CN102640617B - 一种稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置。本发明包括稻麦收割脱粒与秸秆切割装置、秸秆炭化及烟气净化装置；所述的稻麦收割脱粒与秸秆切割装置由收割台、送料管、谷粒仓组成，秸秆炭化及烟气净化装置由回转烘干炉、气体净化室、输气管、烟囱、进料管、引风机和炭化室组成。本发明采用本装置制炭效率高，可以同时完成稻麦收割与秸秆的炭化还田，节约运输成本。

Description

一种稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置
技术领域
本发明属于新能源应用技术领域，涉及一种稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置。
背景技术
以农林废弃物为原料制备生物质炭是生物质能清洁转化利用技术研究热点之一，具有广阔的发展空间。
目前，我国各类作物秸秆的总年产量可达7亿吨，但其利用率极低，约1亿吨秸秆在田间直接焚烧，造成了严重的大气污染和资源浪费。另一方面，稻田生态系统是温室气体的主要排放源，因此其排放控制研究一直是国内外该领域研究的热点。尽管近年来的一系列研究专注于减少稻田温室气体的排放，其排放量依然巨大。
为清洁利用丰富的秸秆资源，国家大力推广秸秆还田技术。秸秆直接还田在一定程度上能够有效提高土壤有机质含量，改善土壤结构，达到保水保肥目的，但同时也存在光合有机碳降解矿化迅速，土壤有机质含量提升有限，碳氮比失调，土壤生产力改善不明显以及温室气体甲烷排放量猛增等一系列问题。秸秆生物质炭是由植物秸秆生物质在完全或部分缺氧的情况下经300℃-600℃热解产生的一类高度芳香化难熔性物质。近年来，诸多试验已证实生物质炭能够调节土壤pH，增强土壤保水性能，提高土壤的盐基饱和度、孔隙度和通气性，促进土壤团聚体的形成；另一方面，由于生物质炭特殊的孔隙结构使其具有巨大的比表面积和极高的表面负电荷及电荷密度，因而对土壤中以可交换态形式存在的养分物质具有较强的吸附能力，能够有效防止土壤养分淋失，保肥保墒。整体改善土壤水、肥、气、热多方面的理化性质。此外，虽然目前生物质炭对植物生长的影响还没有定论，但已有研究证明生物质炭的施入能够显著提高玉米、水稻等粮食作物的产量。因此，秸秆生物质炭转化和应用作为一种农业增汇减排技术途径已得到各方面的认可。
目前生物质炭化技术业已成熟，现有技术可提供快速热解不同品质的生物质炭，但炭化装置均为固定设施，从收集原料到产品还田所造成的运输费用大大增加了制炭成本，进而造成了目前秸秆炭化还田无法广泛普及的情况。同时具备的现有技术还包括秸秆还田一体化收割机，但介于上述秸秆还田存在的种种弊端，急需一种新型设备来替代。
发明内容
本发明的目的在于提供一种收割稻麦的同时收集秸秆并炭化还田一体化装置，能够将收割分离的秸秆快速炭化还田，并将高温烟气通过净化、过滤后变成清洁的可燃气体，可燃气体燃烧热量与高温烟气余热供给新鲜秸秆烘干，尾气排放符合环保要求。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
一种稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置，包括稻麦收割脱粒与秸秆切割装置、秸秆炭化及烟气净化装置；所述的稻麦收割脱粒与秸秆切割装置由收割台、送料管、谷粒仓组成，秸秆炭化及烟气净化装置由回转烘干炉、气体净化室、输气管、烟囱、进料管、引风机和炭化室组成。
回转烘干炉的一侧与送料管连接，回转烘干炉的另一侧与进料管连接，所述的进料管叉分成两个支路进入炭化室，计时开关与挡板共同控制烘干秸秆运输的支路，使物料间隔输送至两个炭化室。
回转烘干炉内部有三片中空扇叶，回转烘干炉远离送料管的一端与输气管相连，回转烘干炉内的中空扇叶可通高温热气，同时回转用以加热烘干秸秆，回转烘干炉靠近送料管的一端与烟囱相连。
炭化室分为内外两层，内部为燃烧室，将秸秆直接燃烧，外圈为炭化区域；在炭化室设置有多根进风管，进风管的一端与外界连通，进风管的另一端通入炭化区域，每根进风管上布有喷风口；在炭化室还设置有一根燃烧室引风管，燃烧室引风管一端与外界连通，燃烧室引风管的另一端通入燃烧室。
