1、第二章 秸稈的收集與預處理從上節課緒論中， 我們已經了解到， 我國每年的秸稈量為 7 億噸左右， 除一部分秸稈用于能源化、飼料化、肥料化外，仍有1/3 秸稈尚未得到利用。這些未被利用的秸稈大部分采用簡單的處理方式焚燒，而使大量的秸稈資源被浪費。秸稈焚燒不但不能給農民創益，而且會造成嚴重的大氣污染以及空中、地面的交通問題，此外秸稈焚燒還容易引發火災，威脅人們的生命財產安全以及破壞土壤結構，降低還田質量，不利于農村的可持續發展戰略。我國農作物秸稈分布廣、收獲季節性強、即地保存性差、收集費時費工、堆放密度低、貯存占地面積大、易燃、易霉，目前依靠傳統收集技術與手段, 已經無法實現秸稈的快速收集更難以滿

2、足工業化利用的規模。 現階段我國秸稈收集儲運機械化整體水平還比較低。 關鍵技術環節和裝備尚處于起步階段，已經成為嚴重制約農作物秸稈規模化、商品化、產業化利用的主要瓶頸。無論是有機肥加工、造紙、飼料化處理、氣化處理還是秸稈發電，農作物秸稈的綜合利用首先需要解決的問題就是秸稈收集問題，無法提供有效的機械進行收集，秸稈的綜合利用就無從談起。所以，我們這里所要談的秸稈的收集，是從國家工業化利用的角度提出的。一、秸稈的收集1. 收集方式這里說的收集，是除了還田外，用來工業化生產的秸稈的收集。目前，農作物秸稈等生物質原料主要是靠人工收集的方法獲得。對于水稻和小麥秸稈來說，在收獲時，農作物籽粒和秸稈一起運回

3、打曬場地，經過人力或者機械對作物脫粒后，將秸稈碼垛堆放。對玉米秸稈的收集，則是在大田里將玉米棒收獲后，再將玉米秸稈收割后運回封存堆放。也可以采用機械化的方式，例如用聯合收割機收獲玉米后，再用運輸工具將秸稈運回存放場地。2. 秸稈收集的特點（ 1 ）堆積密度小，要求儲藏空間大；（ 2 ）收獲期短。對于兩季種植的地區來說，一般只有20 天左右的時間收集，一遍翻整耕地；（ 3 ）分布廣散不易收集。由于我國的農村制度，秸稈等生物質原料分布廣且分散，不容易收集；（ 4 ）易霉變和引發火災。3. 儲藏方式根據秸稈收集的特點，我們可以采用分散儲藏和集中儲藏兩種收集模式。（ 1 ）分散儲藏收集模式 。主要是對

4、于燃料廠來說。大部分的秸稈原料由使用秸稈能源燃料的農戶分散和存放。事先同農戶商議好，將秸稈原料折合為成型燃料價格的一部分，或者采用按比例交換的方式呢，鼓勵燃料用戶主動收集作物秸稈。分散收集的主要優點有：減小了燃料廠的投資，主要是對生產原料儲存庫房和場地的投資；降低了燃料價格。因為農戶向燃料廠提供的農作物秸稈和燃料廠向農戶提供的燃料可以按比例交換，相應的降低了燃料價格；減少火災發生的可能性。農戶分散存放，便于儲存和管理，減少火災發生的可能性。任何事物都是兩面性的，分散收集的缺點：農戶各自儲存秸稈等生物質原料，會造成在農村居住區內無序堆放，對燃料廠來說，影響成型燃料生產規模擴大和產業化發展。（2）

5、集中儲藏收集模式。燃料廠需要具有較大的儲藏空間，堆放從農戶收集來的秸稈等生物質原料，一般來說是儲存在庫房或碼垛堆放在露天場地。集中儲藏收集模式的要求是：對原料分類別及按工序堆放整齊，并能放雨、雪、風的侵害；原料中不允許有碎石、鐵屑、砂土等雜質以保證加工設備的生產效率和使用壽命；無霉變，含水量要小于 18%原料廠周邊禁止煙火。設置安全員，定時巡查原料廠，及時消除火災隱患，保持原料廠消防車 道的暢通和工具完備有效。4.秸稈收獲設備（了解）青貯型玉米聯合收獲機、玉米秸稈青貯收獲機、玉米秸稈收割機、小麥秸稈打捆機械等。具體同學們自己看一下書就可以了。二、秸稈的預處理叵近幾年，生物質技術得到了快速發展，

