CN106747742A - 利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置 - Google Patents

Abstract

一种利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，包括双塔发酵罐、粉碎机构、自动上料机构、自动出料机构，自动上料机构一端接粉碎机构的出料端，另一端接双塔发酵罐的进料段，自动出料机构连接在双塔发酵罐的底部，双塔发酵罐的外壳内设置有一夹层，该夹层连接有第一热量交换设备，在第一热量交换设备内设置有热量置换管路，在热量置换管路内载入有制冷剂，热量置换管路的出口连接有第二热量交换设备。整个设备自动化程度高、耗能低、可连续性规模生产，产品腐熟周期短、成本低、产量大、肥效高，技术成熟，工艺环保。

Description

利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置

技术领域

本发明涉及有机肥发酵设备技术领域，具体涉及一种利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置。

背景技术

我国是农业大国，秸秆产生量巨大，这些有机资源由于不能得到有效利用，多被废弃甚至焚烧，造成巨大的资源浪费和环境污染。2008年，国务院发布了《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，2011年国家发改委、农业部、财政部又联合制定了《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》，要求加快推进秸秆资源化利用，力争到2015年各地秸秆资源化利用率超过80％。在科研投入方面，中央财政通过863计划、973计划、国家科技支撑计划等国家科技计划，对包括秸秆资源化利用在内的科研项目进行支持，提高企业秸秆资源化利用效率，减少环境污染和资源浪费。但由于秸秆量大分散难于集中处理，至今绝大多数还没有得到有效利用，每年一度的秸秆禁烧成为社会难题。

近年来，国家也出台了许多克制其弊端的政策。国家发改委联合环保部、农业部下发了《关于加强农作物秸秆综合利用和禁烧工作的通知》，要求各地采取“疏堵结合”、“以用促禁”的方式加强农作物秸秆综合利用和禁烧工作，充分利用现有秸秆综合利用财政、税收、价格优惠激励政策。由此我国在秸秆的综合利用方面也取得了显著的的成果，各地投资建设了一批秸秆人造板、秸秆沼气、秸秆成型燃料等综合利用项目。同时，秸秆还田、保护性耕作、秸秆快速腐熟还田等技术在农村的推广应用也一定程度上减少了秸秆焚烧的现象。各地也都相继出台了秸秆综合利用和禁烧工作的方案和办法，监督和引导群众做好秸秆利用工作，实现农村生态环境的好转和农村循环经济的发展。

但是目前秸秆综合利用(如秸秆人造板、秸秆沼气、秸秆成型燃料)还存在着“运营成本高、没有有效的市场机制和储运体系、经济适用的配套技术设备匮乏”等问题(摘自：中国农作物秸秆资源综合利用现状及对策研究，世界农业2010.12)。所以研发秸秆综合利用设备势在必行。

由此可见，秸秆的无害化处理及资源化利用项目是典型的民生工程，也是“十三五”及今后农业生态化发展必须攻克的一项难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种处理量大，智能化程度高，利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，包括：双塔发酵罐、粉碎机构、自动上料机构、自动出料机构，所述自动上料机构一端接粉碎机构的出料端，另一端接双塔发酵罐的进料段，将粉碎机构粉碎的秸秆原料送入到双塔发酵罐内，所述自动出料机构连接在双塔发酵罐的底部，将发酵完成的物料输出，所述双塔发酵罐的外壳内设置有一夹层，该夹层连接有第一热量交换设备，在第一热量交换设备内设置有热量置换管路，在热量置换管路内载入有制冷剂，所述热量置换管路的出口连接有第二热量交换设备，当双塔发酵罐内的温度超过设定值时，启动第一热量交换设备工作，双塔发酵罐内的热量通过制冷剂进行吸收，制冷剂吸收热量后汽化，并通过压缩机的输送功能，将汽化后的制冷剂经热量置换管路排出，汽化后的制冷剂输送至第二热量交换设备中，并对需加热的介质进行加热，从而实现了将废热进行吸收转化再利用的目的；热量利用完全后制冷剂液化，再通过管路返回至第一热量交换设备，形成循环。

