CN112552942A - 一种秸秆高效碳化还田装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种秸秆高效碳化还田装置，包括承载机架、预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、还田机构，承载机架下端面设行走轮，破碎腔、炭化腔均嵌于承载机架内，并通过导料管连通，炭化腔下端面通过分流机构与还田机构连通，预制上料机通过转台机构承载机架侧表面铰接，预制上料机构上端面与破碎腔上端面连通，尾气净化罐与承载机架间通过滑轨滑动连接。其使用方法包括设备组装，碳化预处理作业，碳化处理及秸秆还田等四个步骤。本发明一方面具有集成化、模块化、机械化及运行自动化程度高；另一方面可极大的提高秸秆还田作业的效率和提高秸秆还田后的降解效率，在提高农田肥力的同时克服传统秸秆还田后导致农田土壤结构收到破坏。

Description

一种秸秆高效碳化还田装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种接管还田设备及使用方法，属农业机械设备技术领域。

背景技术

目前在对秸秆等农作物废弃物进行处理作业时，由于直接焚烧会造成严重的环境污染，并具有极大的安全隐患，而作为饲料、造纸产业原料使用时，会导致土壤肥力下降严重，因此针对这一问题，当前主要是通过对秸秆进行粉碎后直接还田，虽然可以满足秸秆处理作业的需要，但传统的秸秆粉碎还田设备在运行中，一方面在存在设备通用性和使用灵活性差，往往仅能满足特定条件下粉碎还田作业的需要，从而严重增加了秸秆还田作业的成本；另一方面当前采用的秸秆粉碎后直接还田，同时还导致秸秆颗粒在土壤中降解效率低下、易对农作物根系发育时造成阻挡，导致根系发育困难，同时秸秆在降解腐烂中易产生对农作物根系发育造成不良影响的高温及有害微生物，因此导致当前秸秆粉碎还田严重影响了农作物正常发育，给农业生产造成较大的负面影响。

因此，针对这一问题，迫切需要开发一种全新的秸秆还田设备，以满足实际使用的需要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种秸秆高效碳化还田装置及制备方法，以达到秸秆还田作业和提高农田肥力的目的。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种秸秆高效碳化还田装置，包括承载机架、预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构及驱动电路，承载机架为轴向与水平面平行分布的框架结构，其下端面设行走轮，破碎腔、炭化腔均嵌于承载机架内，并沿竖直方向均布，其中破碎腔位于炭化腔上方，并通过导料管连通，炭化腔下端面通过分流机构与若干还田机构连通，还田机构与承载机架下端面通过转台机构铰接，还田结构间相互并联，其轴线与水平面呈0°—120°夹角，预制上料机构至少两个，对称分布在承载机架两侧，并通过转台机构承载机架侧表面铰接，其轴线与水平面呈0°—135°夹角，预制上料机构上端面与破碎腔上端面连通，其下端面位于还田机构下端面和承载机架下端面之间位置，尾气净化罐与承载机架间通过滑轨滑动连接，并通过导流管分别与负压泵和炭化腔连通，负压泵位于承载机架内，并通过导流管与炭化腔上端面连通，驱动电路与承载机架外表面连接，并分别与预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构电气连接。

