本發(fā)明屬于再生資源利用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物秸稈是籽實收獲后纖維成分含量很高的農(nóng)作物殘留物，包括玉米、稻草、小麥、馬鈴薯等的秸稈。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）報道，世界上種植的各種農(nóng)作物，每年產(chǎn)生的秸稈17億噸，其中被利用的秸稈等農(nóng)林廢棄物不足2%。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源非常豐富，每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)億噸。據(jù)研究，我國的農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為6億噸，其中玉米秸稈2億多噸，小麥秸稈1億多噸，水稻秸稈1億多噸，油料作物秸稈約500萬噸，豆類作物秸稈約300萬噸，其它雜糧秸稈約200萬噸，薯類、藤葉約160萬噸，棉花稈約140萬噸，甘蔗殘枝約650萬噸。除秸稈直接還田和收集損耗約占15.0%外，秸稈可獲得量約為5億噸。這豐富的秸稈資源在我國的利用率卻很低，目前僅為33%，其中大部分未加處理，經(jīng)技術(shù)處理后利用的僅占2.6%。其余大部分秸稈被作為廢棄物焚燒掉或是僅僅當(dāng)作燃料，不僅造成了自然資源的浪費，而且污染日益惡化的人類生存環(huán)境，已引起了社會各方面的廣泛關(guān)注。其中，農(nóng)業(yè)燒荒現(xiàn)象多年存在，僅僅憑借行政部門的單純“禁燒”，難以解決農(nóng)業(yè)秸稈焚燒問題。要減少乃至杜絕燒荒問題，要注意解決好秸稈的出路問題，即如何提高農(nóng)業(yè)秸稈的綜合利用率，使其變廢為寶、廢物資源化。目前對稻草秸稈的利用，僅限于還田以及摻入肥料發(fā)酵。稻草還田，一方面受到數(shù)量限制，另一方面還受時間限制。如果短時間里不能腐爛，就會影響下一季農(nóng)作物的種植，至于摻入有機肥料發(fā)酵，數(shù)量更受限制，這些利用都有明顯的局限性，也無法解決大量農(nóng)作物秸稈的綜合利用問題。農(nóng)作物秸稈的利用如果僅以初始狀態(tài)，采用傳統(tǒng)的農(nóng)家處理技術(shù)，是難以進行規(guī)?；_發(fā)的，而將農(nóng)作物秸稈納入工業(yè)化開發(fā)的范圍，農(nóng)作物秸稈才有可能真正成為一個可造福人類的天然資源。農(nóng)業(yè)秸稈資源化的途徑主要有秸稈還田（綠肥）、能源化（生物質(zhì)能）、原料化（用于建筑、印刷等行業(yè)）、飼料化、基料化等。所有上述資源化利用途徑的首要前提均需要秸稈粉碎。秸稈粉碎的越細(xì)，后續(xù)的資源化利用效率越高，越省時省事，最佳的是將秸稈纖維化。秸稈粉碎常用的工業(yè)設(shè)備有飼料粉碎機和搓揉機。飼料粉碎機粉碎時要求秸稈的含水量較低，秸稈進入粉碎機前需要晾曬或者烘干。揉搓機粉碎秸稈時，雖然對秸稈含水量要求不高，但是效率較低，耗能較高，且難以大量通過揉搓方式粉碎秸稈。截至目前為止，農(nóng)作物秸稈資源化利用時的粉碎處理，一般是采用鍘草機鍘碎后堆積發(fā)酵，或者直接堆積秸稈發(fā)酵。

