CN110078548A - 一种秸秆霉变放热的循环反应装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种秸秆霉变放热的循环反应装置及使用方法，属于能源反应技术领域。与支板连接且有通孔的顶盖设在反应槽上端，顶盖中部与螺纹杆连接，螺纹杆与把手和反应槽连接，反应槽内部设有隔板，隔板与螺纹杆连接。本发明技术成本较低，易于推广，实现了传热和通气的调节控制，提升了秸秆霉变反应的速率；实现了秸秆资源的高效利用，减少了因散烧煤和秸秆燃烧造成的大气污染，将秸秆腐解产物还田有益于提升土壤肥力。

Description

一种秸秆霉变放热的循环反应装置及使用方法

技术领域

本发明及一种秸秆霉变放热的循环反应装置及使用方法，属于能源反应技术领域。

背景技术

2018年我国农作物秸秆年产量近12亿吨。秸秆是宝贵的可再生生物质资源，具有较高的能量密度，秸秆的热值约为19MJ/kg，相当于标准煤的0.65倍。但随着经济发展和工业化的推进，秸秆的需求量迅速降低，超过65%的秸秆被废弃或焚烧，因此造成了严重的资源浪费和环境污染。在北方，秸秆的肆意焚烧带来的大气污染已成为冬春两季雾霾频发的主要原因。因此，秸秆资源的高效清洁利用已成为众多专家和学者关注的热点。

我国北方地区每年焚烧约2亿吨散烧煤，这造成了严重空气污染和能源浪费。而在传统农业的堆肥技术中，秸秆通过霉变腐解可以将热能无污染地释放，堆心温度可达50-90℃。但由于自然状态下秸秆的霉变放热过程过于缓慢，这部分热能并未得到高效利用，绝大多数散失到环境中。如果基于传统农业的堆肥技术，并加以改进，将秸秆霉变释放的热能用于农村供暖，即可减少散烧煤的燃烧，从而减轻大气污染。然而，目前尚无一种能高效利用秸秆霉变过程释放的热能并为农村地区供暖的技术。

堆肥过程常常需要良好的通风和控温，为霉变提供有利的条件。但目前，大型工业化堆肥常需要人工送风来满足通风条件，通过外加热源或水浴等复杂的装置实现温度的调控，技术成本较高。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种秸秆霉变放热的循环反应装置及使用方法。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种秸秆霉变放热的循环反应装置，包括顶盖、反应槽、螺纹杆、把手、多个支板以及三个隔板，所述顶盖同轴设置在反应槽的上端，顶盖与多个支板的上端固定连接且设有多个通孔，顶盖的中部与竖直设置的螺纹杆螺纹转动连接，所述螺纹杆的上端与把手固定连接，螺纹杆的下端与反应槽的中部固定连接，所述反应槽的内部由中心至内侧壁固定设置有三个隔板，所述三个隔板均与螺纹杆的下端固定连接。

本发明的一种秸秆霉变放热的循环反应装置及使用方法，其方法包括如下步骤：

步骤一：将三个反应空间分别标记为反应空间一、反应空间二和反应空间三；

步骤二：向反应空间一中放入秸秆；

步骤三：转动把手，通过螺纹杆带动反应槽转动，使反应槽与顶盖之间的距离至所需，并通过反应空间一对应的通孔向反应空间一中滴入添加剂，使反应空间一中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；

步骤四：当反应空间一中的秸秆完成初期霉变反应后，再次通过反应空间一对应的通孔向反应空间一中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间一中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；同时向反应空间二中放入秸秆，并通过反应空间二对应的通孔向反应空间二中滴入添加剂，使反应空间二中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；

步骤五：当反应空间一中的秸秆完成生霉阶段的霉变反应后，向反应空间三中放入秸秆，以及通过反应空间三对应的通孔向反应空间三中滴入添加剂，使反应空间三中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；当反应空间二中的秸秆完成初期霉变反应后，再次通过反应空间二对应的通孔向反应空间二中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间二中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；

步骤六：当反应空间一中的秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间一的相关步骤；此时反应空间二中的秸秆开始霉烂阶段的霉变反应，同时通过反应空间三对应的通孔向反应空间三中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间三中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；

步骤七：当反应空间二中秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间二的相关步骤；此时反应空间三的秸秆霉变反应至霉烂阶段；

