一種對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行無煙炭化處理的裝置的制造方法
【專利說明】一種對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行無煙炭化處理的裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及秸桿環(huán)保炭化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)農(nóng)作物秸桿進(jìn)行無煙環(huán)保炭化處理的裝置。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量農(nóng)作物秸桿，以稻草為例，2012年全國稻谷的產(chǎn)量約為2.01億噸(中國農(nóng)業(yè)年鑒，2012)，每公斤稻谷將伴隨著1-1.5kg的稻草產(chǎn)生(Karimi 等，2006，B1mass and B1energy),因此每年稻草產(chǎn)量在 2.01-3.01億噸。如果將作物秸桿還田，一方面數(shù)量太大并不現(xiàn)實(shí)；更重要的是，返還到田里的大部分有機(jī)物將逐漸被微生物分解，并向大氣中釋放CH4、N2O和CO2等溫室氣體(Zou等，2005，Global B1geochemical Cycles)。將作物秸桿直接燃燒，將產(chǎn)生大量的PM2.5和PMlO等顆粒物質(zhì)，在作物收獲季節(jié)大量焚燒秸桿，產(chǎn)生的PM2.5已成為大氣污染物的重要來源，更成為近年來全國性的環(huán)境污染問題。田間明火焚燒小麥、玉米和水稻秸桿產(chǎn)生的PM2.5可達(dá)7.2-39.0 g/kg(祝斌等，2005，環(huán)境科學(xué)研究)，Wang等研究表明，生物質(zhì)燃燒對(duì)北京和廣州空氣中PM2.5的貢獻(xiàn)分別達(dá)到了 3.0-16.8%和4.0-19.0%(ffang等，2007，Atmospheric Environment)。
[0005]在厭氧或者絕氧的條件下將有機(jī)物料進(jìn)行熱解，可以生成一種類似黑炭的固體物質(zhì)，一般稱之為生物質(zhì)炭(Lehmann, 2007, Nature)。生物質(zhì)炭是有機(jī)物料不完全燃燒的產(chǎn)物，它富含K、Ca、Mg和P等農(nóng)作物所需的養(yǎng)分,可提高土壤的肥力(Lehmann和Rondon,2006, B1logical Approaches to Sustainable Soil Systems);而且一般呈喊性，可以用作酸性土壤的改良劑，降低土壤酸度(Yuan等，2011，B1resource Technology),提高農(nóng)作物的產(chǎn)量；生物質(zhì)炭表面帶有大量負(fù)電荷，通過改變土壤性質(zhì)顯著提高氮肥和磷肥利用率(姜軍等，發(fā)明專利，ZL 201210488366.9; Jiang等，2015，Soil andTillage Research) 0同時(shí)生物質(zhì)炭比表面積和表面電荷密度高，富含有機(jī)官能團(tuán)，對(duì)重金屬和有機(jī)污染物具有很強(qiáng)的吸附性能，可用在有機(jī)和無機(jī)廢水的處理(Pan等，2014，Chemosphere;袁敏等，2012，生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào))，也可用于重金屬污染土壤的修復(fù)(Jiang 等，2012，Journal of Hazardous Materials; Jiang 等，2012，Chemosphere)。并且生物質(zhì)炭可將碳有效封存,施入土壤中的生物質(zhì)炭具有很高的穩(wěn)定性，不易被土壤微生物分解(Steinbeiss 等，2009，Soil B1logy & B1chemistry),生物質(zhì)炭對(duì)增加土壤碳庫儲(chǔ)量，減少全球溫室氣體排放，維持生態(tài)系統(tǒng)碳元素平衡意義重大(Lehmann, 2007，Nature),生物質(zhì)炭甚至可能成為緩解氣候變化的碳交易的重要方式(潘根興等，2010，生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào))。
[0006]但是秸桿燜燒過程中產(chǎn)生的PM2.5是明火的2.4-11.5倍，高達(dá)67.6-104.6 g/kg(祝斌等，2005，環(huán)境科學(xué)研究)。如果生物質(zhì)炭制備過程中不采取凈化煙氣的措施，反而將造成更嚴(yán)重的空氣污染。另外，目前用于制備生物質(zhì)炭的許多裝置采用外加熱法，需要消耗大量能源，如能利用農(nóng)業(yè)廢棄物熱解過程中釋放的熱量使其炭化，也將大大降低生物質(zhì)炭的能源消耗與制備成本。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]解決的技術(shù)問題:本發(fā)明提供了一種對(duì)農(nóng)作物秸桿進(jìn)行無煙炭化處理的裝置。利用作物秸桿生產(chǎn)出來的生物質(zhì)炭可用于改良土壤、處理廢水、封存碳等。該裝置是根據(jù)作物秸桿燜燒和煙氣產(chǎn)生的特點(diǎn)，改進(jìn)我們已有的秸桿炭化裝置(實(shí)用新型專利，CN201962245U)，增加煙氣凈化系統(tǒng)，最終達(dá)到優(yōu)化炭化過程，改善生物質(zhì)炭產(chǎn)品質(zhì)量，消除炭化過程中產(chǎn)生的大氣顆粒污染物(PM2.5和PM10)的目的。
