農(nóng)作物秸稈顆粒機的產(chǎn)業(yè)實踐

一、國內(nèi)農(nóng)作物秸稈基本情況

農(nóng)作物秸稈是籽實收獲后剩留下的含纖維成分很高的作物殘留物，包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類，以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果等多種作物的秸稈，是農(nóng)作物顆粒機的主要副產(chǎn)品，是自然界中數(shù)量極大且具有多種用途的可再生生物質(zhì)資源。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署報道，世界上種植的農(nóng)作物每年可提供各類秸稈約20億噸，2014年我國農(nóng)作物秸稈理論產(chǎn)量為9億噸，列世界之首，折合標準顆粒機煤量3.53億噸，占全世界秸稈總量的30%左右。

1.國內(nèi)農(nóng)作物秸稈資源利用現(xiàn)狀

農(nóng)作物秸稈是一種寶貴的可再生資源，但是長期以來由于受消費觀念和生活方式的影響，我國農(nóng)村秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)顆粒機出的狀況。據(jù)調(diào)查，目前我國秸稈利用率約為33%，其中大部分未加處理，經(jīng)過技術處理后利用的僅約占2.6%。近幾年我國糧食主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)了較為嚴重的焚燒秸稈污染，每到夏秋收獲之際，濃煙滾滾，這種處理方式不僅浪顆粒機費了寶貴的自然資源，造成了環(huán)境污染，也造成了事故多發(fā)，對高速公路、鐵路的交通安全及民航航班的起降安全等構(gòu)成了極大威脅，并對人類健康和安全造成了嚴重危害，已成為一大社會問題。為此，國家有關部門做了大量的顆粒機工作，并采取禁燒秸稈管理措施，加大執(zhí)法力度，雖取得一些成效，但目前焚燒秸稈現(xiàn)象仍很嚴重，無法從根本上解決這一問題。

為了解決人類資源、環(huán)境和發(fā)展之間的關系問題，高效合理地利用這一寶貴的資源，黨中央、國務顆粒機院對秸稈的綜合利用十分重視，要求農(nóng)業(yè)部門要把秸稈綜合利用作為一項重點工作來抓，努力擴大綜合利用規(guī)模，盡快為剩余秸稈找出路，因此，秸稈顆粒機轉(zhuǎn)化項目對綜合利用農(nóng)作物秸稈資源，對于節(jié)約資源、保護環(huán)境、增加顆粒機農(nóng)民收入、促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實意義。

2.秸稈主要用途

（1）秸稈顆粒燃料。2014年我國農(nóng)作物秸稈理論產(chǎn)量為9億噸，列世界之首，折合標準煤量3.53億噸，生產(chǎn)秸稈顆粒燃料是傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化顆粒機方式，秸稈顆粒燃料具有燃點低、發(fā)熱高、燃燒過程清潔衛(wèi)生、經(jīng)濟方便、成本低廉、易于推廣的特點，是高效能環(huán)保的新型燃料，正日益成為能源新寵，得到世界各國政府的廣泛重視?？梢蕴娲禾俊⑹偷茸鋈剂?，是可再生顆粒機的新型能源，在秸稈主產(chǎn)區(qū)為中小型企業(yè)、政府機關、中小學校和相對比較集中的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民提供生產(chǎn)、生活熱水和用于冬季采暖。

（2）秸稈顆粒飼料。將曬干后的秸稈粉碎，加入部分精糧和其他添加劑并攪拌均勻，經(jīng)秸稈制粒顆粒機機擠壓等程序加工成僅為原來體積5%的秸稈顆粒飼料不僅為儲存、運輸和銷售提供了極大的便利，同時由于在加工過程中摩擦加溫，使秸稈內(nèi)部深度熟化，硬度降低，適口性、采食率和營養(yǎng)價值顯著提高。秸稈轉(zhuǎn)化為顆粒飼料顆粒機可延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，增加農(nóng)民收入，也可培育成一個新的經(jīng)濟增長點，對轉(zhuǎn)變農(nóng)牧業(yè)發(fā)展方式，推進農(nóng)村牧區(qū)生態(tài)文明建設都將產(chǎn)生重要作用。

