可移動的秸稈就近炭化就近還田炭化爐及其制炭方法

2023-10-27 07:38:32

可移動的秸稈就近炭化就近還田炭化爐及其制炭方法
【專利摘要】本發明屬於農業機械領域，適用於「生物質」的炭化，特別涉及一種可移動的秸稈炭化就近還田炭化爐及其制炭方法。本發明可實現秸稈就近處理就近還田，減少秸稈和生物炭的巨額運費無需外供能源，運行成本低；可連續生產，省工省力；採用多個並列抽氣角狀盒(5)使布氣和炭化均勻，炭化時間短，收炭率高、質量好；外排廢氣經洗滌回收有用的木醋還避免了對環境的汙染，可以在固碳減排、提高土壤肥力提高單產以及農民增收方面收到三贏效果。
【專利說明】可移動的秸稈就近炭化就近還田炭化爐及其制炭方法
所屬【技術領域】
[0001]本發明屬於農業機械領域，適用於「生物質」的炭化，特別涉及一種可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法。

【背景技術】
[0002]術語「生物質」包括木本和草本植物的木材、木屑、秸杆、玉米芯、堅果殼、甘蔗渣、菌菇裁培土等廢棄物，也可包括城市有機固廢、汙水處理廠的汙泥等等含碳物質。術語「生物炭(b1char)」是指以「生物質」為原料，在缺氧條件下經高溫熱解(溫度低於600°C)的固態產物，也可稱為生物黑炭。
[0003]據不完全估計全世界年產秸杆近20憶噸，2003年，我國秸杆資源產量達7.9億噸，並每年以0.12億噸的速度穩步增長。我國農村主要有水稻秸杆、小麥秸杆、玉米秸杆，其中玉米稻杆佔36.7%,稻草稻杆佔27.5%,小麥稻杆佔15.2%。
[0004]秸杆的資源化利用，既涉及到農村千家萬戶，也涉及到農業生態系統中土壤肥力、水土保持、環境和食品安全以及可持續發展問題，近年來已引起各國普遍關注。歷史上，我國有利用秸杆的優良傳統，農民用秸杆建房蔽日遮雨，燒火做飯，用秸杆養畜積肥還田。但是，隨著傳統農業向現代化農業的轉變，以及經濟社會的發展，農村能源、飼料結構變化，農村勞動力成本上揚，傳統的秸杆利用途徑發生了歷史性轉變。就農民個人而言，就地焚燒是最經濟、方便的處置方法。調查統計表明，在目前石化能源價格和農業勞動力成本條件下，對於收入水平高於I萬元的家庭，焚燒秸杆的行為更為普遍。但是隨之而來環境汙染和資源浪費已引起全社會的關注。
[0005]秸杆還田是解決秸杆過剩的較好出路之一，但還田成本太高、服務供給不足是秸杆還田沒有大量進行的原因之一。此外，還田秸杆在微生物作用下，同樣也會
[0006]產生大量溫室氣體CO2排放。
[0007]秸杆發電是最被看好的秸杆出路之一，我國的秸杆發電剛剛起步，目前仍存在不少問題。如收購、運輸成本高、存貯場地大。同樣也會產生大量溫室氣體CO2排放。
[0008]多年來，化學肥料和農藥的大量施用，使土壤板結質量持續下降，重金屬汙染已成為制約農業可持續發展的關鍵。
[0009]文獻[I]王萌萌周啟星，生物炭的土壤環境效應及其機制研究，[J]環境化學2013,32(5) ；768-780
[0010]文獻[2]張文玲，李桂花，高衛東等，生物質炭對土壤性狀和作物產量的影響[J]中國農學通報 2009,25(17) ;153-157，
[0011]總結了近年來生物炭的土壤環境效應方面的研究成果，研究證明:生物炭具有疏鬆多孔以及巨大的表面積和陽離子交換量，可以改善土壤理化性質，能改善土壤的保溼和透氣性，使作物增產，並能吸附土壤中的汙染物，降低其生物有效性和遷移轉化能力；生物炭的鹼性對於改良酸性土壤降低土壤中汙染物的生物毒性具有很大的潛能；生物炭還可以為微生物提供生長繁殖的場所，有利於對汙染物的降解，但同時又可以保護被吸附的有機物免受微生物的降解，對不同微生物影響不同；生物炭還對蚯蚓等土壤有益動物有益。此夕卜，生物炭也能使化肥有緩釋作用，提高施肥效率。