还包括监测前端、通讯基站以及智能监控终端，所述监测前端设置于双塔发酵罐上，所述监测前端通过GPRS网络与通讯基站通信连接，所述通讯基站通过Internet网络与智能监控终端通信，监测前端实现对制肥装置内的运行数据进行监测、采集和传输；如制肥装置内的发酵温度、湿度、发酵液营养的添加状况、发酵质量和时间，监测前端把监测到的制肥装置的实时参数通过GPRS网络输送到通讯基站，由通讯基站对各站点的数据进行汇总，并经过Internet网络传输到智能监控终端，通过智能监控终端后台远程对各网点制肥装置实时控制和生产全过程无间歇式监控，能即时进行修改参数，进行数据存储，如对发酵液营养、挥发性有机酸(VFA)、有机负荷、pH值等核心运行参数进行综合调控。

所述粉碎机构上部连接有萨克隆除尘系统，对粉碎过程产生的粉尘等进行吸收处理，杜绝粉尘在大气中漂浮。

所述双塔发酵罐内安装有搅拌机构和加热机构，在双塔发酵罐的外壁上连接有助剂自动添加机构，根据需要添加相应的发酵助剂，如PGPR菌种等；

所述搅拌机构上安装有旋转编码器，所述双塔发酵罐内设置有温湿度传感器，可以实时监控搅拌速度、发酵温湿度，实现远程监测设备的运行状态，便于远程诊断与维护。

本发明的再一个目的是提供一种利用秸秆高值化开发多功能肥料的工艺，步骤如下：

(1)将农作物秸秆送入粉碎机构进行粉碎，如小麦秸秆、玉米秸秆，根据不同秸秆安装不同的规格进行粉碎，一般按照长度不长于5cm进行粉碎，得到秸秆碎屑；

(2)对粉碎得到的秸秆碎屑进行喷淋发酵剂，搅拌混合后通过自动上料机构输入双塔发酵罐密封进行厌氧发酵腐熟，利用发酵热自然灭活灭菌杀死害虫；不同秸秆的物理特性、化学特性和力学特性不同，发酵温度及时间也不同，一般确保双塔发酵罐内的温度不高于55℃，时间4-10天；并通过监测前端对发酵温度进行实时监测，上传至智能监控终端，对发酵过程中的相关参数进行调控，如对发酵液营养、挥发性有机酸(VFA)、有机负荷、pH值等核心运行参数进行综合调控；

通过发酵罐的热交换设备的物联网智能控制，实现发酵物内部自动热交换，可以将发酵所产生的热量通过热交换介质对热量进行收集再利用；

利用数据双缓存技术和工艺参数异构解决方法，把不同秸秆和不同工艺的制肥参数统一化，并利用双缓存技术把标准化后的工艺参数进行存储，供工艺参数优化升级和发酵过程自动监测使用；依据工艺，利用基于电子皮带秤的可控装备对发酵塔进行秸秆粉碎料进行供给，使用流量进行计量和同步供给，并通过研制的搅拌装备实施配比均匀化；

(3)通过测土配方施肥数据库调用安徽粮食主产区土壤养分信息，结合主要土壤养分分级标准，分析土壤养分主要障碍因子，结合堆肥养分动态特征，优化设计微量元素配方，根据不同作物不同时期不同肥料要求，测算速效与缓释成分的配伍研究，确立不同肥料最佳复合肥配比，在发酵腐熟灭菌后的秸秆碎屑中按比例添加速效化学肥料，得到多效复合肥；通过补充微肥和生长素等成分，弥补了秸秆肥料起效慢的不足，提高了肥料多功能、高效化，实现了速效缓释一体化，更有利于秸秆堆肥技术商业化开发；

(4)对双塔发酵罐进行加热，使原料中的水分蒸发，使其水分含量在35-40％左右，然后按每100kg多效复合肥加入粘合剂10-15kg、生物活性肽0.02-0.1kg、活性钙0.5kg及α-戊基桂醛二乙缩醛0.01-0.03kg，混匀后通过自动出料机构送出；

(5)经造粒机造粒后进行干燥，得到多功能肥料。

上述粘合剂为黄土粉，在配制的复合肥散料中添加一定比例的黄土粉作粘合剂，搅拌均匀后用挤出机进行造粒，该粘合剂粘结性好成本低，易于加工，入土复水性好；

上述发酵剂为PGPR生物酶制剂，利用该复合菌种的生物酶解及代谢作用，实现作物秸秆致密结构的破坏及其中纤维素、半纤维素、木质素等组分的部分降解，进而提高后续好氧发酵制肥工艺的生产效率，降低单位产品设备投资，提高产品品质。

活性钙中含有微量的天然矿物质钾、钠、铁、锰、硅、磷、锌等元素，在加工过程中被活化，成为优良的营养素，这些元素大部分具有生理功能，易于被植物吸收，促进无机肥中微量元素的快速释放；

