YWL—ZF—80型連續(xù)式有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的試驗(yàn)與研究

楊丁元　鄭晨婕　仝振偉　夏云飛　云菲　栗劃　鄧菊朋　張四新

【摘 要】為了應(yīng)對(duì)土壤板結(jié)，減少化肥對(duì)作物質(zhì)量、產(chǎn)量的影響，研究有機(jī)肥生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備十分必要。在引進(jìn)A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行科研、并取得階段性成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)深入研究，最終成功研制出節(jié)能環(huán)保型“YWL-ZF-80型連續(xù)式高溫發(fā)酵型”有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)代裝備。該設(shè)備在三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，即攪拌裝置的改進(jìn)，電磁加熱技術(shù)的應(yīng)用以及連續(xù)式進(jìn)料技術(shù)的實(shí)施。提高了產(chǎn)能，降低了設(shè)備單位產(chǎn)值耗能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗增效的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)肥；發(fā)酵設(shè)備；節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：S224.23 TQ052.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）17-0079-004

Experiment and Study on YWL-ZF-80 Continuous Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

YANG Ding-yuan1 ZHENG Chen-jie3 TONG Zhen-wei1 XIA Yun-fei1 YUN Fei1 LI Hua2

DENG Ju-peng1 ZHANG Si-xin2

（1.Henan Agricultural University，Zhengzhou Henan 450002，China；

2.Zhengzhou Zhongding Environmental Protection Equipment Co.，Ltd.，Dengfeng Henan 452470；

3.Shan the first senior middle school of henan province，Sanmenxia Henan 472000，China）

【Abstract】In order to cope with soil compaction， reduce the impact of chemical fertilizers on crop quality and yield， it is necessary to study organic fertilizer production technology and production equipment.In the introduction of A-20T-type organic fertilizer high-temperature fermentation equipment for scientific research， and achieved on the basis of the results，after thorough research，the final successful development of energy-saving environment-friendly"YWL-ZF-80 continuous high-temperature fermentation" type of organic fertilizer industrialization of modern equipment.The device breakthroughs in three key technologies，that is，the improvement of the mixing device， the application of the electromagnetic heating technology and the implementation of the continuous feeding technology. Improve the production capacity， reduce the unit output value of equipment consumption， to achieve the goal of energy saving efficiency.

【Key words】Organic Fertilizer；Fermentation equipment；Energy saving

0 引言

我國(guó)是世界上傳統(tǒng)的有機(jī)農(nóng)業(yè)大國(guó)，古人就是利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大量廢棄物（秸稈、畜禽排泄物等）堆肥還田、種地養(yǎng)地[1-3]。伴隨科技的進(jìn)步，化肥代替了堆肥，提供作物所需養(yǎng)料。但是隨著化肥的長(zhǎng)期大量使用致使我國(guó)土壤的嚴(yán)重板結(jié)，嚴(yán)重降低作物產(chǎn)量[4-5]。所以，對(duì)秸稈、畜禽排泄物和煙草廢棄物進(jìn)行發(fā)酵處理發(fā)展有機(jī)肥已亟待解決[6]。研究發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥對(duì)減弱土壤板結(jié)、增加作物產(chǎn)量等具有很大作用[7-10]。發(fā)展有機(jī)肥的同時(shí)，有機(jī)肥農(nóng)業(yè)裝備也在快速發(fā)展。有立式的、臥式的，有單段式的、多段式的等[11-16]。但是，現(xiàn)有有機(jī)肥生產(chǎn)設(shè)備存在發(fā)酵不充分、能耗大等問(wèn)題，為此，結(jié)合A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備，研究出了YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備[17]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

