一种用于生物质就地成炭装置及使用方法与流程

[0001]
本发明涉及生物炭制造设备领域，尤其涉及一种用于生物质就地成炭装置及使用方法。


背景技术：

[0002]
生物炭作为新型的土壤修复材料，可有效提升土壤肥力、增加土壤田间持水量、钝化土壤中的重金属，甚至可以作为缓控释肥的基质材料，应用前景广泛。
[0003]
目前生物炭生产方法多为传统的将农林废弃物(如秸秆等)收集、运输到烧制地点，然后进行生物炭生产。由于大型生物炭生产设备修建和运营成本高，占地面积大，而且原材料质地轻、体积大，大大增加了收集和运输成本；在农业园区，一般都种植有多种农作物，收获时间分散、地点分散，要做到清洁和防火就必须及时运输处置，这样便额外增加了成本，而要统一进行处置的话这些园区废弃物就不得不积压，有安全隐患，所以统一大量处置园区废弃物并不符合现实情况；在观光景观园区，草坪修剪等也并不是同时全部修剪，每次产生的园林废弃物都需要运输出去处置，造成了成本增加；而且现有就地成炭技术会产生很多烟雾，造成环境污染。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例提供一种用于生物质就地成炭装置及使用方法，用以解决现有技术中生物炭的生产方法存在操作不便，会造成环境污染以及生产成本高的问题。
[0005]
本发明实施例提供一种用于生物质就地成炭装置，所述成炭装置包括：
[0006]
燃烧炉，所述燃烧炉的顶部设置有上端口；
[0007]
炉盖，所述炉盖盖合于所述燃烧炉的上端口；
[0008]
喷水装置，所述喷水装置与所述燃烧炉的炉腔连通，用于向所述炉腔内喷淋水；
[0009]
烟气循环装置，所述烟气循环装置与所述炉腔连通，用于将所述炉腔上部的烟气与外界空气混合后输送至所述炉腔下部。
[0010]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述烟气循环装置包括抽风风机、排烟管、进气管、回气管和进气调节阀，所述炉盖上设置有出气端口，所述排烟管的一端与所述出气端口连通，另一端与所述抽风风机的进气口连通；所述进气管的一端与所述排烟管连通；所述燃烧炉的下部设置有回气端口，所述回气端口与所述回气管的一端连通，所述回气管的另一端与所述抽风风机的出气口连通。
[0011]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述烟气循环装置还包括集烟罩，所述集烟罩设置于所述进气管的另一端，且位于所述抽风风机的上方。
[0012]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述喷水装置包括进水管和喷淋头，所述进水管贯穿所述炉盖上，所述喷淋头与所述进水管的下端连通。
[0013]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述成炭装置还包括可移动平板车，所述燃烧炉设置于所述可移动平板车上。
[0014]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述成炭装置还包括电控箱和多个温度探针，多个所述温度探针设置于所述炉腔的内壁上，所述电控箱分别与所述抽风风机、多个所述温度探针电连接。
[0015]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述成炭装置还包括蓄电池，所述蓄电池设置于所述可移动平板车上，所述蓄电池与所述电控箱电连接。
[0016]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述炉腔的内壁上设置有隔热层。
[0017]
