稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的研發(fā)

聞俊

摘要 對稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的研發(fā)背景、技術(shù)上的難點、解決方法和熱風(fēng)爐的組成、功用、特點作了介紹；對所產(chǎn)生的社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益以及市場前景和推廣價值進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 打捆秸稈；直燃；熱風(fēng)爐

中圖分類號 S22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A 文章編號 0517-6611（2015）34-363-04

高效、節(jié)能、低碳、環(huán)保、 安全、可靠的產(chǎn)品是國家、政府倡導(dǎo)的，也是深受廣大民眾喜愛的。稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐就是具有以上特點的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品，為秸稈的綜合利用開辟了新途徑，新用途，是把秸稈變廢為寶的新型產(chǎn)品。

1 研發(fā)背景

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的秸稈處理是一項非常頭痛的事情，一燒了之，既污染環(huán)境，又浪費資源，還存在著火災(zāi)隱患、交通隱患，各級政府投入大量的人力、物力和財力禁止秸稈焚燒，雖取得了一些效果，但這是下策，秸稈的綜合利用才是上策。目前秸稈的綜合利用有還田做肥料、做飼料喂牛、做燃料發(fā)電、做燃料棒等。但這些利用有諸多弊病，秸稈還田做肥料，每個季節(jié)都在還田，一是土地承受不了這么多秸稈，二是增加病蟲害，影響作物產(chǎn)量，三是影響作物出苗、影響產(chǎn)量，四是隱性污染環(huán)境，水稻田的水排放時，還田秸稈腐爛的水一起排放，造成隱性環(huán)境污染。做飼料喂牛成本高，秸稈消耗量少。做燃料發(fā)電，秸稈的收集、運輸?shù)瘸杀靖摺Ｗ鋈剂习?，投入大，工藝?fù)雜，性價比不高。為了就地取材、因地制宜對秸稈進(jìn)行利用，筆者研發(fā)并初步試制成功了稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐。

2 技術(shù)上的難點及解決方法

將稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐用在谷物干燥上，必須解決3個技術(shù)難題。一是秸稈燃燒后產(chǎn)生大量的煙塵，如何處理不造成環(huán)境污染和對被干燥谷物的污染；二是秸稈燃燒的熱效能不高，如何提高熱效能，有效地對谷物進(jìn)行干燥；三是如何控制被干燥谷物所需的溫度，種子所需的干燥溫度一般在38～42 ℃，商品糧所需的干燥溫度一般在45～55 ℃。

首先在爐膛的設(shè)計上，使煙塵與熱風(fēng)分離，保證有害物質(zhì)不進(jìn)入干燥機，確保被干燥谷物不受污染。在煙道的設(shè)計上，采用多級彎道，以降低煙塵排放速度，再經(jīng)過多道噴淋使煙塵沉降到煙塵收集器里，使煙塵排放符合有關(guān)法律法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，從而保證環(huán)境不受污染和被干燥谷物不受污染。

相同質(zhì)量的煤、柴油和秸稈其燃燒產(chǎn)生的熱效能，秸稈是最低的，如何提高熱效能，有效地對谷物進(jìn)行干燥，設(shè)計上爐膛的容積增大，比一般燃煤熱風(fēng)爐的爐膛容積大三分之一左右，再在內(nèi)部增加、布置若干吸熱片，用于吸收熱量和儲存熱量，解決了熱效能低的問題，保證有足夠的熱能有效地對谷物進(jìn)行干燥。

采用溫度傳感器和二次儀表的溫度顯示，監(jiān)察熱風(fēng)爐熱風(fēng)輸出口的熱風(fēng)溫度，采用熱風(fēng)控制閥門、溫度傳感器和二次儀表等，把溫度控制在被干燥谷物所需的溫度。

3 稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的組成和各部分作用

3.1 熱風(fēng)爐的組成

熱風(fēng)爐由燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、熱風(fēng)輸出系統(tǒng)、煙塵排放處理系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成，見熱風(fēng)爐示意圖（圖1）。

