1、第二章 秸稈的收集與預(yù)處理從上節(jié)課緒論中， 我們已經(jīng)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(nóng)民創(chuàng)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(fā)火災(zāi)，威脅人們的生命財產(chǎn)安全以及破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低還田質(zhì)量，不利于農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。我國農(nóng)作物秸稈分布廣、收獲季節(jié)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(tǒng)收集技術(shù)與手段, 已經(jīng)無法實現(xiàn)秸稈的快速收集更難以滿

2、足工業(yè)化利用的規(guī)模。 現(xiàn)階段我國秸稈收集儲運機械化整體水平還比較低。 關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和裝備尚處于起步階段，已經(jīng)成為嚴重制約農(nóng)作物秸稈規(guī)模化、商品化、產(chǎn)業(yè)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(fā)電，農(nóng)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(yè)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(yè)化生產(chǎn)的秸稈的收集。目前，農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)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(nóng)作物籽粒和秸稈一起運回

3、打曬場地，經(jīng)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(lián)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(qū)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(nóng)村制度，秸稈等生物質(zhì)原料分布廣且分散，不容易收集；（ 4 ）易霉變和引發(fā)火災(zāi)。3. 儲藏方式根據(jù)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(nóng)戶分散和存放。事先同農(nóng)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(yōu)點有：減小了燃料廠的投資，主要是對生產(chǎn)原料儲存庫房和場地的投資；降低了燃料價格。因為農(nóng)戶向燃料廠提供的農(nóng)作物秸稈和燃料廠向農(nóng)戶提供的燃料可以按比例交換，相應(yīng)的降低了燃料價格；減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。農(nóng)戶分散存放，便于儲存和管理，減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。任何事物都是兩面性的，分散收集的缺點：農(nóng)戶各自儲存秸稈等生物質(zhì)原料，會造成在農(nóng)村居住區(qū)內(nèi)無序堆放，對燃料廠來說，影響成型燃料生產(chǎn)規(guī)模擴大和產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(nóng)戶收集來的秸稈等生物質(zhì)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(fēng)的侵害；原料中不允許有碎石、鐵屑、砂土等雜質(zhì)以保證加工設(shè)備的生產(chǎn)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(shè)置安全員，定時巡查原料廠，及時消除火災(zāi)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(shè)備（了解）青貯型玉米聯(lián)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(xué)們自己看一下書就可以了。二、秸稈的預(yù)處理叵近幾年，生物質(zhì)技術(shù)得到了快速發(fā)展，

6、應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴大，如生物質(zhì)氣化發(fā)電、生物質(zhì)制油、生物質(zhì)制氫等等。不同的技術(shù)設(shè)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(shù)的需要，對生物質(zhì)秸稈應(yīng)采用不同的預(yù)處理技術(shù)。生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)是為了滿足某種工藝的特殊需要而對生物質(zhì)所做的技術(shù)處理，就是對天然生物質(zhì)的一個優(yōu)化處理。通過預(yù)處理，可以改變天然生物質(zhì)的一些特性，如硬度、顆粒度、密度以及一些 化學(xué)特性等。由于生物質(zhì)的種類繁多，形態(tài)各異，在某些特性方面千差萬別，不同的處理工藝對生物 質(zhì)原料也有不同的要求，因此生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)也就比較復(fù)雜。根據(jù)不同的工藝過程，可將秸稈預(yù)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(zhì)減少，保護燃燒設(shè)備。咱們家里用秸稈的時候呢，一般都會讓秸稈放置于農(nóng)田一段時間經(jīng)雨淋變灰之后再用，這是為什么呢？這是因為，秸稈經(jīng)雨淋浸泡后，其中的腐蝕性物質(zhì)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(zhì)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(guī)認為呢，氯化物和鉀在高溫條件下才可去除，但有數(shù)據(jù)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(jīng)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(guī)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(chǎn)生的水蒸氣從原料中排除的過程。其實質(zhì)是將原料中的水分從固相轉(zhuǎn)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(fā)。在自然界中呢，熱能來源于太陽能。在干燥設(shè)備中，熱能來源于電能、機械能。（ 2 ）介質(zhì)：在干燥過程中，必須具有能把水分帶走的因子，即介質(zhì)。自然界中干燥且流動的空氣即為干燥介質(zhì)；在干燥設(shè)備內(nèi)，干燥的熱空氣、蒸汽、熱輻射等為干燥介質(zhì)。為了將原料中蒸發(fā)出來的水分帶走，必須配備抽風(fēng)設(shè)備。（ 3

