移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

作     者：田利伟 

作者单位：黑龙江八一农垦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵立欣;姚宗路

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 082801[工学-农业机械化工程] 

主      题：玉米秸秆 原位炭化 生物炭还田 烟气排放 移动式 

摘      要：我国秸秆资源丰富,秸秆炭化还田可以降低病虫害,实现秸秆资源化利用,并能够培肥地力,提升土壤有机质含量。但目前秸秆炭化还田以秸秆“离田、炭化再还田的异位还田方式为主,存在秸秆收储运、生物炭运输以及相关还田设备配置等问题,增加了还田成本。秸秆炭化原位还田是在将秸秆就地炭化还田,有效避免了异位还田相关技术问题,但秸秆原位还田面临秸秆热解自供热源不稳定、热解气燃烧实时调控难、生物炭冷却效果差等挑战,本研究针对移动式热解炭化原位还田设备需要,创新研发适于田间移动作业的秸秆原位炭化还田装备,以玉米秸秆为原料,开展样机试验及生物炭还田试验,具体内容如下:（1）基于玉米秸秆原位炭化还田需求,研究提出秸秆自供热炭化、热解气清洁燃烧回用、生物炭冷却降温、生物炭直接还田的系统工艺,设计并计算系统处理量、热解温度、反应时间和配风系数等关键参数,明确各个系统技术指标,制定清洁排放、炭化能源自给等整体工艺方案。（2）基于秸秆内热式低氧炭化原理,研发自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室、搅拌压实系统以及冷却出炭系统等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。（3）开展样机热解炭化性能及生物炭还田试验,样机测试结果表明,设备处理量为50kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NO质量浓度为184mg/m,SO质量浓度为26mg/m,颗粒物质量浓度为17.8mg/m,达到GB13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》烟气排放要求。生物炭还田试验表明,生物炭中总碳含量为62.32%、固定碳含量为54.37%,金属元素含量等各项指标符合DB21/T3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的I级生物炭要求,生物炭还田后土壤含水率提高至40.3%,较无生物炭组保水率提高约9%。结果表明,该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能;并且还田后能够改善土壤肥力,具有保水、保湿功能,并促进植物生长,提高农业经济效益,同时为秸秆还田提供支撑平台。