根据本发明一个实施例的用于生物质就地成炭装置，所述炉盖与所述燃烧炉通过锁扣组件可拆卸连接，所述炉盖与所述燃烧炉之间的间隙通过耐热密封圈进行密封；所述回气管内设置有冷凝装置。
[0018]
本发明实施例还提供一种用于生物质就地成炭装置使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
[0019]
将生物质放入炉腔内，将炉盖盖合于燃烧炉的上端口，并打开抽风风机；
[0020]
点燃炉腔内的生物质，并打开进气调节阀；
[0021]
炉腔内的温度达到预定温度后，关闭进气调节阀和抽风风机，使生物质厌氧燃烧预定时长；
[0022]
向炉腔内喷淋水使火熄灭。
[0023]
本发明实施例提供的用于生物质就地成炭装置，可就地将生物质转化为生物炭，减小生物质的运输成本，降低生物炭的生产成本；由于生产过程中烟雾被回收利用，避免成炭过程中的烟雾弥漫，减小环境污染。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1是本发明实施例提供的一种用于生物质就地成炭装置的立体结构示意图；
[0026]
图2是本发明实施例提供的一种用于生物质就地成炭装置的侧视结构示意图；
[0027]
图3是图2中沿剖面线a-a所做的剖面结构示意图；
[0028]
图4是图3中b处的局部放大结构示意图；
[0029]
图5是本发明实施例提供的生物炭rsc350的ftir图谱；
[0030]
图6是本发明实施例提供的生物炭rsc450的ftir图谱；
[0031]
图7是本发明实施例提供的生物炭zc400的ftir图谱；
[0032]
图8是本发明实施例提供的不同生物炭处理后土壤中有效态镉含量的柱状图；
[0033]
图9是本发明实施例提供的不同生物炭处理后油菜地上部镉含量的柱状图；
[0034]
图10是本发明实施例提供的不同生物炭处理后油菜地上部生物量的柱状图。
[0035]
附图标记：
[0036]
10、燃烧炉；11、隔热层；20、炉盖；31、抽风风机；32、排烟管；33、进气管；34、回气管；35、进气调节阀；36、集烟罩；37、支架；38、波纹管；41、进水管；42、喷淋头；43、可移动平
板车；44、电控箱；45、蓄电池。
具体实施方式
[0037]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
下面结合图1-图10描述本发明实施例的用于生物质就地成炭装置及使用方法。
[0039]
图1示例了一种用于生物质就地成炭装置的立体结构示意图，如图1所示，用于生物质就地成炭装置包括：燃烧炉10、炉盖20、喷水装置和烟气循环装置，燃烧炉10内部形成有炉腔，燃烧炉10的顶部设置有上端口，燃烧炉10的下部设置有抽拉灰匣，抽拉灰匣用来支撑火源以点燃生物质，还可以用来收集木醋液。为了提高燃烧炉10的密封性，抽拉灰匣的外围设置有密封盖罩，密封盖罩设置有耐热密封圈，抽拉灰匣与燃烧炉10通过锁扣锁住，防止烟雾冒出。
[0040]
炉盖20盖合于燃烧炉10的上端口，炉盖20与燃烧炉10构成一个封闭的空间，为生物质进行厌氧燃烧提供场所。
[0041]
进一步地，炉腔的内壁上设置有隔热层11，隔热层11由隔热材料制成，炉腔的内壁厚度为4-8cm，优选项为5cm。通过在炉腔的内壁上设置隔热层11，可提高燃烧炉10的保温效果，减小热量散失，提高生物质的燃烧效率。
[0042]
需要说明的是，生物质可以是农林废弃物如秸秆、菜梗或杂草等，也可以是园林废弃物如树叶、树枝等，本专利申请对此不做限定。
[0043]
