有机肥深池好氧连续发酵斗提式翻堆工艺流程-有机肥发酵翻堆机Ⅲ...
杨丁元 郑晨婕 仝振伟 夏云飞 云菲 栗划 邓菊朋 张四新
【摘 要】为了应对土壤板结，减少化肥对作物质量、产量的影响，研究有机肥生产技术和生产设备十分必要。在引进A-20T型有机肥高温发酵设备进行科研、并取得阶段性成果的基础上，经过深入研究，最终成功研制出节能环保型“YWL-ZF-80型连续式高温发酵型”有机肥产业化的现代装备。该设备在三项关键技术上取得突破，即搅拌装置的改进，电磁加热技术的应用以及连续式进料技术的实施。提高了产能，降低了设备单位产值耗能，实现了节能降耗增效的目标。
【关键词】有机肥；发酵设备；节能
中图分类号：S224.23 TQ052.6 文献标识码：A 文章编号： 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
我國是世界上传统的有机农业大国，古人就是利用农业生产的大量废弃物（秸秆、畜禽排泄物等）堆肥还田、种地养地[1-3]。伴随科技的进步，化肥代替了堆肥，提供作物所需养料。但是随着化肥的长期大量使用致使我国土壤的严重板结，严重降低作物产量[4-5]。所以，对秸秆、畜禽排泄物和烟草废弃物进行发酵处理发展有机肥已亟待解决[6]。研究发现，生物有机肥对减弱土壤板结、增加作物产量等具有很大作用[7-10]。发展有机肥的同时，有机肥农业装备也在快速发展。有立式的、卧式的，有单段式的、多段式的等[11-16]。但是，现有有机肥生产设备存在发酵不充分、能耗大等问题，为此，结合A-20T型有机肥高温发酵设备，研究出了YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备[17]。
1 材料与方法
1.1 试验地点和材料
试验于2011年至2015年在云南省大理州弥渡县红大科技示范园、贵州省毕节市威宁县秀水朝阳烤烟专业合作社以及河南登封市送表矿区垃圾处理场先后进行，材料为烟草废弃物、农村生活垃圾渣土与畜禽排泄物和油枯配比。
1.2 试验设计
针对烟草废弃物、生活垃圾无害化处理利用生产有机肥的技术要求，以及实现农业废弃物有机肥产业化的设备需求，在利用A-20T型有机肥高温发酵设备科研、并取得阶段性成果的基础上，自行设计研发YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备，朝着产业化的目标，从彻底改变设备结构入手提高设备性能，增加产能；以加热技术研革为攻略，提高热能效率；以工艺配套研究为抓手，使机械生物技术有机配合、简便工序、提高功效。从而，降低单位产值耗能，实现了节能增效的目的。endprint
2 A-20型有机肥高温发酵设备
针对烟草中某些病毒害耐高温、残留在土壤中存活时间长以及生活垃圾携带病原体毒害成分复杂等特性，国内发明了A-20T型有机肥高温发酵设备，如图1所示。其工作原理是：将掺菌（嗜高温菌在100℃高温环境中菌群最活跃）5%的烟草废弃物（含水50%左右）、生活垃圾等原料放进设备，三个电机直接带动三根立轴，实施物料罐中物料的充分搅拌、加温（100℃左右）、保温（80℃以上40min），依次重复六次，再在罐內保温10个小时出罐成肥。其特性：高温杀毒灭菌配以嗜高温菌（降解发酵菌群在高温下不灭活）、时间短（20多个小时）[18-20]。
图1 A-20T型有机肥高温发酵设备
Fig.1 A-20T Organic Fertilizer High
Temperature Fermentation Equipment
2.1 A-20T型有机肥高温发酵设备的技术参数及操作流程
2.1.1 A-20T型有机肥高温发酵设备的技术参数
结合A-20T型有机肥高温发酵设备的设计目的，其技术参数如表1所示。
表1 A-20T型有机肥高温发酵设备的技术参数
Tab.1 Technical Parameters of A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment
2.1.2 A-20T型有机肥高温发酵设备的操作流程
根据A-20T型有机肥高温发酵设备的技术参数，其操作流程及运行时间说明如图2和表2所示。
2.1.3 A-20T型有机肥高温发酵设备的试验结果
按照A-20T型有机肥高温发酵设备的技术参数与操作流程进行试验，得到试验结果与设计之初的存在一些差别，如表3、4所示。
图2 A-20T型有机肥高温发酵设备操作流程图
Fig.2 A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment Operation Flow Chart
表2 A-20T型有机肥高温发酵设备的操作流程
Tab.2 A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment Operation Process
表3 A-20T型有机肥高温发酵设备的技术参数
与实际效果差异
Tab.3 Comparison of Technical Parameters and Actual Effect of A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment
表4 A-20T型有机肥高温发酵设备的操作流程
与实际效果差异
Tab.4 A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment Operation Flow and Actual Effect Difference
其中，A-20T型有机肥高温发酵设备在进行作业时，一个周期内实际能耗如表5所示（以贵州威宁秀水电价0.6元/度计算）。
表5 A-20T型有机肥高温发酵设备的实际能耗
Tab.5 The Actual Energy Consumption A-20T Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment
2.1.4 A-20T型有机肥高温发酵设备的试验结果分析
A-20型有机肥高温发酵设备，是针对畜禽排泄物为研究对象设计的，故规格、容积、动力、以及设备操作流程和生产工艺（先把畜禽排泄物凉晒至半干，45%～55%的水分）都是完全适应畜禽排泄物处理需要设计设定的。所以，引进用于烟草废弃物和生活垃圾处理利用，制作生产有机肥，可能与原技术参数存在一些差异。
试验结果表明，由于烟草容重（0.38）、生活垃圾渣土容重（0.67）低于畜禽排泄物，故一次装料由原来设计的10T， 实际只能装进4T～7T烟草废弃物。依次实践中的技术参数随之变化。在3个试点上多次试验，点与点、次与次虽均有差异，但相对差异可以忽略不计。
3 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备
