牛糞壓制生物質(zhì)燃料塊試驗

孔偉 盧旺銀 劉光武 曹振卿 馮世武

（1，甘肅省家畜繁育改良管理站 733000；2，甘肅省治沙研究所 730070）

規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展在為我國廣大農(nóng)村帶來經(jīng)濟(jì)利益的同時也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。據(jù)測定，一頭牛每天產(chǎn)生的牛糞是其體重的5%～6%，即一頭450kg的牛平均每天可排泄25kg左右的糞便，一年就有約9000kg[1]。據(jù)統(tǒng)計我國年畜禽糞便產(chǎn)生量約為25億t，是工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的2～3倍。畜禽糞便的COD排放量約1萬t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工業(yè)廢水與生活廢水COD排放量的總和，牛糞便對自然環(huán)境造成嚴(yán)重的危害,主要體現(xiàn)在對大氣、水域、土壤三方面的污染[2]，已經(jīng)成為中國農(nóng)村污染的主要來源。

1 生物質(zhì)燃料特點(diǎn)

牛糞作為一種生物質(zhì)能源，其主要元素為C、H、O、N、S、P等，其物質(zhì)組成主要為纖維素、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等，含有許多可被利用的成分，但目前還沒有被充分開發(fā)利用，我們完全可以從生物質(zhì)燃燒利用的角度來處理牛糞。生物質(zhì)能源化利用過程中除了具有低SO2、NOX和灰塵排放的特性外，其對環(huán)境的最大貢獻(xiàn)在于具有CO2零排放的特點(diǎn)[3]，NO2排放量僅為燃煤的1/5。開發(fā)利用牛糞為原料的生物質(zhì)燃料不僅能緩解能源危機(jī)，減輕環(huán)境污染，節(jié)約能源，促進(jìn)秸稈等粗飼料利用，降低牛場養(yǎng)殖成本，增加養(yǎng)殖效益。

1.1 試驗材料

牛糞取自甘肅佳源畜牧生物科技有限責(zé)任公司牛場,牛糞自然風(fēng)干，過40目篩，去除不利于壓制的雜物。

1.2 試驗設(shè)計

將牛糞過篩，挑出雜物和不適宜壓制的物料。對壓制的糞塊進(jìn)行燃料物檢測分析。

（1）將牛糞壓制成蜂窩狀，按照國家 《民用蜂窩煤標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T13593-92)中的有關(guān)規(guī)定，壓制成型蜂窩狀燃料塊直徑140mm，高度80mm，孔數(shù)18個，孔徑16mm屬合格。

（2）將牛糞用環(huán)模式壓塊機(jī)壓制成4cm×4cm的方塊，原料含水率＜25%范圍內(nèi)，經(jīng)上料輸送機(jī)將物料送入進(jìn)料口，通過主軸轉(zhuǎn)動，帶動壓輥轉(zhuǎn)動，并經(jīng)過壓輥的自轉(zhuǎn)，物料被強(qiáng)制從模型孔中，按模塊形狀經(jīng)130℃擠壓，并從出料口落下，回涼后（含水率不超過14%），裝袋存儲。

經(jīng)實驗室檢測牛糞中主要成分見表1。

表1 牛糞中主要成份值 （單位：%）

牛糞壓塊檢測主要數(shù)值見表2。

表2 牛糞壓塊分析測得值

2 牛糞燃料化的方法

2.1 直接燃燒

通過直接燃燒生物質(zhì)而獲得熱能是目前生物質(zhì)能利用的最主要方式。在牧區(qū)和中小規(guī)模養(yǎng)牛場，牧民們收集晾干的牛糞作燃料直接燃燒，用來取暖燒飯和低溫季節(jié)加熱牛飲水，這是糞便直接作能源的最簡單方法，但利用不夠充分，且易造成二次空氣污染，該方法燃燒利用效率低，為5%～15%，使得生物質(zhì)燃料被認(rèn)為是 “貧窮燃料”。

2.2 固化成型

由于牛糞具有能量密度小的特點(diǎn)，將疏散的、低熱值的牛糞加工成固態(tài)生物質(zhì)燃料，其中的木質(zhì)素屬于非晶體，沒有熔點(diǎn)，但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)70～110℃時黏合力開始增加，此時施以壓力，則其與纖維素緊密黏接，并與相鄰顆粒互相膠接，冷卻后即可固化成型[4]。成型后體積縮小為1/6～1/8，熱性能優(yōu)于木材，與中質(zhì)混煤相當(dāng)，易點(diǎn)火，灰燼少，便于存儲運(yùn)輸。

將牛糞壓制成型根據(jù)市場需求，定制模板壓制成，直徑1.5～2.0cm的圓柱狀壓塊，和4cm×4cm的方塊狀壓塊，經(jīng)高溫壓制成型，提高生物質(zhì)的比重，延長燃燒時間。

2.3 牛糞蜂窩塊壓制方法

牛糞過篩留粉末加水調(diào)制成，含水量35%～45%，使用沖壓式蜂窩煤成型機(jī)，壓制成型蜂窩狀燃料塊直徑140mm，高度80mm，孔數(shù)18個，孔徑16mm，每次壓制3塊，每分鐘壓制45塊， 抗壓力60～90kg。

3 小結(jié)

（1）牛糞生物質(zhì)壓塊燃料利用技術(shù)簡單，相比氣化和液化較壓塊后燃燒技術(shù)投資小，技術(shù)含量低，壓縮固化后直接燃燒是目前發(fā)展較成熟的一種轉(zhuǎn)化技術(shù)。制成牛糞生物質(zhì)燃料，可降低硫的排放量、減少大氣污染、節(jié)約能源物質(zhì)，對解決牛糞堆積帶來的環(huán)境問題有重大意義[5]。牛糞兩種固化成型，在燃料物檢測無差異，方塊狀耐燃時間大于圓柱狀壓塊。

（2）牛糞燃料化利用能迅速且大幅度地減少生物質(zhì)廢棄物的容積；清除有害細(xì)菌和病毒，破壞毒性有機(jī)物，燃燒后的殘灰可作肥料，在解決農(nóng)村能源短缺的同時提高廢棄物綜合利用率，有利于降低燃料及生活成本，減少SOx和NOx排放，有利于環(huán)境保護(hù)。

（3）促進(jìn)秸稈飼料資源的轉(zhuǎn)化利用，秸稈類經(jīng)過飼料處理后喂牛，經(jīng)過牛反芻將較長的纖維粉碎，消化吸收飼草料營養(yǎng)的同時也將草秸進(jìn)行粉碎，減少秸稈利用時的粉碎再加工。

（4）利用純牛糞壓制蜂窩狀燃料，壓制成型率為13%，經(jīng)風(fēng)干后自動散開，需要添加一定的輔料才能壓制使用。當(dāng)牛糞利用率超過40%(牛糞、煤渣質(zhì)量比為4∶6)時，壓縮成品較為松散，抗壓強(qiáng)度不高，在實際推廣應(yīng)用燃燒效果不好，不利于保存和運(yùn)輸[6]。

（5）牛糞經(jīng)高溫壓制其熱值在原有熱值上提高1000kcal左右，燃燒時間大約在2～3h。目前利用純牛糞制作生物質(zhì)燃料還在試驗和探索之中，大比例利用牛糞制作生物質(zhì)燃料及其配置方法，使其達(dá)到廢物利用成為環(huán)保清潔能源還需大量試驗工作。