燃烧室的正下方设置涡旋风扇，炭化室的底部装有多根下料管，每根下料管末端为锋利凹槽型刀口，在收割机运行过程中能够在地表耕出槽沟，使生物质炭均匀施入槽沟内，多根下料管构成还田装置。
在炭化室壁上设有点火通风口，点火通风口可由插板关闭；炭化室内的高温热气通过引风机抽入气体净化室，气体净化室包括金属挡板、金属过滤器、活性碳层、防爆引风机、排风管、燃烧室和焦油收集池；气体净化室通过输气管与回转烘干炉相连。
本发明的有益效果：
1.采用本装置制炭效率高，可以同时完成稻麦收割与秸秆的炭化还田，节约运输成本。
2.达到热能循环，炭化室、秸秆炭化及烟气净化装置充分利用自身热能，基本不需外加能源。
3.设置烟气净化系统，将高温可燃气体通过净化、过滤后变成洁净的可燃气，尾气排放适合环保要求。
4.减轻稻田温室气体排放的环境负担，合理利用农业秸秆废弃物资源，环境效益显著。
附图说明
图1a是本发明的一侧结构示意图；
图1b是本发明的另一侧结构示意图；
图2是送料管的结构放大示意图。
图3a是回转烘干炉的结构放大示意图。
图3b是回转烘干炉的结构剖视示意图。
图4a是炭化室的结构放大示意图。
图4b是炭化室的结构剖视示意图。
图5是气体净化室的结构放大示意图。
图中：1、收割台；2、燃油机；3、驾驶室；4、发动机；5、送料管；6、气体净化室；7、输气管；8、烟囱；9、回转烘干炉；10、进料管；11、引风机；12、炭化室；13、下料管；14、谷粒仓；502、从动滚筒；503、传输带；504、导向板；505、压紧滚筒；506、铡刀；507、脱粒仓仓体；508、脱粒仓；509、脱粒滚筒；510、主动滚筒；901、计时开关；902、挡板；906、中空扇叶；907、隔热壁；1201、燃烧室引风管；1202、点火通风口；1203、插板；1204、防护罩；1205、直接燃烧室；1206、进风管；1207、涡旋风扇；13、下料管；602、金属挡板；603、金属过滤器；604、活性碳层；605、防爆引风机；607、燃烧室；608、焦油收集池。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1a～图1b，本发明的稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置，包括稻麦收割脱粒与秸秆切割装置、秸秆炭化及烟气净化装置；所述的稻麦收割脱粒与秸秆切割装置由收割台1、送料管5、谷粒仓14组成，秸秆炭化及烟气净化装置由回转烘干炉9、气体净化室6、输气管7、烟囱8、进料管10、引风机11和炭化室12组成。本装置由燃油机2、发动机4提供能源并驱动，驾驶室3供人工驾驶。
参照图2，稻麦收割脱粒与秸秆切割装置由收割台1、从动滚筒502、传输带503、导向板504、压紧滚筒505、铡刀506、脱粒仓仓体507、脱粒仓508、脱粒滚筒509、主动滚筒510和谷粒仓14构成。稻麦由收割台1收割后进入送料管5，经胶质传送带向上传输，并顺着导向板504的方向进入压紧滚筒505和主动滚筒510之间压紧，随后被有齿轮推动自上而下滑动的铡刀切碎，进入脱粒仓508。在脱粒仓508内，谷粒与秸秆分离，谷粒在脱粒滚筒509的作用下，透过筛网进入谷粒仓510。
秸秆炭化及烟气净化装置由回转烘干炉9、气体净化室6、输气管7、烟囱8、进料管10、引风机11和炭化室12组成。与谷粒分离切割后的秸秆进入回转烘干炉9。
参照图3a，回转烘干炉9的一侧与送料管5连接，回转烘干炉9的另一侧与进料管10连接，所述的进料管10叉分成两个支路进入炭化室12，计时开关901与挡板902共同控制烘干秸秆运输的支路，使物料间隔输送至两个炭化室12。
参照图3b，回转烘干炉9内部有三片中空扇叶906，回转烘干炉9远离送料管5的一端与输气管7相连，回转烘干炉9内的中空扇叶906可通高温热气，同时回转用以加热烘干秸秆，回转烘干炉9靠近送料管5的一端与烟囱8相连。
烘干后的秸秆水分含量降低至20%以下，可直接进入炭化阶段。计时开关901与挡板902共同控制烘干秸秆的运输，使物料间隔输送至两个炭化室12，使炭化室12进料与出料交替进行。
