一种自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201610232798.1 | 申请日 | 2016-04-15 | 公开(公告)号 | CN105815038A | 公开(公告)日 | 2016-08-03 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 徐国强; 袁玉斌; 罗翔; 杨皓南; 全永凯; 闻洁; | ||||
| 摘要 | 本 专利 公开了一种自驱动移动式秸秆及根茬综合利用系统，属于农业， 能源 动 力 机械领域。本专利属于系统层面方案，提供了一种联合处理 农作物 秸秆及根茬的有效方式。通过运用先进燃烧技术将秸秆燃烧，释放 热能 ，加热某种工质，驱动透平机旋转带动发 电机 发电，为系统内各种动力机械运转提供电力，并对燃烧产物进行集中处理。本系统不但能够实现秸秆及根茬综合利用系统的能耗自给自足，还能实现大量的 生物 质 燃料 产出，同时还能避免露天焚烧秸秆带来的诸多环境问题，此外，本系统还可以作为偏远地区的分布式供电系统。本 发明 充分利用了我国的农作物秸秆资源，在解决由露天燃烧秸秆带来的环境问题的同时，创造经济效益，缓解能源危机，一举多得。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，其特征在于：系统以燃烧秸秆及根茬作为热源驱动微型蒸汽汽轮机发电子系统发电，以此提供电能，电能由蓄电及电力调度子系统进行智能分配，驱动秸秆及根茬采集除土破碎子系统采挖破碎秸秆及根茬，破碎完的秸秆及根茬一部分送入物料烘干燃烧除尘子系统进行烘干，然后燃烧，最后过滤排烟，另一部分由蓄电及电力调度子系统驱动的制粒子系统进行压缩制粒，蓄电及电力调度子系统还为驱动行走子系统和旋耕子系统(选配)提供电能，进而带动整个系统移动，该系统为移动式，系统处理对象为各种类型秸秆根茬。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统技术领域背景技术[0002] 我国作为一个农业大国，每年农作物产生的生物质秸秆及根茬的产量高达7亿吨，同时秸秆及根茬的处理方式也多种多样：秸秆及根茬粉碎还田；秸秆绞碎作为饲料；秸秆打捆装包运输作为原料；秸秆气化处理；秸秆手工艺品编制。但是随着社会生产力的发展，农村劳动力缺失，劳动力成本逐年升高。并且由于秸秆体积蓬松，占用空间大，故运输成本大。尤其在广大农村地区，交通不发达，依靠人力担挑运输秸秆成为主要的运输方式，以至于在当今农村劳动力稀缺的大背景下，运输储存原始秸秆的代价太大。另外秸秆手工艺品对技工的要求较高，而该类型的应用只占我国年秸秆产量中很少的一部分。同时随着社会分工细化，耕作和畜牧趋于分离，耕种的农民畜牧的需求较低，将秸秆回收用作畜牧的驱动力不强，且部分类型农作物秸秆不适用于畜牧。而对于秸秆粉碎还田，要求具有一定的方法和技巧，操作不当对农作物产量反而不利。焚烧可去除秸秆上沾留的病虫害虫卵，同时还能提供了一定含量的钾肥，操作简便，另外还省去了运输带来的问题，综合结果就是秸秆就地露天焚烧现象严重，带来了严重的大气环境污染。虽然各级乡镇政府组织了大量的人力物力宣传秸秆燃烧的危害，同时严查防治燃烧秸秆，但效果有限。根本原因还是没有从根源帮助农民解决秸秆问题，秸秆反而成为了农民等弱势群体的负担。综上所述，如何人性化科学可持续利用秸秆，变堵为疏，从根本上解决秸秆焚烧问题，十分重要。 发明内容[0004] 本自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统以燃烧秸秆及根茬作为热源驱动微型蒸汽汽轮机发电子系统发电。电能由蓄电及电力调度子系统进行智能分配，驱动秸秆及根茬采集除土破碎子系统采挖破碎秸秆及根茬，破碎完的秸秆及根茬一部分送入物料烘干燃烧除尘子系统进行烘干燃烧并过滤排烟，另一部分由蓄电及电力调度子系统驱动的制粒子系统进行压缩制粒；蓄电及电力调度子系统还为驱动行走子系统和旋耕子系统(选配)提供电能，进而带动整个系统移动。该系统为移动式，相应的机械装置由电动机驱动，这些子系统组成一个移动作业平台。 [0005] 自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统工作对象是一切秸秆及根茬，技术方案如下： [0006] 1.由农用联合收割机对成熟的谷物进行收割(联合收割机不属于本发明专利内容范畴)，但是要求农机手收割时候保持较高的留茬，这样一方面可以降低联合收割机油耗，另一方面也保留了大量可用长度的秸秆及根茬。针对以上剩下的秸秆及根茬采用本综合利用系统进行处理(就目前标准的秸秆留茬高度，本系统仍然可以处理)。 [0007] 2.先由根茬采集除土破碎子系统将秸秆及根茬拔起并除土(如振动除土)同时绞碎，再依据需要决定用于燃烧和制粒的比例。 [0008] 3.物料烘干燃烧除尘子系统中的烘干部分称之为烘干器，燃烧部分称之为燃烧炉，除尘部分称之为除尘器。烘干器通入两股热空气：一股来自微型蒸汽汽轮机发电子系统中的冷凝 后空气，该股空气流量很大，且较热；另一股来自本子系统燃烧炉的排烟，该股热空气相应流量较少，但温度较高。经过这两股热空气烘干，绞碎态的秸秆及根茬可燃性更高。若秸秆及根茬干度较高，则可快速通过本子系统中的烘干器或者取消烘干器。经过烘干器之后的热空气和烟气要再经过除尘器才能排向大气，保证排烟达到相应的国家标准。经过烘干器之后的秸秆及根茬将被送入燃烧炉进行燃烧。燃烧炉燃烧所消耗的空气也来自微型蒸汽汽轮机发电子系统中的冷凝后空气，该空气较热，能促进燃烧。 [0010] 5.燃烧炉将微型蒸汽汽轮机发电子系统中的工作工质——水，加热变成汽态，带动涡轮旋转从而带动发电机组发电。而微型蒸汽汽轮机发电子系统中需要冷却空气带走其自身的排热，该部分冷却空气的气流量很大，起到冷却作用之后温度升高，然后一部分为燃烧炉燃烧提供氧气，一部分流经烘干器对烘干器内的秸秆及根茬进行烘干。 [0011] 6.微型蒸汽汽轮机发电子系统发出的电能，通过蓄电及电力调度子系统来向秸秆及根茬采集除土破碎子系统、驱动行走子系统、制粒子系统、旋耕子系统(选配)分配。蓄电及电力调度子系统由蓄电设备和电力调度器两个部分组成。当微型蒸汽汽轮机发电子系统发出的电能过剩时候电力调度器将一部分电能充入蓄电设备；当电动机械设备耗能突然增加时候，电力调度器通过调用蓄电设备的电能来弥补微型蒸汽汽轮机发电子系统的发电不足，从而维持微型蒸汽汽轮机发电子系统的工况稳定和用电设备的正常运行。 [0013] 9.驱动行走子系统由蓄电及电力调度子系统输送的电能驱动，带动其余的各个子系统移动，实现移动作业。 [0014] 10.整个秸秆及根茬综合利用系统启动的时候，制粒子系统不工作，其余子系统由蓄电设备释放电能来驱动，对秸秆及根茬进行采挖并全部送去燃烧，待微型蒸汽汽轮机发电子系统进入稳定工作状态，系统启动正式完成。 [0015] 通过以上的自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，可以科学充分的利用秸秆，节约能源，降低污染，真正地将农民手上的秸秆由负担变为财富。 附图说明[0017] 图1为本发明专利中的一种自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统的系统框图。如图示，该系统由秸秆及根茬采集除土破碎子系统，物料烘干燃烧除尘子系统，微型蒸汽汽轮机发电子系统，蓄电及电力调度子系统，驱动行走子系统，制粒子系统，旋耕子系统(选配)构成。秸秆及根茬采集除土破碎子系统对田地里的秸秆及根茬进行采挖、除土并绞碎。物料烘干燃烧除尘子系统包括烘干器、燃烧炉和除尘器，其主要作用是对要送去燃烧的秸秆及根茬进行烘干并组织燃烧，同时对燃烧炉排烟进行烟气处理，保证排放达标。微型蒸汽汽轮机发电子系统吸收燃烧炉燃烧秸秆及根茬释放的热能来产出电能。蓄电及电力调度子系统由电力调度器和蓄电设备组成，其主要作用是接收微型蒸汽汽轮机发电子系统发出来的电能，同时结合内部蓄电设备智能调控电能的释放与存储。驱动行走子系统消耗电能，拖动整个秸秆及根茬综合利用系统移动。制粒子系统消耗电能，将未送去燃烧的秸秆及根茬压缩制粒。旋耕子系统为选配子系统，将土地进行翻耕。