3.2 各個系統(tǒng)的構(gòu)成和作用

3.2.1 燃燒系統(tǒng)。

燃燒系統(tǒng)主要由爐膛、保溫隔熱層、爐門、草木灰承接盤等組成。 燃燒系統(tǒng)的作用是把農(nóng)田中收集到打好捆的秸稈直接放到熱風(fēng)爐爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生熱量，供給谷物干燥機干燥谷物。其組成部分的功用是：①爐膛。在設(shè)計時增大其容積，使秸稈草捆有足夠的燃燒空間，產(chǎn)生熱量。②保溫隔熱層。燃燒產(chǎn)生的熱量不外泄和防止?fàn)C傷等發(fā)生。

③爐門。在設(shè)計時開口要大些，便于秸稈草捆送入爐膛。

④草木灰承接盤。設(shè)計時考慮不少于2個，交替承接秸稈燃燒后的草木灰，使其有充分的冷卻時間和便于清理草木灰。熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)示意見圖2（已獲國家專利，專利號ZL 2015 2 0107686.4）。

注：1.底腳；2.承接盤；3.外壁；4.保溫隔熱層；5.爐門；6.爐口；7.爐膛頂部；8.吸熱儲熱片；9.熱風(fēng)輸出口；10.通風(fēng)道；11.煙塵輸出口；12.爐膛；13.爐膛底部；14.通風(fēng)道進(jìn)口；15.熱風(fēng)機。

圖2 熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)示意

3.2.2 控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)由溫度傳感器、二次儀表、控制按鈕、控制箱體等組成?？刂葡到y(tǒng)的作用是使各工作部件正常工作和把溫度控制在被干燥谷物所需的溫度。組成部分的功用是：①溫度傳感器。實時測量熱風(fēng)輸出系統(tǒng)等的溫度，反饋到二次儀表。

②二次儀表。顯示各個傳感器測得的數(shù)據(jù)。

③控制按鈕。根據(jù)溫度顯示，需要控制風(fēng)門大小、增加或減少熱風(fēng)風(fēng)量，起到控制溫度的目的。

④控制箱體。安裝各種控制元器件等。

3.2.3 熱風(fēng)輸出系統(tǒng)。熱風(fēng)輸出系統(tǒng)主要由熱風(fēng)機、熱風(fēng)控制閥門、吸熱儲熱片、熱風(fēng)輸送管道等組成。

熱風(fēng)輸出系統(tǒng)的作用是把吸收和儲存的熱量有效地送到谷物干燥機干燥谷物。其組成部分的功用是：①熱風(fēng)機：把熱量通過熱風(fēng)輸送管道輸送到谷物干燥機。②熱風(fēng)控制閥門：控制風(fēng)門大小，調(diào)節(jié)熱風(fēng)風(fēng)量。③吸熱儲熱片：吸收和儲存熱量，是提高熱效能的關(guān)鍵。

3.2.4 煙塵排放處理系統(tǒng)。煙塵排放處理系統(tǒng)主要由吸煙塵風(fēng)機、水泵、水箱、噴淋系統(tǒng)、煙塵收集器、過濾裝置、進(jìn)水口、排水口、煙塵清理口等組成。

煙塵排放處理系統(tǒng)的作用是對秸稈燃燒過程中產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行處理，使煙塵的排放符合有關(guān)法律法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。其組成部分的功用是：

①吸煙塵風(fēng)機。把秸稈燃燒過程中產(chǎn)生的煙塵吸入煙道中，同時作為燃燒風(fēng)機助燃。

②水泵。為噴淋系統(tǒng)提供有一定壓力的水源。

③水箱。儲存水和循環(huán)水回收。

④噴淋系統(tǒng)。對有熱量的煙塵進(jìn)行冷卻和使煙塵沉降到煙塵收集器中，保護環(huán)境。

⑤煙塵收集器。收集被噴淋系統(tǒng)處理掉的煙塵和廢水。

⑥過濾裝置。把煙塵收集器中的廢水進(jìn)行過濾，回到水箱循環(huán)利用。

⑦進(jìn)水口。水箱首次注水或清理水箱后注水。

⑧排水口。清理水箱后排水等。

⑨煙塵清理口。方便清除沉淀的煙塵。煙塵排放處理系統(tǒng)見圖3（已獲國家專利，專利號ZL 2015 2 0107524.0）。

4 稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐特點

4.1 高效、節(jié)能

由于設(shè)計構(gòu)思的巧妙、合理，一臺熱風(fēng)爐能帶多臺批式循環(huán)谷物干燥機，效率高；在噴淋系統(tǒng)設(shè)計時，已考慮了噴淋用水的循環(huán)利用，節(jié)水、節(jié)能；就地取材、變廢為寶，減少了煤、油等資源的消耗，效率高、能耗少。

