农作物秸秆是当今世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。我国作为农业大国，秸秆资源非常丰富，年产量7亿t左右。但在农业生产中，人们常将秸秆直接焚烧或还田，这不仅严重污染大气和土壤环境，而且造成能源资源的极大浪费。作为一个能源短缺、经济高速发展的国家，推动农业秸秆的高效转化利用，是一项非常有价值的研究。据报道，将秸秆经
秸秆颗粒机或者
秸秆压块机压缩成型为固体颗粒燃料，燃烧特性明显改善，生物质的热效益大幅度提高；与煤炭相比，秸秆固体成型燃料的燃烧速度比煤快，灰尘及NOx.SOx低，干净卫生，有利于环境保护。
国内外对作物秸秆的转化利用进行了大量研究，并取得了显著效果，但对烤烟秸秆在生产上的再利用研究鲜见报道。我国烤烟种植面积约为124万hm2，每年产生烤烟秸秆390万t左右，其热值折合220万t标准煤。在实际生产中，烟农常以直接露天焚烧的方式处理烤烟秸秆。为充分利用资源，减少环境污染，现在人们尝试将烤烟秸秆压缩成型为燃料应用在烟叶烘烤上。但由于采用了其他作物秸秆的加工工艺，加上原料特性不同，所以烤烟秸秆固体成型燃料生产中产品破碎率高，生产率低，成本较高，导致该项技术推广利用率不高。为解决以上出现的问题，优化生产工艺，毕节市烟草公司黔西县分公司成立“珍珠项链QC活动小组”，对提高烤烟秸秆固体成型燃料质量和生产率进行研究，以期为烤烟秸秆固体成型技术在实际生产中的应用提供合理依据。
1、材料与方法
1.1材料烤烟秸秆，600型秸秆压块机，
秸秆粉碎机。
1.2试验设计
1. 2.1不同筛网孔径对烤烟秸秆固体成型破碎率的影响。设5个处理（处理①、②、③、④和⑤分别以筛网孔径为8、12、16、20、24mm的粉碎机加工），重复4次，以含水率为(18±2)%，堆积发酵时间5d的秸秆为原料，每组原料重量为100kg，然后进行加工压块。
1.2.2不同含水率对秸秆固体成型破碎率的影响。设5个处理（处理①、②、③、④和⑤秸秆含水率分别为11.0%～13.9%、14.0%～17.9%、18.0%～21.9%、22.0%~ 25.9%、26.0%～30.0%)，重复4次，以堆积发酵时间5d的秸秆为原料，使用筛网孔径为12 mm的粉碎机加工，每组原料重量为100 kg，然后加工压块。
1.2.3不同发酵时间对秸秆固体成型破碎率的影响。设5个处理(处理①、②、③、④和⑤发酵时间分别为3、4、5、6、7d)，重复4次，以含水率为(18±2)%的秸秆作为原料，使用筛网孔径为12 mm的粉碎机加工，每组原料重量为100 kg，然后加工压块。
1.2.4工艺优化的正交试验。选定3个试验因素（A：含水率；B：发酵时间，C：筛网孔径）进行正交试验，以确定最优工艺。
1.3试验基本情况试验于2011年4～6月在贵州省黔西县林泉镇高锦烟叶烘烤工场进行，使用9SYS32-1000型压缩成型机压块。
1.4测定项目与计算方法 所需测定的固体成型燃料破碎率及生产率计算公式如下：固体成型燃料破碎率(%)=破碎固体成型燃料重量(kg)/固体成型燃料总重量(kg) xl00%固体成型燃料生产率(%)=固体成型燃料重量( kg)/生产时间(h)×100%
2、结果与分析
2.1不同筛网孔径对固体成型燃料破碎率的影响从表1可见，处理①秸秆固体成型破碎率最低，为5.8%；其次是处理②，为5.9%；处理⑤最高，为17.0%。采用新复极差法(SSR)对各处理秸秆固体成型破碎率进行差异显著性分析，多重比较结果表明，处理④与处理③，处理③与处理②、处理①无显著差异；处理⑤与其余4个处理存在极显著差异，其他4个处理间无极显著差异。一般情况下，秸秆原料粉碎粒度越细，成型质量越高，但耗能越大；原料粉碎粒度过粗，成型后较易破碎，稳定性差，还会在接触部件上产生研磨作用，增加摩擦力，增大耗能，降低产量。据研究，秸秆固体成型燃料原料以粒状直径6～12mm，长30～50 mm较为适宜，即处理②、③、④固体成型效果较好。