生物活性肽是从植物中提取分离出的活性因子，由两个以上氨基酸链合而成的蛋白多肽，这种活性多肽可以促进植被有益元素的吸收，与秸秆发酵肥起到协同作用。

本发明的有益效果是：

(1)利用互联网技术实现后台远程对各网点设备实时控制和生产全过程无间歇式监控，能即时进行修改参数，进行数据存储，确保了产品质量严格控制；

(2)秸秆高值化智能制肥装备可根据秸秆分布情况进行区域化布点分散加工，解决秸秆集中堆放集中处理难、远途运输成本高的问题；生产出的速效缓释一体复合肥集中分装、集中宣传、统一品牌、统一销售，获得收益按照事先约定和参股比例进行分成；

(3)实现了废弃秸秆资源化利用和高值化开发，每吨秸秆收购成本不足300元，加工成肥料后增值到每吨1000元，升值3倍以上；避免了秸秆焚烧，减少了大气污染，改善了生态环境；增加了肥料的有机含量，有利于秸秆还田，可以改善土壤结构，避免土壤板结，增加土壤肥力，提供粮食种植质量；

(4)研究发酵工艺技术，通过不同原料的配比、秸秆破碎度调节、C/N调节、水分与发酵温度的调节、优化发酵罐设计、通气方式等研究，缩短一次发酵周期和提高无害化效果；

(5)在功能肥料中添加无机肥和微肥等成分，弥补了秸秆肥料起效慢的不足，提高了肥料多功能、高效化，实现了速效缓释一体化，更有利于秸秆堆肥技术商业化开发；通过养分动态检测和土壤作物营养状况数据分析，优化设计有机中微量元素配方。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明监测系统框图；

图3是本发明双塔发酵罐结构图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1-3所示，一种智控秸秆发酵制备多效复合肥装置，包括：双塔发酵罐10、粉碎机构20、自动上料机构30、自动出料机构40、监测前端50、通讯基站以及智能监控终端，监测前端50设置于双塔发酵罐10上，监测前端50通过GPRS网络与通讯基站通信连接，通讯基站通过Internet网络与智能监控终端通信，监测前端实现对制肥装置内的运行数据进行监测、采集和传输；如制肥装置内的发酵温度、湿度、发酵液营养的添加状况、发酵质量和时间，监测前端把监测到的制肥装置的实时参数通过GPRS网络输送到通讯基站，由通讯基站对各站点的数据进行汇总，并经过Internet网络传输到智能监控终端，通过智能监控终端后台远程对各网点制肥装置实时控制和生产全过程无间歇式监控，能即时进行修改参数，进行数据存储，如对发酵液营养、挥发性有机酸(VFA)、有机负荷、pH值等核心运行参数进行综合调控；

自动上料机构30一端接粉碎机构20的出料端，另一端接双塔发酵罐10的进料段，将粉碎机构20粉碎的秸秆原料送入到双塔发酵罐10内，自动出料机构40连接在双塔发酵罐10的底部一侧，将发酵完成的物料输出，双塔发酵罐10的外壳内设置有一夹层101，该夹层101连接有第一热量交换设备102，在第一热量交换设备102内设置有热量置换管路103，在热量置换管路103内载入有制冷剂，热量置换管路103的出口连接有第二热量交换设备104，当双塔发酵罐10内的温度超过设定值时，启动第一热量交换设备102工作，双塔发酵罐10内的热量通过制冷剂进行吸收，制冷剂吸收热量后汽化，并通过压缩机的输送功能，将汽化后的制冷剂经热量置换管路103排出，汽化后的制冷剂输送至第二热量交换设备104中，并对需加热的介质进行加热，从而实现了将废热进行吸收转化再利用的目的；热量利用完全后制冷剂液化，再通过管路返回至第一热量交换设备102，形成循环。粉碎机构20上部连接有萨克隆除尘系统(图中未标示)，对粉碎过程产生的粉尘等进行吸收处理，杜绝粉尘在大气中漂浮。双塔发酵罐10内安装有搅拌机构105和加热机构106，在双塔发酵罐10的外壁上连接有助剂自动添加机构107，根据需要添加相应的发酵助剂，如PGPR菌种等；搅拌机构105上安装有旋转编码器，双塔发酵罐10内设置有温湿度传感器，可以实时监控搅拌速度、发酵温湿度，实现远程监测设备的运行状态，便于远程诊断与维护。

