CN111545008B - 一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统及方法，属于秸秆综合利用领域，以解决现有秸秆灰渣利用中成本较高易造成环境污染的问题。该系统包括秸秆捆烧供暖设备、烟气净化装置；烟气净化装置包括旋风除尘器、灰渣溶液池、烟气净化箱、灰渣溶液处理装置，灰渣溶液池的底部通过灰渣溶液管道与灰渣溶液处理装置相连，灰渣溶液处理装置包括过滤装置、蒸发池，灰渣溶液池中设有筛网。秸秆捆烧供暖设备与秸秆捆烧灰渣综合利用工艺相结合，并对灰渣中的物质进行分级利用，秸秆捆烧设备的运行成本能降低20%左右。秸秆捆烧灰渣中所提取到的灰炭用于秸秆捆烧设备的烟气及溶液处理装置，减少秸秆捆烧装置烟气净化成本，减少秸秆捆烧设备的污染物排放量。

Description

一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统及方法
技术领域
本发明属于秸秆综合利用领域，具体涉及一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统。
背景技术
随着全球工业化的快速发展，对能源的需求越来越大，环境以及能源危机等问题的日益加剧，促使人们寻找新的能源，以减少开采和使用化石能源所带来各种问题。我国作为一个农业大国，每年秸秆产量大，在绿色可持续发展的指导理念下，提出将秸秆资源进行能源化处理。其中，秸秆打捆燃烧作为其中的一种利用方式，燃烧后的秸秆灰渣中含有较多的K、P、Si等元素，同时还含有一部分未完全燃烧的炭。若直接废弃处理将会造成较大的资源浪费。
目前所存在的秸秆灰渣利用方法中，主要分为三类：制备建筑材料、作为吸附剂净化废水、做含P、K元素的肥料。其中制备建筑材料将使土壤中的营养成分通过秸秆灰渣进行转移，容易造成土壤肥力的退化。制作吸附剂和K、P肥料时，整个提取过程复杂并且使用较多的化学试剂，其成本较高易造成环境污染。同时，由于秸秆灰渣由炉膛中清出时，其温度较高甚至有余烬，对灰渣的利用往往要待其冷却后才可进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统, 以解决现有秸秆灰渣利用中成本较高易造成环境污染的问题。
本发明的另一个目的是提供一种秸秆捆烧灰渣综合利用方法。
本发明技术方案如下：一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，包括秸秆捆烧供暖设备、烟气净化装置；烟气净化装置包括旋风除尘器、灰渣溶液池、烟气净化箱、灰渣溶液处理装置，秸秆捆烧供暖设备的顶部连接旋风除尘器，旋风除尘器的烟气出口连接烟气管道，烟气管道的端部插入灰渣溶液池中，灰渣溶液池的上部连接烟气净化箱；灰渣溶液池的底部通过灰渣溶液管道与灰渣溶液处理装置相连，灰渣溶液处理装置包括过滤装置、蒸发池，灰渣溶液池中设有筛网。
进一步的，所述灰渣溶液池的侧边设有灰炭箱，灰渣溶液池与灰炭箱之间设有筛网移动装置，筛网移动装置包括传动链条、链轮、链轮电机、转轴，传动链条为两条，沿灰渣溶液池侧壁对称布置，传动链条位于链轮上，链轮连接有链轮电机；传动链条上设有转轴，筛网的上端面通过转轴分别设在两条传动链条之间，灰渣溶液池侧壁与传动链条对应位置分别设有分别反转位置传感器和正转位置传感器，传动链条上层设有反转限位传感器，传动链条下层设有正转限位传感器。
进一步的，所述灰炭箱为两个，分别设在灰渣溶液池的前后两侧。
进一步的，灰渣溶液池中设有搅拌器。
