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(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，適用于“生物質(zhì)”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(fā)明可實(shí)現(xiàn)秸稈就近處理就近還田，減少秸稈和生物炭的巨額運(yùn)費(fèi)無需外供能源，運(yùn)行成本低；可連續(xù)生產(chǎn)，省工省力；采用多個并列抽氣角狀盒(5)使布?xì)夂吞炕鶆?，炭化時間短，收炭率高、質(zhì)量好；外排廢氣經(jīng)洗滌回收有用的木醋還避免了對環(huán)境的污染，可以在固碳減排、提高土壤肥力提高單產(chǎn)以及農(nóng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，適用于“生物質(zhì)”的炭化，特別涉及一種可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法。

【背景技術(shù)】
[0002]術(shù)語“生物質(zhì)”包括木本和草本植物的木材、木屑、秸桿、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(jī)固廢、污水處理廠的污泥等等含碳物質(zhì)。術(shù)語“生物炭(b1char)”是指以“生物質(zhì)”為原料，在缺氧條件下經(jīng)高溫?zé)峤?溫度低于600°C)的固態(tài)產(chǎn)物，也可稱為生物黑炭。
[0003]據(jù)不完全估計全世界年產(chǎn)秸桿近20憶噸，2003年，我國秸桿資源產(chǎn)量達(dá)7.9億噸，并每年以0.12億噸的速度穩(wěn)步增長。我國農(nóng)村主要有水稻秸桿、小麥秸桿、玉米秸桿，其中玉米稻桿占36.7%,稻草稻桿占27.5%,小麥稻桿占15.2%。
[0004]秸桿的資源化利用，既涉及到農(nóng)村千家萬戶，也涉及到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中土壤肥力、水土保持、環(huán)境和食品安全以及可持續(xù)發(fā)展問題，近年來已引起各國普遍關(guān)注。歷史上，我國有利用秸桿的優(yōu)良傳統(tǒng)，農(nóng)民用秸桿建房蔽日遮雨，燒火做飯，用秸桿養(yǎng)畜積肥還田。但是，隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，以及經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，農(nóng)村能源、飼料結(jié)構(gòu)變化，農(nóng)村勞動力成本上揚(yáng)，傳統(tǒng)的秸桿利用途徑發(fā)生了歷史性轉(zhuǎn)變。就農(nóng)民個人而言，就地焚燒是最經(jīng)濟(jì)、方便的處置方法。調(diào)查統(tǒng)計表明，在目前石化能源價格和農(nóng)業(yè)勞動力成本條件下，對于收入水平高于I萬元的家庭，焚燒秸桿的行為更為普遍。但是隨之而來環(huán)境污染和資源浪費(fèi)已引起全社會的關(guān)注。
[0005]秸桿還田是解決秸桿過剩的較好出路之一，但還田成本太高、服務(wù)供給不足是秸桿還田沒有大量進(jìn)行的原因之一。此外，還田秸桿在微生物作用下，同樣也會
[0006]產(chǎn)生大量溫室氣體CO2排放。
[0007]秸桿發(fā)電是最被看好的秸桿出路之一，我國的秸桿發(fā)電剛剛起步，目前仍存在不少問題。如收購、運(yùn)輸成本高、存貯場地大。同樣也會產(chǎn)生大量溫室氣體CO2排放。
[0008]多年來，化學(xué)肥料和農(nóng)藥的大量施用，使土壤板結(jié)質(zhì)量持續(xù)下降，重金屬污染已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0009]文獻(xiàn)[I]王萌萌周啟星，生物炭的土壤環(huán)境效應(yīng)及其機(jī)制研究，[J]環(huán)境化學(xué)2013,32(5) ；768-780
[0010]文獻(xiàn)[2]張文玲，李桂花，高衛(wèi)東等，生物質(zhì)炭對土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響[J]中國農(nóng)學(xué)通報 2009,25(17) ;153-157，