[0012]特別是近8年來，應對氣候變化而提出的溫室氣體減排任多日益艱巨，生物炭可能是解決這一問題的有效途徑。最新研究證明；生物炭可增加土壤碳庫並減少溫室氣體的排放。
[0013]生物炭還田的碳匯作用可望納入CDM碳交易，按生物炭還田Ihm2補償5美元計，I億hm2補償額將達5億美元以上，這對於我國農業發展和農民增收有利。因此，開發秸杆就近處理就近還田，可以在固碳減排、提高土壤肥力提高單產以及農民增收方面收到三贏效果O
[0014]有鑑於此，近年來，圍繞生物質炭化技術，國內外提出了多項專利。
[0015]國際申請PCT/US2002/020689，美國專利US5, 435，983和 US5, 551，958 公開了將生物質原料在高壓封閉的反應器進行炭化，雖然炭的收率較高(幹基可達42-62%)，炭化時間短(0.5-1小時)，但構造複雜、投資高，為間隙操作，運行麻煩。
[0016]中國專利200320106468.6公開了 「環保型秸杆炭化爐」，採用有間隙的吸風罩，漏風嚴重，為間隙操作，爐內煙氣短路，炭化不均勻。
[0017]中國專利200620099258.2，公開了「高熱值快速炭化爐」，要採用秸杆壓製成型的棒材，工序多能耗高，且為間隙操作，爐內煙氣短路，炭化不均勻，炭化時間仍高達10小時以上。
[0018]中國專利200710086505.4和中國專利201110073104.1公開了兩種炭化爐及其制炭方法，雖然無需將生物質壓製成型，但均為間隙操作，爐內煙氣短路，炭化不均勻，炭化時間長，勞動強度大。
[0019]中國專利20091017209.公開了「連續式炭化裝置」，克服了中國專利200810049186.4 「連續式生物質炭化裝置」爐為發生秸杆「架橋」的缺點而提出的改進結構。可連續生產，生產效率高、只適宜用於工廠化固定式生產，需將生物質材料集中，原料和產成品運輸費用高。不適於廣闊農村秸杆分散就近炭化就近還田的場合。此外，由於存在「邊壁效應」，爐的周邊透氣遠大於中心部分，徑向溫度梯度大，炭化不均勻；採用埋於料層中的撥料機構，也存存下料偏移的現象。
[0020]中國專利20102017636.2公開了 「一種便於運輸的組合式超容量環保炭化爐」，將爐體安裝在有萬向輪的底盤上便於移動，但炭化工藝性差，為間隙操作，勞動強度大，爐內煙氣短路，炭化不均勻，炭化產品質量差。
[0021]中國專利201220080802.4公開了《一種小型炭化爐》，雖然而結構輕小，但為間隙操作，勞動強度大，採用單邊單孔鼓風方式，送風和炭化不均勻，成品率低。
[0022]中國專利201210329884.6公開了 「一種農作物秸杆連續炭化爐」，可連續生產，炭化均勻，炭化時間短、生產效率高、產品性能好，但只適宜用於工廠化固定式生產，需將生物質材料集中，原料和產成品運輸費用高。不適於廣闊農村秸杆分散就近炭化就近還田的場口 ο
[0023]由 申請人:發明的中國專利201310120120156.9 「固體含碳物乾燥、炭化、活化一體化的方法和設備」公開一種能連續作業的豎井式炭化爐，爐內布氣均衡，炭化均勻，炭化時間短、生產效率高、產品性能好，但只適宜用於工廠化固定式生產，需將生物質材料集中，原料和產成品運輸費用高。不適於廣闊農村秸杆分散就近炭化就近還田的場合。
[0024]鑑於我國農田規範小，經營分散，秸杆收集運輸費用高，因此，必需要解決分散農田稻杆就近炭化就近還田的問題。
[0025]根據我國農業生產現狀，為達到增加土壤碳庫和減少溫室氣體的排放、提高土壤肥力提高單產以及農民增收方面收到三贏效果。開發一種小型、輕便、可移動的秸杆就近炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，仍當務之急。


【發明內容】

