不同原料單獨或混合成型，成型物料立即用游標(biāo)卡尺測量其寬度和厚度，然后將其在室溫條件下裸露放置兩周（室內(nèi)相對濕度為60%～70%，室內(nèi)環(huán)境溫度15℃～25℃），再測量1次（松馳密度）；取含水率不同的成型樣本分別測量，然后取其平均值，隨后對成型秸稈進(jìn)行物理指標(biāo)試驗。

2　結(jié)果與討論

2.1原料水分控制

2.1.1原料含水量計算公式

其中：G0——烘前重量（g）；

G——烘到絕干重量（g）。

2.1.2原料加水量計算公式

其中：G1——加水前物料重量（kg）；

m1——加水前含水率（無百分號，以下m2相同。）

m2——加水后含水率。

2.2含水率對成型效果的影響

在成型設(shè)備已確定的情況下，成型機的壓力和成型溫度已確定，原料含水率會對其成型密度產(chǎn)生影響。成型塊推出壓模后含水率會發(fā)生變化，隨著放置時間的延長而趨于相近。當(dāng)成型塊從成型機推出后，立即用游標(biāo)卡尺測量其體積，同時稱其質(zhì)量（成型密度），然后在室溫下裸露室內(nèi)放置兩周，待其體積、質(zhì)量基本穩(wěn)定后再測量其體積和質(zhì)量（松馳密度）。含水率影響如表1。

表1　含水率對成型密度的影響

由表1可知，松弛密度及密度變化率受含水率的影響變化很明顯。一般認(rèn)為，松弛密度大于或接近1 g·cm-3的成型燃料無論對于燃燒、儲存、運輸都是比較理想的［2，3］。當(dāng)含水率大約為20%時，成型密度最大，密度變化率最小，原料的含水率為18%～22%時均可得到較理想的成型密度。含水率過高成型塊含水量高，成型密度低，放置后變松散；含水率過低，不易成型，動力消耗大，且在物料擠壓過程中，易發(fā)熱冒煙，有一定安全隱患。

2.3單一原料成型試驗研究

2.3.1玉米秸稈成型試驗

經(jīng)過對玉米秸稈（帶葉）進(jìn)行水分測試，平均水分在18%左右（水分測試表見表2），可以直接進(jìn)行成型試驗。

表2　玉米秸稈（帶葉）成分測試表

成型后對玉米秸稈塊進(jìn)行氣干密度測試，測試結(jié)果見表3。

表3　玉米秸稈壓塊氣干密度測定表

2.3.2油菜秸稈成型試驗

經(jīng)過對油菜秸稈進(jìn)行水分測試，平均水分在19%左右（水分測試表見表4），可以直接進(jìn)行成型試驗。

表4　油菜秸稈成份測試表

成型后對油菜秸稈塊進(jìn)行氣干密度測試，測試結(jié)果見表5。

表5　油菜秸稈壓塊氣干密度測定表

2.3.3稻草秸稈成型試驗

經(jīng)過對稻草秸稈進(jìn)行水分測試，平均水分在21%左右（水分測試表見表6），可以直接進(jìn)行成型試驗。

表6　稻草秸稈成分測試表

成型后對稻草秸稈塊進(jìn)行氣干密度測試，測試結(jié)果見表7。

表7　稻草秸稈壓塊氣干密度測定表

根據(jù)以上測試顯示，經(jīng)晾曬后原料水分在成型設(shè)備能適應(yīng)的范圍內(nèi)，不需要再增添烘干設(shè)施；油菜秸稈成型效果較玉米秸稈和稻草秸稈差，初步估計為油菜秸稈較硬，淀粉含量低的原因?qū)е?。因而，要得到較好的成型效果，需要盡量使用混合原料進(jìn)行成型。由于稻草秸稈成型效果和玉米秸稈成型效果差不多，我們直接選擇了將稻草秸稈、玉米秸稈、油菜秸稈進(jìn)行多原料混合試驗研究。