[0011]總結(jié)了近年來生物炭的土壤環(huán)境效應(yīng)方面的研究成果，研究證明:生物炭具有疏松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(zhì)，能改善土壤的保濕和透氣性，使作物增產(chǎn)，并能吸附土壤中的污染物，降低其生物有效性和遷移轉(zhuǎn)化能力；生物炭的堿性對于改良酸性土壤降低土壤中污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，有利于對污染物的降解，但同時又可以保護(hù)被吸附的有機(jī)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(yīng)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并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(bǔ)償5美元計，I億hm2補(bǔ)償額將達(dá)5億美元以上，這對于我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增收有利。因此，開發(fā)秸桿就近處理就近還田，可以在固碳減排、提高土壤肥力提高單產(chǎn)以及農(nóng)民增收方面收到三贏效果O
[0014]有鑒于此，近年來，圍繞生物質(zhì)炭化技術(shù)，國內(nèi)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(zhì)原料在高壓封閉的反應(yīng)器進(jìn)行炭化，雖然炭的收率較高(干基可達(dá)42-62%)，炭化時間短(0.5-1小時)，但構(gòu)造復(fù)雜、投資高，為間隙操作，運(yùn)行麻煩。
[0016]中國專利200320106468.6公開了 “環(huán)保型秸桿炭化爐”，采用有間隙的吸風(fēng)罩，漏風(fēng)嚴(yán)重，為間隙操作，爐內(nèi)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”，要采用秸桿壓制成型的棒材，工序多能耗高，且為間隙操作，爐內(nèi)煙氣短路，炭化不均勻，炭化時間仍高達(dá)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(zhì)壓制成型，但均為間隙操作，爐內(nèi)煙氣短路，炭化不均勻，炭化時間長，勞動強(qiáng)度大。
[0019]中國專利20091017209.公開了“連續(xù)式炭化裝置”，克服了中國專利200810049186.4 “連續(xù)式生物質(zhì)炭化裝置”爐為發(fā)生秸桿“架橋”的缺點(diǎn)而提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)?？蛇B續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、只適宜用于工廠化固定式生產(chǎn)，需將生物質(zhì)材料集中，原料和產(chǎn)成品運(yùn)輸費(fèi)用高。不適于廣闊農(nóng)村秸桿分散就近炭化就近還田的場合。此外，由于存在“邊壁效應(yīng)”，爐的周邊透氣遠(yuǎn)大于中心部分，徑向溫度梯度大，炭化不均勻；采用埋于料層中的撥料機(jī)構(gòu)，也存存下料偏移的現(xiàn)象。
[0020]中國專利20102017636.2公開了 “一種便于運(yùn)輸?shù)慕M合式超容量環(huán)保炭化爐”，將爐體安裝在有萬向輪的底盤上便于移動，但炭化工藝性差，為間隙操作，勞動強(qiáng)度大，爐內(nèi)煙氣短路，炭化不均勻，炭化產(chǎn)品質(zhì)量差。
[0021]中國專利201220080802.4公開了《一種小型炭化爐》，雖然而結(jié)構(gòu)輕小，但為間隙操作，勞動強(qiáng)度大，采用單邊單孔鼓風(fēng)方式，送風(fēng)和炭化不均勻，成品率低。
[0022]中國專利201210329884.6公開了 “一種農(nóng)作物秸桿連續(xù)炭化爐”，可連續(xù)生產(chǎn)，炭化均勻，炭化時間短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能好，但只適宜用于工廠化固定式生產(chǎn)，需將生物質(zhì)材料集中，原料和產(chǎn)成品運(yùn)輸費(fèi)用高。不適于廣闊農(nóng)村秸桿分散就近炭化就近還田的場口 ο
[0023]由 申請人:發(fā)明的中國專利201310120120156.9 “固體含碳物干燥、炭化、活化一體化的方法和設(shè)備”公開一種能連續(xù)作業(yè)的豎井式炭化爐，爐內(nèi)布?xì)饩?，炭化均勻，炭化時間短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能好，但只適宜用于工廠化固定式生產(chǎn)，需將生物質(zhì)材料集中，原料和產(chǎn)成品運(yùn)輸費(fèi)用高。不適于廣闊農(nóng)村秸桿分散就近炭化就近還田的場合。
[0024]鑒于我國農(nóng)田規(guī)范小，經(jīng)營分散，秸桿收集運(yùn)輸費(fèi)用高，因此，必需要解決分散農(nóng)田稻桿就近炭化就近還田的問題。