图2示例了一种用于生物质就地成炭装置的侧视结构示意图，如图2所示，烟气循环装置用于将炉腔上部的烟气与外界空气混合后输送至炉腔下部。烟气循环装置包括抽风风机31、排烟管32、进气管33、回气管34和进气调节阀35，炉盖20上设置有出气端口，排烟管32的一端与出气端口连通，另一端与抽风风机31的进气口连通。进气管33的一端与排烟管32连通，外界的空气可通过进气管33进入排烟管32中。燃烧炉10的下部设置有回气端口，回气端口与回气管34的一端连通，回气管34的另一端与抽风风机31的出气口连通。抽风风机31工作时，烟气从出气端口出来后进入排烟管32，同时外界的空气通过进气管33进入排烟管32，外界的空气与烟气混合，最后经过回气端口输送至炉腔内，通过抽风风机31和进气调节阀35调节进入炉腔的氧气浓度，进而控制炉腔内的温度。烟气进入回气管34后，烟气中的木醋蒸汽遇冷液化转化成木醋液，木醋液最终进入抽拉灰匣中进行收集。同时烟气中的少量氧气还能被重新利用，避免烟气进入外界空气中造成环境污染。
[0044]
进一步地，为了方便安装和拆卸，可设置支架37来固定抽风风机31。回气管34的一端与回气端口使用波纹管38连接，将排烟管32的另一端与抽风风机31的进气口使用波纹管38连接。
[0045]
图3示例了图2中沿剖面线a-a所做的剖面结构示意图，如图3所示，喷水装置用于向炉腔内喷淋水，以浇灭炉腔中缺氧燃烧的生物质。喷水装置包括进水管41和喷淋头42，进水管41贯穿炉盖20，喷淋头42与进水管41的下端连通，进水管41上端与水泵连通或水管连接。
[0046]
进一步地，图4示例了图3中b处的局部放大结构示意图，如图4所示，进水管41可设置于出气端口内，进水管41与出气端口同轴设置，进水管41与出气端口之间的环形间隙作为排烟通道。进水管41的下端向下延伸，以使喷淋头42从出气端口中伸出，确保喷淋头42喷水时可形成较大的喷水面。
[0047]
为了实现自动化控制，可将水泵与电控箱44电连接，或者在水管上设置与电控箱44电连接的电控阀，通过电控箱44自动控制进水时间和进水量，从而实现自动化控制，避免人工控制操作带来的误差。
[0048]
本发明实施例提供的用于生物质就地成炭装置可就地将生物质转化为生物炭，减小生物质的运输成本，降低生物炭的生产成本；由于生产过程中烟雾被回收利用，避免成炭过程中的烟雾弥漫，减小环境污染。
[0049]
根据本发明的实施例，本实施例中烟气循环装置还包括集烟罩36，集烟罩36设置于进气管33的另一端，且位于抽风风机31的上方。集烟罩36呈下大上小的喇叭状，这样的设计有利于烟气的收集。进气调节阀35打开后，集烟罩36的下端口附近形成低压区域，从抽风风机31冒出的少量烟雾会被集烟罩36吸入，最终通过回气端口进入炉腔内进行循环，避免烟气进入外界空气中，减少环境污染。
[0050]
进一步地，本实施例的成炭装置还包括可移动平板车43、电控箱44和多个温度探针，可移动平板车43的底部设置有脚轮，燃烧炉10设置于可移动平板车43上，燃烧炉10通过扣件固定于可移动平板车43上，扣件可方便燃烧炉10的安装和拆卸。可移动平板车43可以使就地成炭装置在产生废弃物的不同地点之间轻松移动，进一步增强装置的机动性。通过在生物质不同的收集时间和收集地点，灵活进行就地成炭，减少运输成本和废弃物积压时间，更符合园区的实际需要，更容易被接受和推广。电控箱44分别与抽风风机31、多个温度探针电连接，电控箱44设置有显示屏，可精确显示炉腔内的温度。多个温度探针设置于炉腔内壁上的不同高度，本实施例中温度探针的数量为两个，两个温度探针分别位于距炉盖20高度的1/4和3/4处。
[0051]
根据本发明的实施例，本实施例中成炭装置还包括蓄电池45，蓄电池45设置于可移动平板车43上，蓄电池45与电控箱44电连接。蓄电池45为备选供电方式，在有市电的场景使用时，可使用市电为成炭装置进行供电，在没有市电的场景下可使用蓄电池45为成炭装置进行供电，真正实现农林废弃物田间地头的就地成炭。进一步地，本实施例中炉盖20与燃烧炉10通过锁扣组件可拆卸连接，炉盖20与燃烧炉10之间的间隙通过耐热密封圈进行密封。