参照图4a～图4b，炭化室12分为内外两层，内部为直接燃烧室1205，将秸秆直接燃烧，外圈为炭化区域；炭化区域外部装有防护罩1204，在炭化室12设置有多根进风管1206，进风管1206的一端与外界连通，进风管1206的另一端通入炭化区域，每根进风管1206上布有喷风口；在炭化室12还设置有一根燃烧室引风管1201，燃烧室引风管1201一端与外界连通，燃烧室引风管1201的另一端通入直接燃烧室1205；在炭化室12壁上还设有点火通风口1202，点火通风口1202可由插板1203关闭。
直接燃烧室1205的正下方设置涡旋风扇1207，炭化室12的底部装有多根下料管13，多根下料管13构成还田装置。
当炭化室12点火后正常运行时，原料的一部分在炭化室12内被热解炭化，转化成固体炭和CO、H2等成分的可燃气体及少量焦油；原料的另一部分在直接燃烧室1205内直接燃烧，转化为供给炭化的热能和灰分。制炭完成后，在涡旋风扇1207的作用下，固体炭通过两炭炉间连接的下料管13均匀出料，下料管13末端为锋利凹槽型刀口，在收割机运行过程中能够在地表耕出槽沟，使生物质炭均匀施入槽沟内。此时，在计时开关901与挡板902的控制下，进料装置在向另一个炭化室进料，该过程交替进行。
炭化室内的高温热气通过引风机11抽入气体净化室6，参照图5，气体净化室6包括金属挡板602、金属过滤器603、活性碳层604、防爆引风机605、排风管、燃烧室607和焦油收集池608；气体净化室6通过输气管7与回转烘干炉9相连。
产生的高温可燃气体内夹杂灰尘、水蒸气和焦油气，经引风机11吸入气体净化室6。在气体净化室6内首先被金属挡板602凝结部分焦油气，导流至焦油收集池608。随后气体通过金属过滤器603、活性炭层604过滤净化，同防爆引风机605引入的空气进入燃烧室7被点燃，燃烧产生的高温热气通过输气管7进入回转烘干炉9的中空扇叶906，并最后通过烟囱8排出。
本发明的装置将收割分离的秸秆快速炭化还田，并将高温烟气通过净化、过滤后变成清洁的可燃气体，燃烧后热量供给新鲜秸秆烘干，尾气排放符合环保要求。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种稻麦收割与秸秆炭化还田一体化装置，包括稻麦收割脱粒与秸秆切割装置、秸秆炭化及烟气净化装置；所述的稻麦收割脱粒与秸秆切割装置由收割台(1)、送料管(5)、谷粒仓(14)组成，其特征在于：秸秆炭化及烟气净化装置由回转烘干炉(9)、气体净化室(6)、输气管(7)、烟囱(8)、进料管(10)、引风机(11)和炭化室(12)组成；
回转烘干炉(9)的一侧与送料管(5)连接，回转烘干炉(9)的另一侧与进料管(10)连接，所述的进料管(10)叉分成两个支路进入炭化室(12)，计时开关(901)与挡板(902)共同控制烘干秸秆运输的支路，使物料间隔输送至两个炭化室(12)；
回转烘干炉(9)内部有三片中空扇叶(906)，回转烘干炉(9)远离送料管(5)的一端与输气管(7)相连，回转烘干炉(9)内的中空扇叶(906)可通高温热气，同时回转用以加热烘干秸秆，回转烘干炉(9)靠近送料管(5)的一端与烟囱(8)相连；
炭化室(12)分为内外两层，内部为燃烧室(1205)，将秸秆直接燃烧，外圈为炭化区域；在炭化室(12)设置有多根进风管(1206)，进风管(1206)的一端与外界连通，进风管(1206)的另一端通入炭化区域，每根进风管(1206)上布有喷风口；在炭化室(12)还设置有一根燃烧室引风管(1201)，燃烧室引风管(1201)一端与外界连通，燃烧室引风管(1201)的另一端通入燃烧室(1205)；
燃烧室(1205)的正下方设置涡旋风扇(1207)，炭化室(12)的底部装有多根下料管(13)，每根下料管(13)末端为锋利凹槽型刀口，在收割机运行过程中能够在地表耕出槽沟，使生物质炭均匀施入槽沟内，多根下料管(13)构成还田装置；
在炭化室壁上设有点火通风口(1202)，点火通风口(1202)可由插板(1203)关闭；炭化室(12)内的高温热气通过引风机(11)抽入气体净化室(6)，气体净化室(6)包括金属挡板(602)、金属过滤器(603)、活性碳层(604)、防爆引风机(605)、排风管、燃烧室(607)和焦油收集池(608)；气体净化室(6)通过输气管(7)与回转烘干炉(9)相连。
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