6、應用領域逐漸擴大，如生物質氣化發電、生物質制油、生物質制氫等等。不同的技術設備對秸稈原料的要求也不同，如秸稈的濕度、粒度、密度等因素對秸稈 氣化的影響很大。為了滿足不同技術的需要，對生物質秸稈應采用不同的預處理技術。生物質預處理技術是為了滿足某種工藝的特殊需要而對生物質所做的技術處理，就是對天然生物質的一個優化處理。通過預處理，可以改變天然生物質的一些特性，如硬度、顆粒度、密度以及一些 化學特性等。由于生物質的種類繁多，形態各異，在某些特性方面千差萬別，不同的處理工藝對生物 質原料也有不同的要求，因此生物質預處理技術也就比較復雜。根據不同的工藝過程，可將秸稈預處 理步驟分為清洗處理、干燥處理、

7、切割處理、粉碎處理、制粒處理、固化成型處理。（一）秸稈清洗處理秸稈清洗的目的主要是使腐蝕性物質減少，保護燃燒設備。咱們家里用秸稈的時候呢，一般都會讓秸稈放置于農田一段時間經雨淋變灰之后再用，這是為什么呢？這是因為，秸稈經雨淋浸泡后，其中的腐蝕性物質如氯化物和鉀的含量會降低，黃色秸稈會變 成“灰色”。由于腐蝕鍋爐壁面和管道表面的部分物質被清除了，所以灰色的秸稈更適合作為鍋爐燃 料，而且熱值還比黃色秸禾f高。大家看一下表2-2。.常規認為呢，氯化物和鉀在高溫條件下才可去除，但有數據顯示，氯化物和鉀低溫時也能被清洗掉。目前認為5060 c清洗秸稈是最經濟的。但迄今為止，由于清洗秸稈仍是比較昂貴的，秸

8、稈清洗 也僅是小規模實行。（二）秸稈的干燥處理1 .原料的干燥機理利用熱能使原料中的水分氣化，并將產生的水蒸氣從原料中排除的過程。其實質是將原料中的水分從固相轉移到氣相的過程。簡單來說就是加熱濕物料，從而使水分氣化的過程。2 .原料干燥的影響因素（1）熱能：在原料的干燥過程中，必須提供充足的熱能使原料中的水分蒸發。在自然界中呢，熱能來源于太陽能。在干燥設備中，熱能來源于電能、機械能。（ 2 ）介質：在干燥過程中，必須具有能把水分帶走的因子，即介質。自然界中干燥且流動的空氣即為干燥介質；在干燥設備內，干燥的熱空氣、蒸汽、熱輻射等為干燥介質。為了將原料中蒸發出來的水分帶走，必須配備抽風設備。（ 3

9、 ）含水率：具體指在固體成型技術中，含水率很重要，含水率過高，易產生爆炸，含水率過低，難以成型。秸稈固體成型原料需要經過干燥處理，嚴格控制原料的含水率達到 10%18% 。3. 生物質原料的干燥特性（ 1 ）收獲時間比較集中，不能久存，數量比較大。（ 2 ）生物質原料揮發分含量較高，易分解，自身溫度不能超過150 ，且干品易燃。4. 干燥方法與設備生物質水分變化范圍較大，影響因素包括燃料的種類、當地氣候狀況、 收獲的時間和預處理方式等。根據是否使用熱源，可將生物質干燥技術分為自然干燥和人工干燥兩種方式。自然干燥一般沒有什么特殊要求，但是人工干燥就需要很好地控制干燥溫度。秸稈中含有大量的纖維素、

10、半纖維素、木質素等物質。 在較高溫度下， 木質素開始軟化， 并具有粘性， 所以干燥中必須考慮到木素的軟化問題。秸稈的著火點很低，高溫容易發生火災危險，干燥溫度控制在80左右比較適宜。（ 1 ）自然干燥： 利用空氣流通或太陽能對生物質進行干燥的方法。這是最古老、最簡單、最實用的一種秸稈干燥方法。原料最終水分含量與當地的氣候有直接關系，是由大氣中水分含量決定的。例如農作物秸稈在打捆前， 遺留在農田內在日光下晾曬一段時間可以降低含水率。 自然干燥法不需要特殊的設備，成本低，但易受自然氣候條件的制約，勞動強度大、效率低，含水量難以控制。根據我國的氣候情況，秸稈自然干燥水分一般在8%左右。一般來說，如果