農(nóng)業(yè)秸稈纖維化的意義：目前，國內(nèi)外在秸稈資源化綜合利用上尚沒有形成成熟的技術(shù)、生產(chǎn)裝備與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。缺乏高效先進、經(jīng)濟適用的工藝技術(shù)及專用設(shè)備，是嚴(yán)重制約這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因。在自然資源（如木材等）日益匱乏情況下，有板材廠家試圖用農(nóng)業(yè)秸稈來替代木材纖維，但是只能將農(nóng)業(yè)秸稈粉碎成粉末或切成碎片，無法將農(nóng)業(yè)秸稈加工成纖維，對纖維板產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。我國目前農(nóng)業(yè)秸稈在代木的利用上是八仙過海，各顯神通。農(nóng)業(yè)秸稈在人造板、木塑、建材等行業(yè)的利用雖然轟轟烈烈，但真正有突破性進展的不多，大多數(shù)企業(yè)都是在利用農(nóng)業(yè)秸稈制作的產(chǎn)品上下的功夫較大，還沒有人把農(nóng)業(yè)秸稈作為原材料來加以研究，然而沒有好的原材料是做不出好產(chǎn)品的。因此在產(chǎn)品的質(zhì)量、檔次和使用范圍上都存有問題。農(nóng)業(yè)秸稈主要含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、粗蛋白、酶等有機物，還含有氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。由于秸稈內(nèi)含物質(zhì)的復(fù)雜性，在工業(yè)利用方面不是簡單的粉碎或切斷后攪拌均勻再加入某些化工產(chǎn)品經(jīng)過擠出或壓制就能出產(chǎn)品。為克服秸稈碎料表面不易粘合的缺點，必須使用大量昂貴的化學(xué)粘膠劑，不但增加了成本，而且在強度、性能上都遠(yuǎn)不如將秸稈加工成纖維后再制成的產(chǎn)品。要想使農(nóng)業(yè)秸稈在資源化綜合利用真正有效的持續(xù)發(fā)展，必須要把農(nóng)業(yè)秸稈作為原材料加以深入研究，并且在對待不同的行業(yè)必須有不同的加工工藝和加工設(shè)備。秸稈纖維化以后的用途非常廣泛，但仍未能進行大量生產(chǎn)，主要是因為秸稈纖維的加工工藝比較復(fù)雜，成本較高，加上秸稈在代木上我國目前還處于初級階段 ，沒有真正推廣開來。農(nóng)業(yè)秸稈纖維加工的工藝：農(nóng)業(yè)秸稈要采用特殊的加工工藝和專用的設(shè)備，在工藝和設(shè)備上沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。要將秸稈加工成纖維狀，最難解決的是要保持秸稈表皮與內(nèi)部的一致性。主要有以下幾種：（1）分離法。將秸稈切段后進行噴蒸處理，再用纖維解離設(shè)備將秸稈表面含有不利于膠合的物質(zhì)進行有效分離，盡可能使秸稈原料呈纖維狀，然后經(jīng)過干燥得到秸稈纖維。這種工藝比較復(fù)雜，需用設(shè)備較多，成本較高；（2）電磨法。這種秸稈纖維的加工工藝與分離法大同小異，也是要經(jīng)過加溫蒸煮后再用電磨將其加工成纖維；（3）搓揉法。這種工藝與以上2種方法差不多，就是分離、電磨設(shè)備換成了搓揉設(shè)備，不同的地方在于設(shè)備成本和效率的高低；（4）汽爆法。汽爆法采用的是類似于爆米花的一種工藝，將秸稈放入一壓力容器中加溫、加壓，然后瞬間打開釋放壓力，致使秸稈膨脹分離成纖維狀。相比較而言，搓揉法是最好的一種工藝，它可以一直把秸稈搓揉到所需要的纖維狀為止?？偟膩碚f，目前的秸稈纖維加工工藝還是比較復(fù)雜的，所需設(shè)備較多、進出料麻煩、所需時間較長且效率不高，因此成本較大。農(nóng)業(yè)秸稈纖維的專用加工設(shè)備：因為農(nóng)業(yè)秸稈是一種重量輕、體積大的材料。為了保證加工的產(chǎn)量，必須把設(shè)備做得很龐大，這樣生產(chǎn)的車間和材料進出的場地也需要很大，給企業(yè)增加了額外的負(fù)擔(dān)。因此，秸稈纖維的生產(chǎn)一直沒有形成產(chǎn)業(yè)，也直接影響了下游企業(yè)的生產(chǎn)要求。我國目前需要的是一種專用的秸稈纖維加工設(shè)備，能大批量生產(chǎn)符合要求的秸稈纖維產(chǎn)品，并可根據(jù)用戶要求隨時調(diào)整使其達(dá)到一定長徑比的秸稈纖維產(chǎn)品。目前已有的一次性加工秸稈纖維的設(shè)備所采用的是搓揉法加工工藝，將秸稈切段、蒸煮（也就是加溫、加壓、添加化學(xué)試劑）、搓揉、干燥幾個工序放在1個設(shè)備里完成，減少了上下料的步驟，縮短了加工時間，也減少了材料的損耗。該加工設(shè)備主要的突破是在秸稈加溫、加壓、蒸煮過程中同時進行初步搓揉，在進一步搓揉的過程中進行干燥。

