秸秆汽爆饲料化利用自动化生产线研制 秸秆生产饲料

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试 验 研 究

农业开发与装备 2020年第7期秸秆汽爆饲料化利用自动化生产线研制

杨 华，李建仓，赵富善，胡 巍

（兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，甘肃兰州 730314）

摘要：针对农作物秸秆木质化高，直接作为饲料存在适口性差、营养价值低等问题，采用汽爆加工方法可以提升秸秆品质，使秸秆成为更有价值的饲料。为此，设计了秸秆汽爆自动化生产线。秸秆汽爆饲料化工艺流程为：将秸秆粉碎至5~7 cm，使含水量增加到65%，装入汽爆罐中，通入饱和蒸汽进行消毒，待罐内压力达到1.25 MPa、温度190℃、保压5 min，迅速打开释放阀，秸秆在压力作用下内部膨胀，结构发生变化，由致密结构变成疏松、丝状、含水量较高的组织结构，降温到30℃与有益菌种搅拌均匀，保温30℃状态下发酵24 h，可以饲喂或者打包机包装。结果表明，高压蒸汽爆破处理使秸秆的木质纤维素结构得到改变，结合有益菌发酵，显著提高了秸秆的营养价值，秸秆汽爆发酵制备的营养饲草与精饲料直接进行混料，减少精饲料的投喂量。甘肃省灵台县康庄牧业有限公司2012年开始用汽爆后的秸秆代替30%的精饲料喂养平凉红牛，经过几年的实际饲喂验证，取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词：秸秆汽爆；自动化生产线；打包机；研制0 引言

秸秆饲料主要分为青贮和干黄饲料两种。青贮饲料含水量在65%~70%，营养价值较高。干黄秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，含水量在10%左右，作为饲料口感差，营养价值低，利用价值不是很高，以前大多被焚烧处理。甘肃省是畜牧大省，非常重视秸秆的饲料化利用[1]，2012年研制了一套简易汽爆装备，初步试验了秸秆汽爆后的饲喂效果[2]。经过几年的深入研究，基本上掌握了不同汽爆参数和发酵菌种对秸秆发酵特点及饲喂效果的影响规律[3-6]。按照目前确定的汽爆参数和筛选的菌种群发酵成为营养饲料，可以与精饲料直接进行混料，饲喂可以替代30%的精饲料[7-8]。按照平凉红牛的饲喂情况，每头牛从入栏到出栏平均每天饲喂5 kg左右的精饲料，15 kg左右的粗饲料，按照精饲料3元/kg，秸秆汽爆后发酵的营养饲料0.9元/kg计算，每头牛每天节约精饲料费3.15元左右，1 000头养牛场每年节约精饲料费115万元左右。甘肃省2016年存栏牛350万头左右，省农牧厅计划在全省推广秸秆汽爆，每个县根据养殖规模建设1~3套秸秆汽爆自动化生产线。但目前秸秆汽爆饲料生产装备及工艺路线仍不够成熟，需要进一步优化完善。

1 秸秆汽爆饲料生产线工作原理

如图1所示，工作时，首先将秸秆通过揉丝机（不同的秸秆选用不同的粉碎设备）粉碎至5~7 cm；通过预湿槽翻转搅拌，同时加水喷淋提高含水量达到60%以上；通过输送带送到汽爆罐上部的装填装置，装填装置将秸秆压入汽爆罐中，汽爆罐装满后关闭上部的入料口阀门，通入饱和水蒸汽进行消毒；连续通入高压蒸汽使罐内压力达到1.0~2.5  MPa、温度180~235℃后，保压 5~10 min，高压蒸汽通过植物的表面层微孔渗透到物料内的空

隙，使得物料细胞内的水分温度升高，其含水率达到65%~70%左右，汽爆罐下部的气动释放阀瞬间打开，秸秆在压力作用下内部膨胀快速冲入释放罐内；汽爆使得秸秆的结构发生变化，由致密结构变成疏松、丝状、短纤维多、表面积增加，含水量较高的组织结构；通过输送带将汽爆后释放罐内的高温秸秆送入搅拌器内进行降温，当降温到30~40℃时加入混合菌种搅拌均匀；然后倒入移动式发酵箱中，通过压紧装置排出发酵箱内秸秆空隙间的空气和多余的水分；将移动式发酵箱推入恒温隧道进行发酵，爆破过程中大分子结构被转化为小分子形式，得到的大量多糖为微生物发酵提供丰富的营养，可以有效缩短发酵时间，密闭状态下保持30~40℃发酵20~48 h，葡萄糖、蛋白质等营养成分含量增加，带有大量益生菌，口感变好，形成含营养价值较高的易吸收饲草；将移动式发酵箱从恒温隧道中拉出来；发酵好的饲草也可以直接饲喂，由于含水较高常温下只可以保存2~3天，为了方便中、远距离的饲养场的运输和饲喂，采用真空包装延长保存期；将箱中发酵好的饲草倒入包装机上料槽中，打包机按照产品的重量规格20、25、30、40、50 kg真空包装，真空包装后的饲草在常温下可以贮藏30天。

汽爆生产线可以加工处理的有玉米、小麦、水稻等干黄的秸秆，不同的秸秆加工只是粉碎的设备不同，其它后续设备不变，只有工艺参数需要调整，生产线所配置的设备一定要满足不同秸秆汽爆参数的要求。产品生产工艺路线的设计包括了产品的生产流程、工艺参数、工序、设备、材料等关键要素的研究与确定，根据文献[9-11]关于秸秆汽爆生产的研究结论和数据，分析研究确定了生产线的工艺路线和基本参数[12-13]，相关基本工艺参数见表1、图1。

表1 秸秆汽爆发酵基本工艺参数表

序号工序基本工艺参数使用设备加入的介质1粉碎5~7cm 揉丝机秸秆2加湿60%~70%预湿槽水3保压 1.0~2.5MPa 180~235℃5~10min 汽爆罐蒸汽

4汽爆1~5s 释放罐5降温30~40℃搅拌器组合菌6发酵20~48h 30~40℃

恒温隧道热水（保温）7

包装

20、25、30、40、50kg

打包机

包装袋2 工艺流程图设计

按照平凉红牛的饲喂情况，每头牛每天需要1.5 ㎏的汽爆秸秆饲料，每年550 kg计算。生产线的规模按照5000头牛的饲喂量来设计，每年的生产量2750 t/年，考虑到损耗按照3000 t/年的产量作为设计依据。

为了提高产生效率，最大限度的降低人员配置，按照自动化生产线来设计建造，按照每天生产10 h计算，每小时产量W=0.84 t/h。

由于秸秆的种类和情况复杂，目前可以选择的秸秆粉碎机的自动化程度也比较低，秸秆到秸秆粉碎机的工作步骤设计由人工来完成，0.84 t/h的秸秆粉碎工作量非常大，今后要研发专用的自动化秸秆粉碎机。

基金项目：甘肃省秸秆饲料化利用“十三五”规划支撑项目（2016-2020）；2019年陇原青年创新创业人才（团队）项目（2019-18）

作者简介：杨华（1964—），男，大学本科学历，高级工程师，主要

从事机电液装备的研发工作。

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