CN109265288A - 一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法，所述秸秆成型装置连接有固定床秸秆炭化装置；固定床秸秆炭化装置上部与空气换热器相连，固定床秸秆炭化装置中心通过管道连接于蒸汽换热器；所述固定床秸秆炭化装置底部连接至调配装置；生物质提取液收集装置后部连接至燃气燃烧室；燃气燃烧室后依次连接有蒸汽换热器、空气换热器；空气换热器后部连接至烘干装置。本发明通过将少量高温空气均匀通入固定床秸秆炭化装置，即能够满足秸秆热解气化反应所需的能量，使得秸秆在低氧环境下炭化成秸秆炭。同时通过水蒸汽控制反应温度，并改善秸秆炭的空隙结构，提高了炭品质，秸秆炭含碳量可达到45％以上。
Description
技术领域
本发明涉及生物质利用技术领域，具体为一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法。
背景技术
我国每年产生农业秸秆产量超过9亿吨，而现有的秸秆利用不到40％，其余大部分秸秆被随意丢弃、焚烧，造成了大面积的污染。传统的秸秆回田方式会造成土壤板结、病虫害加剧、温室气体排放等问题。政府提出“循环利用、全值利用、梯次利用”的理念，并通过补贴等方式提高秸秆利用率，但由于秸秆的原料特性较为特殊，其生物质灰熔点低、容易霉变腐烂、纤维素含量高木质素含量低等特性，导致现有工业方式难以将其有效利用，作为燃料燃烧温度低，效率低；作为结构产品强度低、容易变形；作为生物炭产品炭品质较低，价格较竹木炭等其他生物炭价格低。
因此，需要一种合理的秸秆利用方式，改善秸秆利用的瓶颈，实现秸秆的循环利用、全值利用。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置，包括：秸秆成型装置，所述秸秆成型装置连接有固定床秸秆炭化装置；固定床秸秆炭化装置上部与空气换热器相连，固定床秸秆炭化装置中心通过管道连接于蒸汽换热器；所述固定床秸秆炭化装置底部连接至调配装置；固定床秸秆炭化装置一侧连接至生物质提取液收集装置；生物质提取液收集装置还连接有发酵装置；生物质提取液收集装置后部连接至燃气燃烧室；燃气燃烧室后依次连接有蒸汽换热器、空气换热器；空气换热器后部连接至烘干装置；烘干装置烟气一侧连接至发酵装置、烘干装置另一侧连接有生物吸附装置，同时有机质预处理装置出口接发酵装置，发酵装置顶部与固定床秸秆炭化装置相连，发酵装置出口连接至调配装置；调配装置尾部连接有造粒装置，造粒装置出口连接至烘干装置。
进一步地，所述发酵装置的底部出口连接于生物吸附装置，所述固定床秸秆炭化装置底部通过物料输送绞龙连接至调配装置。
进一步地，所述生物质提取液收集装置、有机质预处理装置通过管道连接于发酵装置上侧进料口，调配装置、生物吸附装置通过管道连接于发酵装置下侧排料口。
一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，包括以下步骤：
步骤(1)：秸秆经秸秆成型装置压块后送入固定床秸秆炭化装置，与空气、发酵废气、蒸汽在350-800℃将秸秆炭化，生成秸秆炭、秸秆气，秸秆气在生物质提取液收集装置内冷却并获得秸秆提取液；
步骤(2)：秸秆气在燃气燃烧室进行燃烧，产生高温的烟气，高温段烟气经蒸汽换热器热交换产生蒸汽，经空气换热器热交换产生高温空气，蒸汽及高温空气供固定床秸秆炭化装置使用；经热交换后的150-400℃烟气供烘干装置使用，烘干后的烟气一部分送入发酵装置，利用余热保证发酵温度稳定维持40～80℃，另一部分送入生物吸附装置，保证生物吸附装置内温度20-40℃；
步骤(3)有机质在有机质预处理装置混合、破碎后加入发酵菌类、水后送入发酵装置中，秸秆提取液被送入发酵装置中促进发酵，经12～48小时发酵完成的发酵气送至固定床秸秆炭化装置内，发酵产物与生物质炭经调配装置充分均质调和后，在造粒装置中造粒，造粒后的炭基有机肥经烘干装置烘干，并送至生物吸附装置使用。
进一步地，所述经空气换热器送入固定床秸秆炭化装置的高温空气温度150-800℃。