步骤八：当反应空间三中秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间三的相关步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过对顶盖和反应槽之间间隙的调节，实现了传热和通气的调节控制，当转动螺纹杆使反应槽向上运动时，顶盖和反应槽之间的间隙变小，继而减弱通风，降低传热，有利于温度的上升；当转动螺纹杆使反应槽向下运动时，顶盖和反应槽之间的间隙变大，继而加速通风，传热上升，有利于热能的释放和气体的流通便于根据菌群对气体和温度的偏好，实现环境条件的调节，继而提升霉变速率；同时，通过对霉变的不同阶段加入添加剂和经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，增强对纤维素的水解效率，进一步提升秸秆霉变反应的速率；

2、本发明通过霉变分解秸秆中的大部分有机物，改善秸秆大量废弃的现状，实现秸秆资源的高效利用，同时减少因散烧煤和秸秆燃烧造成的大气污染。每年仅黑龙江省就可以减少16.3万吨的PM2.5排放，重度污染天数减少70%左右；

3、本发明实现了对秸秆的低成本、高效利用；所需原料主要为秸秆、添加剂和水，原料成本较低；本技术无需特殊的装备，技术成本较低，易于推广。

4、本发明将秸秆腐解产物还田有益于提升土壤肥力。秸秆彻底腐解可以释放出原秸秆质量52%的氮元素，90%的磷元素和57%的钾元素。

附图说明

图1是本发明的秸秆霉变放热的循环反应装置的整体结构轴测图；

图2是顶盖和支板的整体结构轴测图；

图3是反应槽、隔板螺纹杆以及把手的整体结构轴测图。

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，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。

具体实施方式一：如图1~图3所示，本发明公开了一种秸秆霉变放热的循环反应装置，包括顶盖1、反应槽3、螺纹杆5、把手6、多个（两个）支板2以及三个隔板4，所述顶盖1同轴设置在反应槽3的上端，顶盖1与多个（两个）支板2的上端固定连接且设有多个沿轴向设置的通孔A，通过通孔A便于向反应槽3中添加无机原料和菌液；顶盖1的中部与竖直设置的螺纹杆5螺纹转动连接，所述螺纹杆5的上端与把手6固定连接，螺纹杆5的下端与反应槽3的中部固定连接，通过调节螺纹杆5可以调节反应槽3与顶盖1之间的缝隙大小，从而控制霉变反应过程的通气与传热；所述反应槽3的内部由中心至内侧壁固定设置有三个隔板4，所述三个隔板4均与螺纹杆5的下端固定连接。本装置的每个部件均采用具有耐锈蚀性的材质，且不含对菌类生存有害的成分（如放射性物质、有毒物质等）。

具体实施方式二：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述多个（两个）支板2均为刚性板且沿顶盖1的周向均布设置。

具体实施方式三：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述三个隔板4将反应槽3等分为三个反应空间B。

具体实施方式四：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述多个通孔A位于同一圆周上，所述圆周与顶盖1同心设置。

具体实施方式五：一种根据具体实施方式一至具体实施方式四任一具体实施方式所述的一种秸秆霉变放热的循环反应装置的使用方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：将三个反应空间B分别标记为反应空间一、反应空间二和反应空间三；

步骤二：向反应空间一中放入秸秆；

步骤三：转动把手6，通过螺纹杆5带动反应槽3转动，使反应槽3与顶盖1之间的距离至所需，并通过反应空间一对应的通孔A向反应空间一中滴入添加剂，使反应空间一中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；

步骤四：当反应空间一中的秸秆完成初期霉变反应后，再次通过反应空间一对应的通孔A向反应空间一中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间一中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；同时向反应空间二中放入秸秆，并通过反应空间二对应的通孔A向反应空间二中滴入添加剂，使反应空间二中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；

步骤五：当反应空间一中的秸秆完成生霉阶段的霉变反应后，向反应空间三中放入秸秆，以及通过反应空间三对应的通孔A向反应空间三中滴入添加剂，使反应空间三中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；当反应空间二中的秸秆完成初期霉变反应后，再次通过反应空间二对应的通孔A向反应空间二中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间二中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；

步骤六：当反应空间一中的秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间一的相关步骤；此时反应空间二中的秸秆开始霉烂阶段的霉变反应，同时通过反应空间三对应的通孔A向反应空间三中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间三中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；

步骤七：当反应空间二中秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间二的相关步骤；此时反应空间三的秸秆霉变反应至霉烂阶段；