（3）國家政策出臺相關農(nóng)作物秸稈政策。2008年國務院辦公廳下發(fā)了《關于加顆粒機快農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》，2009年國家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布了《關于印發(fā)編制秸稈綜合利用規(guī)劃指導意見的通知》，2012年國家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、財政部聯(lián)合印發(fā)了《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實施方案顆粒機》這些文件都在積極推動秸稈的綜合再利用，以減少資源的浪費和對環(huán)境的污染。

二、項目社會效益

1.減少環(huán)境污染，由于能源結(jié)構(gòu)的改變，農(nóng)作物秸稈往往被農(nóng)民一燒了之，造成了嚴重的大氣污染。本項目建成后，可將農(nóng)作顆粒機物秸稈就地轉(zhuǎn)化為燃料和飼料產(chǎn)品，能夠大幅度減輕由于秸稈焚燒對環(huán)境的污染，環(huán)境效益明顯。

2.資源有效利用，本項目可實現(xiàn)秸稈的高效利用，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)燃料和飼料產(chǎn)品，可有效利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，減少不可再顆粒機生的化石能源和精飼料的使用量，延長了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，可有效促進農(nóng)村的循環(huán)經(jīng)濟建設。

3.本項目符合國家發(fā)展政策，順應時代發(fā)展的需求，滿足人們對生存環(huán)境的要求，在國家和人們需求的推動下，能夠快速推進企業(yè)成長速顆粒機度，促使國內(nèi)秸稈產(chǎn)業(yè)化技術成熟完善，還能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益和社會效益，對企業(yè)的成長有很大的幫助作用。

三、現(xiàn)有工作基礎

1.國內(nèi)外相關技術、知識產(chǎn)權和技術標準現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。國內(nèi)長期以來由于受消費觀念和顆粒機生活方式的影響，再加上國家對農(nóng)作物秸稈問題重視程度及提及時間比較短，未能提早帶動國內(nèi)秸稈轉(zhuǎn)化技術，造成國內(nèi)秸稈成型技術相對落后，雖有較先進的制粒結(jié)構(gòu)，但仍處于不成熟期，暫沒有形成統(tǒng)一的國家標準，秸稈成顆粒機型行業(yè)仍處于比較混亂的狀態(tài)。

國外一些發(fā)達國家發(fā)展水平較高，政府和人民環(huán)保意識較強，秸稈顆粒成型機起步早，成型結(jié)構(gòu)原理及制造工藝比較先進，秸稈顆粒成型結(jié)構(gòu)成熟、機運行穩(wěn)定，形成比較完善的標準體系。

幾年來顆粒機國家大力提倡再生能源綜合利用，把資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，隨著國家經(jīng)濟水平和人們生活水平不斷的提高，對資源和生活環(huán)境提出了越來越高的要求，因此國家對再生能源綜合利顆粒機用先后出臺一系列政策，鼓勵開發(fā)生物質(zhì)能源設備，對秸稈成型技術的研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化更是加大扶持力度，國內(nèi)秸稈成型技術在短期內(nèi)將會有突破性進展，在技術上會逐步向國外標準靠攏，形成統(tǒng)一的標準系統(tǒng)。

2.本公司自成顆粒機立以來，專門致力于秸稈顆粒機、肥料顆粒機、飼料顆粒機、破碎機、鍘草機、粉碎機、攪拌機、熱風爐、氣流烘干機、滾筒烘干機、冷卻機、包裝機等顆粒成型機械設備的研發(fā)、制造、銷售，客戶培訓為一體的科技型企業(yè)，公顆粒機司擁有過硬的研發(fā)設計團隊，科研人員10余人，專門從事生物制粒技術的開發(fā)設計工作，在過去的兩年里，公司取得生物質(zhì)顆粒機實用新型專利六項，生物質(zhì)爐具專利發(fā)明專利一項，實用新型專利四項，正在申報秸稈顆粒機發(fā)顆粒機明專利。

