一种玉米秸秆田间炭化系统的控制方法

技术领域

本发明涉及秸秆还田设备技术领域，特别是涉及一种玉米秸秆田间炭化系统的控制方法。

背景技术

秸秆还田是资源化利用有效途径，既解决了大量剩余秸秆的出路，又避免因秸秆废弃霉烂和焚烧造成的环境污染，但秸秆过量还田易导致土壤墒情降低，影响出苗率。农作物秸秆可通过热解炭化技术转化为生物炭进行还田，生物炭孔隙大、吸附性强，具有保水、保肥作用，同时兼具固碳减排能力，能够改善土壤，提升有机质含量，对于促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济可持续发展意义重大。

目前，生物炭还田以秸秆“离田、炭化再还田”的异位还田方式为主，异位还田存在秸秆收储运、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将秸秆就地炭化还田，有效避免了异位还田相关技术问题。现有热解设备以固定式为主，如流化床、旋转锥、烧蚀反应器等，难以实现炭化原位还田。移动式热解设备概念的出现是在20世纪90年代末，美国提出一种移动能源工厂，系统由多个模块组成可自由拆卸到达指定地点进行发电作业；国际可再生燃油公司（ROI）、加拿大西安大略大学、美国BSI公司等开展了对移动式热解设备的研究。中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所提出了一种移动式秸秆热解炭化智能调控还田处理方法（CN115074144A），该方式有效实现了秸秆在田间移动式炭化并将生物炭翻埋到田间，但该设备运行稳定性差、作业效率低、炭化过程难调控。因此，亟需一种立式多腔室立式多腔室秸秆原位炭化还田方法。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种玉米秸秆田间炭化系统的控制方法，提升移动式热解炭化还田设备的稳定性和秸秆热解炭化效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种玉米秸秆田间炭化系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，捡拾粉碎输送工序，将田间秸秆收集、粉碎、并输送至缓存料斗暂存；

步骤二，料斗缓存工序，秸秆粉粹后，进入缓存区，所述缓存区位于热解反应系统上端，并在所述缓存区的内腔部位与烟气回用系统连接，设置上物料料位传感器、下物料料位传感器和缓存温度传感器，所述温度传感器用于反馈所述烟气回用系统烘干时间，保证所述缓存区物料含水率不高于10%，所述上物料料位传感器反馈控制前端进料系统，所述下物料料位传感器反馈调控后端落料系统，保证所述缓存区物料处于30%~70%之间，并形成物料密封作用；

步骤三，热解工序，所述缓存区下端连接热解系统，所述热解系统包括反应器，所述反应器内设置热解温度传感器、压力传感器、烟气分析仪、上料位计和下料位计，所述热解温度传感器反馈调控配风风机风量，进而通过控制燃烧速度控制所述反应器内的温度，保证所述热解系统温度为500~600℃区间，所述压力传感器反馈调控烟气引风机转速进而控制所述反应器内的压力，保证所述反应器内的压力在±20Pa之间波动；所述烟气分析仪主要用于检测所述反应器内烟气成分，包括CO、CO

步骤四，烟气回用工序，将热解气燃烧产生的高温烟气回用至所述缓存区，用于物料干燥，其控制逻辑参考步骤二；

步骤五，生物炭收集工序，所述反应器下方设置有集炭箱，所述集炭箱内设置物料料位计，反馈控制出炭螺旋转速，当料位低于50%时，驱动所述出炭螺旋转动进而排出生物炭；

步骤六，冷却还田工序，将生物炭与田间土壤混配实现高温生物炭冷却降温后还田。

可选的，捡拾粉碎输送工序中，秸秆捡拾的含土率不高于10%，水分含量不高于25%，粉碎后粒径在3-5cm之间。

可选的，所述热解系统包括两组反应器，每组反应炉包括三个反应炉，每组反应炉外部设置一个保温层，每组反应炉同步进料、热解和出炭，以实现反应器在田间作业时的连续运行。

可选的，所述反应器的高度与直径比为4:1~5:1，全部的所述反应炉尺寸一致。

可选的，每个所述反应炉单独设置有进风口。

可选的，全部的所述反应器所产生的生物炭统一输送至集碳箱，根据实际作业情况再连续输送至田间，实现秸秆原位炭化还田。

可选的，所述反应器的热解速度超过反应器最大处理量的80%，或者低于反应器最大处理量的20%的时候，控制模块调控拖拉机行进速度，进而保证设备正常运行。

可选的，所述缓存区包括料仓，所述料仓顶部设置有进料螺旋，所述进料螺旋与控制模块电控连接，所述料仓内料位通过所述进料螺旋调控。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的玉米秸秆田间炭化系统的控制方法，热解系统采用立式多腔室热解炭化反应器，各个反应器单独工作，整体能够实现连续作业，并且每个反应器内部配置有绞龙。通过控制绞龙的转速来控制秸秆炭化发应时间，通过配风风机来控制反应温度，从而更好的控制秸秆炭化效果。

反应器内置绞龙的结构为对断螺旋结构，上部分断螺旋叶片与下断螺旋叶片的轮旋反向相对，绞龙转动时生物炭在会在中间位置发生挤压破碎，再通过筛孔排到集炭箱，实现生物炭粒径均匀性，无需对生物炭进行粉碎作业后再还田。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1为本发明玉米秸秆田间炭化系统的示意图；

图2为本发明玉米秸秆田间炭化系统的控制方法的系统控制逻辑图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

如图1和2所示，本实施例提供一种玉米秸秆田间炭化系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，捡拾粉碎输送工序，将田间秸秆收集、粉碎、并输送至缓存料斗暂存；秸秆捡拾的含土率不高于10%，水分含量不高于25%，粉碎后粒径在3-5cm之间。

步骤二，料斗缓存工序，秸秆粉粹后，进入缓存区，所述缓存区位于热解反应系统上端，并在所述缓存区的内腔部位与烟气回用系统连接，设置上物料料位传感器、下物料料位传感器和缓存温度传感器，所述温度传感器用于反馈所述烟气回用系统烘干时间，保证所述缓存区物料含水率不高于10%，所述上物料料位传感器反馈控制前端进料系统，所述下物料料位传感器反馈调控后端落料系统，保证所述缓存区物料处于30%~70%之间，并形成物料密封作用。更具体的，缓存区包括料仓，所述料仓顶部设置有进料螺旋，所述进料螺旋与控制模块电控连接，所述料仓内料位通过所述进料螺旋调控。

步骤三，热解工序，所述缓存区下端连接热解系统，所述热解系统包括反应器，所述反应器内设置热解温度传感器、压力传感器、烟气分析仪、上料位计和下料位计，所述热解温度传感器反馈调控配风风机风量，进而通过控制燃烧速度控制所述反应器内的温度，保证所述热解系统温度为500~600℃区间，所述压力传感器反馈调控烟气引风机转速进而控制所述反应器内的压力，保证所述反应器内的压力在±20Pa之间波动；所述烟气分析仪主要用于检测所述反应器内烟气成分，包括CO、CO

步骤四，烟气回用工序，将热解气燃烧产生的高温烟气回用至所述缓存区，用于物料干燥，其控制逻辑参考步骤二；

步骤五，生物炭收集工序，所述反应器下方设置有集炭箱，所述集炭箱内设置物料料位计，反馈控制出炭螺旋转速，当料位低于50%时，驱动所述出炭螺旋转动进而排出生物炭；

步骤六，冷却还田工序，将生物炭与田间土壤混配实现高温生物炭冷却降温后还田。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。