4.2 低碳、環(huán)保

由于對煙塵的排放進(jìn)行了有效的處理，排放符合有關(guān)法律法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，無環(huán)境污染，低碳；且煙道與熱風(fēng)分離，被干燥谷物的無污染，低碳、環(huán)保。

4.3 安全、可靠

采用保溫材料和保溫設(shè)計，熱量外傳少，防止?fàn)C傷事故的發(fā)生；采用2個托盤，用來交替承接秸稈燃燒后的草木灰，使其有充分冷卻時間和便于清理，防止燒傷事故的發(fā)生，安全、可靠。

4.4 操作簡單方便、實用性強、效果好

秸稈是就地取材的，打好捆的秸稈可直接送入爐中燃燒，無需任何再加工，成本低；爐膛內(nèi)秸稈燃燒后，只需向爐膛內(nèi)添加成捆秸稈，清理秸稈燃燒后的草木灰即可。操作簡單方便，能對種子、商品糧等谷物干燥，不影響谷物干燥周期和干燥性能，實用性強、效果好。

5 社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益

5.1 社會效益 一方面，每年全國各地由于秸稈的焚燒，由此引發(fā)的火災(zāi)、交通事故等損失巨大，政府投入大量的人力、物力和財力禁止和監(jiān)督秸稈的焚燒，特別是在召開重大會議、重大賽事時，投入更大；另一方面，可利用的資源造成大量浪費，污染環(huán)境，破壞生態(tài)。稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐為秸稈的綜合利用開辟了新途徑，為谷物干燥機干燥谷物提供了新能源，直接能創(chuàng)造經(jīng)濟效益，同時，大量節(jié)約煤、油等資源。

5.2 經(jīng)濟效益

經(jīng)上海三村水稻專業(yè)種植合作社對該熱風(fēng)爐初試的情況分析，一臺燃燒打捆秸稈的熱風(fēng)爐，帶3臺批式循環(huán)谷物干燥機（每臺12 t）。

從2014年10月22日至11月16日，25 d內(nèi)，共干燥了約900 t水稻（每24 h干燥36 t水稻），燃燒了水稻秸稈約176 t，按水稻秸稈產(chǎn)量9.0 t/hm2計算，處理了約20 hm2的水稻秸稈。如果燃煤或燃油，每干燥12 t水稻，需耗煤約0.4 t或耗油約200 L，干燥900 t水稻，可節(jié)約煤約30 t或油約15 000 L。按煤0.96元/kg計，節(jié)約人民幣28 800元；按柴油6.8元/L計，節(jié)約人民幣102 000元。

從2015年5月20日至6月9日，20 d內(nèi)，共干燥了約720 t小麥，（每24 h干燥36 t小麥），燃燒了麥秸稈約106 t，按麥秸稈產(chǎn)量6.0 t/hm2計算，處理了約17.67 hm2的麥秸稈。如果燃煤或燃油，每干燥12 t小麥，需耗煤約0.4 t或耗油約200 L，節(jié)約煤約24 t或油約12 000 L。按煤0.96元/kg計，節(jié)約人民幣23 040元，按柴油6.8元/L計，節(jié)約人民幣81 600元。經(jīng)濟效益一目了然。

5.3 生態(tài)效益

5.3.1 稻麥秸稈處理量大且快。

該熱風(fēng)爐一次燃燒水稻秸稈3～4捆，48～64 kg（按水稻秸稈每捆16 kg計），10 min左右向爐內(nèi)添加一次水稻秸稈3～4捆，1 h燃燒水稻秸稈20捆左右，水稻秸稈重約320 kg，按22 h為一個干燥周期，可燃燒了水稻秸稈440捆左右，處理了水稻秸稈重約7 040 kg，按水稻秸稈產(chǎn)量9.0 t/hm2計算，即（每天）可處理約0.8 hm2的水稻秸稈，同時可干燥水稻36 t。一次燃燒小麥秸稈3～4 捆，36～48 kg（按麥秸稈每捆12 kg計），10 min左右向爐內(nèi)添加一次小麥秸稈3～4捆，1 h燃燒了小麥秸稈20捆左右，處理了麥秸稈重約240 kg，按22 h為一個干燥周期，可燃燒小麥秸稈440捆左右，處理了麥秸稈重約5 280 kg，按麥秸稈產(chǎn)量6.0 t/hm2計算，即可（每天）處理約0.87 hm2的麥秸稈，同時可干燥小麥36 t。