进一步的，所述秸秆捆烧供暖设备包括挡板、烟气换热装置、配风管道、活动炉排、下炉排、灰渣室、水套, 挡板将炉膛分为两个燃烧室，挡板底部以下为第一燃烧室，挡板外侧为第二燃烧室，第二燃烧室的上端设有烟气换热装置，秸秆捆烧供暖设备的外壁设有水套, 第一燃烧室的下方设有活动炉排，活动炉排的下方设有下炉排，下炉排的下方设有灰渣室；所述灰渣室的下端通过螺旋送料机连接粉碎机，粉碎机位于灰渣溶液池的上方。
进一步的，所述转轴最低点与灰渣溶液液面有100-200mm高度差，筛网的底部与搅拌器之间有200-400mm的高度差。
进一步的，所述过滤装分为四层，上下层为石英砂、中间层为炭粉，炭粉由秸秆灰渣中提取。
用上述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统的利用方法，包括如下步骤：将秸秆捆置于秸秆捆烧供暖设备中燃烧，秸秆捆燃烧过程中后将产生大量热烟气，燃尽后将产生秸秆灰渣；其中，热烟气与炉膛进行换热后排出炉膛，烟气通过灰渣溶液、烟气净化箱进行净化，排放到大气中；秸秆灰渣由炉膛清出，经过粉碎后的秸秆灰渣在灰渣溶液池中进行溶解，通过筛网过滤，灰渣溶液吸附烟气中NOx后，通过过滤装置、蒸发池对灰渣溶液进行吸附过滤和干燥后，与灰渣溶液池中底部不溶物进行混合后即可制得灰渣肥料。
进一步的，螺旋送料机的动作为间歇式运动，当灰渣量达到灰渣室高度3/4时开始运动，直到灰渣量减少到1/4时停止运动，该运动可通过灰渣室的高度传感器进行控制；灰渣落入到粉碎机后灰渣开始进行粉碎，通过多级粉碎后的秸秆灰渣控制其粒径在120目，粉碎机下端的出料口插入到灰渣溶液池内；粉碎机的运动与螺旋送料机的动作同步；筛网孔径为200目。
本发明特点如下：
（1）秸秆捆烧供暖设备与秸秆捆烧灰渣综合利用工艺相结合，并对灰渣中的物质进行分级利用，秸秆捆烧设备的运行成本能降低20%左右。
（2）秸秆捆烧灰渣中所提取到的灰炭用于秸秆捆烧设备的烟气及溶液处理装置，减少秸秆捆烧装置烟气净化成本，减少秸秆捆烧设备的污染物排放量。
（3）秸秆灰渣溶液呈碱性，故对烟气中的氮氧化物具有较好的吸附性能，经过吸附后的灰渣溶液不仅含P、K等元素，还含有N元素，制取肥料的养分含量更高。
（4）灰渣由形成到利用实现自动化，独特设计的灰渣溶液池不仅能使灰渣中的不同物质分别利用，提高秸秆捆烧设备的生产效率，还能对烟气中的氮氧化物进行净化，其净化效率高达85%。
（5）在实现秸秆灰渣利用的同时，还提高了秸秆捆烧设备的排放效率。
附图说明
图1是一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统的结构示意图；
图2是一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统中秸秆捆烧供暖设备的结构示意图；
图3是一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统中灰渣溶液池的结构示意图；
图4是一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统中灰渣溶液池的左视图；
图5是一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统中筛网移动装置中筛网处于水平位置的传动示意图；
图6是一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统中筛网移动装置中筛网处于垂直位置的传动示意图。