步骤八：当反应空间三中秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间三的相关步骤。

优选的是，反应槽3为圆筒结构，顶盖1为圆形盖，顶盖1的半径在0.05m-2m之间，厚度在0.01m-0.5m之间。通孔A的半径在1/50r-1/3r之间（r为顶盖1半径）。

添加剂包括水（占90%以上）、尿素（约2%-5%）、磷酸二氢钾（或其他可溶性磷盐）（约1%-2%）、氯化钠（1%-3%）以及硫酸镁（占0.3%以下）。

本发明通过霉变腐解秸秆，让秸秆在霉变的不同阶段进入可循环转动的区域内，调控不同区域内的环境参数使其有利于秸秆的霉变，并将秸秆霉变释放的热能应用于北方农村地区供暖的装置。

秸秆霉变分为三个阶段：初期霉变阶段、生霉阶段和霉烂阶段。在霉变过程的不同阶段，参与霉变的主要菌群不同，所需的环境条件也不尽相同，本发明通过不同物质和菌种同时调节传热来控制环境条件以促进霉变。由于秸秆霉变过程会大量消耗水分，在反应中途加水可以有效提升反应体系的温度；由于霉变的生霉阶段（生霉阶段）微生物主要分解纤维素和半纤维素，在体系中加入高温纤维素分解菌可以有效提高秸秆中纤维素和半纤维素的降解率。

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，能够以其他的装体形式实现本发明。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条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。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种秸秆霉变放热的循环反应装置，其特征在于：包括顶盖（1）、反应槽（3）、螺纹杆（5）、把手（6）、多个支板（2）以及三个隔板（4），所述顶盖（1）同轴设置在反应槽（3）的上端，顶盖（1）与多个支板（2）的上端固定连接且设有多个通孔（A），顶盖（1）的中部与竖直设置的螺纹杆（5）螺纹转动连接，所述螺纹杆（5）的上端与把手（6）固定连接，螺纹杆（5）的下端与反应槽（3）的中部固定连接，所述反应槽（3）的内部由中心至内侧壁固定设置有三个隔板（4），所述三个隔板（4）均与螺纹杆（5）的下端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种秸秆霉变放热的循环反应装置，其特征在于：所述多个支板（2）均为刚性板且沿顶盖（1）的周向均布设置。

3.根据权利要求1所述的一种秸秆霉变放热的循环反应装置，其特征在于：所述三个隔板（4）将反应槽（3）等分为三个反应空间（B）。

4.根据权利要求1所述的一种秸秆霉变放热的循环反应装置，其特征在于：所述多个通孔（A）位于同一圆周上，所述圆周与顶盖（1）同心设置。

5.一种根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种秸秆霉变放热的循环反应装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一：将三个反应空间（B）分别标记为反应空间一、反应空间二和反应空间三；

步骤二：向反应空间一中放入秸秆；

步骤三：转动把手（6），通过螺纹杆（5）带动反应槽（3）转动，使反应槽（3）与顶盖（1）之间的距离至所需，并通过反应空间一对应的通孔（A）向反应空间一中滴入添加剂，使反应空间一中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；

步骤四：当反应空间一中的秸秆完成初期霉变反应后，再次通过反应空间一对应的通孔（A）向反应空间一中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间一中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；同时向反应空间二中放入秸秆，并通过反应空间二对应的通孔（A）向反应空间二中滴入添加剂，使反应空间二中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；

步骤五：当反应空间一中的秸秆完成生霉阶段的霉变反应后，向反应空间三中放入秸秆，以及通过反应空间三对应的通孔（A）向反应空间三中滴入添加剂，使反应空间三中的秸秆开始初期霉变阶段的霉变反应；当反应空间二中的秸秆完成初期霉变反应后，再次通过反应空间二对应的通孔（A）向反应空间二中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间二中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；

步骤六：当反应空间一中的秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间一的相关步骤；此时反应空间二中的秸秆开始霉烂阶段的霉变反应，同时通过反应空间三对应的通孔（A）向反应空间三中滴入添加剂以及经过富集培养的含有纤维素水解菌的菌液，使反应空间三中的秸秆开始生霉阶段的霉变反应；

步骤七：当反应空间二中秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间二的相关步骤；此时反应空间三的秸秆霉变反应至霉烂阶段；

步骤八：当反应空间三中秸秆完成霉烂阶段的霉变反应后，将其取出，并放入新的秸秆，重复上述反应空间三的相关步骤。