每干燥水稻或小麥36 t，每天可處理稻秸稈約0.8 hm2或麥秸稈約0.87 hm2。處理量大且快、效果好，解決了秸稈利用的時間約束緊、茬口時間短的農(nóng)時問題。同時為環(huán)境保護、生態(tài)保護、節(jié)省資源做出了巨大貢獻(xiàn)。

5.3.2 綜合利用、副產(chǎn)品是有機鉀肥。秸稈燃燒后產(chǎn)生的草木灰是有機鉀肥，可直接施放到農(nóng)田，也可和雞鴨、羊等畜禽糞共施，以壯肥力，無污染；草木灰還可對蚜蟲（一種粘附在農(nóng)作物葉片上的，吸取葉片養(yǎng)分的害蟲）進(jìn)行有效防治，可減少農(nóng)藥的噴灑量。

5.4 效益分析 綜合來看，稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的應(yīng)用社會效益巨大，生態(tài)效益良好，經(jīng)濟效益可觀。大量節(jié)約了煤、油等資源，減輕了農(nóng)民的支出和負(fù)擔(dān)；最主要的是為秸稈綜合利用開辟了新途徑，解決了秸稈焚燒造成的種種危害，變廢為寶、就地取材，大大減少了長距離運輸成本，增加了農(nóng)民收益。同時也解決了因災(zāi)害性天氣收獲的糧食不能及時干燥而造成霉?fàn)€，使糧食大量損失。

43卷34期 聞 俊 稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的研發(fā)

6 對稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的進(jìn)一步改進(jìn)和提升

稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的開發(fā)、設(shè)計、試制，是項利國利民、惠及百姓、造福人類、造福子孫后代的工作，希望能得到政府和有關(guān)部門政策的扶持和財力的支持，進(jìn)一步改進(jìn)和提升。

對該熱風(fēng)爐進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)，使熱風(fēng)爐的使用燃料范圍更加廣泛，除了稻麥秸稈外，對玉米秸稈、油菜秸稈、棉花秸稈、大豆秸稈等，特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廢棄的各種藤蔓進(jìn)行有效處理，使其變廢為寶；同時改善農(nóng)業(yè)環(huán)境，增加農(nóng)民收入。

在煙塵的排放、熱效能的利用、使用的材料等方面加以進(jìn)一步的研究，使其更環(huán)保、更有效、更合理。

在機具的整體布局、外觀質(zhì)量、部件間的協(xié)調(diào)等方面加以改進(jìn)，使外觀、涂漆質(zhì)量、漆膜附著力等符合JB/T 1615、JB/T9832.3、JB/T 5673標(biāo)準(zhǔn)的要求，使其布局更合理，外觀美觀大方、部件間更有協(xié)調(diào)性。

在制造、加工工藝上加以改進(jìn)。熱風(fēng)爐的生產(chǎn)需要大量的優(yōu)質(zhì)鋼材和機械加工、焊接加工等。改進(jìn)用數(shù)控機床加工零部件、焊接機器人完成焊接加工等。改進(jìn)工藝工裝和加工設(shè)備，可大幅提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮短制造周期，提高生產(chǎn)效能，降低生產(chǎn)成本，減輕勞動強度，增加經(jīng)濟效益。

在產(chǎn)品試制完成后，能得到權(quán)威部門的科學(xué)檢測和鑒定，相關(guān)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。煙塵排放濃度，城市≤100 mg/Nm3、縣城≤250 mg/Nm3、農(nóng)村≤350 mg/Nm3；粉塵濃度≤10 mg/m3；風(fēng)機噪聲≤90 dB（A）、工作間噪聲≤85 dB（A）等。用數(shù)據(jù)說話，用事實驗證。