附图标记含义如下：1-秸秆捆烧供暖设备，101-供暖用户，102-回水管道，103-循环水箱，104-配风管道，105-鼓风机，106-循环水泵，107-灰渣室，108-下炉排，109-活动炉排，110-第一燃烧室，111-第二燃烧室，112-秸秆捆，113-出水管道，114-螺旋送料机，115-粉碎机，116-烟气换热装置，117-高度传感器，118-水套，119-挡板，2-烟气净化装置，201-烟气管道，202-旋风除尘器，203-搅拌器，204-灰渣溶液池，205-烟气净化箱，206-引风机，207-烟囱，208-传动链条，209-转轴，210-转轴电机，211-筛网，212-链轮，213-反转位置传感器，214-反转限位传感器，215-正转位置传感器，216-灰炭箱，217-灰炭，218-链轮电机，219-正转限位传感器，H-最高点，L-最低点,3-灰渣溶液处理装置，302-灰渣溶液管道，303-过滤装置，304-蒸发池。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体结构和工作过程作进一步的描述。
一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，包括秸秆捆烧供暖设备1、烟气净化装置；烟气净化装置包括旋风除尘器202、灰渣溶液池204、烟气净化箱205、灰渣溶液处理装置3，秸秆捆烧供暖设备1的顶部连接旋风除尘器202，旋风除尘器202的烟气出口连接烟气管道201，烟气管道201的端部插入灰渣溶液池204中，灰渣溶液池204的上部连接烟气净化箱205；灰渣溶液池204的底部通过灰渣溶液管道302与灰渣溶液处理装置3相连，灰渣溶液处理装置3包括过滤装置303、蒸发池304，灰渣溶液池204中设有筛网211。灰渣溶液池204中设有搅拌器203。筛网的底部与搅拌器之间有200-400mm的高度差。
秸秆捆烧供暖设备1包括挡板119、烟气换热装置116、配风管道104、活动炉排109、下炉排108、灰渣室107、水套118,挡板119将炉膛分为两个燃烧室，挡板底部以下为第一燃烧室110，挡板外侧为第二燃烧室111，第二燃烧室111的上端设有烟气换热装置116，秸秆捆烧供暖设备1的外壁设有水套118, 第一燃烧室110的下方设有活动炉排109，活动炉排109的下方设有下炉排108，下炉排108的下方设有灰渣室107。灰渣室107的下端通过螺旋送料机114连接粉碎机115，粉碎机115位于灰渣溶液池204的上端。
秸秆捆烧供暖设备能对打捆后的秸秆捆进行燃烧，产生的热量与水进行热交换后用于供暖。燃烧产生的秸秆灰渣经过粉碎溶解于水中后，可对秸秆捆烧设备产生的烟气进行净化。同时，由灰渣中提取的灰炭能用于烟气净化箱205中对烟气进行进一步的净化，用于过滤装置303对灰渣溶液进行过滤，过滤装置303连接有蒸发池304，烟气净化箱205通过引风机206连接烟囱207。
灰渣溶解后形成的溶液经过吸收烟气中的氮氧化物后，经过过滤、蒸发即可得到灰渣肥料，用于农作物的生长，收获农作物后的秸秆经过粉碎打捆后再次用于秸秆捆烧设备，从而实现资源的循环利用，对环境污染小，符合可持续化发展要求。
秸秆捆烧供暖设备1通过出水管道113向供暖用户101供暖，供暖用户101的供暖装置通过回水管道102流入循环水箱103中，循环水箱103中的水通过循环水泵106泵入秸秆捆烧供暖设备1的水套中。
秸秆捆烧供暖设备由鼓风机105通过配风管道104供风，秸秆捆112在第一燃烧室110内进行缺氧燃烧，主要发生热解反应产生较多的挥发分气体，挥发分气体在第二燃烧室111完全燃烧后产生高温烟气和辐射热，与炉壁及上端的烟气换热装置116内的循环水进行热交换。经过热交换后的烟气经过管道到烟气净化装置进行下一步的进化处理。经过热交换的循环水能供给住户进行供暖，也可用于蔬菜大棚、畜禽养殖场。