試驗(yàn)于2011年至2015年在云南省大理州彌渡縣紅大科技示范園、貴州省畢節(jié)市威寧縣秀水朝陽(yáng)烤煙專(zhuān)業(yè)合作社以及河南登封市送表礦區(qū)垃圾處理場(chǎng)先后進(jìn)行，材料為煙草廢棄物、農(nóng)村生活垃圾渣土與畜禽排泄物和油枯配比。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)煙草廢棄物、生活垃圾無(wú)害化處理利用生產(chǎn)有機(jī)肥的技術(shù)要求，以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)化的設(shè)備需求，在利用A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備科研、并取得階段性成果的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)研發(fā)YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備，朝著產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)，從徹底改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)入手提高設(shè)備性能，增加產(chǎn)能；以加熱技術(shù)研革為攻略，提高熱能效率；以工藝配套研究為抓手，使機(jī)械生物技術(shù)有機(jī)配合、簡(jiǎn)便工序、提高功效。從而，降低單位產(chǎn)值耗能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增效的目的。endprint

2 A-20型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備

針對(duì)煙草中某些病毒害耐高溫、殘留在土壤中存活時(shí)間長(zhǎng)以及生活垃圾攜帶病原體毒害成分復(fù)雜等特性，國(guó)內(nèi)發(fā)明了A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備，如圖1所示。其工作原理是：將摻菌（嗜高溫菌在100℃高溫環(huán)境中菌群最活躍）5%的煙草廢棄物（含水50%左右）、生活垃圾等原料放進(jìn)設(shè)備，三個(gè)電機(jī)直接帶動(dòng)三根立軸，實(shí)施物料罐中物料的充分?jǐn)嚢?、加溫?00℃左右）、保溫（80℃以上40min），依次重復(fù)六次，再在罐內(nèi)保溫10個(gè)小時(shí)出罐成肥。其特性：高溫殺毒滅菌配以嗜高溫菌（降解發(fā)酵菌群在高溫下不滅活）、時(shí)間短（20多個(gè)小時(shí)）[18-20]。

圖1 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備

Fig.1 A-20T Organic Fertilizer High

Temperature Fermentation Equipment

2.1 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)及操作流程

2.1.1 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

結(jié)合A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)目的，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

Tab.1 Technical Parameters of A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

2.1.2 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的操作流程

根據(jù)A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，其操作流程及運(yùn)行時(shí)間說(shuō)明如圖2和表2所示。

2.1.3 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果

按照A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)與操作流程進(jìn)行試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)之初的存在一些差別，如表3、4所示。

圖2 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備操作流程圖

Fig.2 A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment Operation Flow Chart

表2 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的操作流程

Tab.2 A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment Operation Process

表3 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

與實(shí)際效果差異

Tab.3 Comparison of Technical Parameters and Actual Effect of A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

表4 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的操作流程

與實(shí)際效果差異

Tab.4 A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment Operation Flow and Actual Effect Difference

其中，A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)實(shí)際能耗如表5所示（以貴州威寧秀水電價(jià)0.6元/度計(jì)算）。

表5 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的實(shí)際能耗

Tab.5 The Actual Energy Consumption A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

2.1.4 A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果分析

A-20型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備，是針對(duì)畜禽排泄物為研究對(duì)象設(shè)計(jì)的，故規(guī)格、容積、動(dòng)力、以及設(shè)備操作流程和生產(chǎn)工藝（先把畜禽排泄物涼曬至半干，45%～55%的水分）都是完全適應(yīng)畜禽排泄物處理需要設(shè)計(jì)設(shè)定的。所以，引進(jìn)用于煙草廢棄物和生活垃圾處理利用，制作生產(chǎn)有機(jī)肥，可能與原技術(shù)參數(shù)存在一些差異。

試驗(yàn)結(jié)果表明，由于煙草容重（0.38）、生活垃圾渣土容重（0.67）低于畜禽排泄物，故一次裝料由原來(lái)設(shè)計(jì)的10T， 實(shí)際只能裝進(jìn)4T～7T煙草廢棄物。依次實(shí)踐中的技術(shù)參數(shù)隨之變化。在3個(gè)試點(diǎn)上多次試驗(yàn)，點(diǎn)與點(diǎn)、次與次雖均有差異，但相對(duì)差異可以忽略不計(jì)。