截至目前為止生產(chǎn)上沒有一項技術(shù)方法能滿足秸稈纖維化處理，尤其是能夠進行規(guī)?；蜕虡I(yè)化的秸稈纖維化處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計提供一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法及其應(yīng)用的技術(shù)方案，其簡化了秸稈纖維化處理方法，提高了效率，兩步纖維化處理秸稈時不產(chǎn)生廢氣、廢水和固體廢棄物，不污染環(huán)境，為后續(xù)的資源化、肥料化和基質(zhì)化等利用提供了便利。

所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法，其特征在于包括以下步驟：

1）選用鍘草機和生物質(zhì)顆粒機，備用；所述的生物質(zhì)顆粒機為具有具孔模板、具齒壓輥的平模型顆粒機或環(huán)模型顆粒機，具孔模板的孔徑為1-10mm，具齒壓軸的齒深為0.1-5mm，齒間距為1-10mm，其造粒動力為生物質(zhì)顆粒機額定功率的0.1-1倍；

2）調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將含水量為10%-90%的農(nóng)作物秸稈經(jīng)過鍘草機切碎成0.5-20cm的短秸稈；

3）將步驟2）制得的短秸稈放入生物質(zhì)顆粒機中，經(jīng)生物質(zhì)顆粒機的板輥擠壓，利用板輥摩擦生產(chǎn)的高溫條件，將短秸稈絮化同時進行加熱熟化，制成絮狀纖維品。

所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法，其特征在于步驟1）中：具孔模板的孔徑為2-9mm，優(yōu)選3-8mm，更優(yōu)選4-7mm，最優(yōu)選5-6mm。

所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法，其特征在于步驟1）中：具齒壓軸的齒深為0.2-4mm，優(yōu)選0.5-3mm，更優(yōu)選1-2.5mm，最優(yōu)選1.5-2mm。

所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法，其特征在于步驟1）中：齒間距為2-9mm，優(yōu)選3-8mm，更優(yōu)選4-7mm，最優(yōu)選5-6mm。

所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法，其特征在于步驟2）中：農(nóng)作物秸稈的含水量為20%-80%，優(yōu)選30%-70%，更優(yōu)選40%-60%。

所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法，其特征在于步驟2）中：農(nóng)作物秸稈經(jīng)過鍘草機切碎成1-18cm的短秸稈；優(yōu)選為2-16cm的短秸稈，更優(yōu)選為5-14cm的短秸稈，最優(yōu)選為8-10cm的短秸稈。

采用權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法制成的農(nóng)作物絮狀纖維品在制備有機肥、秸稈纖維板材、建筑用磚中的應(yīng)用。

鍘草機：chaffcutter，以玉米秸稈、麥秸、稻草等農(nóng)作物為處理物料，通過鍘、切等機械粉碎，生產(chǎn)適用于畜牧養(yǎng)殖牛、羊、馬、鹿飼料的飼料加工設(shè)備。因其切碎大都是粗飼料，適合牛、羊等牲畜養(yǎng)殖戶使用。一種鍘草機械，喂入機構(gòu)喂料臺、上下曹錕、定刀片傳動機構(gòu)三角帶、傳動軸、齒輪、萬向節(jié)防護裝置由防護罩組成。通過電動機或者柴油發(fā)動機等提供動力，動力主軸一端的齒輪通過齒輪箱、萬向節(jié)等將經(jīng)過調(diào)速的動力傳遞給壓草琨，當(dāng)待加工的物料進入上下壓草琨之間時，被壓曹錕夾持并以一定的速度送入鍘切機構(gòu)，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的刀具切碎后經(jīng)出草口拋出機外。鍘草機的產(chǎn)量可以根據(jù)實際需要定制，從從每小時不到1噸，到每小時10噸和幾十噸，甚至上百噸。

