CN106051742A - 一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种改进型自驱动移动式秸秆及根茬综合利用系统，属于农业，能源动力机械领域。本专利属于系统层面方案，提供了一种联合处理农作物秸秆及根茬的有效方式。通过运用先进的“先制粒、后燃烧”的技术，释放秸秆及根茬的热能，加热某种工质，驱动透平机旋转带动发电机发电，为系统内各种动力机械运转提供电力，并实现清洁排放。对于燃烧后的产物，本系统采用集中处理的方式埋入土壤，防止污染大气。本系统不但能够实现秸秆及根茬综合利用系统的能耗自给自足，还能实现大量的生物质燃料产出，从根源上实现了秸秆及根茬的清洁利用，解决了由于露天焚烧秸秆带来的环境问题，同时可以为农民创造经济效益。

Description

一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统

技术领域

本发明属于农业，能源动力机械领域。

背景技术

我国是农业大国，秸秆资源丰富，稻草、小麦秆和玉米秆是三大农作物秸秆。据统计，我国农作物秸秆年产量为七亿吨左右，位居世界之首，占全世界秸秆总产量的30％左右。每年农作物秸秆资源量约占我国生物质能量的一半。由此可见，如何合理使用农作物秸秆是一个十分重要的问题。目前，秸秆及根茬的处理方式有很多种：秸秆及根茬粉碎还田；秸秆手工艺品编制；秸秆能源；秸秆饲料等。但是随着社会生产力的发展，农村的劳动力缺失，劳动力成本逐年升高。并且由于秸秆体积蓬松，占用空间大，故运输成本大。尤其在广大农村地区，交通不发达，依靠人力担挑运输秸秆成为主要的运输方式，以至于在当今农村劳动力稀缺的大背景下，运输储存原始秸秆的代价太大。粉碎还田需要一定的技术和工艺，大规模推广难度大；另外秸秆手工艺品需要良好的销售渠道和交通运输能力，因此该类型的应用只占我国年秸秆产量中很少的一部分；秸秆能源是将秸秆制成清洁能源沼气，但是由于日常维护难度太大，无法实现长期使用。目前最常见的秸秆处理方式为就地焚烧。焚烧可以免除运输带来的问题，操作简单，而且还能为土壤提供一定量的钾肥。但是焚烧带来严重的大气环境污染，虽然各级政府组织了大量的人力物力宣传秸秆燃烧的危害，但是效果有限。究其原因是无法从根源帮助农民解决秸秆问题。综上所述，如何做好农作物秸秆的就地转化工作已成为亟待解决的农业问题，同时也是实践发展循环经济的重要尝试。

发明内容

本发明专利是在自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统的改进系统，本系统从本质上解决秸秆使用问题，实现无尘排放，避免大气环境污染，同时实现了秸秆的回收再利用，缓解能源危机。

与原始的自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统相比，改进系统的特点在于改进了物料烘干燃烧除尘子系统和发电子系统。原始系统中，燃烧炉的原料为绞碎的原始秸秆及根茬，因此燃烧后的热空气和烟气必须经过除尘器才能排向大气，保证排烟达到相应的国家标准。而除尘器体积比较大，为精简结构，本改进系统采用“先制粒、在燃烧”的方式，燃烧炉内的原料为经制粒机处理后的秸秆颗粒，燃烧炉排放的烟气可直接达到相应的国家标准，无需经过除尘器处理。

一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统工作对象是一切秸秆及根茬，技术方案如下：

1.联合收割系统：由农用联合收割机对成熟的谷物进行收割(联合收割机不属于本发明专利内容范畴)，但是要求农机手收割时候保持较高的留茬，这样一方面可以降低联合收割机油耗，另一方面也保留了大量可用长度的秸秆及根茬。针对以上剩下的秸秆及根茬采用本综合利用系统进行处理(就目前标准的秸秆留茬高度，本系统仍然可以处理)。