同时旋耕子系统中含有一个埋灰装置，该装置不论旋耕子系统是否选配都会存在，其主要是将来自除尘器灰尘和燃烧炉的排灰埋入土壤。 具体实施方式[0018] 本发明在于提供了一种自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统方案，可适用于各 种类型的秸秆及根茬。 [0019] 以小麦秸秆及根茬为例，依据我国现有的农作物产量水平和联合收割机收割留茬高度要求，相关数据统计有小麦产量为360kg/亩，根茬298kg/亩。若以7.5亩/h的处理速度，则根茬产量为2235kg/h，而小麦根茬的燃烧热值为4400kCal/kg，折合18532kJ/kg。 [0020] 以上述7.5亩/h处理速度，对小麦秸秆及根茬进行采挖绞碎，依据根茬产量和市面现有旋耕机配套动力参数，可知秸秆及根茬采集除土破碎子系统、旋耕子系统和驱动行走子系统的总配套动力为61kW，这属于配套动力，并非该装置实际耗能，实际耗能要低于配套动力。 [0021] 秸秆及根茬总产量为2235kg/h，依据市售2.5t/h产量的制粒子系统配套动力为75kW，可知75kW满足本系统中制粒子系统的消耗，且本系统中的秸秆及根茬有一部分用于燃烧，余下的才用于制粒，故制粒实际功耗更低，且75kW属于配套动力，并非该装置实际耗能，实际耗能要低于配套动力。 [0022] 依据秸秆根茬总产量为2235kg/h，以及市面上现有的处理能力为3t/h的烘干器配套动力为5kW，加之本系统送去燃烧的秸秆根茬才需要烘干，且占总量比例极少，烘干器体积也相对较小，耗能较少，且5kW属于配套动力，并非该装置实际耗能，实际耗能要低于配套动力，故物料烘干燃烧除尘子系统总配套动力5kW即远远满足要求。 [0023] 综上，本自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统配套动力总和141kW，故需要配套微型蒸汽汽轮机发电子系统150kW级别，微型蒸汽汽轮机发电子系统发电效率按0.126估算，考虑实际燃烧炉的热损失及排烟热损失等诸多损失，燃烧秸秆及根茬消耗量约为470kg/h，结余可制粒秸秆根茬总量约为1765kg/h [0024] 则绞碎完的小麦秸秆及根茬，其中约有470kg/h的量被送入烘干器进行烘干处理。烘干器热源为燃烧炉的烟气和微型蒸汽汽轮机发电子系统中的冷凝后空气。该部分空气和烟气最后要经过除尘器过滤处理，滤除灰尘。经过烘干器之后的小麦秸秆及根茬被送入燃烧炉进行燃烧，释放热能，由微型蒸汽汽轮机发电子系统将该热能转化为电能。而另外 1765kg/h量的秸秆及根茬将被送入制粒子系统进行压缩制粒，该系统耗电由蓄电及电力调度子系统统一调度。 [0025] 驱动行走子系统接收蓄电及电力调度子系统提供的电能来牵引整个秸秆及根茬综合利用系统，不断前进采挖处理小麦秸秆及根茬。旋耕子系统作为选配件，跟在整个系统装置的最后，实现土壤翻耕。燃烧炉的排灰和除尘器的粉尘会被收集送入旋耕子系统内，伴随着旋耕的同时由埋灰装置埋入土壤。旋耕子系统虽为选配子系统，但是埋灰装置是一直存在的。 [0026] 本系统启动的时候，制粒子系统是不工作的，这样由蓄电池提供电能来带动系统启动，采挖处理后的小麦秸秆及根茬全部供给燃烧炉燃烧，待燃烧炉预热完成，微型蒸汽汽轮机发电子系统工作稳定，此时进入以上正常的工作模式。 [0027] 采用本自驱动移动式多功能秸秆及根茬综合利用系统，不但可以满足系统自身所有设备的能耗需求，同时还能实现约为1765kg/h的高密度秸秆颗粒物的产量。在实现自驱动的基础上还能创造一定的经济价值(若以400元/t的售价，每亩小麦田由秸秆及根茬创造的经济利润高达94元)。 [0028] 以上结合小麦秸秆及根茬的实例对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。本发明不限于小麦秸秆及根茬，也不限于以上示例的数据，所有由本发明描述的子系统做成的相同功能的平台均属于本发明的保护权利要求范畴。本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。 |
||||||