秸秆捆燃烧产生灰炭及一些余烬在活动炉排109的作用下会落到下炉排108进行二次燃烧，燃烧产生的灰渣会通过下炉排的孔隙落入到灰渣室107。灰渣室内的螺旋送料机114能将灰渣室内的灰渣运送从炉膛内运送出，螺旋送料机的末端与粉碎机115的进料口连接，两者之间为密封连接以免灰渣落入粉碎机时造成较多的扬尘而影响环境。螺旋送料机的动作为间歇式运动，当灰渣量达到灰渣室高度3/4时开始运动，直到灰渣量减少到1/4时停止运动，该运动可通过灰渣室的高度传感器进行控制。
灰渣落入到粉碎机115后灰渣开始进行粉碎，通过多级粉碎后的秸秆灰渣控制其粒径在120目，粉碎机下端的出料口插入到灰渣溶液池204内，同样避免产生的灰渣扬起而影响生产环境。
烟气净化过程：烟气首先通过旋风除尘器202，对排放烟气中的较大的颗粒物进行去除。之后再通过烟气净化箱205（活性炭吸附）及灰渣溶液池204进行进一步净化。活性炭吸附装置，烟气进行初步的过滤，吸附物主要为颗粒物、焦油、氮氧化物等，灰渣溶液池对烟气进行最终的净化，从而提高秸秆捆烧设备的排放性能。
筛网移动工作：如图3-图6所示，所述灰渣溶液池204的侧边设有灰炭箱216，图中灰炭箱216为两个，分别设在灰渣溶液池204的前后两侧。灰渣溶液池204与灰炭箱216之间设有筛网移动装置。
筛网移动装置包括传动链条208、链轮212、链轮电机218、转轴209，传动链条208为两条，沿灰渣溶液池204侧壁对称布置，传动链条208位于链轮212上，链轮212连接有链轮电机218；传动链条208上设有转轴209，筛网211的上端面通过转轴209分别设在两条传动链条208之间，灰渣溶液池204侧壁与传动链条208对应位置设有反转位置传感器213、正转位置传感器215，传动链条208上层设有反转限位传感器214，传动链条208下层设有正转限位传感器219。
以图3视图为方位，传动链条208为两条，左右对称布置，筛网211与转轴209为刚性连接，传动链条上焊接有轴套，转轴209穿过轴套与转轴电机210连接在一起，转轴电机能驱动转轴进行旋转。
链轮电机218驱动链轮212进行旋转并带动传动链条208进行运动，固定在传动链条上的转轴209、筛网上端、转轴电机210会和传动链条一起进行运动。
以图3视图为方位，左侧的筛网从灰渣溶液池204向灰炭箱216运动为例，筛网的运动总共分为八个动作。
筛网的初始状态如图3所示，筛网处于垂直状态，转轴位于最低点L。
动作一，转轴电机驱动转轴进行逆时针旋转90°，处于水平状态，之后转轴停止转动，开始动作二；
动作二，链轮电机218驱动链轮212进行旋转，从而带动传动链条208进行运动，传动链条运动时，带动转轴和筛网一起运动，首先筛网为向上平移运动，直到运动到最高点H位置后，筛网开始向左平移运动。因为链轮电机210为反转，反转位置传感器213处于接通状态，正转位置传感器215处于断开状态，直到筛网最左端到达反转位置传感器213位置时，图5所示，进入动作三；
动作三，链轮电机218停止运动，转轴电机210开始逆时针旋转90°，筛网处于垂直状态，之后进入动作四；
动作四，链轮电机开始运动。直到运动到反转限位传感器214与链轮接触时，筛网停止运动，此时筛网正好运动至灰炭箱的箱壁如图6所示，并与箱壁发生碰撞从而将筛网上的灰炭震落入灰炭箱，进入动作五；
动作五，链轮电机开始正转，反转位置传感器、反转限位传感器处于关闭状态，正转位置传感器、正转限位传感器219处于接通状态。当筛网运动到正转位置传感器时，进入动作六；
动作六，链轮电机停止运动，转轴电机顺时针旋转90°后，筛网处于水平状态后，转轴电机停止运动，进入动作七；
动作七，链轮电机开始运动，到最高点H位置后,筛网由向右平移转换为向左平移，直到正转限位传感器与链轮接触时，链轮电机停止运动，此时转轴正好运动到最低点L位置，转轴运动最低点在灰渣溶液液面上方，并具有100-200mm高度差，进入动作八；