在A-20T型有机肥高温发酵设备应用研究的基础上，为适应产业化的需要，深入研究的新一代利用烟草废弃物、生活垃圾生产有机肥设备，从优化设备结构入手，通过提高产能、改变加热方式、机械生物技术配合、适应有机肥生产技术工艺等技术方面进行研究，一步步改进、完善、提高、实践，研制出YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备。实现了烟草废弃物、生活垃圾生产有机肥的产业化之目的。
图3 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备
Fig.3 YWL-ZF-80 Continuous Tobacco Waste Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment
如图3所示，YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备采用三个螺旋绞龙进行物料的输送。在工作时，将烟草废弃物通过进料口进入加热腔内，电磁加热板工作，对烟草废弃物 进行加热，当温度测量装置测量加热腔内的温度达到100～150℃时，保温一端时间，然后电动机启动，电动机通过变速器带动第三绞龙转动，第三绞龙通过第三齿轮带动第二齿轮和第一齿轮转动，第一齿轮带动第一绞龙转动，第一绞龙推动加热腔内的烟草废弃物通过下料口进入加菌腔内，通过加菌口向加菌腔内加设发酵菌，第二绞龙推动掺合发酵菌的烟草废弃物从下料口进入发酵腔内，发酵腔内的发酵菌对烟草废弃物进行初步发酵后，被第三绞龙从出料口推出并被工作人员收集，进行下一步的深度发酵。endprint
3.1 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备生产工艺流程
针对A-20T型有机肥高温发酵设备操作流程复杂，在研发YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备时，依据试验总结出的烟草废弃物、生活垃圾有机肥生产工艺流程[21]如图4所示。设计设备工作原理、设定设备操作流程，从而实现了设备操作流程与有机肥生产工艺流程基本相吻合，大大简便了工作环节，起到了降低劳动强度、降低成本的效果。
图4 烟草废弃物有机肥生产工艺流程
Fig.4 Tobacco Waste Organic Fertilizer Production Process
3.2 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备的技术参数
为适应连续作业的需要，设计YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备为卧式联动推进形式，并根据搅拌总量、加热时段及温度需求，设定推进速度等，并计算得出搅拌动力、加热功率和控制系统。其技术参数如表6所示。
表6 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备的技术参数
Tab.6 Technical Parameters of YWL-ZF-80 Continuous Type Tobacco Waste Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment
3.3 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备的试验结果
按照表3中设定的技术参数经在3个试点反复实验，设定每小时的推进量为0.66T～3.00T，则26.5h内推进物料17.49T～79.5T。试验表明，其实际能耗如表7所示，各试点上的每次实验都与设计初衷基本一致。
表7 YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备的实际能耗
Tab.7 The Actual Energy consumption YWL-ZF-80 Type Continuous Tobacco Waste Organic Fertilizer High Temperature Fermentation Equipment
试验结果证明，本设备的研发达到了预期的效果。如表6中设定的生产周期140min，此速度，仅仅考虑了烟草废弃物所携病菌和生活垃圾毒害复杂的特点，如果换做其它作物秸秆（废弃物），可另行设定推进速度，生产周期将随之缩短或延长。也即，产能调整十分靈活，节能降耗还有很大空间，有待进一步研究，以发挥其最大功效。
3.3 两种设备节能对比分析
表8 节能对比分析
Tab.8 Comparative Analysis of Energy Saving
表8中的数据是结构不同的两种有机肥高温发酵设备实际运行过程中核定采集的数据，进行相对比较更显可比性。个别数据，为了达到可比性的直观效果，采用数学理论“分数约分”的办法使其达到一致的可比条件。如“生产周期”是将YWL-ZF-80型的生产周期（140min）也折合为A-20型的生产周期（26.5小时）比较的。
通过表中数据可以看出，YWL-ZF-80型连续式烟草废弃物有机肥高温发酵设备不管是在产量，还是在节能上都具有明显的优势，达到设计要求。
4 结论
结合以上，YWL-ZF-80型设备改进了三项关键技术，实现了节能降耗目标。
1）设备上搅拌装置的改进。A-20型设备是三个电机分别直接与三根搅拌立轴连接传动。YWL-ZF-80型设备采用是变速箱总成联动三级齿轮齿合搅拌，减小了搅拌动力。
2）加热原理的优化。A-20型设备采用的加热方式是，以导热油为介质的电加热，电能通过导热油转化成热能后，由外向里传导给物料。除了导热油耗能外，“由外向里”过程中，如果热效率瞬间不能剧增，热能势必停留在表体上散发流失。而YWL-ZF-80型设备采用的是电磁加热技术，靠电磁的穿透力在物料内部直接转换成热能，没有介质耗能，而且热能从内向外，加热快、不浪费。
3）生产工艺技术的革新。A-20型设备是间断式进料，且设备操作流程复杂（需重复操作六次）费事、费工难以掌握。YWL-ZF-80型设备是连续式进料，操作方便且产量快速稳定，产能提高，能耗下降。而且A-20型设备从启动搅拌至完成装料、停止搅拌至完成加热、二次启动搅拌至常态保温过程需要重复六次，多次且频繁启动，将因电流波动而造成能耗浪费。YWL-ZF-80型设备一次性启动，运行中保持平稳态势。尤其是，其加热装置，60 kW启动，20-40 kW运行，只要不停机，不存在电流波动，就不会造成能耗浪费。
综上所述，YWL-ZF-80型设备各方面性能凸显优越，单位产值耗能仅占A-20型设备的18.6%，节能效果达到80%以上。
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