寒地玉米秸秆固化成型燃料生产加工方法

摘要

寒地玉米秸秆固化成型燃料生产加工方法属于农业生产废弃物再利用技术；步骤是：1、将寒地玉米秸秆进行粉碎，粉碎后的玉米秸秆长度在22—25厘米；2、按粉碎后的玉米秸秆千克总重量与牲畜粪便发酵后的沼液升体积比例为35:（0.9—1.1）进行喷淋并搅拌；3、将步骤2中得到的经喷淋后的碎玉米秸秆用塑料薄膜覆盖，置放在温度15℃±5环境中2小时，或在阳光下直射下、环境温度在0℃以上2小时；4、将步骤3中得到的碎玉米秸秆压制得到固化成型燃料棒；本发明科学合理的利用了寒地玉米秸秆自身的物化特性，在不添加任何工业粘合添加剂条件下完成固化成型燃料的加工，具有工艺过程简单、固化成型率高、燃料棒物理性能好、绿色环保的特点。

说明书

技术领域

本发明属于农村农业生产废弃物再利用技术，主要涉及一种将高寒地区玉米秸秆制成固化成型燃料的工艺方法。

背景技术

 玉米秸秆是重要的可再生能源之一。从绿色能源角度，秸秆在农村能源消费中占重要地位，我国每年消耗相当于2亿吨标煤的秸秆来满足生活用能需要。由于农户的炉灶燃烧效率仅18％左右，而秸秆固化成型技术能使秸秆的燃烧效率达到90％，比传统的燃烧效率高4倍。可见该项技术的研究与推广能够使生物质固化成型燃料方便、快捷地走入城市与农村，取代燃煤、燃油，从而大幅度地改变能源利用结构。

从经济效益角度，每使用100万吨秸秆固化成型燃料，可替代能源煤75万吨，一旦形成产业化生产，绿色生物质燃料带来的能量是巨大的。每亿吨生物质固化成型燃料可以节省0.7亿吨煤，仅这一项，就相当于5个平顶山大煤矿。

从生态环境角度，生物质固化成型技术可以实现洁净燃烧，提高农民生活质量和健康水平，改善村容村貌和居住环境，生物质成型燃料是清洁的“绿色能源”和“可再生能源”，对CO₂减排有很大现实意义。可以实现能源、农业、生态的多赢，符合发展循环经济的理念，符合保护环境，实现可持续发展的需要。

综上所述，玉米秸秆的固化成型不仅有助于减少运输、装卸、储存成本，而且大幅度提高其热效率，减少能源损失浪费。但是，目前寒地玉米秸秆固化成型燃料的最关键问题就是成型率低。其固化成型燃料的抗变形、抗跌碎是衡量产品品质特性的最重要指标，直接影响其使用、运输和储存。因此，提高玉米秸秆固化成型燃料的成型率一直是从事该方面研究的科研工作者亟待解决的关键性科学问题。传统的玉米秸秆固化成型是在温度130℃、成型压力135MPa高温高压条件下进行，即使在上述条件下，在不添加粘合剂的情况下也很难保证玉米秸秆固化燃料成型率的提高。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合生产生活的实际需要，研究一种寒地玉米秸秆固化成型燃料生产加工方法，充分科学的利用寒地玉米秸秆自身的物理与化学特性，在不添加任何粘合剂并降低成型温度和压力的条件下达到大幅度提高寒地玉米秸秆固化成型燃料成型率、降低生产加工成本、保证固化成型燃料物理特性的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种寒地玉米秸秆固化成型燃料生产加工方法步骤如下：

（1）将寒地玉米秸秆用粉碎机进行粉碎，粉碎后的玉米秸秆长度为22—25厘米；（2）按粉碎后的玉米秸秆千克总重量与牲畜粪便发酵后的沼液升体积比为35:（0.9—1.1）进行喷淋并搅拌；（3）将步骤（2）中得到经沼液喷淋后的碎玉米秸秆用塑料薄膜覆盖，置放在温度为15±5℃环境中2小时，或者在阳光直射下、环境温度在0℃以上2小时；（4）将步骤（3）得到的玉米秸秆通过压制机得到固化成型燃料。

