農(nóng)作物秸稈是當今世界上僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。我國作為農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源非常豐富，年產(chǎn)量7億t左右。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們常將秸稈直接焚燒或還田，這不僅嚴重污染大氣和土壤環(huán)境，而且造成能源資源的極大浪費。作為一個能源短缺、經(jīng)濟高速發(fā)展的國家，推動農(nóng)業(yè)秸稈的高效轉化利用，是一項非常有價值的研究。據(jù)報道，將秸稈經(jīng)
秸稈顆粒機或者
秸稈壓塊機壓縮成型為固體顆粒燃料，燃燒特性明顯改善，生物質(zhì)的熱效益大幅度提高；與煤炭相比，秸稈固體成型燃料的燃燒速度比煤快，灰塵及NOx.SOx低，干凈衛(wèi)生，有利于環(huán)境保護。
國內(nèi)外對作物秸稈的轉化利用進行了大量研究，并取得了顯著效果，但對烤煙秸稈在生產(chǎn)上的再利用研究鮮見報道。我國烤煙種植面積約為124萬hm2，每年產(chǎn)生烤煙秸稈390萬t左右，其熱值折合220萬t標準煤。在實際生產(chǎn)中，煙農(nóng)常以直接露天焚燒的方式處理烤煙秸稈。為充分利用資源，減少環(huán)境污染，現(xiàn)在人們嘗試將烤煙秸稈壓縮成型為燃料應用在煙葉烘烤上。但由于采用了其他作物秸稈的加工工藝，加上原料特性不同，所以烤煙秸稈固體成型燃料生產(chǎn)中產(chǎn)品破碎率高，生產(chǎn)率低，成本較高，導致該項技術推廣利用率不高。為解決以上出現(xiàn)的問題，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，畢節(jié)市煙草公司黔西縣分公司成立“珍珠項鏈QC活動小組”，對提高烤煙秸稈固體成型燃料質(zhì)量和生產(chǎn)率進行研究，以期為烤煙秸稈固體成型技術在實際生產(chǎn)中的應用提供合理依據(jù)。
1、材料與方法
1.1材料烤煙秸稈，600型秸稈壓塊機，
秸稈粉碎機。
1.2試驗設計
1. 2.1不同篩網(wǎng)孔徑對烤煙秸稈固體成型破碎率的影響。設5個處理（處理①、②、③、④和⑤分別以篩網(wǎng)孔徑為8、12、16、20、24mm的粉碎機加工），重復4次，以含水率為(18±2)%，堆積發(fā)酵時間5d的秸稈為原料，每組原料重量為100kg，然后進行加工壓塊。
1.2.2不同含水率對秸稈固體成型破碎率的影響。設5個處理（處理①、②、③、④和⑤秸稈含水率分別為11.0%～13.9%、14.0%～17.9%、18.0%～21.9%、22.0%~ 25.9%、26.0%～30.0%)，重復4次，以堆積發(fā)酵時間5d的秸稈為原料，使用篩網(wǎng)孔徑為12 mm的粉碎機加工，每組原料重量為100 kg，然后加工壓塊。
1.2.3不同發(fā)酵時間對秸稈固體成型破碎率的影響。設5個處理(處理①、②、③、④和⑤發(fā)酵時間分別為3、4、5、6、7d)，重復4次，以含水率為(18±2)%的秸稈作為原料，使用篩網(wǎng)孔徑為12 mm的粉碎機加工，每組原料重量為100 kg，然后加工壓塊。
1.2.4工藝優(yōu)化的正交試驗。選定3個試驗因素（A：含水率；B：發(fā)酵時間，C：篩網(wǎng)孔徑）進行正交試驗，以確定最優(yōu)工藝。
1.3試驗基本情況試驗于2011年4～6月在貴州省黔西縣林泉鎮(zhèn)高錦煙葉烘烤工場進行，使用9SYS32-1000型壓縮成型機壓塊。
1.4測定項目與計算方法 所需測定的固體成型燃料破碎率及生產(chǎn)率計算公式如下：固體成型燃料破碎率(%)=破碎固體成型燃料重量(kg)/固體成型燃料總重量(kg) xl00%固體成型燃料生產(chǎn)率(%)=固體成型燃料重量( kg)/生產(chǎn)時間(h)×100%
2、結果與分析
