怎样把农作物秸秆变成清洁质资源，为废弃秸秆找到一条新的出路？本文介绍通过一种制备装置把秸秆加工成生物质燃料的方法。
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有重要的战略地位，现代社会的高效运转离不开能源的支撑作用。我国能源消费市场庞大，已经形成了以化石能源为主体，清洁能源快速发展的能源结构。遗憾的是，煤炭、石油、天然气等化石能源不可再生，且燃烧时会带来诸多环境问题，影响社会可持续发展。因此，加快可再生清洁能源的发展与应用成为大势所趋。生物质是地球上最广泛存在的物质，每年农村大量废弃的农作物秸秆便是其中之一，对生物质所具有的生物质能进行充分利用，是可再生清洁能源发展的重要方向。
生物质燃料制作工艺瓶颈亟待解决
生物质资源是极其丰富的清洁可再生资源，以其可再生性、永续性、多样性、对环境友好性和对人类的亲和性等重要特点而倍受人们青睐。而生物质燃料是业界公认的清洁燃料，具有高效、洁净、点火容易、CO2近似零排放等优点，可替代煤炭等化石能源，应用广泛。生物质燃料根据利用形式的不同被分为：固态技术，农林废弃物直然或压缩成型；液态技术，制备生物乙醇、甲醇或生物柴油；气态技术，生物沼气、垃圾沼气和木质气。目前生物质的燃料的制备方法大多是采用如下模式：生物质收集，粉碎，预压，压缩，加热或粘结剂，保型，切割和包装出售。虽然大致的模式如此，但各个步骤的工艺的操作和参数的不同都将会影响生物燃料的最后的成型品质和燃烧的品质，目前生物质燃料的面临最大的问题就是提高成型的粘结力的同时，也不破坏燃烧品质，同时提高燃料的热能。
制备工艺从跟跑到并跑
国外生物质燃料制备技术开始于20世纪80年代，但直到20世纪90年代后期才在瑞典、丹麦和奥地利等国家获得一定市场份额。目前在德国等国家也受到很大关注。其技术具有加工工艺合理、专业化程度高，操作自动化程度高、热效率高、排烟污染小等优点。
世界固体生物质成型燃料的总产量在450～500万t之间徘徊，中国引进、研究生物质成型技术始于20世纪80年代初，后因多种原因脚步缓慢下来，使成型燃料应用的时间落后了20多年。近5a来由于煤价持续上涨，环保要求提高，“节能法”、“环境保护法”的进一步贯彻执行，小型锅炉、各类燃煤炉在城镇中的禁止使用，给成型燃料带来了极好的发展机遇，中国也顺势出台了促进其发展的政策，国外生产的成型设备成本高、价格贵，相同加工能力的设备是中国价格的5～8倍，利用该技术进行产业化的生产已经接近20a；而中国的成型设备还存在一些技术上的问题，依然处于工程化的阶段。
近几年来，我国在生物源领域的投资额度位于世界的前列，取得长足的发展和进步，但大多数可再生能源转换技术处于工程化研究阶段，距离技术推广的产业化目标仍然有一段距离。例如，在生物质制备成型燃料领域，一些研究单位和企业在关键技术没有突破的情况下，为了追求经济效益而盲目进行低水平扩张或低端竞争，从长远发展来看，这种低水平扩张不会对技术开发有实质性推进。因此，现阶段重视工程技术的突破性研究和实践是生物能源利用的根本出路。
国内目前的研究主要集中于对燃料的物理特性、热解燃烧特性等领域上，自主研发的技术产品投放市场应用较少，目前应用主要以技术产品引进为主，引进的技术产品燃料适应范围窄，仅适用与木质颗粒，改燃秸秆类颗粒时易出现结渣，碱金属及氯腐蚀，设备内飞灰严重等问题，而且这些燃烧制备技术结构复杂，能耗高，价格昂贵，不适合我国国情，因此，没得到大面积推广。专门燃用秸秆类颗粒物的技术产品目前市场上出现较少。
虽然我国生物质燃料市场增长速度非常快，但很多企业受自身技术水平和研发周期等多种因素制约，同时又为了能尽快的提高市场份额，于是就选择直接从发达国家引进比较成熟的技术，目前国内真正能自主开发的企业较少。由于技术引进成本高且不适合我国生物质燃料成型的特性，故推广应用效果欠佳。
目前欧盟很多国家的生物质燃料的利用规模非常大，相应的制备燃烧技术也已经非常成熟，性能指标及自动化程度高，而且实现了产业化，我国的生物质燃料利用规模也在逐年扩大，但燃料的制备技术的发展略显落后，有些企业依赖与进口技术，影响了生物质燃料利用与推广。
新技术新产品出炉
针对国内生物质燃料制备技术存在的问题，在2015年5月至2017年8月间，研发出本项新技术及产品。
本制备方法采用两次粉碎工艺：第一次采用研磨对秸秆进行物理处理，有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，二次粉碎采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力，结合两次压缩工艺，且第二次压缩采用冷压缩工艺，具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点，制备出的生物质燃料的低位发热量远大于标准的13.7M.J.Kg‑1。通过对粉碎工艺和压缩成型的控制，解决了现有技术中散落和燃烧品质差的缺点。
制备方法的具体程序