生物質(zhì)顆粒機：生物質(zhì)顆粒機能將農(nóng)林加工的廢棄物如木屑、秸稈、稻殼、樹皮等生物質(zhì)為原料，通過預(yù)處理和加工，將其固化成形為高密度的顆粒燃料，是替代煤油的理想燃料，既能節(jié)約能源又能減少煙塵排放，又能經(jīng)濟效益和社會效益，是一種高效、潔凈的可再生能源。生物質(zhì)顆粒機分為平模生物質(zhì)顆粒機和環(huán)模生物質(zhì)顆粒機。優(yōu)點：隨著我國對能源與環(huán)境的蹤合治理，生物質(zhì)顆粒的爐具已經(jīng)在中大城市的高檔別墅或住房安裝使用，不久的將來，這種方便、節(jié)能、無污染的綠色能源將成為緊俏商品將出現(xiàn)地在超市或連鎖店中。合理利用：生物質(zhì)燃料是利用農(nóng)作物的玉米桿、麥草、稻草、花生殼、玉米芯、棉花桿、大豆桿、谷殼、雜草、樹枝、樹葉、鋸末、樹皮等固體廢棄物為原料，經(jīng)過粉碎、加壓、增密、成型，成為小棒狀固體顆粒燃料。顆粒燃料是在常溫條件下利用壓輥和環(huán)模對木屑、秸稈等原料進行擠壓而制成的。原料的密度一般為110-130kg/m3左右，成型后的顆粒密度大于1100kg/m3，輸送、儲存極為方便，同時，其燃燒性能大為改善。工藝流程：為原料收集→原料粉碎→原料烘干→械制粒成型→裝袋銷售根據(jù)農(nóng)作物的收獲期不同，要及時大量儲存原料，隨后粉碎、成型。成型時注意不要隨即裝袋，因熱脹冷縮的原理待冷卻40分鐘后，再裝袋運輸。秸稈燃料的特點：成型后的顆粒燃料，比重大，體積小，耐燃燒，便于儲存和運輸。成型后的體積是原料體積的1/30-40，比重是原料的10-15倍（密度為：0.8-1.4）熱值可達(dá)3400-6000大卡，是高揮發(fā)酚的固體燃料。秸稈燃料的用途：秸稈成型后的顆粒燃料是一種新型的生物能源，它可代替木柴、原煤、燃油、液化氣等，廣泛用于取暖、生活爐灶、熱水鍋爐、工業(yè)鍋爐、生物質(zhì)發(fā)電廠等。主要用途：民用取暖和生活用能：燃料利用率高，便于貯存；生物質(zhì)工業(yè)鍋爐：作為工業(yè)鍋爐的主要燃料，替代燃煤，解決環(huán)境污染；發(fā)電：可作為火力發(fā)電的燃料。市場概況：現(xiàn)今木質(zhì)顆粒在美國市場的小包裝零售價格為170美元/噸(2006年高達(dá)280美元)；在瑞典的交貨價格為150美元/噸(2006年高達(dá)250美元)。國內(nèi)顆粒燃料市場還不完善，廣東省木質(zhì)顆粒批發(fā)價元/噸(2006年高達(dá)1100元/噸),大連地區(qū)木質(zhì)顆粒批發(fā)價為人民幣元/噸，農(nóng)作物秸稈顆粒批發(fā)價為人民幣元/噸，北京地區(qū)約為人民幣650元/噸。國家發(fā)改委生物質(zhì)成型燃料發(fā)展規(guī)劃提出，在2010年前，結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式，開展生物質(zhì)顆粒燃料應(yīng)用示范點建設(shè)年消耗顆粒燃料500萬噸，代替萬噸煤。到2020年，使生物質(zhì)顆粒燃料成為普遍使用的一種優(yōu)質(zhì)燃料。年消耗顆粒燃料萬噸，代替萬噸煤。目前煤炭市場價格對生物質(zhì)市場有一定的沖擊，生物質(zhì)能源及生物質(zhì)相關(guān)設(shè)備的推廣仍然任重道遠(yuǎn)。

生物質(zhì)顆粒機設(shè)計是用于秸稈等生物質(zhì)在水分含量較低，較為干燥時造粒，造出來的粒是很硬很硬的，便于燃燒；而本發(fā)明用顆粒機做秸稈纖維處理是利用了它的輥壓碾碎功能，不是用于輥壓造很硬很硬的顆粒，所以秸稈的含水量相對較高，最好是新鮮秸稈，如此在使用時就不需要原來匹配用于生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒那樣大的功率。

上述一種農(nóng)作物秸稈兩步纖維化方法及其應(yīng)用，簡化了秸稈纖維化處理方法，提高了效率，適于流水線作業(yè)、規(guī)?；蜕虡I(yè)化；本發(fā)明的農(nóng)作物秸稈收集后直接進入機械流水作業(yè)，不需要經(jīng)過晾曬或烘干，減少了秸稈處理的操作步驟，降低了能耗；本發(fā)明中鍘短秸稈在經(jīng)板輥顆粒機時，利用板輥摩擦生產(chǎn)的高溫條件，在將秸稈絮化同時進行加熱熟化，進行較為徹底的纖維化；本發(fā)明的農(nóng)作物秸稈兩步纖維化處理技術(shù)，不產(chǎn)生廢氣、廢水和固體廢棄物，不污染環(huán)境；本發(fā)明處理的絮狀農(nóng)作物纖維，為后續(xù)的資源化、肥料化和基質(zhì)化等利用提供了便利；如若發(fā)酵制備有機肥，則絮狀秸稈纖維僅需要極短的發(fā)酵時間和節(jié)省或不適用發(fā)酵菌；如若制作秸稈纖維板材，則可直接進入板壓機無需拌膠造板；如若制建筑用磚等材料，則直接進入制磚機無需添加任何粘合劑制磚。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