2.1不同篩網(wǎng)孔徑對固體成型燃料破碎率的影響從表1可見，處理①秸稈固體成型破碎率最低，為5.8%；其次是處理②，為5.9%；處理⑤最高，為17.0%。采用新復極差法(SSR)對各處理秸稈固體成型破碎率進行差異顯著性分析，多重比較結果表明，處理④與處理③，處理③與處理②、處理①無顯著差異；處理⑤與其余4個處理存在極顯著差異，其他4個處理間無極顯著差異。一般情況下，秸稈原料粉碎粒度越細，成型質(zhì)量越高，但耗能越大；原料粉碎粒度過粗，成型后較易破碎，穩(wěn)定性差，還會在接觸部件上產(chǎn)生研磨作用，增加摩擦力，增大耗能，降低產(chǎn)量。據(jù)研究，秸稈固體成型燃料原料以粒狀直徑6～12mm，長30～50 mm較為適宜，即處理②、③、④固體成型效果較好。
表1 不同網(wǎng)孔孔徑對固體成型顆粒燃料破碎率的影響
|
處理 |
篩網(wǎng)孔徑/mm |
秸稈重量/kg |
固體成型顆粒燃料重量/kg |
破碎燃料重量/kg |
破碎率% |
|
① |
8 |
100 |
93.3 |
5.5 |
5.8cB |
|
② |
12 |
100 |
92.2 |
5.1 |
5.9 cB |
|
③ |
16 |
100 |
89.7 |
7.9 |
8.8b cB |
|
④ |
20 |
100 |
88.4 |
9.1 |
10.2bB |
|
⑤ |
24 |
100 |
88.3 |
15.0 |
17.0aA |
注：表中同列不同大、小字母分別在0.01和0.05水平差異顯著。
2.2不同含水率對固體成型燃料壓塊破碎率的影響從表2可見，處理③秸稈固體成型破碎率最低，為5.8%；其次是處理②，為10.2%；處理⑤最高，為38.7%。采用新復極差法( SSR)對各處理秸稈固體成型破碎率進行差異顯著性分析，多重比較結果表明，處理⑤與處理①，處理④與處理③、處理②之間無顯著差異；處理⑤、處理①與其余3個處理間存在極顯著差異。秸稈固體成型燃料對原料含水率的要求范圍較寬泛，一般以原料含水率為10%～25%較為適宜，即處理②、③、④固體成型效果較好。
表2 不同含水率對固體成型顆粒燃料破碎率的影響
|
處理 |
不同含水率/% |
秸稈重量/kg |
固體成型顆粒燃料/kg |
破碎燃料重量/kg |
破碎率% |
|
① |
11.0～14.9 |
100 |
88.1 |
30.9 |
35.1aA |
|
② |
15.0～17.9 |
100 |
89.4 |
9.1 |
10.2bB |
|
③ |
18.0～22.9 |
100 |
92.7 |
5.4 |
5.8bB |
|
④ |
23.0～27.9 |
100 |
91.3 |
11.8 |
12.9 bB |
|
⑤ |
28.0～30.0 |
100 |
96.6 |
97.4 |
38.7 aA |
注：表中同列不同大、小字母分別在0.01和0.05水平差異顯著。
2.3不同發(fā)酵時間對固體成型燃料破碎率的影響從表3可見，處理③秸稈固體成型破碎率最低，為6.7%；其次是處理②和處理④，均為8.5%；處理⑤最高，為11.8%。采用新復極差法( SSR)對各處理秸稈固體成型破碎率進行差異顯著性分析，多重比較結果表明，處理⑤與處理①，處理④與處理③、處理②之間無顯著差異；處理⑤、處理①、處理②間無極顯著差異，處理③與處理①和⑤間存在極顯著差異。通過發(fā)酵，利用自然界中的白腐菌類降解秸稈中的木質(zhì)素，使原料軟化，增加黏著力，有利于固體成型。但是，發(fā)酵時間太短，原料軟化程度不夠，成型后容易松散破碎；發(fā)酵時間過長，燃燒值降低，因此，一般發(fā)酵時間以5d左右為宜。
表3 不同發(fā)酵時間對固體成型顆粒燃料破碎率的影響
|
處理 |
發(fā)酵時間/d |
秸稈重量/kg |
固體成型顆粒燃料重量/kg |
破碎燃料重量/kg |
破碎率% |
|
① |
3 |
100 |
90.0 |
9.7 |
10.8abAB |
|
② |
4 |
100 |
89.9 |
7.6 |
8.5bcABC |
|
③ |
5 |
100 |
89.4 |
6.0 |
6.7cC |
|
④ |
6 |
100 |
90.5 |
7.7 |
8.5bcABC |
|
⑤ |
7 |
100 |
91.8 |
10.8 |
11.8aA |
注：表中同列不同大、小字母分別在0.01和0.05水平差異顯著。
2.4優(yōu)選最佳組合參數(shù)的正交試驗