表1 不同网孔孔径对固体成型颗粒燃料破碎率的影响
|
处理 |
筛网孔径/mm |
秸秆重量/kg |
固体成型颗粒燃料重量/kg |
破碎燃料重量/kg |
破碎率% |
|
① |
8 |
100 |
93.3 |
5.5 |
5.8cB |
|
② |
12 |
100 |
92.2 |
5.1 |
5.9 cB |
|
③ |
16 |
100 |
89.7 |
7.9 |
8.8b cB |
|
④ |
20 |
100 |
88.4 |
9.1 |
10.2bB |
|
⑤ |
24 |
100 |
88.3 |
15.0 |
17.0aA |
注：表中同列不同大、小字母分别在0.01和0.05水平差异显著。
2.2不同含水率对固体成型燃料压块破碎率的影响从表2可见，处理③秸秆固体成型破碎率最低，为5.8%；其次是处理②，为10.2%；处理⑤最高，为38.7%。采用新复极差法( SSR)对各处理秸秆固体成型破碎率进行差异显著性分析，多重比较结果表明，处理⑤与处理①，处理④与处理③、处理②之间无显著差异；处理⑤、处理①与其余3个处理间存在极显著差异。秸秆固体成型燃料对原料含水率的要求范围较宽泛，一般以原料含水率为10%～25%较为适宜，即处理②、③、④固体成型效果较好。
表2 不同含水率对固体成型颗粒燃料破碎率的影响
|
处理 |
不同含水率/% |
秸秆重量/kg |
固体成型颗粒燃料/kg |
破碎燃料重量/kg |
破碎率% |
|
① |
11.0～14.9 |
100 |
88.1 |
30.9 |
35.1aA |
|
② |
15.0～17.9 |
100 |
89.4 |
9.1 |
10.2bB |
|
③ |
18.0～22.9 |
100 |
92.7 |
5.4 |
5.8bB |
|
④ |
23.0～27.9 |
100 |
91.3 |
11.8 |
12.9 bB |
|
⑤ |
28.0～30.0 |
100 |
96.6 |
97.4 |
38.7 aA |
注：表中同列不同大、小字母分别在0.01和0.05水平差异显著。
2.3不同发酵时间对固体成型燃料破碎率的影响从表3可见，处理③秸秆固体成型破碎率最低，为6.7%；其次是处理②和处理④，均为8.5%；处理⑤最高，为11.8%。采用新复极差法( SSR)对各处理秸秆固体成型破碎率进行差异显著性分析，多重比较结果表明，处理⑤与处理①，处理④与处理③、处理②之间无显著差异；处理⑤、处理①、处理②间无极显著差异，处理③与处理①和⑤间存在极显著差异。通过发酵，利用自然界中的白腐菌类降解秸秆中的木质素，使原料软化，增加黏着力，有利于固体成型。但是，发酵时间太短，原料软化程度不够，成型后容易松散破碎；发酵时间过长，燃烧值降低，因此，一般发酵时间以5d左右为宜。
表3 不同发酵时间对固体成型颗粒燃料破碎率的影响
|
处理 |
发酵时间/d |
秸秆重量/kg |
固体成型颗粒燃料重量/kg |
破碎燃料重量/kg |
破碎率% |
|
① |
3 |
100 |
90.0 |
9.7 |
10.8abAB |
|
② |
4 |
100 |
89.9 |
7.6 |
8.5bcABC |
|
③ |
5 |
100 |
89.4 |
6.0 |
6.7cC |
|
④ |
6 |
100 |
90.5 |
7.7 |
8.5bcABC |
|
⑤ |
7 |
100 |
91.8 |
10.8 |
11.8aA |
注：表中同列不同大、小字母分别在0.01和0.05水平差异显著。