[0026]本發明的任務在於提供一種可移動的秸杆就近炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，它是由炭化爐、洗滌塔、抽氣風機、循環水池、循環水泵和管系所組成，將上述單體設備安裝在同一底盤上，底盤上裝有轉輪或吊耳(圖中未示)，用以將安裝在同一底盤上的上述單體設備拖運或吊運。
[0027]下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步的描述。
[0028]應說明，所述附圖和實施例是用來說明本發明，並非用於限制本發明的範圍。在閱讀本發明後，如對本發明作各種改動或修改，都屬於等價的改動或修改，同樣包括於本申請所附權利要求書限定的範圍內。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是炭化爐剖視圖，圖2是系統圖。圖中:1.柔性水接頭，2.撥料軸，3.捅料口，4.操作平臺和攔杆，5.爐殼，6抽氣角合，7.抽氣口，8.撥料陣傘，9.噴霧頭.10.耳式支架，11.支腿，12.排料口，13.排氣總管，14.洗滌塔，15.抽氣機，16-1.洗滌循環水池，16-2.噴霧循環水池，17-1洗滌循環水泵，17-2.噴霧循環水泵，18.燃燒溫度，19.炭化溫度，20上料機,21.排料機,22.急冷器。

【具體實施方式】
[0030]炭化爐內廓可以是矩形、方形或圓形，優選矩形。是由鋼材制的操作平臺和攔杆
(4)，爐殼(5)，抽氣角狀盒(6)，抽氣口(7)，出料口(12)所組成。爐殼(5)外包裹保溫材料(圖中未示)，爐內中下部均布若干個抽氣角狀盒(6)，與抽氣口(7)相通，炭化產品由出料口(12)經排料機(21)外排。為防止爐料發生「架橋」，爐內廓上小下大，並在爐殼(5)上設置有捅料口(3)，此外，還設置撥料陣傘(8)使下料順利，在爐頂部設置撥料電機(圖中未示)，通過撥料軸(2)帶動撥料陣傘(8)，所述撥料軸為中空軸，內有水管經柔性水接頭與噴霧水泵(17-2)相通，通過噴霧頭(9)噴水以冷卻炭化產品，為調控炭化工藝，在爐殼(2)上部設置有燃燒溫度(18)，下部設置有炭化溫度(19)以測量爐內溫度。
[0031]所述抽氣角狀盒￠)的頂部角形部分由平面鋼板製成，兩側面由篩孔鋼板製成。
[0032]排氣總管(13)將各抽氣口(7)的廢氣集中後，在抽氣機(15)的抽吸下經急冷器
(22)，洗滌塔(14)除去煙塵和回收木醋後外排(參見圖2)。所述急冷器(22)用噴水霧冷卻，所述洗滌塔(14)可以是格柵式洗滌塔、噴霧式洗滌塔、浮球洗滌塔。優選浮球洗滌塔。所述抽氣機(15)優選調頻電機拖動。
[0033]洗滌循環水中含腐蝕性木醋，所述洗滌塔(14)洗滌循環水泵(17-1)和洗滌循環水池(16-1)應當用耐腐蝕材料製造，優選工程塑料材料製造。為防止噴霧頭堵塞，送往炭化爐中噴霧頭(9)和急冷器(22)的噴霧循環水中不得有泥沙，因此，需另外設置噴霧循環水池(16-2)和噴霧循環水泵(17-2)。兩個循環水池都有補水口，付產木醋定期外排。
[0034]實施例
[0035]一.準備
[0036]將含水約20%左右的秸杆切成約50mm左右的短節備用；
[0037]二.裝爐，點火
[0038]啟動上料機(20)往爐內裝入秸杆短節，至爐內抽氣角狀盒(6)之上20_50mm，啟動抽氣機(15)，洗滌循環水泵(17-1)，噴霧循環水泵(17-2)，用引火物點燃最上層秸杆，待燃燒穩定後，繼續分批次加入原料秸杆，同時不斷由出料機(21)排料，直至將啟動用未炭化的秸杆排淨並出現成品炭後，完成裝爐，點火作業；
[0039]三.正常運營
[0040]根據爐內燃燒溫度(18)和炭化溫度(19)調控抽氣機(15)抽風量和裝料排料量，在排料的同時，接通柔性水接頭(I)向爐內噴水以冷卻產品，直至裝料排料量和溫度平衡，進入正常連續運營；
[0041]四.「架橋」處理