进一步的，所述的预制上料机构包括上料管、上料绞龙、储料仓、输送链排及密封管，所述上料管通过转台机构与承载机架外侧面铰接，并与水平面呈0°—135°夹角，所述上料管下段嵌于储料仓内并与储料仓连通，上端面通过铰链与密封管后端面铰接，并呈45°—135°夹角，且所述密封管前端面与破碎腔连通，所述上料绞龙嵌于上料管内并与上料管同轴分布，且上料绞龙下端面超出上料管下端面至少10厘米，并位于储料仓内，上料绞龙上端面比密封管轴线上方，所述输送链排嵌于密封管内，其轴线与密封管轴线平行分布，且输送链排上端面比密封管轴线低0—5毫米，所述储料仓为横断面呈倒置等腰梯形的腔体结构，其内侧面通过升降驱动机构与上料管外表面滑动连接，且所述升降驱动机构两端均与上料管及储料仓铰接，并与上料管轴线呈0°—90°夹角，所述上料绞龙、输送链排及转台机构均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的破碎腔包括作业仓、粉碎辊、冷风机、分流板、喷淋嘴、粉碎电机及震荡机构，其中所述作业仓为轴向截面呈倒置锥形的密闭腔体结构，其上端面与设进料口，并通过进料口与预制上料机构连通，下端面设出料口，并通过出料口与导料管连通，所述粉碎辊、分流板、喷淋嘴均嵌于作业仓内，且所述分流板至少一个，位于粉碎辊上方并与作业仓内侧面铰接，所述分流板上端面与水平面呈0°—90°夹角，所述喷淋嘴若干，环绕作业仓轴线均布在分流板上方及下方并与作业仓内侧面铰接，且当分流板与水平面平行分布式，各喷淋嘴中的1/4—3/4的喷淋嘴与分流板上端面相交，所述喷淋嘴间相互并联，并分别通过导气管与冷风机连通，所述冷风机位于作业仓外，并与承载机架侧表面连接，所述震荡机构至少一个，与作业仓外表面连接，所述粉碎电机与作业仓外表面连接，并与粉碎辊连接，所述冷风机、分流板、粉碎电机及震荡机构均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的分流板包括定位座、承载杆、滚轮、翻转电机，所述承载底座为横断面呈矩形的柱状结构，其轴线与作业仓轴线垂直分布，所述定位座前端面通过转动轴与翻转电机连接，且传动轴对应作业仓侧壁设导向轴孔，并通过导向轴孔与作业仓滑动连接，所述翻转电机与作业仓外表面连接并与驱动电路电气连接，所述定位座后端面设至少一条连接滑槽，并通过连接滑槽与承载杆连接，所述承载杆至少两条，承载杆与定位座分布在同一平面内，且各承载杆间相互平行分布并与定位底座后端面垂直分布，所述承载杆上设若干与承载杆同轴分布并沿承载杆轴线方向均布的定位孔，且每个定位孔内均设一个滚轮，所述滚轮与承载杆同轴分布，且滚轮超出承载杆上端面及下端面至少5毫米。

进一步的，所述的炭化腔包括碳化罐、药剂喷淋罐、电加热机构、搅拌轴、搅拌电动机、出风口、回风口、喷淋口、热风机、喷淋泵、空气传感器、温湿度传感器，所述碳化罐为横断面呈倒置等腰梯形的密闭腔体结构，其上端面设一个与其同轴分布的加料口，并通过加料口与导料管连通，所述碳化罐下端面均布若干还田口，并通过还田口与还田机构连通，所述搅拌轴至少一条，嵌于碳化罐内并与搅拌电动机连接，所述搅拌电动机至少一个并与碳化罐外表面连接，所述出风口至少一个，位于碳化罐上端面，且碳化罐通过出风口与负压泵连通，所述回风口位于碳化罐侧表面，至少一个并通过导流管与尾气净化罐连通，所述电加热机构至少一个，嵌于碳化罐内并环绕碳化罐轴线均布在碳化罐内表面，所述热风机至少一个，与承载机架连接，并通过三通阀与尾气净化罐和回风口连通的导流管连通，并通过导流管与回风口相互连通，所述喷淋口至少两个，位于碳化罐内并与碳化罐上端面连接，且各喷淋口轴线与碳化罐轴线相交，所述喷流口间相互并联，并通过喷淋泵与药剂喷淋罐连通，所述药剂喷淋罐和喷淋泵均与碳化罐外表面连接，所述空气传感器、温湿度传感器均至少一个，位于碳化罐内并与碳化罐顶部连接，且空气传感器、温湿度传感器环绕出风口均布，所述电加热机构、搅拌电动机、热风机、空气传感器、温湿度传感器均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的导料管包括输送管、输送绞龙、震动机构、电加热丝，所述输送管两端分别设连接法兰，并通过连接法兰与破碎腔、炭化腔连通，所述输送绞龙嵌于输送管内并与输送管同轴分布， 所述震动机构至少一个并与输送管外表面连接，所述电加热丝至少一条，嵌于输送管管壁内表面，并环绕输送管轴线均布，所述输送绞龙、震动机构、电加热丝均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的尾气净化罐包括罐体、净化洗涤液、半导体制冷机构、过滤网、静电吸附网、进气管、温度传感器，所述罐体为轴线与水平面垂直分布的闭合腔体结构，其上端面设一个进气口和一个出气口，所述净化洗涤液位于罐体内，且液面高度不小于罐体高度的1/4，所述进气管位于罐体内，与罐体轴线平行分布，其下端面与罐体底部间间距为3—20毫米并位于净化洗涤液液面下，上端面与进气口连通，所述过滤网、静电吸附网均位于罐体内，沿着罐体轴线自上向下均布，与罐体同轴分布并位于净化洗涤液上方至少5厘米处，所述静电吸附网至少两层，分别位于过滤网下方及上方位置，且过滤网、静电吸附网间间距为5—50毫米，所述半导体制冷机构至少两个，环绕罐体轴线均布且其制冷端与罐体底部连接，所述温度传感器与罐体内侧面连接并位于净化洗涤液液面下方，所述半导体制冷机构、静电吸附网、温度传感器均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的还田机构包括承载龙骨、分流管、导向绞龙、柔性连接管、硬质布撒管、犁铧、覆土轮及升降驱动机构，所述承载龙骨为轴线与水平面平行分布的矩形框架结构，其上端面通过转台机构与承载机架铰接，所述分流管为轴线与水平面平行分布的圆柱管状结构，并嵌于承载龙骨上端面，所述分流管内设与分流管同轴分布的导向绞龙，上端面设引流口，并通过引流口与炭化腔连通，下端面沿分流管轴线方向均布若干分料口，且各分料口分别通过柔性连接管与硬质布撒管上端面连通，所述硬质布撒管至少两条，嵌于承载龙骨内并通过升降驱动机构承载龙骨滑动连接，且各硬质布撒管上端面均通过柔性连接管与分流管连通，所述犁铧包覆在硬质布撒管下半部的前端面，且犁铧下端面比硬质布撒管下端面低至少10毫米，此外，所述升降驱动机构另与驱动电路间电气连接。