2.根茬采集除土破碎子系统：将秸秆及根茬拔起并除土，同时绞碎，通过传送装置运送到下一子系统中。

3.物料烘干制粒燃烧子系统：该子系统中，用于烘干部分称之为烘干机；制粒部分称之为制粒机；燃烧部分称之为燃烧炉。烘干器通入两股热空气：一股来自微型蒸汽汽轮机发电 子系统中的冷凝后空气，该股空气流量很大，且较热；另一股空气来自本系统燃烧炉的排烟，该股热空气相应流量较少，但温度相比第一股空气更高。经两股热空气烘干，绞碎态的秸秆及根茬更容易制成颗粒。若秸秆及根茬干度较高，则可快速通过本子系统中的烘干器进入制粒机。经烘干器之后的热空气和烟气可直接排放，可略去原始系统中的除尘器装置。经过烘干器之后的秸秆及根茬将被送到制粒机，在制粒机中压制成高密度块状物，这样再进行燃烧时具有热值高、烟尘小的特点。燃烧炉所耗空气也来自微型蒸汽汽轮机发电子系统的冷凝后空气，该空气较热，能促进燃烧。

4.旋耕子系统：燃烧炉燃烧之后的秸秆及根茬灰烬被送到旋耕子系统中，通过旋耕装置埋入土壤中，防止灰烬释放到大气中造成大气环境污染，同时为土壤提供一定量的钾肥。

5.燃烧炉将微型蒸汽汽轮机发电子系统中的工作工质——水，加热变成汽态，带动涡轮旋转从而带动发电机组发电。而微型蒸汽汽轮机发电子系统中需要冷却空气带走其自身的排热，该部分冷却空气的气流量很大，起到冷却作用之后温度升高，然后一部分为燃烧炉燃烧提供氧气，一部分流经烘干器对烘干器内的秸秆及根茬进行烘干。

6.蓄电及电力调度子系统：微型蒸汽汽轮机发电子系统发出的电能，通过蓄电及电力调度子系统来向旋耕子系统、物料烘干制粒燃烧子系统中的制粒机、秸秆及根茬采集除土破碎子系统、驱动行走子系统分配。蓄电及电力调度子系统由蓄电池和电力调度器两部分组成。当微型蒸汽汽轮机发电子系统发出的电能过剩时，电力调度器将一部分电能储存在蓄电设备中；当发电子系统发出的电能无法满足电力机械装置的能耗时，电力调度器通过调用蓄电设备中的电能弥补电力不足，从而维持系统稳定工作且用电设备正常运行。

7.驱动行走子系统：由蓄电及电力调度子系统输送的电能驱动，带动其余各子系统移动，实现移动作业。

通过以上的一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，可以科学充分的利用秸秆，实现清洁排放，降低污染，真正实现从根源解决秸秆问题。

下面结合附图，对本发明专利中的秸秆综合回收利用系统做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明专利中的一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统的系统框图。如图所示，该系统由秸秆及根茬采集除土破碎子系统、物料烘干制粒燃烧子系统、旋耕子系统、微型蒸汽汽轮机发电子系统、蓄电及电力调度子系统、驱动行走子系统构成。秸秆及根茬采集除土破碎子系统对收割后的秸秆及根茬进行挖掘、除土及绞碎。物料烘干制粒燃烧子系统包括烘干器、制粒机及燃烧炉，其主要作用是对绞碎后的秸秆及根茬进行烘干并压制成颗粒，制成的颗粒一部分用于燃烧，一部分装车运输储存。旋耕子系统将土地进行翻耕，同时将燃烧炉中的灰烬埋入土壤。微型蒸汽汽轮机发电子系统利用燃烧炉秸秆及根茬燃烧释放的热量产出电能，同时为燃烧炉、烘干器提供热空气。蓄电及电力调度子系统有蓄电设备和电力调度器组成，用于分配微型蒸汽汽轮机发电子系统发出的电能，同时结合内部蓄电设备智能调控电能的储存和释放。驱动行走子系统消耗电能，拖动整个秸秆及根茬综合利用系统移动。

具体实施方式

本发明在于提供了一种改进型的自驱移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统方案，可适用于各种类型的秸秆及根茬。