[0052]
根据本发明的实施例，本实施例中回气管内设置有冷凝装置，烟气进入回气管后与冷凝装置接触后转化成木醋液，相较于上述实施例的就地成炭装置，本实施例的就地成炭装置通过设置冷凝装置，可有效提高木醋液的产量。就地成炭装置除了可以产生生物炭之外，还可产生用于消杀病虫害的木醋液，提高经济效益。本实施例的就地成炭装置可将农林废弃物和园林废弃物就地成炭还田，避免了产生烟雾污染环境，减少了收集与运输环节，在节约了能源消耗与经济成本的同时，更符合农业生产和园林管护实际需要，更容易被从事农业生产和园林管护的一线劳动者接受和使用。
[0053]
本发明还提供一种用于生物质就地成炭装置使用方法，使用方法包括以下步骤：
[0054]
步骤s10，将生物质放入炉腔内，将炉盖20盖合于燃烧炉10的上端口，并打开抽风
风机31；
[0055]
在放入生物质之前需要打开炉盖20，将干燥的稻秆填入炉腔内并压实，将炉盖20盖合于燃烧炉10的上端口，通过锁扣组件锁紧炉盖20，避免烟气泄露，最后打开抽风风机31。
[0056]
步骤s20，点燃炉腔内的生物质，并打开进气调节阀35；
[0057]
点燃生物质之前，需要打开抽拉灰匣，在抽拉灰匣内放入点燃的蜡烛，再将抽拉灰匣推入炉腔内，点燃炉腔内的生物质，打开进气调节阀35，使得外界的空气与烟气混合后通过回气端口进入炉腔内。
[0058]
步骤s30，炉腔内的温度达到预定温度后，关闭进气调节阀35和抽风风机31，使生物质厌氧燃烧预定时长；
[0059]
在炉腔内的生物质燃烧过程中，可通过抽风风机31和进气调节阀35调节进入炉腔的氧气浓度，进而控制炉腔内的温度。当电控箱44显示炉腔内的温度达到预定温度后，关闭进气调节阀35和抽风风机31，本实施例中预设温度为300℃-500℃，预设温度可以是任意一个温度探针的检测温度，也可是两个温度探针的检测温度的平均值。进气调节阀35和抽风风机31关闭后，生物质还需要进行厌氧燃烧预定时长，本实施例中预定时长为1h-3h。
[0060]
步骤s40，向炉腔内喷淋水使火熄灭。
[0061]
生物质完成厌氧燃烧后，喷淋头42向炉腔内喷淋水使火熄灭，等待炉腔内的温度降至室温后，开盖将生物炭取出，抽出抽拉灰匣，将抽拉灰匣中的木醋液取出。
[0062]
本实施例的就地成炭装置可将农林废弃物和园林废弃物就地成炭还田，减小中间收集与运输等环节的能源消耗与温室气体排放及经济成本，实现农田土壤可持续利用，发展可持续农业；并且由于生物炭本身含有许多有效养分，可以在很大程度上节省肥料投入，另外，生物炭还可以促进土壤有益菌群的繁育，减少土壤病害，减少农药施用；生物炭还是缓控释肥的多孔负载材料，可以用来生产缓控释肥。
[0063]
由于生物炭的性质受原材料、热解温度和热解时间影响，为了产生不同性质的生物炭，本发明还提供三种不同的用于生物质就地成炭装置使用方法。
[0064]
生物炭rsc450(450℃稻秆炭)的生成方法：将干燥的稻秆填入炉腔内并压实，将炉盖盖合于燃烧炉的上端口，通过锁扣组件锁紧炉盖，打开抽风风机。打开抽拉灰匣，在抽拉灰匣内放入蜡烛，将抽拉灰匣推入炉腔内，点燃炉腔内的生物质，打开进气调节阀，待电控箱显示的燃烧室温度上升到450℃时，关闭进气阀门和抽风风机。在此温度下密闭厌氧燃烧1.5个小时后，通过喷淋头向炉腔内喷淋水半分钟使火熄灭，开盖将生物炭取出，抽出抽拉灰匣，将抽拉灰匣中的木醋液取出，得到生物炭rsc450。
[0065]