公司在沒有國家標準和行業(yè)標準的前提下，率先在同行業(yè)中制定了自己的企業(yè)標準并具有權威檢測機構(gòu)測評并簽發(fā)的產(chǎn)品檢測報告，并參與制定了國家能源局立項的行業(yè)標準《生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器技術條件》（項目編顆粒機號：20130053）、《生物質(zhì)固體成型燃料結(jié)渣性試驗方法》（項目編號：20130052）、《生物質(zhì)固體成型燃料分級定等》（項目編號：20130051）。

3.秸稈顆粒機與傳統(tǒng)的木屑顆粒機基本結(jié)構(gòu)大致相顆粒機同，其主要區(qū)別在于成型造粒工藝上有本質(zhì)性的區(qū)別，木屑顆粒機制粒過程中不需考量纖維素和蛋白的變質(zhì)程度，只要能夠達到燃燒的作用即可，使用普通材料即能滿足，成型設備比較粗糙簡單。秸稈顆粒機需考量纖維素和蛋白顆粒機的變質(zhì)程度，需在工藝上保證顆粒成分比例，設備要求材料較高，工藝較為復雜，成型設備較為精細。

技術難點和創(chuàng)新點在于設備實現(xiàn)低能高產(chǎn)的同時保證秸稈的營養(yǎng)成分不丟失。

四、公司工藝技術分析

目前廣泛應用的生物質(zhì)固顆粒機化成型技術為制粒技術，本工藝亦選擇此技術。秸稈等物料中含有一定的纖維素和木質(zhì)素，其木質(zhì)素是物料中的結(jié)構(gòu)單體，屬于苯丙烷型的高分子化合物，具有增強細胞壁、黏合纖維素的作用。木質(zhì)素屬非晶體，在常溫下主要部顆粒機分不溶于普通溶劑，沒有熔點，但有軟化點。當溫度達到70～110℃時，木質(zhì)素軟化，黏結(jié)力開始增加。當溫度達到200～300℃時呈熔融狀，黏性增大，此時在一定壓力作用下，可使其纖維素分子團錯位、變形、延展顆粒機，內(nèi)部相鄰的生物顆粒相互進行連接，重新組合膠結(jié)而成型。生物質(zhì)中的纖維素細絲可起到骨架作用，使成型燃料的強度增加。有水分存在時，纖維素可結(jié)合成團狀，當含水率在30%時，用較小力的作用就可以使纖維素形成一顆粒機定的形狀；當含水率在10%時，要對其施加較大的外力才能使其成型，過于干燥的生物質(zhì)物料是很難壓縮成型的。水分的存在還可以降低木質(zhì)素的軟化溫度，使生物質(zhì)在較低加熱溫度下成型。因此，制粒時要保證物料含有一定顆粒機的水分。

秸稈致密成型工藝可分為兩種：

第一種是濕基壓縮成型工藝。此法常用含水量較高的物料，形成的成型燃料密度較低，設備較簡單，但是成型部件磨損較快，烘干費用高，目前在我國應用不廣泛。

第二種是加熱壓縮成型顆粒機工藝。是將秸稈經(jīng)粉碎后進行加熱擠壓成型，是我國秸稈成型的主要工藝。具體的加工機械又可分為螺旋擠出機、活塞成型機和模輥式顆粒成型機三種形式。其中以模輥式顆粒成型機最為先進，本工藝技術亦如此。