动作八，链轮电机停止运动，转轴电机开始运动逆时针旋转90°，筛网处于垂直状态，恢复到初始状态如图1、2所示，至此筛网由灰渣溶液池内清出灰炭的动作结束。
实施例1
农作物收获后，打捆机对农作物进行打捆，形成标准的秸秆捆。秸秆捆运输到装有秸秆捆烧供暖设备的场地后，将秸秆捆置于秸秆捆烧供暖设备1中燃烧，秸秆捆燃烧过程中后将产生大量热烟气，燃尽后将产生秸秆灰渣；其中，热烟气与炉膛进行换热后排出炉膛，由炉膛排出的烟气中含有较多的颗粒物、NOx，烟气通过灰渣溶液、烟气净化箱进行净化后其污染物将降低到国家许可排放标准，排放到大气中；秸秆灰渣由炉膛清出，经过粉碎后其粒径在120目，在灰渣溶液池中进行溶解，通过筛网过滤，能将密度较小且不溶于水的灰炭提取出来，制取活性炭吸附材料可用于烟气净化箱及过滤装置中。灰渣溶液吸附烟气中NOx后，通过过滤装置、蒸发池对灰渣溶液进行吸附过滤和干燥后，与灰渣溶液池中底部不溶物进行混合后即可制得灰渣肥料。制得的灰渣肥料可用再次用于农作物的生长。
灰渣溶液池内的溶液为水，灰渣经过粉碎机粉碎落入到池内经过搅拌器进行搅拌，促进灰渣的溶解，搅拌器的动作与螺旋送料机的动作同步。经过粉碎后的炭粉因为密度较小，待搅拌器停止运动后，会漂浮在灰渣溶液池的表面。待搅拌器停止工作10分钟后，灰渣溶液的溶质与溶液基本趋于稳定状态，筛网开始运动。灰炭箱的灰炭经过充分干燥后即可作为吸附剂，用于烟气净化箱中。
灰渣溶液池底部不溶于水的物质主要以硅酸盐以及二氧化硅为主，这一部分物质清出后可混入灰渣肥料中制备混合肥料。由于灰渣中含有较多的碱性物质，经过充分溶解混合后的灰渣溶液呈碱性。由于秸秆捆中的S元素含量较少，排放烟气的主要污染物以氮氧化物为主。氮氧化物中90%为NO，10%为NO2，NO化学性质不稳定，故经过烟气管道后会被氧化为NO2。NO2为酸性氧化物且易溶于水，因此具有碱性的灰渣溶液对排放烟气中的氮氧化物具有较高的吸收性能，灰渣溶液对氮氧化物减少量能达到85%左右。吸收氮氧化物后的灰渣溶液含有的主要元素为N、P、K、Ca等，经过干燥后即可制得灰渣肥料。烟气净化箱主要采用多个栅格组成，栅格内填有经过干燥后炭粉，采用抽屉式安装方式，便于后续炭粉的更换。整套净化系统对颗粒物及氮氧化物的净化效果均能达到90%以上。
灰渣溶液处理过程：将灰渣溶液管道上的阀门开后，灰渣溶液流向蒸发池304，在这过程中溶液将经过活性炭渗滤装置对灰渣溶液进行净化处理；过滤装置303分为四层，上下层为石英砂、中间层为炭粉，炭粉由秸秆灰渣中提取。经过净化后的灰渣溶液流入蒸发池，经过蒸发干燥后即可得到秸秆灰渣肥料，燃烧1吨秸秆捆所产生的灰渣肥料中，钾素的质量约为4kg，磷素质量约为1kg，氮素质量约为2.5kg。肥料可再次用于农作物的生长，收获后得到的秸秆捆用于设备燃烧供暖，从而形成资源的循环利用。

Claims (7)

1.一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，包括秸秆捆烧供暖设备（1）、烟气净化装置；其特征在于：烟气净化装置包括旋风除尘器（202）、灰渣溶液池（204）、烟气净化箱（205）、灰渣溶液处理装置（3），秸秆捆烧供暖设备（1）的顶部连接旋风除尘器（202），旋风除尘器（202）的烟气出口连接烟气管道（201），烟气管道（201）的端部插入灰渣溶液池（204）中，灰渣溶液池（204）的上部连接烟气净化箱（205）；灰渣溶液池（204）的底部通过灰渣溶液管道（302）与灰渣溶液处理装置（3）相连，灰渣溶液处理装置（3）包括过滤装置（303）、蒸发池（304），灰渣溶液池（204）中设有筛网（211）；