鍘草機選用鄭州市捷恒機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“9Z-0.4型鍘草機”，顆粒機選用章丘市繡惠瑞德機械廠生產(chǎn)的“250型節(jié)能高效飼料顆粒機”，秸稈為水稻品種“內(nèi)5優(yōu)8105”的鮮秸稈，調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將秸稈切碎長度調(diào)為5cm，顆粒機模板孔徑為2.5mm，壓軸的齒深為0.5mm，齒間距為2.5mm，動力為5kw（顆粒機造粒動力為15kw），將水稻鮮秸稈經(jīng)過上述鍘草機和飼料顆粒機后，秸稈成為絮狀纖維品。

實施例2

鍘草機選用鄭州市捷恒機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“9Z-0.4型鍘草機”，顆粒機選用章丘市繡惠瑞德機械廠生產(chǎn)的“250型節(jié)能高效飼料顆粒機”，秸稈為水稻品種“內(nèi)5優(yōu)8105”的鮮秸稈，調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將秸稈切碎長度調(diào)為0.5cm，顆粒機模板孔徑為1mm，壓軸的齒深為0.1mm，齒間距為1mm，動力為3kw，將水稻鮮秸稈經(jīng)過上述鍘草機和飼料顆粒機后，秸稈成為絮狀纖維品。

實施例3

鍘草機選用鄭州市捷恒機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“9Z-0.4型鍘草機”，顆粒機選用章丘市繡惠瑞德機械廠生產(chǎn)的“250型節(jié)能高效飼料顆粒機”，秸稈為水稻品種“內(nèi)5優(yōu)8105”的鮮秸稈，調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將秸稈切碎長度調(diào)為20cm，顆粒機模板孔徑為3mm，壓軸的齒深為1mm，齒間距為2mm，動力為4kw，將水稻鮮秸稈經(jīng)過上述鍘草機和飼料顆粒機后，秸稈成為絮狀纖維品。

實施例4

鍘草機選用鄭州市捷恒機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“9Z-0.4型鍘草機”，顆粒機選用章丘市繡惠瑞德機械廠生產(chǎn)的“250型節(jié)能高效飼料顆粒機”，秸稈為水稻品種“內(nèi)5優(yōu)8105”的鮮秸稈，調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將秸稈切碎長度調(diào)為15cm，顆粒機模板孔徑為5mm，壓軸的齒深為2mm，齒間距為5m，動力為6kw，將水稻鮮秸稈經(jīng)過上述鍘草機和飼料顆粒機后，秸稈成為絮狀纖維品。

實施例5

鍘草機選用鄭州市捷恒機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“9Z-0.4型鍘草機”，顆粒機選用章丘市繡惠瑞德機械廠生產(chǎn)的“250型節(jié)能高效飼料顆粒機”，秸稈為水稻品種“內(nèi)5優(yōu)8105”的鮮秸稈，調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將秸稈切碎長度調(diào)為10cm，顆粒機模板孔徑為8mm，壓軸的齒深為3mm，齒間距為8m，動力為7kw，將水稻鮮秸稈經(jīng)過上述鍘草機和飼料顆粒機后，秸稈成為絮狀纖維品。

實施例6

鍘草機選用鄭州市捷恒機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“9Z-0.4型鍘草機”，顆粒機選用章丘市繡惠瑞德機械廠生產(chǎn)的“250型節(jié)能高效飼料顆粒機”，秸稈為水稻品種“內(nèi)5優(yōu)8105”的鮮秸稈，調(diào)節(jié)鍘草機鍘草長短螺桿，將秸稈切碎長度調(diào)為8cm，顆粒機模板孔徑為10mm，壓軸的齒深為5mm，齒間距為10m，動力為8kw，將水稻鮮秸稈經(jīng)過上述鍘草機和飼料顆粒機后，秸稈成為絮狀纖維品。