國(guó)內(nèi)外對(duì)作物秸稈的轉(zhuǎn)化利用進(jìn)行了大量研究，并取得了顯著效果，但對(duì)烤煙秸稈在生產(chǎn)上的再利用研究鮮見(jiàn)報(bào)道。我國(guó)烤煙種植面積約為124萬(wàn)hm2，每年產(chǎn)生烤煙秸稈390萬(wàn)t左右，其熱值折合220萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。在實(shí)際生產(chǎn)中，煙農(nóng)常以直接露天焚燒的方式處理烤煙秸稈。為充分利用資源，減少環(huán)境污染，現(xiàn)在人們嘗試將烤煙秸稈壓縮成型為燃料應(yīng)用在煙葉烘烤上。但由于采用了其他作物秸稈的加工工藝，加上原料特性不同，所以烤煙秸稈固體成型燃料生產(chǎn)中產(chǎn)品破碎率高，生產(chǎn)率低，成本較高，導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)推廣利用率不高。為解決以上出現(xiàn)的問(wèn)題，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，畢節(jié)市煙草公司黔西縣分公司成立“珍珠項(xiàng)鏈Q(jìng)C活動(dòng)小組”，對(duì)提高烤煙秸稈固體成型燃料質(zhì)量和生產(chǎn)率進(jìn)行研究，以期為烤煙秸稈固體成型技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供合理依據(jù)。
1、材料與方法1.1材料烤煙秸稈，600型秸稈壓塊機(jī)，秸稈粉碎機(jī)。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1. 2.1不同篩網(wǎng)孔徑對(duì)烤煙秸稈固體成型破碎率的影響。設(shè)5個(gè)處理（處理①、②、③、④和⑤分別以篩網(wǎng)孔徑為8、12、16、20、24mm的粉碎機(jī)加工），重復(fù)4次，以含水率為(18±2)%，堆積發(fā)酵時(shí)間5d的秸稈為原料，每組原料重量為100kg，然后進(jìn)行加工壓塊。
1.2.2不同含水率對(duì)秸稈固體成型破碎率的影響。設(shè)5個(gè)處理（處理①、②、③、④和⑤秸稈含水率分別為11.0%～13.9%、14.0%～17.9%、18.0%～21.9%、22.0%~ 25.9%、26.0%～30.0%)，重復(fù)4次，以堆積發(fā)酵時(shí)間5d的秸稈為原料，使用篩網(wǎng)孔徑為12 mm的粉碎機(jī)加工，每組原料重量為100 kg，然后加工壓塊。
1.2.3不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)秸稈固體成型破碎率的影響。設(shè)5個(gè)處理(處理①、②、③、④和⑤發(fā)酵時(shí)間分別為3、4、5、6、7d)，重復(fù)4次，以含水率為(18±2)%的秸稈作為原料，使用篩網(wǎng)孔徑為12 mm的粉碎機(jī)加工，每組原料重量為100 kg，然后加工壓塊。
1.2.4工藝優(yōu)化的正交試驗(yàn)。選定3個(gè)試驗(yàn)因素（A：含水率；B：發(fā)酵時(shí)間，C：篩網(wǎng)孔徑）進(jìn)行正交試驗(yàn)，以確定最優(yōu)工藝。
1.3試驗(yàn)基本情況試驗(yàn)于2011年4～6月在貴州省黔西縣林泉鎮(zhèn)高錦煙葉烘烤工場(chǎng)進(jìn)行，使用9SYS32-1000型壓縮成型機(jī)壓塊。
1.4測(cè)定項(xiàng)目與計(jì)算方法 所需測(cè)定的固體成型燃料破碎率及生產(chǎn)率計(jì)算公式如下：固體成型燃料破碎率(%)=破碎固體成型燃料重量(kg)/固體成型燃料總重量(kg) xl00%固體成型燃料生產(chǎn)率(%)=固體成型燃料重量( kg)/生產(chǎn)時(shí)間(h)×100%
2、結(jié)果與分析2.1不同篩網(wǎng)孔徑對(duì)固體成型燃料破碎率的影響從表1可見(jiàn)，處理①秸稈固體成型破碎率最低，為5.8%；其次是處理②，為5.9%；處理⑤最高，為17.0%。采用新復(fù)極差法(SSR)對(duì)各處理秸稈固體成型破碎率進(jìn)行差異顯著性分析，多重比較結(jié)果表明，處理④與處理③，處理③與處理②、處理①無(wú)顯著差異；處理⑤與其余4個(gè)處理存在極顯著差異，其他4個(gè)處理間無(wú)極顯著差異。一般情況下，秸稈原料粉碎粒度越細(xì)，成型質(zhì)量越高，但耗能越大；原料粉碎粒度過(guò)粗，成型后較易破碎，穩(wěn)定性差，還會(huì)在接觸部件上產(chǎn)生研磨作用，增加摩擦力，增大耗能，降低產(chǎn)量。據(jù)研究，秸稈固體成型燃料原料以粒狀直徑6～12mm，長(zhǎng)30～50 mm較為適宜，即處理②、③、④固體成型效果較好。
表1 不同網(wǎng)孔孔徑對(duì)固體成型顆粒燃料破碎率的影響
| 處理 | 篩網(wǎng)孔徑/mm | 秸稈重量/kg | 固體成型顆粒燃料重量/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 |