[0025]根據(jù)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，為達(dá)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(chǎn)以及農(nóng)民增收方面收到三贏效果。開發(fā)一種小型、輕便、可移動的秸桿就近炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，仍當(dāng)務(wù)之急。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種可移動的秸桿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(fēng)機(jī)、循環(huán)水池、循環(huán)水泵和管系所組成，將上述單體設(shè)備安裝在同一底盤上，底盤上裝有轉(zhuǎn)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(shè)備拖運(yùn)或吊運(yùn)。
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0028]應(yīng)說明，所述附圖和實(shí)施例是用來說明本發(fā)明，并非用于限制本發(fā)明的范圍。在閱讀本發(fā)明后，如對本發(fā)明作各種改動或修改，都屬于等價的改動或修改，同樣包括于本申請所附權(quán)利要求書限定的范圍內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是炭化爐剖視圖，圖2是系統(tǒng)圖。圖中:1.柔性水接頭，2.撥料軸，3.捅料口，4.操作平臺和攔桿，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(jī)，16-1.洗滌循環(huán)水池，16-2.噴霧循環(huán)水池，17-1洗滌循環(huán)水泵，17-2.噴霧循環(huán)水泵，18.燃燒溫度，19.炭化溫度，20上料機(jī),21.排料機(jī),22.急冷器。

【具體實(shí)施方式】
[0030]炭化爐內(nèi)廓可以是矩形、方形或圓形，優(yōu)選矩形。是由鋼材制的操作平臺和攔桿
(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(nèi)中下部均布若干個抽氣角狀盒(6)，與抽氣口(7)相通，炭化產(chǎn)品由出料口(12)經(jīng)排料機(jī)(21)外排。為防止?fàn)t料發(fā)生“架橋”，爐內(nèi)廓上小下大，并在爐殼(5)上設(shè)置有捅料口(3)，此外，還設(shè)置撥料陣傘(8)使下料順利，在爐頂部設(shè)置撥料電機(jī)(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(nèi)有水管經(jīng)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(chǎn)品，為調(diào)控炭化工藝，在爐殼(2)上部設(shè)置有燃燒溫度(18)，下部設(shè)置有炭化溫度(19)以測量爐內(nèi)溫度。
[0031]所述抽氣角狀盒￠)的頂部角形部分由平面鋼板制成，兩側(cè)面由篩孔鋼板制成。
[0032]排氣總管(13)將各抽氣口(7)的廢氣集中后，在抽氣機(jī)(15)的抽吸下經(jīng)急冷器
(22)，洗滌塔(14)除去煙塵和回收木醋后外排(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(yōu)選浮球洗滌塔。所述抽氣機(jī)(15)優(yōu)選調(diào)頻電機(jī)拖動。
[0033]洗滌循環(huán)水中含腐蝕性木醋，所述洗滌塔(14)洗滌循環(huán)水泵(17-1)和洗滌循環(huán)水池(16-1)應(yīng)當(dāng)用耐腐蝕材料制造，優(yōu)選工程塑料材料制造。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(huán)水中不得有泥沙，因此，需另外設(shè)置噴霧循環(huán)水池(16-2)和噴霧循環(huán)水泵(17-2)。兩個循環(huán)水池都有補(bǔ)水口，付產(chǎn)木醋定期外排。
[0034]實(shí)施例
[0035]一.準(zhǔn)備
[0036]將含水約20%左右的秸桿切成約50mm左右的短節(jié)備用；
[0037]二.裝爐，點(diǎn)火
[0038]啟動上料機(jī)(20)往爐內(nèi)裝入秸桿短節(jié)，至爐內(nèi)抽氣角狀盒(6)之上20_50mm，啟動抽氣機(jī)(15)，洗滌循環(huán)水泵(17-1)，噴霧循環(huán)水泵(17-2)，用引火物點(diǎn)燃最上層秸桿，待燃燒穩(wěn)定后，繼續(xù)分批次加入原料秸桿，同時不斷由出料機(jī)(21)排料，直至將啟動用未炭化的秸桿排凈并出現(xiàn)成品炭后，完成裝爐，點(diǎn)火作業(yè)；
[0039]三.正常運(yùn)營