进一步的，所述的驱动电路为基于可编程控制器及物联网控制器中任意一种或两种共用为基础的电路系统。

一种秸秆高效碳化还田装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，设备组装，首先对构成本发明的承载机架、预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构及驱动电路进行组装，并使承载机架通过牵引机构与牵引车辆间连接，同时向炭化腔的药剂喷淋罐添加喷淋用辅助药剂、向尾气净化罐中添加净化洗涤液，并使本发明在牵引车辆驱动下随牵引车辆在农田内运行，同时对碳化腔进行预热升温；

S2，碳化预处理作业，完成S1步骤且本发明随牵引车辆在同步运行中，首先讲经过收割后的结构添加到预制上料机构储料仓内，由储料仓对秸秆进行整体收集然后在上料绞龙、输送链排驱动驱动下通过上料管、密封管添加到破碎腔内，并由破碎腔对秸秆进行分流板进行承载，并在承载过程中进行0℃—10℃环境下低温冻干作业，然后在完成初步冻干作业后通过粉碎辊进行粉碎作业，然后将粉碎后的秸秆通过导料管输送至炭化腔内；

S3，碳化处理，在S2步骤粉碎后的秸秆进入到炭化腔内后，通过负压泵讲碳化腔内空气排出，实现秸秆在高温低氧环境下实现对秸秆进行碳化作业，并在碳化腔进行碳化作业时，将尾气输送至尾气净化罐内进行净化作业，防止尾气造成的污染，同时经过净化后的含有预热且氧气含量低的尾气在热风机二次加热后再次返回到碳化腔内，辅助碳化腔对秸秆进行加热碳化作业；此外在碳化作业中，另通过喷淋泵向碳化硅内喷淋药剂喷淋罐内药剂，提高碳化效率；

S4，秸秆还田，完成碳化作业后的秸秆碳颗粒从炭化腔中排出，且秸秆碳颗粒从炭化腔中排出时的温度不小于85℃，秸秆碳颗粒从碳化腔输送至还田机构中，一方面通过还田机构的硬质布撒管撒布至犁铧开挖的沟槽中，另一方面通过覆土轮对秸秆碳颗粒进行掩埋，同时利用制备的秸秆碳颗粒的余热对农田土壤进行加热，利用高温环境对土壤中的害虫、虫卵及有害微生物进行杀灭，从而完成秸秆还田处理。

本发明较传统的秸秆还田设备，一方面具有集成化、模块化、机械化及运行自动化程度高，可有效满足与多种农业机械设备同步运行及满足对多种类型秸秆高效还田作业的需要，且秸秆还田工作效率高，资源浪费及运行能耗低；另一方面可极大的提高秸秆还田作业的效率和提高秸秆还田后的降解效率，在提高农田肥力的同时克服传统秸秆还田后导致农田土壤结构收到破坏，影响农作物根系发育的弊端；此外本新型在进行秸秆还田时，另可有效对农田土壤中的害虫、虫卵及有害微生物进行有效的祛除和杀灭，从而有效降低农田病虫害，提高农作物发育健康、安全和效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明整机结构示意图；