9、 ）含水率：具體指在固體成型技術(shù)中，含水率很重要，含水率過高，易產(chǎn)生爆炸，含水率過低，難以成型。秸稈固體成型原料需要經(jīng)過干燥處理，嚴格控制原料的含水率達到 10%18% 。3. 生物質(zhì)原料的干燥特性（ 1 ）收獲時間比較集中，不能久存，數(shù)量比較大。（ 2 ）生物質(zhì)原料揮發(fā)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(shè)備生物質(zhì)水分變化范圍較大，影響因素包括燃料的種類、當?shù)貧夂驙顩r、 收獲的時間和預(yù)處理方式等。根據(jù)是否使用熱源，可將生物質(zhì)干燥技術(shù)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(zhì)素等物質(zhì)。 在較高溫度下， 木質(zhì)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(fā)生火災(zāi)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(zhì)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?shù)氐臍夂蛴兄苯雨P(guān)系，是由大氣中水分含量決定的。例如農(nóng)作物秸稈在打捆前， 遺留在農(nóng)田內(nèi)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(shè)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(jù)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(zhì)秸稈的干燥還是傾向于采用自然干燥技術(shù)。（ 2 ）人工干燥：利用一定的干燥設(shè)備和熱源，對生物質(zhì)進行加熱干燥的方法。這種干燥機是根據(jù)所需物料產(chǎn)量、水分含量而專門設(shè)計的，并能準確地控制水分。不同種類的秸稈，其干燥技術(shù)也不盡相同，現(xiàn)在主要有回轉(zhuǎn)圓筒干燥技術(shù)、流化床干燥技術(shù)、筒倉型干燥技術(shù)。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(shè)備： 回轉(zhuǎn)圓筒干燥機。 回轉(zhuǎn)圓筒干燥機是一種連續(xù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)圓筒，干燥

12、后的物料由低端排出。在回轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)，干燥介質(zhì)與生物質(zhì)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(zhì)原料在滾筒內(nèi)的流速主要是根據(jù)生物質(zhì)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(jīng)過準確計算的熱氣流經(jīng)流化床的均壓布風(fēng)板均勻分布后，穿過床內(nèi)的物料，使物料顆粒懸浮于氣流之中，形成流化狀態(tài)。呈流化狀態(tài)的物料顆粒在流化床內(nèi)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(zhì)。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(chǎn)品適應(yīng)性強。盡管物料顆粒劇烈運動，但是產(chǎn)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(chǎn)品最高溫度，因此具有極高的熱效率。該系統(tǒng)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(jié)構(gòu)比較簡單，把原料堆積在筒倉內(nèi)，利用熱風(fēng)爐的熱風(fēng)帶走原料中的水分。原料在倉內(nèi)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(xiàn)在常用的筒倉式秸稈干燥機不能連續(xù)進出料，這就影響了生產(chǎn)效率。但裝置對原料

14、的適應(yīng)性好，基本上適用于各種秸稈。（三）秸稈的切割處理 （補充）農(nóng)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(shè)備被稱為切割機。 軟質(zhì)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(nóng)戶和小規(guī)模飼養(yǎng)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(guī)模較大工業(yè)化生產(chǎn)。切割處理技術(shù)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(nèi)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(xué)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(yè)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(tǒng)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(zhuǎn)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(zhì)秸稈的利用。（五）秸稈制粒處理 （補充）制粒技術(shù)就是通過機械設(shè)備把細小、 輕質(zhì)物料壓制成顆粒的技術(shù)。 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(xué)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(guī)則，顆粒形狀，大小基本一致，強度增加，點火性變?nèi)醯鹊取８鶕?jù)不同原料的特點，在制粒過程中可適當調(diào)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(zhì)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(shè)備時應(yīng)根據(jù)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(jīng)開始用秸稈顆粒作為鍋爐燃料進行發(fā)電、 供熱。目前國內(nèi)制粒設(shè)

18、備的問題主要是運行壽命短，如傳動部件、切刀以及篩網(wǎng)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(chǎn)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(jù)成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)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(zhì)壓制成型。根據(jù)不同原料、不同需要，在壓制成型時可以適當添加粘結(jié)劑或者加熱，這都有利于原料的成型。我國生產(chǎn)的生物質(zhì)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(zhì)的成型質(zhì)量。木質(zhì)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(yù)處理工藝的選擇關(guān)于如何選擇秸稈預(yù)處理工藝的討論， 建立在下列假設(shè)基礎(chǔ)之上： 生產(chǎn)企業(yè)的秸稈利用形式已經(jīng)確定，如氣化發(fā)電等；生產(chǎn)企業(yè)周圍半徑50 km內(nèi)秸稈資源豐富；畝產(chǎn)干秸稈l t（兩季）。1. 以生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模為依據(jù)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)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(guān)系密切，所以企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模是進行秸稈預(yù)處理工藝選擇的重要指標。假設(shè)以企業(yè)為中心的圓周范圍內(nèi)種植農(nóng)作物，年耗秸稈l 萬 t 的生產(chǎn)企業(yè)，輻射半徑約 1.5 k