模輥式顆粒成顆粒機型機的核心部件為模板和壓輥。按模板的結(jié)構(gòu)可分為平模和環(huán)模兩種。下面分析一下兩種成型技術的優(yōu)缺點：

從結(jié)構(gòu)上來看：平模結(jié)構(gòu)簡潔，體積緊湊，能正反兩面使用，成本低廉，容易維護。模板是易磨損部件，需要定期更換顆粒機，平模結(jié)構(gòu)對稱性決定了模板雙面可用，一面磨損量過大后，可以將模板反裝，這大大提高了平模的使用壽命。而環(huán)模機械結(jié)構(gòu)，整體造價成本高，壓輥在工作中是高速運動著的，磨損較快，且磨損到一定程度后只能更換，運行顆粒機成本較高。

從壓力上看：在同等直徑下的模具內(nèi)，環(huán)模壓輪直徑的大小受環(huán)模模具直徑的限制，所以壓力大小均勻；平模壓輪直徑的大小不受模具直徑的限制，可以加大內(nèi)裝軸承空間，選用大號軸承增強壓輪的承受能力，但不同顆粒機直徑模板處受力不均勻，造成生產(chǎn)中起拱等現(xiàn)象。

從出料方式上看：本項目環(huán)模斷料與主軸分離，獨立出料裝置，物料排出時破損率低；而平模斷料刀與主軸關聯(lián)，轉(zhuǎn)速較快，破碎率偏高。

從壓輪調(diào)節(jié)方式上看：環(huán)模制粒機是用顆粒機壓輪中間的偏心輪上的兩個螺絲來調(diào)節(jié)壓力，方便調(diào)節(jié)；平模制粒機是采用螺紋絲柱中心調(diào)節(jié)機構(gòu)，頂力較大，下落平穩(wěn)、觸擊柔和、壓力均勻，但調(diào)節(jié)笨重。

從產(chǎn)量上來看：同等功率的普通平模機械產(chǎn)量比環(huán)模機械產(chǎn)量略低，顆粒機平模能效比偏低，環(huán)模能效比較高。

從平模與環(huán)模的對比中我們可以看出環(huán)模優(yōu)勢較為明顯，所以對于像木屑、秸稈等這種物料輕、難以成型的粗纖維用環(huán)模較好。環(huán)模是采用環(huán)模與壓輪之間的擠壓力和?？啄Σ亮ο嗷プ饔迷?a href="http://m.cndbdb.com.cn/" title="顆粒機廠家直銷" style="color: red;">顆粒機，使物料獲得成型的。物料在加工過程中無需加入任何添加劑或黏結(jié)劑。

按執(zhí)行部件的運動狀態(tài)劃分：環(huán)模制粒機有動輥式、動模式、模輥雙動式三種，后兩種常見于小型環(huán)模制粒機，較大機型一般用動輥式。

環(huán)模工作原理：加顆粒機工顆粒時，生物質(zhì)原料被送入環(huán)模機的喂料室，在分料器和刮板的共同作用下均勻地鋪在環(huán)模上，主軸帶動的壓輥連續(xù)不斷的滾過料層，將物料擠壓進入模孔，物料在模孔中經(jīng)歷成型、保型等過程，一定時間后以圓柱狀態(tài)被擠出顆粒機，旋轉(zhuǎn)的切刀將物料切斷，形成顆粒，由掃料板將顆粒送出。

成型階段：當壓輥向前滾動，物料進入變形壓緊區(qū)，這時因受到擠壓，原料粒子不斷進入粒子間的空隙內(nèi)，間隙中的空氣被排出，粒子間的相互位置不斷更新，粒子間顆粒機所有較大的空隙逐漸被能進入的粒子占據(jù)。隨著壓輥繼續(xù)滾動，被壓實的原料進入擠壓成型區(qū)，部分楔形區(qū)、模孔的錐孔部分和前半部分都屬于擠壓成型區(qū)。在該區(qū)內(nèi)，壓力繼續(xù)增加，粒子本身發(fā)生變形和塑性流動，在垂直于最顆粒機大主應力的方向被延展，并繼續(xù)填充周圍較小空隙，由于壓輥和物料間的摩擦作用加劇而產(chǎn)生大量熱量，導致原料中含有的木質(zhì)素軟化，黏合力增加，軟化的木質(zhì)素和生物質(zhì)中固有的纖維素聯(lián)合作用，使生物質(zhì)逐漸成形，這時部顆粒機分殘余應力貯存于成型塊內(nèi)部，粒子結(jié)合牢固但不甚穩(wěn)定。成型塊在擠壓作用下進入?？椎谋Ｐ投?，在該段不利于形狀保持的殘余應力被消除，顆粒被定型。