进一步地，所述生物吸附装置内种植培育的生物脱硝脱硫微生物、对氮氧化物、二氧化硫附能农作物。
进一步地，所述脱硝脱硫微生物包括硝化菌、亚硝化菌、多位球状菌、脱硫弧菌和脱氮硫杆菌，所述对氮氧化物、二氧化硫附能农作物包括小麦、玉米、高粱。
进一步地，所述生物质提取液收集装置在20-160℃温度区间内控制生物质提取液的析出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过将少量高温空气均匀通入固定床秸秆炭化装置，即能够满足秸秆热解气化反应所需的能量，使得秸秆在低氧环境下炭化成秸秆炭。同时通过水蒸汽控制反应温度，并改善秸秆炭的空隙结构，提高了炭品质，秸秆炭含碳量可达到45％以上。
(2)通过将不同温度下通过生物质提取液收集装置收集的秸秆提取液加入发酵装置中，利用不同温度下秸秆提取液的杀菌特性，将对发酵有害的细菌杀灭，提高了发酵效率。
(3)秸秆气燃烧后产生的高温烟气综合利用，能量经过热交换获得蒸汽、高温空气，并将烟气用于烘干、余热发酵、生物吸附。
(4)烟气中CO2及少量的NOx，SO2，烟气温度较高，增强了农作物的光合作用，NOx，SO2被微生物分解成氮肥，提高了生物吸附装置内农作物产量。
(5)发酵产生的发酵气被固定床秸秆炭化装置回收利用，无废气排放，且提高了秸秆气热值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、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，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
如图1所示，一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置，包括：秸秆成型装置1，所述秸秆成型装置1连接有固定床秸秆炭化装置2；固定床秸秆炭化装置2上部与空气换热器6相连，固定床秸秆炭化装置2中心通过管道连接于蒸汽换热器5；所述固定床秸秆炭化装置2底部连接至调配装置9；固定床秸秆炭化装置2一侧连接至生物质提取液收集装置3；生物质提取液收集装置3还连接有发酵装置8；生物质提取液收集装置3后部连接至燃气燃烧室4；燃气燃烧室4后依次连接有蒸汽换热器5、空气换热器6；空气换热器6后部连接至烘干装置11；烘干装置11烟气一侧连接至发酵装置8、烘干装置11另一侧连接有生物吸附装置12，同时有机质预处理装置7出口接发酵装置8，发酵装置8顶部与固定床秸秆炭化装置2相连，发酵装置8出口连接至调配装置9；调配装置9尾部连接有造粒装置10，造粒装置10出口连接至烘干装置11。
所述发酵装置8的底部出口连接于生物吸附装置12，所述固定床秸秆炭化装置2底部通过物料输送绞龙连接至调配装置9。
所述生物质提取液收集装置3、有机质预处理装置7通过管道连接于发酵装置8上侧进料口，调配装置9、生物吸附装置12通过管道连接于发酵装置8下侧排料口。
其中生物质提取液收集装置在20-160℃温度区间内可精确控制生物质提取液的析出。目的在于：不同温度下析出的生物质提取液其化学组分差异较大，能够适应不同的发酵菌种及发酵条件。
一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，包括以下步骤：
步骤(1)：秸秆经秸秆成型装置1压块后送入固定床秸秆炭化装置2，与空气、发酵废气、蒸汽在350-800℃将秸秆炭化，生成秸秆炭、秸秆气，秸秆气在生物质提取液收集装置3内冷却并获得秸秆提取液；
步骤(2)秸秆气在燃气燃烧室4进行燃烧，产生高温的烟气，高温段烟气经蒸汽换热器5热交换产生蒸汽，经空气换热器6热交换产生高温空气，蒸汽及高温空气供固定床秸秆炭化装置2使用；经热交换后的150-400℃烟气供烘干装置11使用，烘干后的烟气一部分送入发酵装置8，利用余热保证发酵温度稳定维持40～80℃，另一部分送入生物吸附装置12，保证生物吸附装置内温度20-40℃；