目前我国典型的农业废弃物处理技术包括：高温焚烧技术、微生物发酵技术、好氧堆肥技术。本实施例技术的优势如下：

1)处理量：同类产品5-15吨/日，本产品25-30吨/日；

2)除尘系统：同类产品无此功能，本产品有此功能(萨克隆除尘)；

3)粉碎系统：同类产品双电机驱动二级粉碎，出口易堵，粉碎量1～1.5吨/小时；本产品单电机驱动二级粉碎一体化，出口顺畅，6～8吨/小时，且能耗下降；

4)原料收集：同类产品人力输送物料劳动强度大，本产品采用分散布点的方式，对秸秆原料进行收集，设备也具有自动化输送功能，实现了人力最小化；

5)物联网智能控制：同类产品局部智能化控制生产过程，本产品使用传感器全部智能化控制，可以对各个网点的生产过程实时采集、监控，且能即时进行参数修改与数据存储；

6)生化发酵菌种：同类产品采用三种菌种，不同阶段加入，操作不便，本产品采用复合型高效菌种一次性加入，提升处理效率；

7)余热利用：同类产品无此功能，本产品可以做到热能循环利用；

8)连续化生产：同类产品分批生产，本产品可以连续化生产，实现低能耗高产量；

9)能耗：同类产品功率大能耗大(80KW)，本产品功率小能耗小(52KW)。

本产品的主要技术参数如下表：

实施例2

一种利用秸秆高值化开发多功能肥料的工艺，步骤：

(1)将农作物秸秆送入粉碎机构进行粉碎，如小麦秸秆、玉米秸秆，根据不同秸秆安装不同的规格进行粉碎，一般按照长度不长于5cm进行粉碎，得到秸秆碎屑；

(2)对粉碎得到的秸秆碎屑进行喷淋发酵剂，搅拌混合后通过自动上料机构输入双塔发酵罐密封进行厌氧发酵腐熟，利用发酵热自然灭活灭菌杀死害虫；不同秸秆的物理特性、化学特性和力学特性不同，发酵温度及时间也不同，一般确保双塔发酵罐内的温度不高于55℃，时间4-10天；并通过监测前端对发酵温度进行实时监测，上传至智能监控终端，对发酵过程中的相关参数进行调控，如对发酵液营养、挥发性有机酸(VFA)、有机负荷、pH值等核心运行参数进行综合调控；

通过发酵罐的热交换设备的物联网智能控制，实现发酵物内部自动热交换，可以将发酵所产生的热量通过热交换介质对热量进行收集再利用；

利用数据双缓存技术和工艺参数异构解决方法，把不同秸秆和不同工艺的制肥参数统一化，并利用双缓存技术把标准化后的工艺参数进行存储，供工艺参数优化升级和发酵过程自动监测使用；依据工艺，利用基于电子皮带秤的可控装备对发酵塔进行秸秆粉碎料进行供给，使用流量进行计量和同步供给，并通过研制的搅拌装备实施配比均匀化；

(3)通过测土配方施肥数据库调用安徽粮食主产区土壤养分信息，结合主要土壤养分分级标准，分析土壤养分主要障碍因子，结合堆肥养分动态特征，优化设计微量元素配方，根据不同作物不同时期不同肥料要求，测算速效与缓释成分的配伍研究，确立不同肥料最佳复合肥配比，在发酵腐熟灭菌后的秸秆碎屑中按比例添加速效化学肥料，得到多效复合肥；通过补充微肥和生长素等成分，弥补了秸秆肥料起效慢的不足，提高了肥料多功能、高效化，实现了速效缓释一体化，更有利于秸秆堆肥技术商业化开发；

(4)对双塔发酵罐进行加热，使原料中的水分蒸发，使其水分含量在35-40％左右，然后按每100kg多效复合肥加入粘合剂10-15kg、生物活性肽0.02-0.1kg、活性钙0.5kg及α-戊基桂醛二乙缩醛0.01-0.03kg，混匀后通过自动出料机构送出；

(5)经造粒机造粒后进行干燥，得到多功能肥料。

上述粘合剂为黄土粉，在配制的复合肥散料中添加一定比例的黄土粉作粘合剂，搅拌均匀后用挤出机进行造粒，该粘合剂粘结性好成本低，易于加工，入土复水性好；

上述发酵剂为PGPR生物酶制剂，利用该复合菌种的生物酶解及代谢作用，实现作物秸秆致密结构的破坏及其中纤维素、半纤维素、木质素等组分的部分降解，进而提高后续好氧发酵制肥工艺的生产效率，降低单位产品设备投资，提高产品品质。