[0040]根據(jù)爐內(nèi)燃燒溫度(18)和炭化溫度(19)調(diào)控抽氣機(jī)(15)抽風(fēng)量和裝料排料量，在排料的同時，接通柔性水接頭(I)向爐內(nèi)噴水以冷卻產(chǎn)品，直至裝料排料量和溫度平衡，進(jìn)入正常連續(xù)運(yùn)營；
[0041]四.“架橋”處理
[0042]當(dāng)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)料面不降，無料外排，頂部秸桿燃燒不均現(xiàn)象時，說明爐內(nèi)物料發(fā)生“架橋”，啟動撥料電機(jī)，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(fā)明可實(shí)現(xiàn)秸桿就近處理就近還田，減少秸桿和生物炭的巨額運(yùn)費(fèi)無需外供能源，運(yùn)行成本低；，可連續(xù)生產(chǎn)，省工省力；采用多個并列抽氣角狀盒(5)使布?xì)夂吞炕鶆?，炭化時間短，收炭率高、質(zhì)量好；外排廢氣經(jīng)洗滌回收有用的木醋還避免了對環(huán)境的污染，可以在固碳減排、提高土壤肥力提高單產(chǎn)以及農(nóng)民增收方面收到三贏效果。
【權(quán)利要求】
1.一種可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法的炭化爐炭化爐內(nèi)廓可以是矩形、方形或圓形，優(yōu)選矩形，是由鋼材制的操作平臺和攔桿(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(nèi)中下部均布若干個抽氣角狀盒出)，與抽氣口(7)相通，炭化產(chǎn)品由出料口(12)經(jīng)排料機(jī)(21)外排，爐內(nèi)廓上小下大，在爐殼(5)上設(shè)置有捅料口(3)，此外，還設(shè)置撥料陣傘(8)，在爐頂部設(shè)置撥料電機(jī)(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(nèi)有水管經(jīng)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(chǎn)品，在爐殼(2)上部設(shè)置有燃燒溫度(18)，下部設(shè)置有炭化溫度(19)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法的炭化爐，其特征在于:所述抽氣角狀盒(6)的頂部角形部分由平面鋼板制成，兩側(cè)面由篩孔鋼板制成。
3.—種如權(quán)利要求1所述的可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特征在于:爐內(nèi)廢氣經(jīng)排氣總管(13)將各抽氣口(7)的廢氣集中后，在抽氣機(jī)(15)的抽吸下經(jīng)急冷器(22)，洗滌塔(14)除去煙塵和回收木醋后外排(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(yōu)選浮球洗滌塔，所述抽氣機(jī)(15)優(yōu)選調(diào)頻電機(jī)拖動。
4.一種如權(quán)利要求1所述的可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特征在于:循環(huán)水中含腐蝕性木醋，付產(chǎn)木醋定期外排，所述洗滌塔(14)洗滌循環(huán)水泵(17-1)和洗滌循環(huán)水池(16-1)應(yīng)當(dāng)用耐腐蝕材料制造，優(yōu)選工程塑料材料制造。
5.一種如權(quán)利要求1所述的可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特征在于:送往炭化爐中噴霧頭(9)和急冷器(22)的噴霧循環(huán)水中不得有泥沙。
6.一種如權(quán)利要求1所述的可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特征在于:爐內(nèi)廢氣經(jīng)抽氣機(jī)(15)的抽吸下經(jīng)洗滌塔(14)除去煙塵和回收木醋后外排，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(yōu)選浮球洗滌塔。所述抽氣機(jī)(15)優(yōu)選調(diào)頻電機(jī)拖動。
7.—種如權(quán)利要求1所述的可移動的秸桿炭化就近還田炭化爐及其制炭方法，其特征在于:炭化爐、撥料電機(jī)、上料機(jī)、排料機(jī)、急冷器、洗滌塔、抽氣風(fēng)機(jī)、循環(huán)水池、循環(huán)水泵等單體設(shè)備安裝在同一底盤上，底盤上裝有轉(zhuǎn)輪或吊耳，用以將安裝在同一底盤上的上述單體設(shè)備組合體拖運(yùn)或吊運(yùn)。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】吳植仁, 周群龍 申請人:寧波互聯(lián)聚能環(huán)保技術(shù)有限公司