图2为预制上料机构结构示意图；

图3为破碎腔结构示意图；

图4为炭化腔结构示意图；

图5为导料管结构示意图；

图6为尾气净化罐结构示意图；

图7为尾气净化罐结构示意图；

图8为本发明方法流程图。

具体实施方式

为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-7所示，一种秸秆高效碳化还田装置，包括承载机架1、预制上料机构2、破碎腔3、炭化腔4、尾气净化罐5、负压泵6、还田机构7及驱动电路8，承载机架1为轴向与水平面平行分布的框架结构，其下端面设行走轮9，破碎腔3、炭化腔4均嵌于承载机架1内，并沿竖直方向均布，其中破碎腔3位于炭化腔4上方，并通过导料管10连通，炭化腔3下端面通过分流机构11与若干还田机构7连通，还田机构7与承载机架1下端面通过转台机构12铰接，还田结构7间相互并联，其轴线与水平面呈0°—120°夹角，预制上料机构2至少两个，对称分布在承载机架1两侧，并通过转台机构12承载机架1侧表面铰接，其轴线与水平面呈0°—135°夹角，预制上料机构2上端面与破碎腔3上端面连通，其下端面位于还田机构7下端面和承载机架1下端面之间位置，尾气净化罐5与承载机架1间通过滑轨13滑动连接，并通过导流管14分别与负压泵6和炭化腔4连通，负压泵6位于承载机架1内，并通过导流管14与炭化腔4上端面连通，驱动电路8与承载机架1外表面连接，并分别与预制上料机构2、破碎腔3、炭化腔4、尾气净化罐5、负压泵6、还田机构7电气连接。

本实施例中，所述的预制上料机构2包括上料管21、上料绞龙22、储料仓23、输送链排24及密封管25，所述上料管21通过转台机构12与承载机架1外侧面铰接，并与水平面呈0°—135°夹角，所述上料管21下段嵌于储料仓23内并与储料仓23连通，上端面通过铰链与密封管25后端面铰接，并呈45°—135°夹角，且所述密封管25前端面与破碎腔3连通，所述上料绞龙22嵌于上料管21内并与上料管21同轴分布，且上料绞龙22下端面超出上料管21下端面至少10厘米，并位于储料仓23内，上料绞龙22上端面比密封管25轴线上方，所述输送链排24嵌于密封管25内，其轴线与密封管25轴线平行分布，且输送链排24上端面比密封管25轴线低0—5毫米，所述储料仓23为横断面呈倒置等腰梯形的腔体结构，其内侧面通过升降驱动机构15与上料管21外表面滑动连接，且所述升降驱动机构15两端均与上料管21及储料仓23铰接，并与上料管21轴线呈0°—90°夹角，所述上料绞龙22、输送链排24及转台机构12均与驱动电路8电气连接。

本实施例中，所述的破碎腔3包括作业仓31、粉碎辊32、冷风机33、分流板34、喷淋嘴35、粉碎电机36及震荡机构37，其中所述作业仓31为轴向截面呈倒置锥形的密闭腔体结构，其上端面与设进料口38，并通过进料口38与预制上料机构2连通，下端面设出料口39，并通过出料口39与导料管10连通，所述粉碎辊32、分流板34、喷淋嘴35均嵌于作业仓31内，且所述分流板34至少一个，位于粉碎辊32上方并与作业仓31内侧面铰接，所述分流板34上端面与水平面呈0°—90°夹角，所述喷淋嘴35若干，环绕作业仓31轴线均布在分流板34上方及下方并与作业仓31内侧面铰接，且当分流板34与水平面平行分布式，各喷淋嘴35中的1/4—3/4的喷淋嘴35与分流板34上端面相交，所述喷淋嘴35间相互并联，并分别通过导气管30与冷风机33连通，所述冷风机33位于作业仓31外，并与承载机架1侧表面连接，所述震荡机构37至少一个，与作业仓31外表面连接，所述粉碎电机36与作业仓31外表面连接，并与粉碎辊32连接，所述冷风机33、分流板34、粉碎电机36及震荡机构37均与驱动电路8电气连接。

进一步说明的，所述的分流板34包括定位座341、承载杆342、滚轮343、翻转电机345，所述承载底座341为横断面呈矩形的柱状结构，其轴线与作业仓31轴线垂直分布，所述定位座341前端面通过转动轴347与翻转电机345连接，且传动轴347对应作业仓31侧壁设导向轴孔346，并通过导向轴孔346与作业仓31滑动连接，所述翻转电机345与作业仓31外表面连接并与驱动电路8电气连接，所述定位座341后端面设至少一条连接滑槽348，并通过连接滑槽348与承载杆342连接，所述承载杆342至少两条，承载杆342与定位座341分布在同一平面内，且各承载杆341间相互平行分布并与定位底座341后端面垂直分布，所述承载杆341上设若干与承载杆341同轴分布并沿承载杆341轴线方向均布的定位孔349，且每个定位孔349内均设一个滚轮343，所述滚轮343与承载杆342同轴分布，且滚轮343超出承载杆342上端面及下端面至少5毫米。