3 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備

在A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化的需要，深入研究的新一代利用煙草廢棄物、生活垃圾生產(chǎn)有機(jī)肥設(shè)備，從優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)提高產(chǎn)能、改變加熱方式、機(jī)械生物技術(shù)配合、適應(yīng)有機(jī)肥生產(chǎn)技術(shù)工藝等技術(shù)方面進(jìn)行研究，一步步改進(jìn)、完善、提高、實(shí)踐，研制出YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了煙草廢棄物、生活垃圾生產(chǎn)有機(jī)肥的產(chǎn)業(yè)化之目的。

圖3 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備

Fig.3 YWL-ZF-80 Continuous Tobacco Waste Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

如圖3所示，YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備采用三個(gè)螺旋絞龍進(jìn)行物料的輸送。在工作時(shí)，將煙草廢棄物通過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入加熱腔內(nèi)，電磁加熱板工作，對(duì)煙草廢棄物 進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度測(cè)量裝置測(cè)量加熱腔內(nèi)的溫度達(dá)到100～150℃時(shí)，保溫一端時(shí)間，然后電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速器帶動(dòng)第三絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)，第三絞龍通過(guò)第三齒輪帶動(dòng)第二齒輪和第一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第一齒輪帶動(dòng)第一絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)，第一絞龍推動(dòng)加熱腔內(nèi)的煙草廢棄物通過(guò)下料口進(jìn)入加菌腔內(nèi)，通過(guò)加菌口向加菌腔內(nèi)加設(shè)發(fā)酵菌，第二絞龍推動(dòng)摻合發(fā)酵菌的煙草廢棄物從下料口進(jìn)入發(fā)酵腔內(nèi)，發(fā)酵腔內(nèi)的發(fā)酵菌對(duì)煙草廢棄物進(jìn)行初步發(fā)酵后，被第三絞龍從出料口推出并被工作人員收集，進(jìn)行下一步的深度發(fā)酵。endprint

3.1 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備生產(chǎn)工藝流程

針對(duì)A-20T型有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備操作流程復(fù)雜，在研發(fā)YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備時(shí)，依據(jù)試驗(yàn)總結(jié)出的煙草廢棄物、生活垃圾有機(jī)肥生產(chǎn)工藝流程[21]如圖4所示。設(shè)計(jì)設(shè)備工作原理、設(shè)定設(shè)備操作流程，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備操作流程與有機(jī)肥生產(chǎn)工藝流程基本相吻合，大大簡(jiǎn)便了工作環(huán)節(jié)，起到了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本的效果。

圖4 煙草廢棄物有機(jī)肥生產(chǎn)工藝流程

Fig.4 Tobacco Waste Organic Fertilizer Production Process

3.2 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

為適應(yīng)連續(xù)作業(yè)的需要，設(shè)計(jì)YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備為臥式聯(lián)動(dòng)推進(jìn)形式，并根據(jù)攪拌總量、加熱時(shí)段及溫度需求，設(shè)定推進(jìn)速度等，并計(jì)算得出攪拌動(dòng)力、加熱功率和控制系統(tǒng)。其技術(shù)參數(shù)如表6所示。

表6 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

Tab.6 Technical Parameters of YWL-ZF-80 Continuous Type Tobacco Waste Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

3.3 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果

按照表3中設(shè)定的技術(shù)參數(shù)經(jīng)在3個(gè)試點(diǎn)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，設(shè)定每小時(shí)的推進(jìn)量為0.66T～3.00T，則26.5h內(nèi)推進(jìn)物料17.49T～79.5T。試驗(yàn)表明，其實(shí)際能耗如表7所示，各試點(diǎn)上的每次實(shí)驗(yàn)都與設(shè)計(jì)初衷基本一致。

表7 YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備的實(shí)際能耗

Tab.7 The Actual Energy consumption YWL-ZF-80 Type Continuous Tobacco Waste Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment

試驗(yàn)結(jié)果證明，本設(shè)備的研發(fā)達(dá)到了預(yù)期的效果。如表6中設(shè)定的生產(chǎn)周期140min，此速度，僅僅考慮了煙草廢棄物所攜病菌和生活垃圾毒害復(fù)雜的特點(diǎn)，如果換做其它作物秸稈（廢棄物），可另行設(shè)定推進(jìn)速度，生產(chǎn)周期將隨之縮短或延長(zhǎng)。也即，產(chǎn)能調(diào)整十分靈活，節(jié)能降耗還有很大空間，有待進(jìn)一步研究，以發(fā)揮其最大功效。

3.3 兩種設(shè)備節(jié)能對(duì)比分析

表8 節(jié)能對(duì)比分析

Tab.8 Comparative Analysis of Energy Saving

表8中的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)不同的兩種有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中核定采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相對(duì)比較更顯可比性。個(gè)別數(shù)據(jù)，為了達(dá)到可比性的直觀效果，采用數(shù)學(xué)理論“分?jǐn)?shù)約分”的辦法使其達(dá)到一致的可比條件。如“生產(chǎn)周期”是將YWL-ZF-80型的生產(chǎn)周期（140min）也折合為A-20型的生產(chǎn)周期（26.5小時(shí)）比較的。

通過(guò)表中數(shù)據(jù)可以看出，YWL-ZF-80型連續(xù)式煙草廢棄物有機(jī)肥高溫發(fā)酵設(shè)備不管是在產(chǎn)量，還是在節(jié)能上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

結(jié)合以上，YWL-ZF-80型設(shè)備改進(jìn)了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗目標(biāo)。

1）設(shè)備上攪拌裝置的改進(jìn)。A-20型設(shè)備是三個(gè)電機(jī)分別直接與三根攪拌立軸連接傳動(dòng)。YWL-ZF-80型設(shè)備采用是變速箱總成聯(lián)動(dòng)三級(jí)齒輪齒合攪拌，減小了攪拌動(dòng)力。

2）加熱原理的優(yōu)化。A-20型設(shè)備采用的加熱方式是，以導(dǎo)熱油為介質(zhì)的電加熱，電能通過(guò)導(dǎo)熱油轉(zhuǎn)化成熱能后，由外向里傳導(dǎo)給物料。除了導(dǎo)熱油耗能外，“由外向里”過(guò)程中，如果熱效率瞬間不能劇增，熱能勢(shì)必停留在表體上散發(fā)流失。而YWL-ZF-80型設(shè)備采用的是電磁加熱技術(shù)，靠電磁的穿透力在物料內(nèi)部直接轉(zhuǎn)換成熱能，沒(méi)有介質(zhì)耗能，而且熱能從內(nèi)向外，加熱快、不浪費(fèi)。

3）生產(chǎn)工藝技術(shù)的革新。A-20型設(shè)備是間斷式進(jìn)料，且設(shè)備操作流程復(fù)雜（需重復(fù)操作六次）費(fèi)事、費(fèi)工難以掌握。YWL-ZF-80型設(shè)備是連續(xù)式進(jìn)料，操作方便且產(chǎn)量快速穩(wěn)定，產(chǎn)能提高，能耗下降。而且A-20型設(shè)備從啟動(dòng)攪拌至完成裝料、停止攪拌至完成加熱、二次啟動(dòng)攪拌至常態(tài)保溫過(guò)程需要重復(fù)六次，多次且頻繁啟動(dòng)，將因電流波動(dòng)而造成能耗浪費(fèi)。YWL-ZF-80型設(shè)備一次性啟動(dòng)，運(yùn)行中保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。尤其是，其加熱裝置，60 kW啟動(dòng)，20-40 kW運(yùn)行，只要不停機(jī)，不存在電流波動(dòng)，就不會(huì)造成能耗浪費(fèi)。

綜上所述，YWL-ZF-80型設(shè)備各方面性能凸顯優(yōu)越，單位產(chǎn)值耗能僅占A-20型設(shè)備的18.6%，節(jié)能效果達(dá)到80%以上。

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