2. 4.1正交試驗因素水平設計。考察不同秸稈原料含水率、發(fā)酵時間及粉碎機篩網(wǎng)孔徑對秸稈固體成型試驗的影響，建立正交試驗因素水平設計表（表4），并進行試驗，選擇最優(yōu)方案。
表4 正交試驗因素水平設計
|
水平 |
因素 |
|
含水率（A）% |
發(fā)酵時間（B）d |
篩網(wǎng)孔徑（C）mm |
|
1 |
15 |
3 |
12 |
|
2 |
20 |
5 |
16 |
|
3 |
25 |
7 |
20 |
2.4.2 b(34)正交試驗結果分析。從表5可見，第2號試驗結果為較好方案，其組合為A2BIC．；從極差分析得出較優(yōu)方案為A2B：C，與較好方案不一致。D為檢驗列，其極差最小，說明試驗誤差小，試驗有效，根據(jù)R值確定各影響因素主次關系為：A>C>B。由于較優(yōu)方案不在正交表9組試驗中，需要進行驗證試驗。
|
試驗號 |
因素 |
生產(chǎn)率kg/h |
|
A |
B |
C |
D |
|
1 |
1 |
1 |
3 |
2 |
388 |
|
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
426 |
|
3 |
3 |
1 |
2 |
3 |
375 |
|
4 |
1 |
2 |
2 |
1 |
404 |
|
5 |
2 |
2 |
3 |
3 |
389 |
|
6 |
3 |
2 |
1 |
2 |
398 |
|
7 |
1 |
3 |
1 |
3 |
377 |
|
8 |
2 |
3 |
2 |
2 |
401 |
|
9 |
3 |
3 |
3 |
1 |
358 |
|
K1 |
1169 |
1189 |
1201 |
1188 |
|
|
K2 |
1216 |
1191 |
1180 |
1187 |
|
|
K3 |
1131 |
1136 |
1135 |
1141 |
|
|
K |
85 |
55 |
66 |
47 |
|
2.4.3跟蹤驗證試驗。采用A2BICI和A2BZCr2個方案進行驗證試驗，每個試驗設5個重復。從表6可見，方案A282C,平均生產(chǎn)率為422.0kg/h，比方案A：B1C．高12.4kg/h，所以確定較佳方案為A2 82C。2.4.4趨勢分析。根據(jù)表5結果建立趨勢圖，從圖1可見，A2、B2、C,均為最佳點，故A282C,為最佳組合。
表6 教優(yōu)組合驗證結果 kg/h
|
組合 |
生產(chǎn)率 |
|
重復Ⅰ |
重復Ⅱ |
重復Ⅲ |
重復Ⅳ |
重復Ⅴ |
重復Ⅵ |
|
A2B1C1 |
411 |
103 |
423 |
401 |
410 |
409.6 |
|
A2B2C1 |
420 |
418 |
417 |
425 |
430 |
422.0 |
3、結論與討論
我國在20世紀80年代才開始研究秸稈固體成型燃料技術，早期主要以螺旋擠壓機為主，2000年后才改用環(huán)模式成型機設備，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率得到很大提高。烤煙秸稈固體成型工藝應用較晚，同時由于煙草莖稈較粗，體積較大，含有較多的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，所以在固體成型生產(chǎn)中存在主要部件磨損嚴重、耗能大、產(chǎn)品質(zhì)量較低，生產(chǎn)率不高等問題。該試驗根據(jù)烤煙秸稈特性改進生產(chǎn)工藝，即使用含水率為20%、發(fā)酵時間為Sd的秸稈原料，粉碎機篩網(wǎng)孔徑為12mm，秸稈固體成型燃料產(chǎn)品質(zhì)量較好，生產(chǎn)率顯著提高。
烤煙秸稈替代煤可以滿足煙葉烘烤工藝要求，但是純秸稈壓塊燃料也存在著燃燒時間短、溫度穩(wěn)定差、添加燃料次數(shù)多等缺點。為解決以上問題，可將秸稈與煤炭按照一定配方壓塊成型，以滿足煙葉烘烤各階段的工藝要求，所以該項技術值得繼續(xù)深入研究。
（轉載請注明：富通新能源秸稈顆粒機
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