一种移动式秸秆炭化还田设备及方法与流程

本发明涉及炭化炉，具体涉及一种移动式秸秆炭化还田设备及方法。

背景技术：

1、随着生物质炭化技术的发展，利用炭化炉将农作物秸秆进行炭化是农作物秸秆资源化利用的重要途径之一。目前，国内已经形成了不少秸秆炭化装置，但仍以固定式为主，固定式结构的炭化炉，仅适用于工厂化运行，且需配套建设进料、废气处理、余热回收等单元组装形成完整工艺链，而工厂化运行模式仍然需要承担高昂的收运成本。诸如专利cn108569696b公开了一种秸秆制备活性炭的连续炭化炉，专利cn104877691a公开了一种生物质滚筒式炭化炉，其均未完整配置烟气处理系统或热量回收系统，致使无法独立运行。至于对移动式秸秆炭化设备的开发，目前较少且不成熟，例如专利cn115141641a公开的一种田间移动式炭化炉设备及其制炭方法，实现了农作物秸秆可在田头进行便捷式炭化处理，降低运输成本和实时炭化，清除农作物秸秆占地面积，提高工作效率，但其缺乏对燃烧废气最终排放的设计，燃烧废气（内含热解产生的可燃气）在系统中的多次循环易降低加热机构的燃烧性能，此外，若前端进料秸秆含有大量水分，裂解时水分的蒸发易造成炭化炉内热量损失，还会导致秸秆炭化不完全；专利cn110819368a所公开的一种收割机装载式双翼型秸秆就地炭化还田装置，可装载于收割机，其包括预处理进料系统、热解炭化系统、循环供热系统和产物收集系统，具有结构紧凑，轻质小型，易于装卸，处理效率高的优点，但是其同样存在对于高含水率的进料秸秆炭化不完全，能量损耗大、难以持续稳定运行等缺点。

2、因此，基于上述缺陷，有必要提出一种更优的技术方案，具体的是一种移动式秸秆炭化还田方法及设备，以实现秸秆在多场景下快速处理，通过细致设计，整个系统无需依赖其他能源燃料，可实现系统连续自运行，且秸秆炭化还田过程中产生的废水、废气、固废均得到了处理或循环再利用，实现秸秆的全量化处理与利用。

技术实现思路

1、基于上述缺陷，有必要提出一种更优的技术方案，具体的是一种移动式秸秆炭化还田方法及设备，以实现秸秆在多场景下快速处理，通过细致设计，整个系统无需依赖其他能源燃料，可实现系统连续自运行，且秸秆炭化还田过程中产生的废水、废气、固废均得到了处理或循环再利用，实现秸秆的全量化处理与利用。

2、本发明提供了一种移动式秸秆炭化还田方法及设备，该方法及装备可实现秸秆的快速、高效处理与利用，过程中无其他废水、废气、固废产生，实现秸秆的全量化处理与利用；设备集成度高，可移动运行，既可在田间地头跟随收割机对秸秆直接处理，也可用于秸秆固定收集点的定点处理，适用场景丰富。突破了现有固定式炭化炉存在的运行成本困境，也解决了现有的移动式炭化炉的废气排放、炭化不完全、能量损耗大、难以持续稳定运行等问题。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

4、一种移动式秸秆炭化还田设备，安装在车架上，包括炭化炉主体结构单元，所述炭化炉主体结构单元被架设有链条炉排的炉内墙体分割为炭化室和炉膛两个独立空间，

5、所述炭化室顶部设有进料螺旋，用于向炭化室内进料，所述进料螺旋上还开有排气口，炭化室下部还装有出料斗，出料斗底部连接分级筛分装置的入口，所述分级筛分装置有两个出口，分别与秸秆炭灰出料螺旋、活性炭出料螺旋连接，所述秸秆炭灰出料螺旋上装有加湿头，所述活性炭出料螺旋尾部装有活性炭活化箱，在所述活性炭活化箱的下方设有出料门；

6、所述炉膛设有推料装置，用于向炉膛内推料，推料装置首端装有燃料仓以及密封闸门，推料装置尾端伸入炉膛内，炉膛还设有风机系统，风机系统的出口与炉膛连接，风机系统的入口与炭化炉、进料螺旋上的排气口、外界空气连接，所述炉膛还设有废气管道；