11、沒有特殊要求，對于生物質秸稈的干燥還是傾向于采用自然干燥技術。（ 2 ）人工干燥：利用一定的干燥設備和熱源，對生物質進行加熱干燥的方法。這種干燥機是根據所需物料產量、水分含量而專門設計的，并能準確地控制水分。不同種類的秸稈，其干燥技術也不盡相同，現在主要有回轉圓筒干燥技術、流化床干燥技術、筒倉型干燥技術。對一般秸稈而言，可以采用筒倉型干燥機進行干燥。下面介紹幾種常用的干燥設備： 回轉圓筒干燥機。 回轉圓筒干燥機是一種連續運行的直接接觸干燥機。 大家看一下書 19 頁上的圖。 它由一個緩慢轉動的圓柱形殼體組成， 殼體傾斜， 與水平面有較小的夾角， 以利于物料的輸送。濕物料由高端進入回轉圓筒，干燥

12、后的物料由低端排出。在回轉圓筒內，干燥介質與生物質原料并流或者逆流，沿軸向流過筒體。當物料要求較高脫水率時，通常采用逆流方式。并流方式通常用于熱敏性物料或要求有較高脫水速率的干燥。 生物質原料在滾筒內的流速主要是根據生物質原料的含水量以及顆粒度等來確定。這種裝置適用于流動性好、顆粒度為 0.055mm 的物料，如稻殼、花生殼、造紙廢棄物、粉料以及一些果殼等。流化床干燥裝置。 在流化床裝置中， 經過準確計算的熱氣流經流化床的均壓布風板均勻分布后，穿過床內的物料，使物料顆粒懸浮于氣流之中，形成流化狀態。呈流化狀態的物料顆粒在流化床內均勻地混合，并與氣流充分接觸，進行十分強烈地傳熱和傳質。流化床干燥

13、裝置可以輕易地輸送加工原料，干燥過程中可避免局部原料過熱，因而對熱敏性產品適應性強。盡管物料顆粒劇烈運動，但是產品處理仍比較溫和，無明顯的磨損。裝置出口的氣體溫度一般低于產品最高溫度，因此具有極高的熱效率。該系統比較適合于流動性好、顆粒度不大（ 0.510mm ） 、密度適中的物料，如稻殼、花生殼以及一些果殼等，但不適合于粘度高的物料。筒倉型干燥機 （補充） 。筒倉型干燥機結構比較簡單，把原料堆積在筒倉內，利用熱風爐的熱風帶走原料中的水分。原料在倉內相對靜止，與其他方法相比較，其干燥效率比較低，對原料水分的控制比較困難。現在常用的筒倉式秸稈干燥機不能連續進出料，這就影響了生產效率。但裝置對原料

14、的適應性好，基本上適用于各種秸稈。（三）秸稈的切割處理 （補充）農作物秸稈的切割就是改變秸稈的幾何尺寸， 用來切割秸稈的設備被稱為切割機。 軟質秸稈切割機即通常所說的鍘草機，也叫切碎機，玉米秸、麥秸、稻草、谷草、棉花稈、煙稈等秸稈都可以用鍘草機處理。鍘草機按機型大小可分為小型、 中型和大型。 小型鍘草機適用于廣大農戶和小規模飼養戶， 用于鍘碎干草、秸稈或青飼料。中型鍘草機也可用于切碎干秸稈和青飼料，故又稱秸稈青貯飼料切碎機。大型鍘草機常用于規模較大工業化生產。切割處理技術主要是改變了秸稈的幾何尺寸， 使秸稈的堆積密度增大， 流動性能增強， 這些改變都有利于秸稈的利用。（四）秸稈粉碎處理粉碎是利

