牛粪压制生物质燃料块试验

孔伟 卢旺银 刘光武 曹振卿 冯世武

（1，甘肃省家畜繁育改良管理站 733000；2，甘肃省治沙研究所 730070）

规模化畜禽养殖业的快速发展在为我国广大农村带来经济利益的同时也带来了严重的环境污染问题。据测定，一头牛每天产生的牛粪是其体重的5%～6%，即一头450kg的牛平均每天可排泄25kg左右的粪便，一年就有约9000kg[1]。据统计我国年畜禽粪便产生量约为25亿t，是工业固体废弃物产生量的2～3倍。畜禽粪便的COD排放量约1万t，远远超过工业废水与生活废水COD排放量的总和，牛粪便对自然环境造成严重的危害,主要体现在对大气、水域、土壤三方面的污染[2]，已经成为中国农村污染的主要来源。

1 生物质燃料特点

牛粪作为一种生物质能源，其主要元素为C、H、O、N、S、P等，其物质组成主要为纤维素、淀粉、脂肪和蛋白质等，含有许多可被利用的成分，但目前还没有被充分开发利用，我们完全可以从生物质燃烧利用的角度来处理牛粪。生物质能源化利用过程中除了具有低SO2、NOX和灰尘排放的特性外，其对环境的最大贡献在于具有CO2零排放的特点[3]，NO2排放量仅为燃煤的1/5。开发利用牛粪为原料的生物质燃料不仅能缓解能源危机，减轻环境污染，节约能源，促进秸秆等粗饲料利用，降低牛场养殖成本，增加养殖效益。

1.1 试验材料

牛粪取自甘肃佳源畜牧生物科技有限责任公司牛场,牛粪自然风干，过40目筛，去除不利于压制的杂物。

1.2 试验设计

将牛粪过筛，挑出杂物和不适宜压制的物料。对压制的粪块进行燃料物检测分析。

（1）将牛粪压制成蜂窝状，按照国家 《民用蜂窝煤标准》(GB/T13593-92)中的有关规定，压制成型蜂窝状燃料块直径140mm，高度80mm，孔数18个，孔径16mm属合格。

（2）将牛粪用环模式压块机压制成4cm×4cm的方块，原料含水率＜25%范围内，经上料输送机将物料送入进料口，通过主轴转动，带动压辊转动，并经过压辊的自转，物料被强制从模型孔中，按模块形状经130℃挤压，并从出料口落下，回凉后（含水率不超过14%），装袋存储。

经实验室检测牛粪中主要成分见表1。

表1 牛粪中主要成份值 （单位：%）

牛粪压块检测主要数值见表2。

表2 牛粪压块分析测得值

2 牛粪燃料化的方法

2.1 直接燃烧

通过直接燃烧生物质而获得热能是目前生物质能利用的最主要方式。在牧区和中小规模养牛场，牧民们收集晾干的牛粪作燃料直接燃烧，用来取暖烧饭和低温季节加热牛饮水，这是粪便直接作能源的最简单方法，但利用不够充分，且易造成二次空气污染，该方法燃烧利用效率低，为5%～15%，使得生物质燃料被认为是 “贫穷燃料”。

2.2 固化成型

由于牛粪具有能量密度小的特点，将疏散的、低热值的牛粪加工成固态生物质燃料，其中的木质素属于非晶体，没有熔点，但有软化点，当温度达70～110℃时黏合力开始增加，此时施以压力，则其与纤维素紧密黏接，并与相邻颗粒互相胶接，冷却后即可固化成型[4]。成型后体积缩小为1/6～1/8，热性能优于木材，与中质混煤相当，易点火，灰烬少，便于存储运输。

将牛粪压制成型根据市场需求，定制模板压制成，直径1.5～2.0cm的圆柱状压块，和4cm×4cm的方块状压块，经高温压制成型，提高生物质的比重，延长燃烧时间。

2.3 牛粪蜂窝块压制方法

牛粪过筛留粉末加水调制成，含水量35%～45%，使用冲压式蜂窝煤成型机，压制成型蜂窝状燃料块直径140mm，高度80mm，孔数18个，孔径16mm，每次压制3块，每分钟压制45块， 抗压力60～90kg。

3 小结

（1）牛粪生物质压块燃料利用技术简单，相比气化和液化较压块后燃烧技术投资小，技术含量低，压缩固化后直接燃烧是目前发展较成熟的一种转化技术。制成牛粪生物质燃料，可降低硫的排放量、减少大气污染、节约能源物质，对解决牛粪堆积带来的环境问题有重大意义[5]。牛粪两种固化成型，在燃料物检测无差异，方块状耐燃时间大于圆柱状压块。

（2）牛粪燃料化利用能迅速且大幅度地减少生物质废弃物的容积；清除有害细菌和病毒，破坏毒性有机物，燃烧后的残灰可作肥料，在解决农村能源短缺的同时提高废弃物综合利用率，有利于降低燃料及生活成本，减少SOx和NOx排放，有利于环境保护。

（3）促进秸秆饲料资源的转化利用，秸秆类经过饲料处理后喂牛，经过牛反刍将较长的纤维粉碎，消化吸收饲草料营养的同时也将草秸进行粉碎，减少秸秆利用时的粉碎再加工。

（4）利用纯牛粪压制蜂窝状燃料，压制成型率为13%，经风干后自动散开，需要添加一定的辅料才能压制使用。当牛粪利用率超过40%(牛粪、煤渣质量比为4∶6)时，压缩成品较为松散，抗压强度不高，在实际推广应用燃烧效果不好，不利于保存和运输[6]。

（5）牛粪经高温压制其热值在原有热值上提高1000kcal左右，燃烧时间大约在2～3h。目前利用纯牛粪制作生物质燃料还在试验和探索之中，大比例利用牛粪制作生物质燃料及其配置方法，使其达到废物利用成为环保清洁能源还需大量试验工作。