[0009]技術(shù)方案:一種對(duì)農(nóng)作物秸桿進(jìn)行無煙炭化處理的裝置，包括炭化爐和凈化裝置兩部分組成；所述炭化爐包括有夾嵌保溫材料石棉板的爐蓋，爐體外殼，炭化室，底板，灰口，煙筒，爐門和進(jìn)風(fēng)口，炭化室下部設(shè)有爐箅，爐體外殼與炭化室之間填充有保溫材料耐火磚，進(jìn)風(fēng)口位于爐門和灰口的對(duì)面爐體上，煙筒設(shè)于炭化爐上部的兩側(cè)，爐蓋通過鉸鏈與爐體外殼轉(zhuǎn)動(dòng)連接，爐蓋通過設(shè)于爐體外殼上的卡扣閉合，灰口位于爐體的底部，爐門設(shè)于灰口上，整個(gè)爐體置于底板上，爐蓋的中央設(shè)有溫度儀；所述凈化裝置包括煙氣三通，軸流交流風(fēng)機(jī)，PPR轉(zhuǎn)接頭，噴淋頭，波形管，PPR三通，控制球閥，磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，外側(cè)球閥，不銹鋼框架和收集桶，所述炭化爐煙筒和凈化裝置的煙氣三通通過引流煙道相連，煙氣三通上設(shè)有軸流交流風(fēng)機(jī)，軸流交流風(fēng)機(jī)通過逐級(jí)降低口徑的PPR轉(zhuǎn)接頭與PPR三通相連，PPR三通的另兩端分別連有波形管和噴淋頭，噴淋頭可調(diào)節(jié)水霧大小并設(shè)有控制球閥；噴淋頭經(jīng)軟管連接磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵另一端所接軟管與收集桶底部外側(cè)球閥相連；波形管繞不銹鋼框架螺旋導(dǎo)入收集桶。
[0010]所述底板下部設(shè)有腳輪。
[0011 ] 該裝置還包括把手，所述把手與底板相連。
[0012]所述還包括升降器，所述升降器設(shè)于鉸鏈下方并與爐蓋相連，使得爐蓋開合方便。
[0013]所述波紋管中的水受重力作用流入收集桶，水量保持在截面積的1/4 - 3/4。
[0014]所述軸流交流風(fēng)機(jī)功率為220 v/10 W0
[0015]所述磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵功率為220 v/6 w，揚(yáng)程I m。
[0016]本發(fā)明的工作原理:利用作物秸桿自燃的特點(diǎn)，在燃燒過程中通過小功率軸流交流風(fēng)機(jī)提供少量氧氣，保證炭化過程勻質(zhì)化，交流風(fēng)機(jī)同時(shí)將煙氣收集并引入凈化裝置。磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)噴淋水吸收大部分的煙氣，并且噴淋形成的負(fù)壓也提供了燜燒過程所需的部分氧氣。剩余煙氣在波紋管中受微弱風(fēng)力螺旋前進(jìn)，在螺旋前進(jìn)過程中與水充分反應(yīng)并被吸收干凈。
[0017]有益效果:1.本發(fā)明利用農(nóng)業(yè)廢棄物秸桿作為原料，生產(chǎn)的生物質(zhì)炭可用于改良土壤、處理廢水、封存碳等多種目的，對(duì)提高糧食產(chǎn)量，污染土壤修復(fù)，溫室氣體減排等都具有重要作用。2.秸桿炭化過程不需要外加能源，煙氣凈化使用10瓦軸流交流風(fēng)機(jī)和6瓦磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，工作24小時(shí)僅耗電0.384度，運(yùn)行能耗較低，成本低廉。3.操作更加簡(jiǎn)單，操作時(shí)僅需要往炭化爐中添加物料后，從爐口點(diǎn)燃物料并關(guān)閉爐門。不需要人為控制炭化過程中的風(fēng)量，通過交流風(fēng)機(jī)和噴淋形成的負(fù)壓提供的氧氣維持燜燒所需的少量氧氣即可。等爐體冷卻后取出生物質(zhì)炭，生產(chǎn)過程即完成。4.炭化過程的空氣污染問題得到極大地解決，產(chǎn)生的大量PM2.5和PMlO顆粒物質(zhì)經(jīng)過噴淋和螺旋凈化二級(jí)系統(tǒng)被徹底吸收干凈。5.生產(chǎn)得到的生物質(zhì)炭質(zhì)量更高。由于整個(gè)炭化過程中氧氣的輸入量很少，避免了人工控制進(jìn)氧量把握不準(zhǔn)的弊端，除爐口由于引燃會(huì)產(chǎn)生極少量的灰分外，其余秸桿均得到均勻炭化，生物質(zhì)炭中基本沒有灰分，這點(diǎn)可以從生物質(zhì)炭產(chǎn)品圖(圖3)中發(fā)現(xiàn)。
[0018]
【附圖說明】
[0019]圖1a是秸桿無煙環(huán)保炭化裝置的側(cè)視圖；
圖1b是秸桿無煙環(huán)保炭化裝置的主視圖；
圖中，1、爐蓋；2、鉸鏈；3、升降器；4、外殼；5、炭化室；6、爐箅;7、底板；8、腳輪；9、灰口 ；10、把手；11、卡扣；12、溫度儀；13、煙筒；14、爐門；15、進(jìn)風(fēng)口 ；16、保溫材料耐火磚；17、保溫材料石棉板
圖2是秸桿無煙環(huán)保炭化裝置的示意圖。圖中，18、引流煙道；19、煙氣三通；20、軸流交流風(fēng)機(jī)；21、PPR轉(zhuǎn)接頭；22、噴淋頭；23、波形管；24、PPR三通；25、控制球閥；26、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵；27、外側(cè)球閥；28、不銹鋼框架；29、收集桶。圖中字母A代表左右兩側(cè)引流煙道18通過煙氣三通19互相連通。
[0020]圖3是得到的生物質(zhì)炭材料(0.45 mm小麥秸桿炭)與普通炭化爐得到的生物質(zhì)炭產(chǎn)品比較圖。
[0021]圖4是環(huán)境背景值，環(huán)保炭