以小麦秸秆及根茬为例，依据我国现有的农作物产量水平和联合收割机收割留茬高度要求，相关数据统计有小麦产量为360kg/亩，秸秆及根茬产量为298kg/亩。若以7.5亩/h的 处理速度，则秸秆及根茬产量为2235kg/h，小麦秸秆及根茬的燃烧热值为15899KJ/kg。

以上述7.5亩/h处理速度，对小麦秸秆及根茬进行采挖绞碎，依据根茬产量和市面现有旋耕机配套动力参数，可知秸秆及根茬采集除土破碎子系统、旋耕子系统和驱动行走子系统的总配套动力为61kW，这属于配套动力，并非该装置实际耗能，实际耗能要低于配套动力。

依据秸秆及根茬总产量为2235kg/h，依据市售2.5t/h产量的制粒子系统配套动力为110kW，可知110kW满足本系统中制粒子系统的消耗，且110kW属于配套动力，并非该装置实际耗能，实际耗能要低于配套动力。

依据秸秆根茬总产量为2235kg/h，以及市面上现有的处理能力为2.5t/h的烘干器配套动力为5.5kW。且5.5kW属于配套动力，并非该装置实际耗能，实际耗能要低于配套动力，故物料烘干燃烧除尘子系统总配套动力5.5kW即远远满足要求。

综上，本一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统配套动力总和176.5kW，故需要配套微型蒸汽汽轮机发电子系统200kW级别，微型蒸汽汽轮机发电子系统发电效率按0.126估算，考虑实际燃烧炉的热损失及排烟热损失等诸多损失，燃烧秸秆及根茬消耗量约为718kg/h，结余可制粒秸秆根茬总量约为1516kg/h。

绞碎后的小麦秸秆及根茬被送入烘干器进行烘干处理。烘干器热源为燃烧炉的烟气和微型蒸汽汽轮机发电子系统中的冷却器后空气。经过烘干器之后的小麦秸秆及根茬被送入制粒子系统进行压缩制粒，该系统耗电由蓄电及电力调度子系统统一调度。其中约有718kg/h压制成型的秸秆颗粒送入燃烧炉进行燃烧，释放热能，由微型蒸汽汽轮机发电子系统将该热能转化为电能。剩余的秸秆颗粒总量约为1516kg/h(若以400元/t的售价，每亩小麦田由秸秆及根茬创造的经济利润高达80元)。可见，本系统在实现自驱动的基础上还能创造一定的经济价值

驱动行走子系统接收蓄电及电力调度子系统提供的电能来牵引整个秸秆及根茬综合利用系统，不断前进采挖处理小麦秸秆及根茬。旋耕子系统放置整个系统的最后，实现土壤翻耕。燃烧炉的排灰被收集送入旋耕子系统内，旋耕的同时由埋灰装置将燃烧炉产生的灰烬埋入土壤。

本系统启动时，首先由蓄电池提供电能带动系统启动，采挖处理后的小麦秸秆及根茬制粒后全部供给燃烧炉燃烧，待燃烧炉预热完成，微型蒸汽汽轮机发电子系统工作稳定，此时进入上述正常的工作模式。

本一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，与原始系统相比，本系统燃烧原料为秸秆颗粒，秸秆颗粒燃烧时，具有不结焦、燃烧充分、低碳环保的优势，且无需安装除尘器，系统结构精简。

以上结合小麦秸秆及根茬的实例对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。本发明不限于小麦秸秆及根茬，也不限于以上示例的数据，所有由本发明描述的子系统做成的相同功能的平台均属于本发明的保护权利要求范畴。本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，其特征在于：与原系统相比，本系统采用“先制粒、后燃烧”的顺序，燃烧炉内的燃料为压制成型的颗粒，燃烧后的烟气达国家排放标准，可直接排放到大气中，省去原系统的除尘器装置。

2.依据权利要求1所述的一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，其特征在于：该系统采用“先制粒、后燃烧”的方式，燃烧炉的燃料为压制成型的秸秆颗粒。

3.依据权利要求1所述的一种改进型自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，其特征在于：燃烧炉排放的烟气可达相应的国家标准，省去原始系统中的除尘器结构，使系统结构精简。