所述灰渣溶液池（204）的侧边设有灰炭箱（216），灰渣溶液池（204）与灰炭箱（216）之间设有筛网移动装置，筛网移动装置包括传动链条(208)、链轮（212）、链轮电机（218）、转轴（209），传动链条(208)为两条，沿灰渣溶液池（204）侧壁对称布置，传动链条(208)位于链轮（212）上，链轮（212）连接有链轮电机（218）；传动链条(208)上设有转轴（209），筛网（211）的上端面通过转轴（209）分别设在两条传动链条(208)之间，灰渣溶液池（204）侧壁与传动链条(208)对应位置分别设有反转位置传感器(213)和正转位置传感器（215），传动链条(208)上层设有反转限位传感器（214），传动链条(208)下层设有正转限位传感器（219）。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，其特征在于：所述灰炭箱（216）为两个，分别设在灰渣溶液池（204）的前后两侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，其特征在于：灰渣溶液池（204）中设有搅拌器（203）。
4.根据权利要求3所述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，其特征在于：所述秸秆捆烧供暖设备（1）包括挡板（119）、烟气换热装置(116)、配风管道(104)、活动炉排(109)、下炉排（108）、灰渣室（107）、水套(118), 挡板（119）将炉膛分为两个燃烧室，挡板底部以下为第一燃烧室（110），挡板外侧为第二燃烧室（111），第二燃烧室(111)的上端设有烟气换热装置(116)，秸秆捆烧供暖设备（1）的外壁设有水套(118), 第一燃烧室(110)的下方设有活动炉排(109)，活动炉排(109)的下方设有下炉排（108），下炉排（108）的下方设有灰渣室（107）；所述灰渣室（107）的下端通过螺旋送料机（114）连接粉碎机（115），粉碎机（115）位于灰渣溶液池（204）的上方。
5.根据权利要求4所述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，其特征在于：所述转轴最低点与灰渣溶液液面有100-200mm高度差，筛网的底部与搅拌器之间有200-400mm的高度差。
6.根据权利要求5所述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统，其特征在于：所述过滤装置（303）分为四层，上下层为石英砂、中间层为炭粉，炭粉由秸秆灰渣中提取。
7.权利要求1所述的一种秸秆捆烧灰渣综合利用系统的利用方法，其特征在于包括如下步骤：将秸秆捆置于秸秆捆烧供暖设备中燃烧，秸秆捆燃烧过程中后将产生大量热烟气，燃尽后将产生秸秆灰渣；其中，热烟气与炉膛进行换热后排出炉膛，烟气通过灰渣溶液、烟气净化箱进行净化，排放到大气中；秸秆灰渣由炉膛清出，经过粉碎后的秸秆灰渣在灰渣溶液池中进行溶解，通过筛网过滤，灰渣溶液吸附烟气中NOx后，通过过滤装置、蒸发池对灰渣溶液进行吸附过滤和干燥后，与灰渣溶液池中底部不溶物进行混合后即可制得灰渣肥料；
螺旋送料机的动作为间歇式运动，当灰渣量达到灰渣室高度3/4时开始运动，直到灰渣量减少到1/4时停止运动，该运动可通过灰渣室的高度传感器（117）进行控制；灰渣落入到粉碎机后灰渣开始进行粉碎，通过多级粉碎后的秸秆灰渣控制其粒径在120目，粉碎机下端的出料口插入到灰渣溶液池内；粉碎机的运动与螺旋送料机的动作同步；筛网孔径为200目。
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