2.4多種原料成型試驗研究

2.4.1成型比例的確定

項目組按稻草秸稈：玉米秸稈：油菜秸稈比例為1∶1∶1、1∶2∶1、2∶1∶1、2∶2∶1、3∶3∶1等比例進(jìn)行混合成型試驗，測試氣干密度數(shù)據(jù)見表8。

表8　不同比例秸稈混合后氣干密度測試數(shù)據(jù)表

通過對不比例的秸稈混合壓塊成型比較，當(dāng)?shù)静萁斩挘河衩捉斩挘河筒私斩挶壤秊?∶2∶1時，即油菜秸稈占原料比例約20%時，成型效果好，且不易堵塞，因此選擇混合比例為2∶2∶1開展成型試驗。

3　結(jié)論與建議

（1）所采用的成型設(shè)備適應(yīng)秸稈長度小于5 cm都可成型，少量長于5 cm的秸稈混合后也可以壓縮成型。切割破碎過程中產(chǎn)生的細(xì)小顆?？苫旌显谖锪现幸黄饠D壓成型，添加了粉末的物料成型效果更佳，后期可考慮添加木屑作為原料。拓寬生產(chǎn)原料范圍。

（2）壓縮后塊狀大，最大達(dá)到47 mm×32 mm× 98 mm，大部分在47 mm×32 mm×50 mm～65 mm左右，壓縮后密度可達(dá)到1.2 g·cm-3。秸稈經(jīng)壓縮成大塊狀的成型塊可作為生物質(zhì)燃料，燃燒時間顯著延長，可以有效降低儲存、運輸費用。

［1］ 余滿江，姚金霞.環(huán)模旋轉(zhuǎn)秸稈成型機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗研究［J］.四川農(nóng)機，2010（3）：38～42.

［2］ 袁艷文，趙立欣，孟海波，等.玉米秸稈顆粒燃料抗結(jié)渣劑效果的比較［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（11）：251～255.

［3］ 田宜水，徐亞云，侯書林，等.儲存方式對生物質(zhì)燃料玉米秸稈儲存特性的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31（9）：223～228.

［4］ 沈威.生物質(zhì)燃料成型設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.合肥工業(yè)大學(xué).

［5］ 樊峰鳴，張百良，李保謙，等.大粒徑生物質(zhì)成型燃料物理特性的研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（2）：398～402.

［6］ 趙蒙蒙，姜曼，周祚萬.幾種農(nóng)作物秸稈的成分分析［J］.材料導(dǎo)報，2011，25（8）：122～125.

［7］ 何勇，黃波，張體剛，等.秸稈綜合利用存在的問題及對策［J］.四川農(nóng)業(yè)科技，2013.5：6～7.

［8］ 劉力，郭建忠，盧鳳珠.幾種農(nóng)林植物秸桿與廢棄物的化學(xué)成分及灰分特性［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報，2006，23（4）：388～392.

［9］ 田宜水，趙立欣，孟海波，等.歐盟固體生物質(zhì)燃料標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)展［J］.可再生資源，2007，25（4）：61～64.

An Experimental Study of the Formation of AgriculturalW aste Straw

XU Ming1JING Juan2YANG Xue-bing1YANG Ling1MO Kai-lin1

（1.Forestry Science Research Institute of Sichuan Province，Chengdu 610081，Sichuan；2.Foreign Cooperation Centre of Sichuan Environmental Protection，Chengdu 610000，Sichuan）

By using the corn straw，straw and rape produced in Sichuan as raw materials，studies were made of themolding density influence factors of the water content and the type of the straw.Itwas found thatwhen the water content of raw materials was 18% ～22%，the molding effect was the best，and the molding density was close to or greater than 1.05 g·cm-3.The ratio of straw：corn straw：rape straw was 2∶2∶1，and themolding effectwas good，and not easy to plug the formingmachine.After 2 weeks at the room temperature，the transformation of themolding straw was small.

Straw，Mixing，Molding

S784.58

A

1003-5508（2016）03-0119-03

10.16779/j.cnki.1003-5508.2016.03.025

2016-01-29

四川省科技廳科技支撐項目（2014NZ0121）。

徐明（1970-），學(xué)士，高級工程師，主要從事林產(chǎn)品綜合加工利用研究。