7、所述废气管道依次与蒸汽发生器的烟气侧、水洗喷淋塔、活性炭箱、间壁烟气室连接，还设有备用水箱，分别与蒸汽发生器的汽水侧入口、水洗喷淋塔连接，用于补水，所述蒸汽发生器的汽水侧出口与活性炭活化箱连接，活性炭活化箱的另一侧与水洗喷淋塔连接，所述活性炭活化箱与蒸汽发生器的汽水侧出口、水洗喷淋塔连接处设有筛孔状活性炭挡板，所述水洗喷淋塔底部与加湿头连接，所述活性炭箱上设有换料门，所述间壁烟气室尾部设有烟囱，所述间壁烟气室包裹在进料螺旋外侧。

8、进一步的，所述进料螺旋的首端装有进料斗，在进料斗下部还设有秸秆破碎机，所述出料斗底部还装有排料扇。

9、进一步的，所述分级筛分装置采用振动筛形式。

10、进一步的，所述间壁烟气室包裹的范围为进料螺旋的1/2。

11、进一步的，所述风机系统包括第一风机、第二风机，其中第一风机、第二风机的出口均与炉膛连接，第一风机的入口为外界空气，第二风机的入口为与炭化炉、进料螺旋上的排气口。

12、进一步的，所述第一风机、第二风机为高温变频风机。

13、进一步的，所述水洗喷淋塔内为柱塞泵、喷淋管道、雾化喷淋头依次连接，形成喷淋内循环。

14、进一步的，所述炉膛开设有炉膛排灰门。

15、进一步的，所述链条炉排的运行速度通过变频控制。

16、本发明还提供了一种移动式秸秆炭化还田方法，其特征在于基于上述设备，步骤包括：

17、通过推料装置将秸秆送入炉膛并点火，启动风机系统，开启风机系统入口与外界空气的连接，为炉膛补充所需空气，进行燃烧升温；

18、当炭化室温度达到启动温度后，通过进料螺旋将秸秆送入炭化室，活性炭箱产生的废活性炭根据需要，也通过进料螺旋送入炭化室，通过链条炉排将秸秆炭灰及高温脱附后的活性炭送入筛分装置进行筛分，活性炭送入活性炭出料螺旋，秸秆炭灰送入秸秆炭灰出料螺旋；

19、风机系统入口开启与炭化炉、进料螺旋上的排气口的连接，当炭化炉内的可燃热解气的燃烧足以维持炉膛温度在正常运行的温度范围内时，推料装置停止运行，关闭密封闸门；

20、备用水箱为蒸汽发生器、水洗喷淋塔提供补水，使其维持正常液位，蒸汽发生器产生的蒸汽进入活性炭活化箱后再进入水洗喷淋塔；

21、在活性炭活化箱处理后产生的活性炭，冷却后放回活性炭箱继续使用；

22、水洗喷淋塔持续向加湿头供水，为秸秆炭灰降温；

23、将秸秆炭灰出料螺旋送出的降温后的秸秆炭灰直接还田使用。

24、有益效果：

25、本发明通过设计一种移动式秸秆炭化还田方法及设备，实现秸秆的快速、高效处理与利用，整个系统从秸秆废弃物出发，无其他能源燃料输入，即可实现系统连续自运行，且秸秆炭化还田过程中产生的废水、废气、固废均得到了处理或循环再利用，实现秸秆的全量化处理与利用。

26、本发明具体的核心创新理念及优势在于：秸秆既作为本发明的启动燃料，也是处理对象，设备初始启动时，通过炉膛内秸秆燃烧，提升链条炉排及炭化室温度，待系统维稳后，炭化室内的秸秆在缺氧环境下热解炭化，并产生可燃性热解气，通过将热解气引入炉膛燃烧，维继系统连续自运行，避免了额外的燃料消耗，显著降低了运行成本；

27、利用炉膛废气的高温属性，采用蒸汽发生器与高温废气通过间接换热的结构设计生产蒸汽，产生的蒸汽部分用于废活性炭的活化处理。紧接着炉膛高温废气经喷淋水洗急冷、活性炭吸附处理后，通过间壁烟气室与进料秸秆逆流换热，实现了进料秸秆的预干燥，减少炭化室内的热量消耗，缩短停留时间，提高处理效率；此外，本系统实现了烟气热量的最大化回用，最终可生产得到一定的蒸汽；

28、活性炭吸附过程中产生的废活性炭通过回送至炭化室内进行热脱附处理，并利用蒸汽发生器产生的蒸汽活化后回用于废气处理过程中，保障了所回收活性炭具有一定的吸附能力，实现了系统危废的再生利用；

29、炭化出料的秸秆炭灰经筛分、加湿降后直接还田利用。

30、配套设备集成度高，可移动运行，既可在田间地头跟随收割机对秸秆直接处理，也可用于秸秆固定收集点的定点处理，适用场景丰富。