重点说明的，所述的炭化腔4包括碳化罐41、药剂喷淋罐42、电加热机构43、搅拌轴44、搅拌电动机45、出风口46、回风口403、喷淋口47、热风机48、喷淋泵404、空气传感器49、温湿度传感器40，所述碳化罐41为横断面呈倒置等腰梯形的密闭腔体结构，其上端面设一个与其同轴分布的加料口401，并通过加料口401与导料管10连通，所述碳化罐41下端面均布若干还田口402，并通过还田口402与还田机构7连通，所述搅拌轴44至少一条，嵌于碳化罐41内并与搅拌电动机45连接，所述搅拌电动机45至少一个并与碳化罐41外表面连接，所述出风口46至少一个，位于碳化罐41上端面，且碳化罐41通过出风口46与负压泵6连通，所述回风口403位于碳化罐41侧表面，至少一个并通过导流管14与尾气净化罐5连通，所述电加热机构43至少一个，嵌于碳化罐41内并环绕碳化罐41轴线均布在碳化罐41内表面，所述热风机48至少一个，与承载机架1连接，并通过三通阀16与尾气净化罐5和回风口403连通的导流管14连通，并通过导流管14与回风口403相互连通，所述喷淋口47至少两个，位于碳化罐41内并与碳化罐41上端面连接，且各喷淋口47轴线与碳化罐41轴线相交，所述喷流口47间相互并联，并通过喷淋泵404与药剂喷淋罐42连通，所述药剂喷淋罐42和喷淋泵404均与碳化罐41外表面连接，所述空气传感器49、温湿度传感器40均至少一个，位于碳化罐41内并与碳化罐41顶部连接，且空气传感器49、温湿度传感器40环绕出风口46均布，所述电加热机构43、搅拌电动机45、热风机48、空气传感器49、温湿度传感器40均与驱动电路8电气连接。

同时，所述的导料管10包括输送管110、输送绞龙120、震动机构130、电加热丝140，所述输送管110两端分别设连接法兰150，并通过连接法兰150与破碎腔3、炭化腔4连通，所述输送绞龙120嵌于输送管110内并与输送管110同轴分布， 所述震动机构130至少一个并与输送管110外表面连接，所述电加热丝140至少一条，嵌于输送管110管壁内表面，并环绕输送管110轴线均布，所述输送绞龙120、震动机构130、电加热丝140均与驱动电路8电气连接。

此外，所述的尾气净化罐5包括罐体51、净化洗涤液52、半导体制冷机构53、过滤网54、静电吸附网55、进气管56、温度传感器57，所述罐体51为轴线与水平面垂直分布的闭合腔体结构，其上端面设一个进气口58和一个出气口59，所述净化洗涤液52位于罐体51内，且液面高度不小于罐体51高度的1/4，所述进气管56位于罐体51内，与罐体51轴线平行分布，其下端面与罐体51底部间间距为3—20毫米并位于净化洗涤液52液面下，上端面与进气口58连通，所述过滤网54、静电吸附网55均位于罐体51内，沿着罐体51轴线自上向下均布，与罐体51同轴分布并位于净化洗涤液52上方至少5厘米处，所述静电吸附网55至少两层，分别位于过滤网54下方及上方位置，且过滤网54、静电吸附网55间间距为5—50毫米，所述半导体制冷机构53至少两个，环绕罐体51轴线均布且其制冷端与罐体51底部连接，所述温度传感器57与罐体51内侧面连接并位于净化洗涤液52液面下方，所述半导体制冷机构53、静电吸附网55、温度传感器57均与驱动电路8电气连接。

另外需要说明的，所述的还田机构7包括承载龙骨71、分流管72、导向绞龙73、柔性连接管74、硬质布撒管75、犁铧76、覆土轮77及升降驱动机构15，所述承载龙骨71为轴线与水平面平行分布的矩形框架结构，其上端面通过转台机构12与承载机架1铰接，所述分流管72为轴线与水平面平行分布的圆柱管状结构，并嵌于承载龙骨71上端面，所述分流管72内设与分流管72同轴分布的导向绞龙73，上端面设引流口78，并通过引流口78与炭化腔4连通，下端面沿分流管72轴线方向均布若干分料口79，且各分料口79分别通过柔性连接管74与硬质布撒管75上端面连通，所述硬质布撒管75至少两条，嵌于承载龙骨71内并通过升降驱动机构15承载龙骨71滑动连接，且各硬质布撒管75上端面均通过柔性连接管74与分流管72连通，所述犁铧76包覆在硬质布撒管75下半部的前端面，且犁铧76下端面比硬质布撒管75下端面低至少10毫米，此外，所述升降驱动机构15另与驱动电路8间电气连接。