公司總結(jié)了國內(nèi)外各種秸稈顆粒機的優(yōu)缺點，進行了大量的試驗和研究顆粒機，開發(fā)新型環(huán)模式秸稈顆粒機。該機型壓輥各處線速度一致，不出現(xiàn)輪與模的錯位摩擦，減少了阻力，降低了動能損耗，延長了模具的使用壽命，這是與同類壓縮成型設備的重大區(qū)別。該機型采用若干中心調(diào)壓機構(gòu)，模具間隙隨顆粒機大隨小，適用不同物料，保證壓制效果。壓輥體大槽寬，承壓耐磨。秸稈壓縮成型需要很大的壓力，在同類制粒、壓塊、制棒設備中，壓輥部件是整個設備的中心部件。環(huán)模所具有的各部位線速度相同的優(yōu)勢是其他設備不可比擬顆粒機的。壓輥各部位線速度相同，使軸承受力均勻，增加了軸承壽命，降低了生產(chǎn)成本；該機型壓輥采用多個均布，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，同時增加了壓制區(qū)，提高了生產(chǎn)效率。另外該機型機械壓縮成型多樣化，能生產(chǎn)圓棒、方塊和顆粒只要調(diào)顆粒機換一下模具就可，適應不同物料壓縮成型，適應能力強且制粒室設有觀察門，隨時檢查便于保養(yǎng)、維修。

生產(chǎn)設備類型：環(huán)模顆粒機。

產(chǎn)品標準：本項目產(chǎn)品屬自主研發(fā)的產(chǎn)品，目前尚無國家或地方標準，暫時執(zhí)行企業(yè)標準。

設顆粒機備加工秸稈工藝流程：

秸稈原料→切碎→上料→自動去金屬→壓制→成型→輸出→冷卻→包裝→成品

秸稈制粒要求含水量為10%～20%，過濕難以粉碎，易造成“悶機”，從而無法制粒。對于含水率過高的秸稈，易小垛堆存顆粒機，自然降水，等符合要求后再行加工。對于含水量不太高的秸稈，可用切碎機鍘短或用揉搓機揉搓，以盡快祛除水分，達到加工要求。達到要求的秸稈易破碎成直徑小于3毫米的小塊，用永磁體去除可能混雜在其中的鐵器，調(diào)整顆粒機含水量在規(guī)定范圍內(nèi)，過濕可添加干秸稈粉，過干則投加過濕秸稈粉，然后用絞龍輸送到成型機上方料口內(nèi)，進行壓制成型即為成品。成品含水量可能過高，要及時攤開自然預冷后袋裝。對于自動流水線，應加冷卻裝置進行強制顆粒機冷卻，以提高勞動效率。

五、預期經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益

根據(jù)市場調(diào)研，2015年吉林省二十余家玉米秸稈顆粒生產(chǎn)企業(yè)的平均出廠價為800元/噸，北京、上海等地的市場價格略高于此價，因此本項目產(chǎn)品定價為750元顆粒機/噸。項目轉(zhuǎn)化完成后，預計每年生產(chǎn)量2 000臺，每小時消耗秸稈1 000噸，每年生產(chǎn)秸稈燃料300萬噸，年可替代180萬噸原煤的消耗量（地方價格 1 000元/噸，秸稈燃料按照等效熱值計銷售價格75顆粒機0元/噸），可以實現(xiàn)22.5億元的經(jīng)濟收入，綜合利用300萬噸/年秸稈，解決600萬畝玉米秸稈的最終處置問題，同時通過秸稈的綜合利用可以減排SO2 24900噸/年，減排溫室氣體CO2 69 000噸顆粒機/年，使當?shù)剞r(nóng)民每畝收入提高180元。項目試點轉(zhuǎn)化成功后可以在全國推廣示范，經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益顯著。