[0042]當發現爐內料面不降，無料外排，頂部秸杆燃燒不均現象時，說明爐內物料發生「架橋」，啟動撥料電機，帶動撥料陣傘(8)，必要時打開捅料口(3)，用捅條或震動桶料棒捅料。
[0043]有益效果
[0044]本發明可實現秸杆就近處理就近還田，減少秸杆和生物炭的巨額運費無需外供能源，運行成本低；，可連續生產，省工省力；採用多個並列抽氣角狀盒(5)使布氣和炭化均勻，炭化時間短，收炭率高、質量好；外排廢氣經洗滌回收有用的木醋還避免了對環境的汙染，可以在固碳減排、提高土壤肥力提高單產以及農民增收方面收到三贏效果。
【權利要求】
1.一種可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法的炭化爐炭化爐內廓可以是矩形、方形或圓形，優選矩形，是由鋼材制的操作平臺和攔杆(4)，爐殼(5)，抽氣角狀盒(6)，抽氣口(7)，出料口(12)所組成，爐殼(5)外包裹保溫材料(圖中未示)，爐內中下部均布若干個抽氣角狀盒出)，與抽氣口(7)相通，炭化產品由出料口(12)經排料機(21)外排，爐內廓上小下大，在爐殼(5)上設置有捅料口(3)，此外，還設置撥料陣傘(8)，在爐頂部設置撥料電機(圖中未示)，通過撥料軸(2)帶動撥料陣傘(8)，所述撥料軸為中空軸，內有水管經柔性水接頭與噴霧水泵(17-2)相通，通過噴霧頭(9)噴水以冷卻炭化產品，在爐殼(2)上部設置有燃燒溫度(18)，下部設置有炭化溫度(19)。
2.一種如權利要求1所述的可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法的炭化爐，其特徵在於:所述抽氣角狀盒(6)的頂部角形部分由平面鋼板製成，兩側面由篩孔鋼板製成。
3.—種如權利要求1所述的可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特徵在於:爐內廢氣經排氣總管(13)將各抽氣口(7)的廢氣集中後，在抽氣機(15)的抽吸下經急冷器(22)，洗滌塔(14)除去煙塵和回收木醋後外排(參見圖2)，所述急冷器(22)用噴水霧冷卻，所述洗滌塔(14)可以是格柵式洗滌塔、噴霧式洗滌塔、浮球洗滌塔，優選浮球洗滌塔，所述抽氣機(15)優選調頻電機拖動。
4.一種如權利要求1所述的可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特徵在於:循環水中含腐蝕性木醋，付產木醋定期外排，所述洗滌塔(14)洗滌循環水泵(17-1)和洗滌循環水池(16-1)應當用耐腐蝕材料製造，優選工程塑料材料製造。
5.一種如權利要求1所述的可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特徵在於:送往炭化爐中噴霧頭(9)和急冷器(22)的噴霧循環水中不得有泥沙。
6.一種如權利要求1所述的可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特徵在於:爐內廢氣經抽氣機(15)的抽吸下經洗滌塔(14)除去煙塵和回收木醋後外排，所述洗滌塔(14)可以是格柵式洗滌塔、噴霧式洗滌塔、浮球洗滌塔，優選浮球洗滌塔。所述抽氣機(15)優選調頻電機拖動。
7.—種如權利要求1所述的可移動的秸杆炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特徵在於:炭化爐、撥料電機、上料機、排料機、急冷器、洗滌塔、抽氣風機、循環水池、循環水泵等單體設備安裝在同一底盤上，底盤上裝有轉輪或吊耳，用以將安裝在同一底盤上的上述單體設備組合體拖運或吊運。
【文檔編號】C10B53/02GK104342176SQ201310339328
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】吳植仁, 周群龍 申請人:寧波互聯聚能環保技術有限公司