寒地玉米秸秆主要由植物细胞壁组成，木质素将纤维素和半纤维素层层包围，而且半纤维素部分共价和木质素结合；纤维素具有高度有序晶体结构，是一种直链多糖，多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维；半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成。就每年只能进行一轮耕作的黑龙江省寒地而言，寒地玉米秸秆中木质素含量高达12%。

木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物，并含有多种活性官能团，如酚羟基、醇羟基、甲氧基、羧基和羰基等。玉米秸秆常温挤压成型过程中非自由移动胶合剂作用主要体现在非晶体木质素，当其软化后与纤维素紧密粘结并在外力作用下重新排列位置。在秸秆固化成型过程中，木质素扮演了重要的粘结剂中作用，与其它液态组分一起形成粘稠液，在固化燃料内部起粘结作用，具有一定的强度和防水性；所以，生物质纤维形成的多级网络结构桥和粘稠液的存在是生物质固化成型和具有防水性的关键所在。

本发明降低了寒地玉米秸秆固化成型燃料的成型温度和压力，提高了度电量，解决了固化成型率低的问题，同时解决了牲畜粪便发酵后沼液再处理难问题，且在成型过程中取消了工业用粘合添加剂，绿色环保，经济效益好，其工艺过程简单，固化成型燃料抗变形、抗跌率性能好。

具体实施方式

下面对本发明实施例进行详细描述。

实施例1：

对黑龙江省青冈县种植的先玉335、东农253和龙单47三个品种寒地玉米进行采集样品，采集时间均为10月中旬。

将玉米秸秆放入粉碎机进行粉碎，粉碎到22—25cm，将粉碎后的玉米秸秆千克总重量与纯牛粪发酵后的沼液升体积比为35:1进行喷淋并搅拌，用塑料薄膜密封覆盖后放在室内15±5℃、2小时后，用平模或环模压制机制取圆柱形成型燃料块。测得燃料块含水率在17~19%，密度为1390kg/m³，抗剪切强度为45N，将成型燃料2kg装入塑料袋内，然后从高处2m下落到水泥地面，分出由于下落冲击产生的小块和细小粉末，得到这些碎块和粉末与未破碎颗粒的比率<1%，热值为17800 kJ/kg。随着锥形压孔导致成型压力的增大，秸秆颗粒空隙逐渐减小并发生弹塑性变形，玉米秸秆原料中的非自由移动粘合剂在压缩成型过程中发挥了较强的粘合剂功能，在成型过程中产生固体颗粒桥接或架桥，提高了固化燃料的成型率；同时在垂直于主应力方向上，粒子被延展，相邻的粒子靠啮合的方式紧密结合，在平行于主应力方向上，粒子变薄，相邻的粒子靠贴合的方式紧密接触，由于秸秆是弹塑性体，当发生塑性变形后，不再恢复到原有结构形状，粒子间贮存部分的残余应力使粒子的结合更加牢固。

实施例2：

同样对实施例1中的寒地玉米秸秆放入粉碎机进行粉碎，粉碎到22~25cm，将粉碎后的玉米秸秆千克总重量与纯牛粪发酵后的沼液升体积比为35:1进行喷淋并搅拌，用塑料薄膜覆盖，密封后放在场地环境温度0℃以上、阳光直射2小时，用平模或环模压制机制取圆柱形成型燃料块，测得燃料块含水率在17~19%，密度为1421kg/m³，抗剪切强度为42N，将成型燃料2kg装入塑料袋内，然后从高处2m下落到水泥地面，分出由于下落冲击产生的小块和细小粉末，得到这些碎块和粉末与未破碎颗粒的比率<1%，热值为18100 kJ/kg。

实施例3：

同样对实施例1中的寒地玉米秸秆放入粉碎机进行粉碎，粉碎到22~25cm，将粉碎后的玉米秸秆千克总重量与纯猪粪发酵后的沼液升体积比为35:1进行喷淋并搅拌，用塑料薄膜覆盖，密封后放在室温15±5℃、2小时后，用平模或环模压制机制取圆柱形成型燃料块，测得燃料块含水率在17~19%，密度为1479kg/m³，抗剪切强度为39N，将成型燃料2kg装入塑料袋内，然后从高处2m下落到水泥地面，分出由于下落冲击产生的小块和细小粉末，得到这些碎块和粉末与未破碎颗粒的比率<1%，热值为17050 kJ/kg。