社會效益：農(nóng)作物秸稈經(jīng)加工處理后，可變成優(yōu)質(zhì)的燃料和飼料，可提高農(nóng)副產(chǎn)品附加值，增強我國農(nóng)業(yè)競爭力顆粒機，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需要。

秸稈顆粒可代替商品電力、液化氣、煤炭等不可再生的化石能源，減少常規(guī)能源的消費量，有助于節(jié)能降耗，降低使用者的能源成本。秸稈顆粒燃料為我國農(nóng)副產(chǎn)品出口創(chuàng)匯提供了有利條件。

項目的顆粒機普及實施，可改善農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量，有利于我國社會主義新農(nóng)村建設，同時也有一定的經(jīng)濟效益，可起到較強的科技示范作用，帶動我國農(nóng)業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展之路，所以本項目由明顯的社會效益。

環(huán)境效益：農(nóng)作物秸稈是廉價且可顆粒機再生的清潔能源，本項目工程的開發(fā)建設，為解決我國能源危機問題找到了一條科學的出路。項目建成轉(zhuǎn)化后，覆蓋區(qū)內(nèi)可基本上杜絕農(nóng)作物秸稈的田間焚燒現(xiàn)象以及農(nóng)村田地臟亂等現(xiàn)象，減輕了大氣環(huán)境污染，可大大改善當?shù)?a href="http://m.cndbdb.com.cn/" title="顆粒機廠家直銷" style="color: red;">顆粒機的環(huán)境質(zhì)量，提高人們的生活質(zhì)量，所以本工程有很好的環(huán)境效益。

六、工程示范案例

本單位與興安盟禾生源科技有限公司合作，將研發(fā)設計的高效秸稈成型機應用于國際綠色經(jīng)濟協(xié)會首個秸稈產(chǎn)業(yè)化試點示范基地——內(nèi)蒙古興顆粒機安盟（全盟共建立800個秸稈轉(zhuǎn)化顆粒點工程，分三年完成），總計800條小型秸稈顆粒生產(chǎn)線，主要工藝包括粉碎、揉絲、攪拌、制粒、冷卻等工段，顆粒主要用于燃料和飼料兩個方面，年生產(chǎn)秸稈燃料160萬噸，以燃顆粒機料為基準計算，年可替代96萬噸原煤的消耗量（地方價格1 000元/噸，秸稈燃料按照等效熱值計銷售價格750元/噸），可以實現(xiàn)12億元的經(jīng)濟收入，綜合利用200萬噸/年秸稈，解決400萬畝玉米秸稈的最終顆粒機處置問題。

王洪鐸

山東金格瑞機械有限公司總經(jīng)理

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201顆粒機6年5月18日--21日  中國*廊坊國際經(jīng)濟貿(mào)易洽談會  河北省廊坊市

2016年5月28日--6月1日   第四屆中國（北京）國際貿(mào)易服務交易會--分銷服務板塊   北京*國家會議中心

2016年6月顆粒機5日—7日  “中國經(jīng)濟新動力—綠色增長與產(chǎn)能合作”

第七屆全球綠色經(jīng)濟財富論壇暨全球綠色科技與商機展洽會   國家會議中心

2016年6月19日—6月25日 IGEA--中國城市與企業(yè)家代表團英國合作之顆粒機旅

  英國國際商務節(jié)（IFB2016）  2016年6月13日--7月1日 英國利物浦

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