15、用機械的方法， 克服固體物料內部的凝聚力而將其分裂的一種工藝， 即用機械力將物料由大塊破碎成小塊。粉碎常用的方法有擊碎、磨碎、壓碎與鋸切等。選擇粉碎方法時，首先考慮被粉碎物料的物理力學性能。對于特別堅硬的物料，擊碎和壓碎方法最有效；對于韌性物料用研磨為好，對脆性物料以鋸切、劈裂為宜。在原料工業中，谷物原料以擊碎和鋸切為佳，對含纖維多的物料以盤式磨為好。物料粉碎以后，表面積增大，混合更加均勻；顆粒度減小，便于儲藏和運輸。通常，大塊物料破裂成小塊（粒度為 15mm ）的過程稱為 破碎 ；小塊物料碎裂成細粉（粒度小于1mm ）的過程稱為粉磨 。完成破碎和粉磨操作的機械，分別稱為破碎機械和粉磨機械，它

16、們又統稱為粉碎機。粉碎機種類很多，有些粉碎機對物料尺寸、水分含量有一定要求，適用于秸稈的粉碎機類型不是很多，常用的多是錘片式粉碎機。目前市場上粉碎機存在的主要問題是轉子平衡差、粉塵濃度高以及噪音大等問題。秸稈粉碎后，其幾何尺寸變小，密度增大，流動性能增強，這些改變有利于生物質秸稈的利用。（五）秸稈制粒處理 （補充）制粒技術就是通過機械設備把細小、 輕質物料壓制成顆粒的技術。 利用秸稈密度小、收縮比大等特點，向秸稈施加一定外力，在水分、纖維素等作用下，可將秸稈制成顆粒狀。一般來說，制粒前后物料的化學性能沒有太大變化，變化較大的是物料密度。秸稈制粒后的密度為 1.01.5g/cm 3，外型幾何尺寸

17、也相對規則，顆粒形狀，大小基本一致，強度增加，點火性變弱等等。根據不同原料的特點，在制粒過程中可適當調整工藝過程。對于不易成粒的原料， 可以在制粒時添加適量淀粉、廢紙漿等粘接劑，由于加入了粘接劑，使得原料小顆粒表面形成一種吸附作用，這樣在外界較小的壓力作用下就可以成粒。也可以采用加熱的方法，當溫度達到 70 時，原料中的木質素就會起到粘接作用，有利于物料顆粒的形成。影響秸稈制粒的因素主要有原料的種類、 含水率、 制粒機模具的形狀尺寸以及是否加熱等， 因此在選擇制粒設備時應根據具體情況而定。秸稈顆粒是一種燃燒性能良好的燃料， 許多國家已經開始用秸稈顆粒作為鍋爐燃料進行發電、 供熱。目前國內制粒設

18、備的問題主要是運行壽命短，如傳動部件、切刀以及篩網等部件易損壞，容易在成品中攙雜磨損的碎屑。（六）秸稈成型處理秸稈成型是把秸稈壓制成一定形狀， 其密度有很大程度的提高。 成型后秸稈的外形尺寸一般較大。在成型過程中， 秸稈與成型套筒之間巨大的摩擦力產生了大量的熱， 這樣成型過程就往往伴有秸稈的炭化過程。根據成型設備的結構特點， 可以把成型機分為螺旋式成型機和活塞式成型機。 其原理都是在外力作用下把生物質壓制成型。根據不同原料、不同需要，在壓制成型時可以適當添加粘結劑或者加熱，這都有利于原料的成型。我國生產的生物質成型機一般為螺旋擠壓式。原料特性、顆粒度、流動性、含水率以及溫度等因素都直接影響到生物質的成型質量。木質素含量高、顆粒度相對小、流動性較差的原料容易成型。三、秸稈預處理工藝的選擇關于如何選擇秸稈預處理工藝的討論， 建立在下列假設基礎之上： 生產企業的秸稈利用形式已經確定，如氣化發電等；生產企業周圍半徑50 km內秸稈資源豐富；畝產干秸稈l t（兩季）。1. 以生產企業規模為依據生產企業規模越大，則需要秸稈量越多，收集輻射半徑就越大，這與運輸成本關系密切，所以企業的生產規模是進行秸稈預處理工藝選擇的重要指標。假設以企業為中心的圓周范圍內種植農作物，年耗秸稈l 萬 t 的生產企業，輻射半徑約 1.5 k