本实施例中，所述的驱动电路8为基于可编程控制器及物联网控制器中任意一种或两种共用为基础的电路系统。

如图8所示，一种秸秆高效碳化还田装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，设备组装，首先对构成本发明的承载机架、预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构及驱动电路进行组装，并使承载机架通过牵引机构与牵引车辆间连接，同时向炭化腔的药剂喷淋罐添加喷淋用辅助药剂、向尾气净化罐中添加净化洗涤液，并使本发明在牵引车辆驱动下随牵引车辆在农田内运行，同时对碳化腔进行预热升温；

S2，碳化预处理作业，完成S1步骤且本发明随牵引车辆在同步运行中，首先讲经过收割后的结构添加到预制上料机构储料仓内，由储料仓对秸秆进行整体收集然后在上料绞龙、输送链排驱动驱动下通过上料管、密封管添加到破碎腔内，并由破碎腔对秸秆进行分流板进行承载，并在承载过程中进行0℃—10℃环境下低温冻干作业，然后在完成初步冻干作业后通过粉碎辊进行粉碎作业，然后将粉碎后的秸秆通过导料管输送至炭化腔内；

S3，碳化处理，在S2步骤粉碎后的秸秆进入到炭化腔内后，通过负压泵讲碳化腔内空气排出，实现秸秆在高温低氧环境下实现对秸秆进行碳化作业，并在碳化腔进行碳化作业时，将尾气输送至尾气净化罐内进行净化作业，防止尾气造成的污染，同时经过净化后的含有预热且氧气含量低的尾气在热风机二次加热后再次返回到碳化腔内，辅助碳化腔对秸秆进行加热碳化作业；此外在碳化作业中，另通过喷淋泵向碳化硅内喷淋药剂喷淋罐内药剂，提高碳化效率；

S4，秸秆还田，完成碳化作业后的秸秆碳颗粒从炭化腔中排出，且秸秆碳颗粒从炭化腔中排出时的温度不小于85℃，秸秆碳颗粒从碳化腔输送至还田机构中，一方面通过还田机构的硬质布撒管撒布至犁铧开挖的沟槽中，另一方面通过覆土轮对秸秆碳颗粒进行掩埋，同时利用制备的秸秆碳颗粒的余热对农田土壤进行加热，利用高温环境对土壤中的害虫、虫卵及有害微生物进行杀灭，从而完成秸秆还田处理。

本发明较传统的秸秆还田设备，一方面具有集成化、模块化、机械化及运行自动化程度高，可有效满足与多种农业机械设备同步运行及满足对多种类型秸秆高效还田作业的需要，且秸秆还田工作效率高，资源浪费及运行能耗低；另一方面可极大的提高秸秆还田作业的效率和提高秸秆还田后的降解效率，在提高农田肥力的同时克服传统秸秆还田后导致农田土壤结构收到破坏，影响农作物根系发育的弊端；此外本新型在进行秸秆还田时，另可有效对农田土壤中的害虫、虫卵及有害微生物进行有效的祛除和杀灭，从而有效降低农田病虫害，提高农作物发育健康、安全和效率。

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 (10)

1.一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述秸秆高效碳化还田装置包括承载机架、预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构及驱动电路，其中所述承载机架为轴向与水平面平行分布的框架结构，其下端面设行走轮，所述破碎腔、炭化腔均嵌于承载机架内，并沿竖直方向均布，其中所述破碎腔位于炭化腔上方，并通过导料管连通，所述炭化腔下端面通过分流机构与若干还田机构连通，所述还田机构与承载机架下端面通过转台机构铰接，所述还田结构间相互并联，其轴线与水平面呈0°—120°夹角，所述预制上料机构至少两个，对称分布在承载机架两侧，并通过转台机构承载机架侧表面铰接，其轴线与水平面呈0°—135°夹角，所述预制上料机构上端面与破碎腔上端面连通，其下端面位于还田机构下端面和承载机架下端面之间位置，所述尾气净化罐与承载机架间通过滑轨滑动连接，并通过导流管分别与负压泵和炭化腔连通，所述负压泵位于承载机架内，并通过导流管与炭化腔上端面连通，所述驱动电路与承载机架外表面连接，并分别与预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的预制上料机构包括上料管、上料绞龙、储料仓、输送链排及密封管，所述上料管通过转台机构与承载机架外侧面铰接，并与水平面呈0°—135°夹角，所述上料管下段嵌于储料仓内并与储料仓连通，上端面通过铰链与密封管后端面铰接，并呈45°—135°夹角，且所述密封管前端面与破碎腔连通，所述上料绞龙嵌于上料管内并与上料管同轴分布，且上料绞龙下端面超出上料管下端面至少10厘米，并位于储料仓内，上料绞龙上端面比密封管轴线上方，所述输送链排嵌于密封管内，其轴线与密封管轴线平行分布，且输送链排上端面比密封管轴线低0—5毫米，所述储料仓为横断面呈倒置等腰梯形的腔体结构，其内侧面通过升降驱动机构与上料管外表面滑动连接，且所述升降驱动机构两端均与上料管及储料仓铰接，并与上料管轴线呈0°—90°夹角，所述上料绞龙、输送链排及转台机构均与驱动电路电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的破碎腔包括作业仓、粉碎辊、冷风机、分流板、喷淋嘴、粉碎电机及震荡机构，其中所述作业仓为轴向截面呈倒置锥形的密闭腔体结构，其上端面与设进料口，并通过进料口与预制上料机构连通，下端面设出料口，并通过出料口与导料管连通，所述粉碎辊、分流板、喷淋嘴均嵌于作业仓内，且所述分流板至少一个，位于粉碎辊上方并与作业仓内侧面铰接，所述分流板上端面与水平面呈0°—90°夹角，所述喷淋嘴若干，环绕作业仓轴线均布在分流板上方及下方并与作业仓内侧面铰接，且当分流板与水平面平行分布式，各喷淋嘴中的1/4—3/4的喷淋嘴与分流板上端面相交，所述喷淋嘴间相互并联，并分别通过导气管与冷风机连通，所述冷风机位于作业仓外，并与承载机架侧表面连接，所述震荡机构至少一个，与作业仓外表面连接，所述粉碎电机与作业仓外表面连接，并与粉碎辊连接，所述冷风机、分流板、粉碎电机及震荡机构均与驱动电路电气连接。