1、粉碎：将收集到的植物秸秆采用两次粉碎工艺进行粉碎成粒径为20-60目，其中，两次粉碎工艺参数如下:第一次粉碎采用研磨式粉碎，研磨的压力为5-12Mpa，粉碎成粒径5-8mm，二次粉碎采用球磨粉碎，球磨转速为800-1000r/min；第一次采用研磨对秸秆进行物理处理，有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，二次粉碎采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力。
2、脱水：将粉碎后的颗粒，在温度为80-100℃，进料量为0 .75-1 .5kg/min，干空气的流量为0 .31-0 .75kg/s下进行立体气流干燥，干燥至含水量为20-25％；
3、预压：将干燥的颗粒进行预热压缩；
4、调配：将预热压缩的燃料与混料进行混合，并加热至100-110℃，保温1-3min；
5、压缩：将加热后的燃料置于压缩机中进行冷压缩成型；
6、保型和包装 将压缩后的燃料进行保型、包装。
制备装置的应用
制备装置是指一种秸秆压块机械，即把秸秆等原料粉碎压缩制成高效、环保燃料或饲料的设备。秸秆压块机压出的产品是用来做饲料或燃料的，通过对压块机的不断创新改进，一种具有过滤功能的秸秆挤压成型装置的秸秆压块机已日臻完善。该具有过滤功能的秸秆挤压成型装置，通过出料口的中心位置安装隔板与外壳上的第一通孔与第二通孔之间的配合，有效的使挤压好的秸秆可以分成大小不一的秸秆流出进行收集，加强秸秆的使用性，增加秸秆收益效果，通过转盘上的空心块与边框底端的滤网之间的配合，有效的对加压好的秸秆进行分级大小，方便于使大的秸秆对工业生产进行使用，而小的秸秆不便于使用在工业生产上，可以将其卖到小型工业结构或者农村，增加收益，同时也满足用户的使用需求。
这种具有过滤功能的秸秆挤压成型装置，也可应用于森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶、木屑、花生苗、花生壳等。
技术创新点与优势
文中所述预热压缩的温度为110-130℃，压力为3-7Mpa。
文中所述混料为质量比为5-6:2-3:0 .5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，其中，蛭石粉的粒度为200-300目，混料的添加量为燃料量的30-40％，混料中的酒精具有增加湿度、提高生物质燃料的燃烧值的作用，提高燃烧品质且环保无污染；淀粉在加热状态下具有粘合作用，提高粘合性能；蛭石粉受热易膨胀，增加燃烧时与空气的接触量，提高燃烧效率。
采用冷压缩成型具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点。
通过转盘上的空心块与边框底端的滤网之间的配合，对加压好的秸秆进行大小分级，通过出料口的中心位置安装隔板与外壳上的第一通孔与第二通孔之间的配合，使挤压好的秸秆可以分成不同大小流出进行收集，这一过滤结构满足了不同大小秸秆在工农业领域的分类使用需求。
1、优势对比：在适用本技术目标市场中，根据全国性的技术交流和行业的最新发展来看，该方法为原创实用新技术，目前国内尚无竞争对手。从实验实践中可以看出，本技术与国内同行业技术相比，具有技术含量高、成本低、能耗低、简单实用、可操作性强、环境效益、经济效益、社会效益明显等绝对优势，完全可替代国内现有或进口技术产品。
2、竞争优势：“一种生物质燃料的制备装置和制备方法”是一种原创发明的新技术，具有完全的自主知识产权。目前，国内还没有发现与之综合技术特点相同，并且实现工业化生产应用的相关案例。该技术投入实际工业生产应用后，各项技术指标稳定，排放达标且能耗低，实际效果与效益明显，相比常规制备生物质燃料的技术，本技术具有的竞争优势在于：
（1）运营维护成本低。全程自动化控制，使运营维护生产成本大幅降低。正常生产情况下，同比可降低40%以上。
（2）技术含量高。本项新技术产品在对燃烧室结构创新，料风比自动化控制的条件下，使生物质颗粒燃料实现低温（≈800℃）免结渣、环保高热效（热效率≥90%）燃烧。
（3）环境效益好。对大气环境无二次污染，燃烧效率高既能能节约生物质燃料使用量，还能大幅提升生物质燃料的使用效率，产生的灰装粉末吹入固废收集仓，用于农业肥料原料。
（4）社会贡献大。通过对秸秆的综合利用，改变了将秸秆直接燃烧的传统，经过加工后变废为宝，实现了农作物秸秆的绿色、循环和再利用，既有效缓解了政府秸秆禁烧“前禁后燃”的突出矛盾，又能有效带动生物质固化产业发展，创造大量就业岗位，为农民带来经济收入，改善和保护农村生态环境。
综上所述，一种生物质燃料的制备装置和制备方法属原创发明的实用新技术，该项新技术及产品流程短、环保好、投资少、应用广、效益高，形成了生物质燃料产品转化利用先进的技术装备，属国家产业发展鼓励类环保项目，可广泛应用于生物质燃能利用领域，其产品也可应用于采暖炉、茶浴炉、蒸汽锅炉、热风炉及其他热能设备。使用该技术生产的生物质燃料产品，不仅解决了目前国内普遍生物质燃料粘合度、大小不一、品质差的缺点，有效改善了生物质燃料的成型和燃烧品质。还解决了我国生物质燃料制备技术依赖进口的重大问题，对实现我国能源安全战略,保护生态环境，促进资源节约型、环境友好型社会建设具有积极的现实意义。（芜湖聚焰生物质能源科技有限公司 沈显华）
参考文献
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