7 市場前景和推廣價值

根據(jù)《2009年上海統(tǒng)計年鑒》，2008年上海糧食作物播種（復(fù)種）面積為17.45萬hm2，其中，麥子種植面積為5.34 萬hm2、水稻種植面積為10.86 萬hm2、油菜種植面積為1.43 萬hm2。據(jù)測算，2008年上海市糧油作物秸稈產(chǎn)量約為130萬t，其中，麥子秸稈產(chǎn)生量約為24.62萬t，水稻秸稈產(chǎn)生量約為91.89萬t，油菜秸稈產(chǎn)生量約為13.16萬t。預(yù)計在2015年之前，上海市秸稈產(chǎn)量將保持在約120萬～130萬t。這些秸稈如何處置是個問題。

首先，實現(xiàn)秸稈全量還田，須配置大功率農(nóng)業(yè)機械，并增加作業(yè)量。據(jù)測算，還田作業(yè)，單位面積成本675元/hm2，多增加一次還田作業(yè)，單位面積成本增加600元/hm2，給經(jīng)濟效益本來就低的農(nóng)業(yè)及收入較低的農(nóng)民增加了壓力。此外，秸稈在腐熟過程中還產(chǎn)生甲烷等氣體，不利農(nóng)作物生長，需另行施加氮肥予以中和。

其次，有機肥利用成本高出其他原料，價格缺乏競爭力。目前，秸稈收購價格為400～440元/t（到廠價格，包括收集、運輸成本），且有機肥生產(chǎn)企業(yè)還需將秸稈粉碎加工后才能加以利用，這使得秸稈粉的成本約1 428元/t，而使用礱糠粉的價格僅為1 000元/t左右，由此大大降低了有機肥生產(chǎn)企業(yè)利用秸稈的積極性。

再次，建立秸稈收集、儲運系統(tǒng)的難度較大。秸稈堆積密度遠(yuǎn)低于木質(zhì)材料，長距離運輸不僅效率低且成本高。秸稈若要集中處置，需有堆場等配套設(shè)施，在土地資源緊張的地區(qū)，難以配置專門堆放場所，且堆放場所的安全也是個問題。

第四，秸稈利用的時間約束非常明顯。秸稈產(chǎn)生時間主要集中在5～6月和10～11月，尤其是“三夏”期間，由于茬口時間短（收種間隔僅10 d左右），快速收集、處理秸稈的時限要求特別緊張。歸集秸稈需要大量的勞動力，特別是上海農(nóng)業(yè)勞動力不僅成本高，且較為緊缺，“三夏”季節(jié)尤為明顯。

稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐能解決上述問題。秸稈無需還田或做有機肥，當(dāng)?shù)氐姆N糧大戶、糧食種植專業(yè)合作社、大型糧庫等用秸稈作燃料來干燥糧食，可就地取材，秸稈的收集處理與糧食的干燥時間在同一時期，用打捆機打捆后，直接送附近的種糧大戶、糧食種植專業(yè)合作社等作燃料來干燥谷物，簡單、方便，處理秸稈量大且快，既解決了秸稈還田或做有機肥帶來的各種弊病，還可解決運輸成本高、儲運難度大、需有堆場、茬口時間短、勞動力緊缺等問題。同時可大量節(jié)約煤、油等資源，增加農(nóng)民收入和相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟效益，為秸稈綜合利用開辟了新途經(jīng)和新用途，解決了秸稈焚燒造成的種種危害。稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐的使用，在解決自身的煙塵排放、熱效能等問題后，對農(nóng)業(yè)大省乃至全國農(nóng)村的秸稈綜合利用，起到不可估量的作用，具有廣闊的市場前景和極高的推廣價值。

8 結(jié)語

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年有大量的糧食豐收，但與此同時也產(chǎn)生了大量的秸稈。秸稈年年禁年年燒，是個難以解決的問題。稻麥打捆秸稈直燃熱風(fēng)爐可以有效解決因秸稈焚燒或廢棄而帶來的環(huán)境污染，保護生態(tài)環(huán)境，提高土地地力；可以促進(jìn)秸稈的資源化、商品化和產(chǎn)業(yè)化利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，增加農(nóng)民收入，對促進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)、打造綠色、生態(tài)和低碳的新農(nóng)村，具有重要的現(xiàn)實意義，是項利國利民、造福百姓、造福子孫后代的工作。

參考文獻(xiàn)

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