4.根据权利要求3所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的分流板包括定位座、承载杆、滚轮、翻转电机，所述承载底座为横断面呈矩形的柱状结构，其轴线与作业仓轴线垂直分布，所述定位座前端面通过转动轴与翻转电机连接，且传动轴对应作业仓侧壁设导向轴孔，并通过导向轴孔与作业仓滑动连接，所述翻转电机与作业仓外表面连接并与驱动电路电气连接，所述定位座后端面设至少一条连接滑槽，并通过连接滑槽与承载杆连接，所述承载杆至少两条，承载杆与定位座分布在同一平面内，且各承载杆间相互平行分布并与定位底座后端面垂直分布，所述承载杆上设若干与承载杆同轴分布并沿承载杆轴线方向均布的定位孔，且每个定位孔内均设一个滚轮，所述滚轮与承载杆同轴分布，且滚轮超出承载杆上端面及下端面至少5毫米。

5.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的炭化腔包括碳化罐、药剂喷淋罐、电加热机构、搅拌轴、搅拌电动机、出风口、回风口、喷淋口、热风机、喷淋泵、空气传感器、温湿度传感器，所述碳化罐为横断面呈倒置等腰梯形的密闭腔体结构，其上端面设一个与其同轴分布的加料口，并通过加料口与导料管连通，所述碳化罐下端面均布若干还田口，并通过还田口与还田机构连通，所述搅拌轴至少一条，嵌于碳化罐内并与搅拌电动机连接，所述搅拌电动机至少一个并与碳化罐外表面连接，所述出风口至少一个，位于碳化罐上端面，且碳化罐通过出风口与负压泵连通，所述回风口位于碳化罐侧表面，至少一个并通过导流管与尾气净化罐连通，所述电加热机构至少一个，嵌于碳化罐内并环绕碳化罐轴线均布在碳化罐内表面，所述热风机至少一个，与承载机架连接，并通过三通阀与尾气净化罐和回风口连通的导流管连通，并通过导流管与回风口相互连通，所述喷淋口至少两个，位于碳化罐内并与碳化罐上端面连接，且各喷淋口轴线与碳化罐轴线相交，所述喷流口间相互并联，并通过喷淋泵与药剂喷淋罐连通，所述药剂喷淋罐和喷淋泵均与碳化罐外表面连接，所述空气传感器、温湿度传感器均至少一个，位于碳化罐内并与碳化罐顶部连接，且空气传感器、温湿度传感器环绕出风口均布，所述电加热机构、搅拌电动机、热风机、空气传感器、温湿度传感器均与驱动电路电气连接。

6.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的导料管包括输送管、输送绞龙、震动机构、电加热丝，所述输送管两端分别设连接法兰，并通过连接法兰与破碎腔、炭化腔连通，所述输送绞龙嵌于输送管内并与输送管同轴分布，所述震动机构至少一个并与输送管外表面连接，所述电加热丝至少一条，嵌于输送管管壁内表面，并环绕输送管轴线均布，所述输送绞龙、震动机构、电加热丝均与驱动电路电气连接。