步骤(3)有机质在有机质预处理装置7混合、破碎至合适粒径并加入菌类、水后送入发酵装置8中，秸秆提取液被送入发酵装置8中促进发酵，经12～48小时发酵完成的发酵气送至固定床秸秆炭化装置2内，发酵产物与生物质炭经调配装置9均质调和后，在造粒装置10中造粒。造粒后的炭基有机肥经烘干装置11烘干，并送至生物吸附装置12使用。
其中，经空气换热器送入固定床秸秆炭化装置2的高温空气温度150-800℃。目的在于：空气作为气化剂，提高温度可降低气化剂的用量，降低对秸秆中固定碳的烧损。
所述生物吸附装置内种植培育的生物脱硝脱硫微生物、对氮氧化物、二氧化硫附能农作物，目的在于：利用尾气中的CO2提高农作物的光合作用，利用微生物固定N，S元素提供肥料，同时实现达标排放。
所述脱硝脱硫微生物包括硝化菌、亚硝化菌、多位球状菌、脱硫弧菌和脱氮硫杆菌，所述对氮氧化物、二氧化硫附能农作物，包括小麦、玉米、高粱。
所述生物质提取液收集装置在20-160℃温度区间内控制生物质提取液的析出。
实施例1
玉米秸秆压块后送入固定床秸秆炭化装置，在800℃炭化产生含碳量45％的秸秆炭和秸秆气，并在160℃收集燃气中携带的生物质提取液。秸秆气燃烧产生高温的烟气，烟气经换热，产生蒸汽和800℃的高温空气，排出400℃烟气供烘干装置使用，烘干后的烟气一部分送入发酵装置，利用余热保证发酵温度稳定维持80℃，另一部分送入生物吸附装置，保证生物吸附装置内温度40℃。
泔水35％、鸡粪10％、牛粪5％、木薯粉13％、树叶7％在有机质预处理装置混合、破碎至合适粒径并加入菌类、水后送入发酵装置中，秸秆提取液被送入发酵装置经12小时发酵完成的发酵气送至固定床秸秆炭化装置内，发酵产物与生物质炭经调配装置均质调和后，在造粒装置中造粒。造粒后的炭基有机肥经烘干装置烘干，并送至生物吸附装置使用。生物吸附装置内主要种植小麦，并培育硝化菌、脱氮硫杆菌、多位球状菌。
实施例2
水稻秸秆压块后送入固定床秸秆炭化装置，在350℃炭化产生含碳量53％的秸秆炭和秸秆气，并在20℃收集燃气中携带的生物质提取液。秸秆气燃烧产生高温的烟气，烟气经换热，产生蒸汽和150℃的高温空气，排出150℃烟气供烘干装置使用，烘干后的烟气一部分送入发酵装置，利用余热保证发酵温度稳定维持40℃，另一部分送入生物吸附装置，保证生物吸附装置内温度20℃。
人粪18％、兔粪11％、糠醛渣13％、酒糟21％、菌包废弃物22％在有机质预处理装置混合、破碎至合适粒径并加入菌类、水后送入发酵装置中，秸秆提取液被送入发酵装置经48小时发酵完成的发酵气送至固定床秸秆炭化装置内，发酵产物与生物质炭经调配装置均质调和后，在造粒装置中造粒。造粒后的炭基有机肥经烘干装置烘干，并送至生物吸附装置使用。生物吸附装置内主要种植玉米，并培育亚硝化菌、脱硫弧菌和脱氮硫杆菌。
实施例3
高粱秸秆压块后送入固定床秸秆炭化装置，在550℃炭化产生含碳量55％的秸秆炭和秸秆气，并在80℃收集燃气中携带的生物质提取液。秸秆气燃烧产生高温的烟气，烟气经换热，产生蒸汽和350℃的高温空气，排出210℃烟气供烘干装置使用，烘干后的烟气一部分送入发酵装置，利用余热保证发酵温度稳定维持53℃，另一部分送入生物吸附装置，保证生物吸附装置内温度26℃。
霉变饲料7％、药渣16％、酱油渣3％、污泥45％、腐烂果蔬21％在有机质预处理装置混合、破碎至合适粒径并加入菌类、水后送入发酵装置中，秸秆提取液被送入发酵装置经30小时发酵完成的发酵气送至固定床秸秆炭化装置内，发酵产物与生物质炭经调配装置均质调和后，在造粒装置中造粒。造粒后的炭基有机肥经烘干装置烘干，并送至生物吸附装置使用。生物吸附装置内主要种植高粱，并培育硝化菌、亚硝化菌、多位球状菌、脱硫弧菌和脱氮硫杆菌。
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。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置，包括：秸秆成型装置，其特征在于：所述秸秆成型装置连接有固定床秸秆炭化装置；固定床秸秆炭化装置上部与空气换热器相连，固定床秸秆炭化装置中心通过管道连接于蒸汽换热器；所述固定床秸秆炭化装置底部连接至调配装置；固定床秸秆炭化装置一侧连接至生物质提取液收集装置；生物质提取液收集装置还连接有发酵装置；生物质提取液收集装置后部连接至燃气燃烧室；燃气燃烧室后依次连接有蒸汽换热器、空气换热器；空气换热器后部连接至烘干装置；烘干装置烟气一侧连接至发酵装置、烘干装置另一侧连接有生物吸附装置，同时有机质预处理装置出口接发酵装置，发酵装置顶部与固定床秸秆炭化装置相连，发酵装置出口连接至调配装置；调配装置尾部连接有造粒装置，造粒装置出口连接至烘干装置。
