○黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院牡丹江分院 李 巖 戚雪微

玉米是我國(guó)廣大農(nóng)村的傳統(tǒng)種植品種，黑龍江省2021年種植面積為8221萬(wàn)畝，總產(chǎn)量3500萬(wàn)噸，年產(chǎn)玉米秸稈4000多萬(wàn)噸。隨著國(guó)家禁燒政策的落實(shí)，玉米秸稈的處理引起越來(lái)越多的關(guān)注，目前東北地區(qū)玉米秸稈利用主要采取三種方式：一是玉米秸稈粉碎還田。由于氣溫原因，東北地區(qū)秸稈當(dāng)年不能腐熟，且有病蟲(chóng)害存在，影響來(lái)年的播種作業(yè)。二是作為牲畜飼料。根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查，目前用作飼料的玉米秸稈僅為總量的三分之一左右。三是作為農(nóng)戶的燒柴。由于不易存放，不衛(wèi)生，用于燒柴的也越來(lái)越少。除上述用處之外，尚有近一半的玉米秸稈被浪費(fèi)了。如何合理利用這部分資源，就成為迫切解決的問(wèn)題。

據(jù)調(diào)查，黑龍江省目前奶牛和肉牛養(yǎng)殖存欄規(guī)模為600萬(wàn)—650萬(wàn)頭，每頭牛一年將產(chǎn)生6噸左右的牛糞，而這些牛糞除了一小部分用作有機(jī)肥料外，還有大部分需作無(wú)害化處理，尚需一些費(fèi)用。若能將這部分牛糞晾曬風(fēng)干后，混入玉米秸稈粉末中，一起制成顆粒，既降低了玉米秸稈的制粒難度，又減少了牛糞對(duì)環(huán)境的壓力，是一件利國(guó)利民的好事。

一、玉米秸稈與牛糞混合制粒工藝

玉米秸稈與牛糞混合制粒有兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。一是先要將秸稈粉碎成粉末狀，但玉米秸稈的粉碎工藝效率很低。據(jù)試驗(yàn)，一臺(tái)30瓩的粉碎機(jī)，一天的作業(yè)量?jī)H有2—4噸。秸稈內(nèi)部空虛、密度過(guò)小，機(jī)器喂入困難是決定因素。二是對(duì)玉米秸稈還有較嚴(yán)格的含水量要求。含水量過(guò)大，制粒冷卻后，顆粒變散，又恢復(fù)成為粉末狀。 因此，在制粒前，還要將其烘干，烘干過(guò)程不但消耗能量和人工，而且秸稈粉末極易自然引起火災(zāi)。若采用自然干燥又要受到天氣狀況的制約，而且還需要較大的晾曬場(chǎng)地和保管廠房。

為了徹底解決這一難題，我們?cè)谏钊胝{(diào)研的基礎(chǔ)上，研發(fā)設(shè)計(jì)了以牛糞作為粘合劑，將其和玉米秸稈混合制粒的新工藝，充分利用牛糞有機(jī)成份含量較高的特性，從而降低制粒要求，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。玉米秸稈和牛糞有效成份見(jiàn)表1、表2。

表1 玉米秸稈有效成份含量表（部分）

表2 風(fēng)干牛糞有效成份含量表（部分）

1.工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1）將玉米秸稈自然晾曬至水份為20%左右；

2）將玉米秸稈直接用鍘草機(jī)切成10—25mm短節(jié)，并將秸稈粉碎成條狀薄片狀。鍘切過(guò)程效率較高，30瓩的鍘草機(jī)每小時(shí)可鍘切2—3噸，是粉碎工藝效率的5—8倍。

3）將牛糞自然晾曬風(fēng)干，使其水份達(dá)到25%以下；

4）把風(fēng)干后的牛糞粉碎至顆粒度小于5mm；

5）把玉米秸稈和風(fēng)干牛糞分別送入制粒機(jī)的料箱當(dāng)中，比例為玉米秸稈占總重量的85%—90%，風(fēng)干牛糞占總重量的10%—15%，進(jìn)行攪拌制粒作業(yè)，出粒后，須經(jīng)冷卻過(guò)程，再分裝成袋入庫(kù)。

2.混合后顆粒特點(diǎn)。牛糞和玉米秸稈混合后制成的顆粒，較純玉米秸稈顆粒有如下特點(diǎn)：發(fā)熱量大、熱值高，經(jīng)測(cè)定可達(dá)到3500—3800卡/公斤，大約提高10%左右；顆粒整齊度好，產(chǎn)品光亮整齊，均勻一致，質(zhì)地堅(jiān)硬；不存在散粒的現(xiàn)象，耐儲(chǔ)存；制粒效率明顯提高，經(jīng)測(cè)定效率提高15%—25%，每小時(shí)可生產(chǎn)2噸左右；生產(chǎn)成本顯著下降，每噸產(chǎn)品可降低數(shù)百元，使玉米秸稈顆粒具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