7.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的尾气净化罐包括罐体、净化洗涤液、半导体制冷机构、过滤网、静电吸附网、进气管、温度传感器，所述罐体为轴线与水平面垂直分布的闭合腔体结构，其上端面设一个进气口和一个出气口，所述净化洗涤液位于罐体内，且液面高度不小于罐体高度的1/4，所述进气管位于罐体内，与罐体轴线平行分布，其下端面与罐体底部间间距为3—20毫米并位于净化洗涤液液面下，上端面与进气口连通，所述过滤网、静电吸附网均位于罐体内，沿着罐体轴线自上向下均布，与罐体同轴分布并位于净化洗涤液上方至少5厘米处，所述静电吸附网至少两层，分别位于过滤网下方及上方位置，且过滤网、静电吸附网间间距为5—50毫米，所述半导体制冷机构至少两个，环绕罐体轴线均布且其制冷端与罐体底部连接，所述温度传感器与罐体内侧面连接并位于净化洗涤液液面下方，所述半导体制冷机构、静电吸附网、温度传感器均与驱动电路电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的还田机构包括承载龙骨、分流管、导向绞龙、柔性连接管、硬质布撒管、犁铧、覆土轮及升降驱动机构，所述承载龙骨为轴线与水平面平行分布的矩形框架结构，其上端面通过转台机构与承载机架铰接，所述分流管为轴线与水平面平行分布的圆柱管状结构，并嵌于承载龙骨上端面，所述分流管内设与分流管同轴分布的导向绞龙，上端面设引流口，并通过引流口与炭化腔连通，下端面沿分流管轴线方向均布若干分料口，且各分料口分别通过柔性连接管与硬质布撒管上端面连通，所述硬质布撒管至少两条，嵌于承载龙骨内并通过升降驱动机构承载龙骨滑动连接，且各硬质布撒管上端面均通过柔性连接管与分流管连通，所述犁铧包覆在硬质布撒管下半部的前端面，且犁铧下端面比硬质布撒管下端面低至少10毫米，此外，所述升降驱动机构另与驱动电路间电气连接。

9.根据权利要求1所述的一种秸秆高效碳化还田装置，其特征在于：所述的驱动电路为基于可编程控制器及物联网控制器中任意一种或两种共用为基础的电路系统。

10.一种秸秆高效碳化还田装置的使用方法，其特征在于：所述的秸秆高效碳化还田装置的使用方法包括以下步骤：

S1，设备组装，首先对构成本发明的承载机架、预制上料机构、破碎腔、炭化腔、尾气净化罐、负压泵、还田机构及驱动电路进行组装，并使承载机架通过牵引机构与牵引车辆间连接，同时向炭化腔的药剂喷淋罐添加喷淋用辅助药剂、向尾气净化罐中添加净化洗涤液，并使本发明在牵引车辆驱动下随牵引车辆在农田内运行，同时对碳化腔进行预热升温；

S2，碳化预处理作业，完成S1步骤且本发明随牵引车辆在同步运行中，首先讲经过收割后的结构添加到预制上料机构储料仓内，由储料仓对秸秆进行整体收集然后在上料绞龙、输送链排驱动驱动下通过上料管、密封管添加到破碎腔内，并由破碎腔对秸秆进行分流板进行承载，并在承载过程中进行0℃—10℃环境下低温冻干作业，然后在完成初步冻干作业后通过粉碎辊进行粉碎作业，然后将粉碎后的秸秆通过导料管输送至炭化腔内；

S3，碳化处理，在S2步骤粉碎后的秸秆进入到炭化腔内后，通过负压泵讲碳化腔内空气排出，实现秸秆在高温低氧环境下实现对秸秆进行碳化作业，并在碳化腔进行碳化作业时，将尾气输送至尾气净化罐内进行净化作业，防止尾气造成的污染，同时经过净化后的含有预热且氧气含量低的尾气在热风机二次加热后再次返回到碳化腔内，辅助碳化腔对秸秆进行加热碳化作业；此外在碳化作业中，另通过喷淋泵向碳化硅内喷淋药剂喷淋罐内药剂，提高碳化效率；

S4，秸秆还田，完成碳化作业后的秸秆碳颗粒从炭化腔中排出，且秸秆碳颗粒从炭化腔中排出时的温度不小于85℃，秸秆碳颗粒从碳化腔输送至还田机构中，一方面通过还田机构的硬质布撒管撒布至犁铧开挖的沟槽中，另一方面通过覆土轮对秸秆碳颗粒进行掩埋，同时利用制备的秸秆碳颗粒的余热对农田土壤进行加热，利用高温环境对土壤中的害虫、虫卵及有害微生物进行杀灭，从而完成秸秆还田处理。

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