玉米秸秆固化成型燃料研究的可行性与
效益评估
摘要﹕在能源安全问题日益突出、传统化石能源的消耗造成严重环境危害的形势下，生物质能以资源丰富、生态环境友好的优点，已成为能源和环境领域研究的新热点。此文对秸秆的基本性质及生物质固化成型技术进行了概括性的阐述，详细介绍了部分新型固化成型设备，同时介绍了当前国内外农林废弃物的制备生物质能的发展状况及发展前景，并对实验开展的思路进行了简单的阐述。实验小组将从两方面对生物质固化成型技术进行研究。其一是原料直接碳化并压制成型；其二是使用添加胶黏剂混合原料并压制成型。
Abstract: In the energy security issues become increasingly prominent, the consumption of traditional fossil energy sources caused serious environmental damage situation, biomass energy resource-rich. Article on the basic ph environment-friendly benefits, energy and the environment has become a new hot area of researcroperties of straw and biomass of the general curing technology exposition, detailing some of the new curing equipment, also introduced the current domestic and preparation of agricultural and forestry waste biomass energy development and prospects, and experiments were carried out in a simple exposition of ideas. Experimental group will be two ways of curing technology of biomass research. One is the direct carbonization of raw materials and pressing; the other is mixed with raw materials and add adhesive pressing.
关键词：生物质能；生物质固化成型；炭化技术；胶黏剂 Keywords: Biomass; Curing; Carbonization technology; Adhesives
前言
在我国能源安全问题日益突出、传统化石能源的消耗造成严重环境危害的形势下，在我国生物质尤其是秸秆造成了环境污染和秸秆资源的低水平利用的社会背景下，利用生物质(秸秆)纤维为原料来生产燃料成为一项迫切的、具有重要战略意义的任务。
农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内，且堆积密度较低，这给收集、运输、储藏和应用带来了一定的困难。在一定温度和压力作用下，将秸秆压缩成棒状、块状或颗粒状等成型燃料，提高其运输和贮存能力，改善秸秆燃烧性能，提高利用效率，不仅可以用于家庭炊事、取暖，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料替代煤、天然气、燃料油等化石能源。
生物质能以资源丰富、生态环境友好的优点,已成为能源和环境领域研究的新热点。对农作物秸秆这一生物质资源的开发利用在国内外引起了高度重视。
玉米秸秆的产量居农业固体废弃物首位，但是我国对玉米秸秆利用率较低，许多地方将其作为废弃物烧掉或弃置农田，这不但造成极大的资源浪费和巨大的经济损失，而且也产生极大的环境污染。
生物质燃料还是一种可持续发展的环境友好型燃料，其可实现温室气体二氧化碳生态“零”排放：生物质燃料的能源来源于自然界光合作用固定于植物上的太阳能，其燃烧时排放的二氧化碳来自于其生长时对自然界二氧化碳的吸收，因此，生物质燃料具有二氧化碳生态零排放的特点。
此外，国内外的各种压缩成型技术及设备已经较为完备，因此，玉米秸秆固化成型燃料的研究具有相当的价值和可行性。
1、玉米秸秆的基本情况
1.1 玉米秸秆的基本性质
玉米秸秆主要由细胞壁组成，基本成分为纤维素，半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包围，纤维素是一种直链多糖，多个分子平行排列成丝不溶性微小纤维，半纤维素主要由木糖，少量阿拉伯糖。半乳糖，甘露糖组成，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，其中，木质素是一种燃料，半纤维素可水解为五碳糖，而纤维素水解为六碳糖比较困难。玉米秸秆的主要成分见表1.1.1
表1.1.1 玉米秸秆主要成分
组成 含量% 1.2 玉米秸秆的使用情况 农作物秸秆作为农业生产的必然产物．是一种十分宝贵的资源。据统计，我国每年农作物秸秆的产量大约6亿吨，根据玉米籽实的产量推测，2000-2005年问我国玉米秸秆的年产量在1．2～1．48亿吨。目前，全国大约有30％的秸秆直接用作农村生活燃料：10％用于牲畜饲料；23％用做工副业生产；6％直接还田。然而大量的秸秆被就地焚烧，不仅造成了严重的环境污染和火灾隐患，而且还造成了资源的极大浪费。
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纤维素 50.85 半纤维素 24.94 木质素 15.10 灰分 2.40
2、生物质燃料的定义
生物质燃料多为茎状农作物经过加工产生的块装环保新能源，其直径一般为6～8厘米，长度为其直径的4～5倍，破碎率小于1.5%～2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。若使用添加剂，则应为农林产物，并且应标明使用的种类和数量。欧盟标准对生物质燃料的热值没有提出具体的数值，但要求销售商应予以标注。瑞典标准要求生物质燃料的热值一般应在16.9 兆焦上。
3、生物质固化成型技术
3.1 生物质固化成型的条件 3.1.1 原料的含水率
原料的含水率对棒状燃料的成型过程及产品质量影响很大，当原料水分过高时，加热过程中产生的蒸气不能顺利地从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时产生爆鸣，但含水率太低成型也很困难，这是因为微量水分对木素的软化、塑化有促进作用。如表3.1.1.1
表3.1.1.1 原料含水率对成型的影响 含水率（%） 木屑 秸秆 4 不成型 不成型 6 成型 成型 8 成型 成型 10 成型 成型 12 成型 不成型 14 不成型 不成型 [8]
对木屑、秸秆等物料，成型的适宜含水率范围为6%～10%。我们从表3.1.1还可以得到这样的结论，不同种类的物料虽木素含量有较大差异，但成型所需适宜含水率基本一致。
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3.1.2 成型温度
成型温度对成型过程 、产品质量、产量都有一定的影响。表3.1.2是温度对不同物料成型的影响。
表3.1.2.1 温度对不同物料成型的影响 温度（℃） 180 木屑 秸秆 200 220 240 260 280 成型快 不成型 不成型 成型较慢 成型较快 成型快 不成型 不成型 成型较快 成型快 成型快 表面碳化严重 注：成型快慢系同一物料的相对比较结果 显然，过低的温度（<200℃）传入出料筒内的热量很少，不足以使原料中木素塑化，加大原料与出料筒之间的磨擦，造成出料筒堵塞，无法成型；过高的温度（>280℃）原料分解严重，输送过快，不能形成有效的压力，也无法成型。总之，不同物料所需成型温度相差不大，一般控制在240～260℃之间。[10]
3.1.3 颗粒度和压力
物料的颗粒度对成型有着重要的影响。构成生物质成型块的主要物质形态为不同粒径的粒子，粒子在压缩过程中表现出的充填特性、流动特性和压缩特性对生物质的压缩成型有很大的影响。通常生物体颗粒排列结构开始改变，生物质内部空隙率减少。第二阶段，当压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小的粒子，并发生变形或塑性流动。此时粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子 间结合更牢固．构成成型块的粒子越细小，粒子间的充填程度就越高，接触就越紧密；当粒子的粒度小到一定程度（几百至几微米）后，成型块内部的结合力方