2.根据权利要求1所述的一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置，其特征在于：所述发酵装置的底部出口连接于生物吸附装置，所述固定床秸秆炭化装置底部通过物料输送绞龙连接至调配装置。
3.根据权利要求1所述的一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置，其特征在于：所述生物质提取液收集装置、有机质预处理装置通过管道连接于发酵装置上侧进料口，调配装置、生物吸附装置通过管道连接于发酵装置下侧排料口。
4.一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：秸秆经秸秆成型装置压块后送入固定床秸秆炭化装置，与空气、发酵废气、蒸汽在350-800℃将秸秆炭化，生成秸秆炭、秸秆气，秸秆气在生物质提取液收集装置内冷却并获得秸秆提取液；
步骤(2)：秸秆气在燃气燃烧室进行燃烧，产生高温的烟气，高温段烟气经蒸汽换热器热交换产生蒸汽，经空气换热器热交换产生高温空气，蒸汽及高温空气供固定床秸秆炭化装置使用；经热交换后的150-400℃烟气供烘干装置使用，烘干后的烟气一部分送入发酵装置，利用余热保证发酵温度稳定维持40～80℃，另一部分送入生物吸附装置，保证生物吸附装置内温度20-40℃；
步骤(3)有机质在有机质预处理装置混合、破碎后加入发酵菌类、水后送入发酵装置中，秸秆提取液被送入发酵装置中促进发酵，经12～48小时发酵完成的发酵气送至固定床秸秆炭化装置内，发酵产物与生物质炭经调配装置充分均质调和后，在造粒装置中造粒，造粒后的炭基有机肥经烘干装置烘干，并送至生物吸附装置使用。
5.根据权利要求4所述的一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述经空气换热器送入固定床秸秆炭化装置的高温空气温度150-800℃。
6.根据权利要求4所述的一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述生物吸附装置内种植培育的生物脱硝脱硫微生物、对氮氧化物、二氧化硫附能农作物。
7.根据权利要求6所述的一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述脱硝脱硫微生物包括硝化菌、亚硝化菌、多位球状菌、脱硫弧菌和脱氮硫杆菌，所述对氮氧化物、二氧化硫附能农作物包括小麦、玉米、高粱。
8.根据权利要求4所述的一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述生物质提取液收集装置在20-160℃温度区间内控制生物质提取液的析出。
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| CN201811203302.3A CN109265288A (zh) | 2018-10-16 | 2018-10-16 | 一种固定床秸秆炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法 |
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| CN112521200A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-19 | 广州中嘉装备科技有限公司 | 一种用于有机肥的烘干发酵装置 |
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