2.4优选最佳组合参数的正交试验
2. 4.1正交试验因素水平设计�？疾觳煌崭言虾�、发酵时间及粉碎机筛网孔径对秸秆固体成型试验的影响，建立正交试验因素水平设计表（表4），并进行试验，选择最优方案。
表4 正交试验因素水平设计
|
水平 |
因素 |
|
含水率（A）% |
发酵时间（B）d |
筛网孔径（C）mm |
|
1 |
15 |
3 |
12 |
|
2 |
20 |
5 |
16 |
|
3 |
25 |
7 |
20 |
2.4.2 b(34)正交试验结果分析。从表5可见，第2号试验结果为较好方案，其组合为A2BIC．；从极差分析得出较优方案为A2B：C，与较好方案不一致。D为检验列，其极差最小，说明试验误差小，试验有效，根据R值确定各影响因素主次关系为：A>C>B。由于较优方案不在正交表9组试验中，需要进行验证试验。
|
试验号 |
因素 |
生产率kg/h |
|
A |
B |
C |
D |
|
1 |
1 |
1 |
3 |
2 |
388 |
|
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
426 |
|
3 |
3 |
1 |
2 |
3 |
375 |
|
4 |
1 |
2 |
2 |
1 |
404 |
|
5 |
2 |
2 |
3 |
3 |
389 |
|
6 |
3 |
2 |
1 |
2 |
398 |
|
7 |
1 |
3 |
1 |
3 |
377 |
|
8 |
2 |
3 |
2 |
2 |
401 |
|
9 |
3 |
3 |
3 |
1 |
358 |
|
K1 |
1169 |
1189 |
1201 |
1188 |
|
|
K2 |
1216 |
1191 |
1180 |
1187 |
|
|
K3 |
1131 |
1136 |
1135 |
1141 |
|
|
K |
85 |
55 |
66 |
47 |
|
2.4.3跟踪验证试验。采用A2BICI和A2BZCr2个方案进行验证试验，每个试验设5个重复。从表6可见，方案A282C,平均生产率为422.0kg/h，比方案A：B1C．高12.4kg/h，所以确定较佳方案为A2 82C。2.4.4趋势分析。根据表5结果建立趋势图，从图1可见，A2、B2、C,均为最佳点，故A282C,为最佳组合。
表6 教优组合验证结果 kg/h
|
组合 |
生产率 |
|
重复Ⅰ |
重复Ⅱ |
重复Ⅲ |
重复Ⅳ |
重复Ⅴ |
重复Ⅵ |
|
A2B1C1 |
411 |
103 |
423 |
401 |
410 |
409.6 |
|
A2B2C1 |
420 |
418 |
417 |
425 |
430 |
422.0 |
3、结论与讨论
我国在20世纪80年代才开始研究秸秆固体成型燃料技术，早期主要以螺旋挤压机为主，2000年后才改用环模式成型机设备，产品质量和生产率得到很大提高。烤烟秸秆固体成型工艺应用较晚，同时由于烟草茎秆较粗，体积较大，含有较多的纤维素、半纤维素和木质素，所以在固体成型生产中存在主要部件磨损严重、耗能大、产品质量较低，生产率不高等问题。该试验根据烤烟秸秆特性改进生产工艺，即使用含水率为20%、发酵时间为Sd的秸秆原料，粉碎机筛网孔径为12mm，秸秆固体成型燃料产品质量较好，生产率显著提高。
烤烟秸秆替代煤可以满足烟叶烘烤工艺要求，但是纯秸秆压块燃料也存在着燃烧时间短、温度稳定差、添加燃料次数多等缺点。为解决以上问题，可将秸秆与煤炭按照一定配方压块成型，以满足烟叶烘烤各阶段的工艺要求，所以该项技术值得继续深入研究。
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