活性钙中含有微量的天然矿物质钾、钠、铁、锰、硅、磷、锌等元素，在加工过程中被活化，成为优良的营养素，这些元素大部分具有生理功能，易于被植物吸收，促进无机肥中微量元素的快速释放；

生物活性肽是从植物中提取分离出的活性因子，由两个以上氨基酸链合而成的蛋白多肽，这种活性多肽可以促进植被有益元素的吸收，与秸秆发酵肥起到协同作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，其特征在于包括：双塔发酵罐、粉碎机构、自动上料机构、自动出料机构，所述自动上料机构一端接粉碎机构的出料端，另一端接双塔发酵罐的进料段，将粉碎机构粉碎的秸秆原料送入到双塔发酵罐内，所述自动出料机构连接在双塔发酵罐的底部，将发酵完成的物料输出，所述双塔发酵罐的外壳内设置有一夹层，该夹层连接有第一热量交换设备，在第一热量交换设备内设置有热量置换管路，在热量置换管路内载入有制冷剂，所述热量置换管路的出口连接有第二热量交换设备，当双塔发酵罐内的温度超过设定值时，启动第一热量交换设备工作，双塔发酵罐内的热量通过制冷剂进行吸收，制冷剂吸收热量后汽化，并通过压缩机的输送功能，将汽化后的制冷剂经热量置换管路排出，汽化后的制冷剂输送至第二热量交换设备中，并对需加热的介质进行加热，热量利用完全后制冷剂液化，再通过管路返回至第一热量交换设备，形成循环。

2.根据权利要求1所述的利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，其特征在于，所述粉碎机构上部连接有萨克隆除尘系统。

3.根据权利要求1所述的利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，其特征在于，所述双塔发酵罐内安装有搅拌机构和加热机构。

4.根据权利要求3所述的利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，其特征在于，所述双塔发酵罐的外壁上连接有助剂自动添加机构。

5.根据权利要求1所述的利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，其特征在于，所述搅拌机构上安装有旋转编码器，所述双塔发酵罐内设置有温湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的利用秸秆高值化开发多功能肥料专用发酵装置，其特征在于，还包括监测前端、通讯基站以及智能监控终端，所述监测前端设置于双塔发酵罐上，所述监测前端通过GPRS网络与通讯基站通信连接，所述通讯基站通过Internet网络与智能监控终端通信，监测前端实现对制肥装置内的运行数据进行监测、采集和传输；监测前端把监测到的制肥装置的实时参数通过GPRS网络输送到通讯基站，由通讯基站对各站点的数据进行汇总，并经过Internet网络传输到智能监控终端，通过智能监控终端后台远程对各网点制肥装置实时控制和生产全过程无间歇式监控，能即时进行修改参数，进行数据存储。

7.一种利用秸秆高值化开发多功能肥料的工艺，其特征在于步骤如下：

(1)将农作物秸秆送入粉碎机构进行粉碎，如小麦秸秆、玉米秸秆，根据不同秸秆安装不同的规格进行粉碎，一般按照长度不长于5cm进行粉碎，得到秸秆碎屑；

(2)对粉碎得到的秸秆碎屑进行喷淋发酵剂，搅拌混合后通过自动上料机构输入双塔发酵罐密封进行厌氧发酵腐熟，利用发酵热自然灭活灭菌杀死害虫；确保双塔发酵罐内的温度不高于55℃，时间4-10天；

(3)通过测土配方施肥数据库调用安徽粮食主产区土壤养分信息，结合主要土壤养分分级标准，分析土壤养分主要障碍因子，结合堆肥养分动态特征，优化设计微量元素配方，根据不同作物不同时期不同肥料要求，测算速效与缓释成分的配伍研究，确立不同肥料最佳复合肥配比，在发酵腐熟灭菌后的秸秆碎屑中按比例添加速效化学肥料，得到多效复合肥；

(4)对双塔发酵罐进行加热，使原料中的水分蒸发，使其水分含量在35-40％，然后按每100kg多效复合肥加入粘合剂10-15kg、生物活性肽0.02-0.1kg、活性钙0.5kg及α-戊基桂醛二乙缩醛0.01-0.03kg，混匀后通过自动出料机构送出；

(5)经造粒机造粒后进行干燥，得到多功能肥料。

8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，上述粘合剂为黄土粉。

9.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，上述发酵剂为PGPR生物酶制剂。