2.2不同含水率對(duì)固體成型燃料壓塊破碎率的影響從表2可見(jiàn)，處理③秸稈固體成型破碎率最低，為5.8%；其次是處理②，為10.2%；處理⑤最高，為38.7%。采用新復(fù)極差法( SSR)對(duì)各處理秸稈固體成型破碎率進(jìn)行差異顯著性分析，多重比較結(jié)果表明，處理⑤與處理①，處理④與處理③、處理②之間無(wú)顯著差異；處理⑤、處理①與其余3個(gè)處理間存在極顯著差異。秸稈固體成型燃料對(duì)原料含水率的要求范圍較寬泛，一般以原料含水率為10%～25%較為適宜，即處理②、③、④固體成型效果較好。
表2 不同含水率對(duì)固體成型顆粒燃料破碎率的影響
| 處理 | 不同含水率/% | 秸稈重量/kg | 固體成型顆粒燃料/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 |
2.3不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)固體成型燃料破碎率的影響從表3可見(jiàn)，處理③秸稈固體成型破碎率最低，為6.7%；其次是處理②和處理④，均為8.5%；處理⑤最高，為11.8%。采用新復(fù)極差法( SSR)對(duì)各處理秸稈固體成型破碎率進(jìn)行差異顯著性分析，多重比較結(jié)果表明，處理⑤與處理①，處理④與處理③、處理②之間無(wú)顯著差異；處理⑤、處理①、處理②間無(wú)極顯著差異，處理③與處理①和⑤間存在極顯著差異。通過(guò)發(fā)酵，利用自然界中的白腐菌類(lèi)降解秸稈中的木質(zhì)素，使原料軟化，增加黏著力，有利于固體成型。但是，發(fā)酵時(shí)間太短，原料軟化程度不夠，成型后容易松散破碎；發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，燃燒值降低，因此，一般發(fā)酵時(shí)間以5d左右為宜。
表3 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)固體成型顆粒燃料破碎率的影響
| 處理 | 發(fā)酵時(shí)間/d | 秸稈重量/kg | 固體成型顆粒燃料重量/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 |
2.4優(yōu)選最佳組合參數(shù)的正交試驗(yàn)
2. 4.1正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)。考察不同秸稈原料含水率、發(fā)酵時(shí)間及粉碎機(jī)篩網(wǎng)孔徑對(duì)秸稈固體成型試驗(yàn)的影響，建立正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表（表4），并進(jìn)行試驗(yàn)，選擇最優(yōu)方案。
表4 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)
| 水平 | 因素 | ||
| 含水率（A）% | 發(fā)酵時(shí)間（B）d | 篩網(wǎng)孔徑（C）mm | |
| 1 | 15 | 3 | 12 |
| 2 | 20 | 5 | 16 |
| 3 | 25 | 7 | 20 |
| 試驗(yàn)號(hào) | 因素 | 生產(chǎn)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 | |
表6 教優(yōu)組合驗(yàn)證結(jié)果 kg/h
| 組合 | 生產(chǎn)率 | |||||
| 重復(fù)Ⅰ | 重復(fù)Ⅱ | 重復(fù)Ⅲ | 重復(fù)Ⅳ | 重復(fù)Ⅴ | 重復(fù)Ⅵ | |
| A2B1C1 | 411 | 103 | 423 | 401 | 410 | 409.6 |
| A2B2C1 | 420 | 418 | 417 | 425 | 430 | 422.0 |
我國(guó)在20世紀(jì)80年代才開(kāi)始研究秸稈固體成型燃料技術(shù)，早期主要以螺旋擠壓機(jī)為主，2000年后才改用環(huán)模式成型機(jī)設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率得到很大提高。烤煙秸稈固體成型工藝應(yīng)用較晚，同時(shí)由于煙草莖稈較粗，體積較大，含有較多的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，所以在固體成型生產(chǎn)中存在主要部件磨損嚴(yán)重、耗能大、產(chǎn)品質(zhì)量較低，生產(chǎn)率不高等問(wèn)題。該試驗(yàn)根據(jù)烤煙秸稈特性改進(jìn)生產(chǎn)工藝，即使用含水率為20%、發(fā)酵時(shí)間為Sd的秸稈原料，粉碎機(jī)篩網(wǎng)孔徑為12mm，秸稈固體成型燃料產(chǎn)品質(zhì)量較好，生產(chǎn)率顯著提高。
烤煙秸稈替代煤可以滿(mǎn)足煙葉烘烤工藝要求，但是純秸稈壓塊燃料也存在著燃燒時(shí)間短、溫度穩(wěn)定差、添加燃料次數(shù)多等缺點(diǎn)。為解決以上問(wèn)題，可將秸稈與煤炭按照一定配方壓塊成型，以滿(mǎn)足煙葉烘烤各階段的工藝要求，所以該項(xiàng)技術(shù)值得繼續(xù)深入研究。
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