二、玉米秸稈與牛糞混合制粒工藝設(shè)備

以牛糞作為粘結(jié)劑與玉米秸稈混合制粒技術(shù)工藝流程如圖1所示。所需要的主要設(shè)施與設(shè)備有晾曬場(chǎng)地、牛糞與玉米秸稈的保管廠房、玉米秸稈的鍘切機(jī)械、牛糞的粉碎機(jī)械、混合制粒機(jī)械以及分袋、包裝設(shè)備、成品儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸設(shè)備等。

圖1 玉米秸稈和牛糞混合制粒工藝流程

玉米秸稈的晾曬和牛糞的風(fēng)干場(chǎng)地，應(yīng)具有較大的面積和較完備的防雨設(shè)施，東北地區(qū)冬季氣溫低，夏季晾曬作業(yè)需要防雨設(shè)施和曬場(chǎng)硬化。玉米秸稈的鍘切工藝設(shè)備，可選用市場(chǎng)上使用的大中型鍘草機(jī)就可滿足要求，功率在20瓩左右最為合適，每天的作業(yè)效率15—20噸，鍘切后玉米秸稈成10—20mm的片狀最為合適。牛糞的粉碎機(jī)械亦可選用通用的錘片粉碎機(jī)，選用7—10瓩機(jī)型就可滿足要求。中間輸送設(shè)備選用螺旋輸送器就可，為防止堵塞其外徑應(yīng)在φ200以上較為合適，但是輸送速度應(yīng)可調(diào)整，無(wú)級(jí)變速最好，以適應(yīng)玉米秸稈和牛糞的不同混合比例。至于產(chǎn)品的分類(lèi)、玉米秸稈和牛糞去石、磁選去鐵雜等工藝亦可選用現(xiàn)有設(shè)備，無(wú)須另行研制。在這一項(xiàng)目中，我們重點(diǎn)研究的核心設(shè)備就是混合制粘設(shè)備。

生物質(zhì)顆粒燃料在我國(guó)只有十多年的發(fā)展歷程，主要是以木材生產(chǎn)中的邊角廢料、鋸末及樹(shù)木的枝椏為加工原料，經(jīng)過(guò)粉碎后壓制成木質(zhì)顆粒作為生物質(zhì)燃料，代替煤炭。近幾年，隨著木材砍伐數(shù)量的減少，木質(zhì)顆粒原料短缺就成了難題，因此玉米秸稈的離田處理呼聲越來(lái)越高，特別是國(guó)家禁燒政策的落實(shí)，玉米秸稈顆?；剂暇统蔀槟举|(zhì)顆粒燃料理想的替代產(chǎn)品。針對(duì)這種情況我們研究設(shè)計(jì)了混合制粒機(jī)。

制粒技術(shù)在我國(guó)起步較晚，最初的制粒機(jī)多以平模為主，主要用于魚(yú)蝦、牲畜的糧食飼料加工，由于效率較低，后續(xù)發(fā)展為環(huán)模方式，用于木質(zhì)顆粒燃料的加工生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)的環(huán)模制粒機(jī)全部采用臥式配置，也即壓輥架不作轉(zhuǎn)動(dòng)，壓輥只作自轉(zhuǎn)，不作公轉(zhuǎn)，環(huán)形模具轉(zhuǎn)動(dòng)，這種方式料倉(cāng)內(nèi)沒(méi)有較大的運(yùn)動(dòng)部件，對(duì)物料攪動(dòng)較少，容易發(fā)生堵塞和架空，而且壓輥的抓取能力不強(qiáng)，喂入速度較低，整機(jī)效率不高，比重大的木質(zhì)材料尚可作業(yè)，對(duì)于秸稈類(lèi)原料就不太適應(yīng)。根據(jù)這一情況，設(shè)計(jì)了新的結(jié)構(gòu)：壓輥架在動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，壓輥除了隨壓輥架公轉(zhuǎn)之外，還可自轉(zhuǎn)，環(huán)形模具固定在機(jī)架上不動(dòng)。這種方案布局合理，傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)化，性能可靠。另外壓輥付在料室內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)，每分鐘100轉(zhuǎn)左右，具有很強(qiáng)的攪拌作用，可有效地避免物料的架空現(xiàn)象，完全滿足生產(chǎn)要求，還省去了專(zhuān)門(mén)的混合攪拌工藝及設(shè)備。再者，壓輥除了隨著驅(qū)動(dòng)架公轉(zhuǎn)之外，在與環(huán)模的摩擦?xí)r，產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使其抓取能力增強(qiáng)，物料的喂入性能大幅度提升，因此使機(jī)器的生產(chǎn)率提高，這是一個(gè)主要原因。該結(jié)構(gòu)滿足生產(chǎn)要求，整機(jī)效率高，生產(chǎn)成本低。

三、結(jié)論

玉米是我國(guó)重要的糧食作物，其秸稈合理地開(kāi)發(fā)利用，可提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，我們研究的以牛糞為粘結(jié)劑與玉米秸稈混合制粒技術(shù)，可有效地降低玉米秸稈的制粒難度，降低制粒工藝的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使玉米秸稈顆粒的燃料產(chǎn)生成為可能。在研究過(guò)程中，探討了玉米秸稈的鍘切工藝，牛糞的風(fēng)干程度，兩者的混合比例，合理的含水量等關(guān)鍵參數(shù)，為規(guī)?；a(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。