生物炭rsc350(350℃稻秆炭)的生成方法：将干燥的稻秆填入炉腔内并压实，将炉盖盖合于燃烧炉的上端口，通过锁扣组件锁紧炉盖，打开抽风风机。打开抽拉灰匣，在抽拉灰匣内放入蜡烛，将抽拉灰匣推入炉腔内，点燃炉腔内的生物质，打开进气调节阀，待电控箱显示的燃烧室温度上升到350℃时，关闭进气阀门和抽风风机。在此温度下密闭厌氧燃烧2个小时后，通过喷淋头向炉腔内喷淋水半分钟使火熄灭，开盖将生物炭取出，抽出抽拉灰匣，将抽拉灰匣中的木醋液取出，得到生物炭rsc350。
[0066]
生物炭zc400(400℃杂草炭)的生成方法：将干燥的杂草填入炉腔内并压实，将炉盖盖合于燃烧炉的上端口，通过锁扣组件锁紧炉盖，打开抽风风机。打开抽拉灰匣，在抽拉
灰匣内放入蜡烛，将抽拉灰匣推入炉腔内，点燃炉腔内的生物质，打开进气调节阀，待电控箱显示的燃烧室温度上升到400℃时，关闭进气阀门和抽风风机。在此温度下密闭厌氧燃烧1.5个小时后，通过喷淋头向炉腔内喷淋水半分钟使火熄灭，开盖将生物炭取出，抽出抽拉灰匣，将抽拉灰匣中的木醋液取出，得到生物炭zc400。
[0067]
不同生物炭的性能也不相同，本发明还提供一种生物炭效果验证方法，验证方法包括以下步骤：
[0068]
用bet-n2方法测定生物炭比表面积，用傅里叶变换红外光谱仪测定不同生物炭表面官能团。如图5、6、7所示，图5示例了生物炭rsc350的ftir图谱，图6示例了生物炭rsc450的ftir图谱，图7示例了生物炭zc400的ftir图谱。
[0069]
测定不同生物炭中碱解氮、有效磷、速效钾和有机碳等的含量，如表1所示。
[0070]
表1不同生物炭理化性质
[0071][0072]
植物培养：油菜品种为春油3号，将油菜种子播于准备好的原位污染土壤中，每盆8株，1周后间苗到2株。试验在某日光温室中进行。
[0073]
试验处理：将上述三个实施例中rsc350、rsc450和zc400三种生物炭研磨后过2mm筛，以4％(质量比)的添加量，连同基肥一起施入到土壤中混匀、装盆，每盆500g土，用去离子水浇灌保持土壤含水量为田间持水量的70％，陈化4周。基肥组分为：200mg n(ca(no3)
2 4h2o)、180mg p(kh2po4)、60mg mg(mgso
4 7h2o)/kg干重土壤。植物在土中生长6周后收获。在接近土表面处剪取地上部后洗净，70℃下48h烘干、称重。植物收获后将土壤风干过2mm筛，备用。
[0074]
烘干后的植物样经过粉碎后，称0.1-0.2g样品，用2ml浓硝酸微波消煮，用超纯水定容。dtpa(1:5)提取土壤中的镉。消解液和提取液中的镉用icp-ms测定。
[0075]
图8示例了不同生物炭处理后土壤中有效态镉含量的柱状图，如图8所示，添加生物炭后，土壤中dtpa提取态镉(有效态镉)含量比对照显著减小45％-56％。
[0076]
图9示例了不同生物炭处理后油菜地上部镉含量的柱状图，如图9所示，生物炭处理使得油菜地上部镉含量显著降低33％-47％。其中，rsc450处理对土壤有效态镉含量和油菜体内镉含量的减小作用最大。
[0077]
图10示例了不同生物炭处理后油菜地上部生物量的柱状图，如图10所示，添加不同的生物炭后均显著增加了油菜地上部的生物量，最大增加了19％，不同生物炭处理油菜的生物量无显著差异。
[0078]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0079]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0080]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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