YWL—ZF—80型連續式有機肥高溫發酵設備的試驗與研究

楊丁元　鄭晨婕　仝振偉　夏云飛　云菲　栗劃　鄧菊朋　張四新

【摘 要】為了應對土壤板結，減少化肥對作物質量、產量的影響，研究有機肥生產技術和生產設備十分必要。在引進A-20T型有機肥高溫發酵設備進行科研、并取得階段性成果的基礎上，經過深入研究，最終成功研制出節能環保型“YWL-ZF-80型連續式高溫發酵型”有機肥產業化的現代裝備。該設備在三項關鍵技術上取得突破，即攪拌裝置的改進，電磁加熱技術的應用以及連續式進料技術的實施。提高了產能，降低了設備單位產值耗能，實現了節能降耗增效的目標。

【關鍵詞】有機肥；發酵設備；節能

中圖分類號：S224.23 TQ052.6 文獻標識碼：A 文章編號： 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

我國是世界上傳統的有機農業大國，古人就是利用農業生產的大量廢棄物（秸稈、畜禽排泄物等）堆肥還田、種地養地[1-3]。伴隨科技的進步，化肥代替了堆肥，提供作物所需養料。但是隨著化肥的長期大量使用致使我國土壤的嚴重板結，嚴重降低作物產量[4-5]。所以，對秸稈、畜禽排泄物和煙草廢棄物進行發酵處理發展有機肥已亟待解決[6]。研究發現，生物有機肥對減弱土壤板結、增加作物產量等具有很大作用[7-10]。發展有機肥的同時，有機肥農業裝備也在快速發展。有立式的、臥式的，有單段式的、多段式的等[11-16]。但是，現有有機肥生產設備存在發酵不充分、能耗大等問題，為此，結合A-20T型有機肥高溫發酵設備，研究出了YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備[17]。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

試驗于2011年至2015年在云南省大理州彌渡縣紅大科技示范園、貴州省畢節市威寧縣秀水朝陽烤煙專業合作社以及河南登封市送表礦區垃圾處理場先后進行，材料為煙草廢棄物、農村生活垃圾渣土與畜禽排泄物和油枯配比。

1.2 試驗設計

針對煙草廢棄物、生活垃圾無害化處理利用生產有機肥的技術要求，以及實現農業廢棄物有機肥產業化的設備需求，在利用A-20T型有機肥高溫發酵設備科研、并取得階段性成果的基礎上，自行設計研發YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備，朝著產業化的目標，從徹底改變設備結構入手提高設備性能，增加產能；以加熱技術研革為攻略，提高熱能效率；以工藝配套研究為抓手，使機械生物技術有機配合、簡便工序、提高功效。從而，降低單位產值耗能，實現了節能增效的目的。endprint

2 A-20型有機肥高溫發酵設備

針對煙草中某些病毒害耐高溫、殘留在土壤中存活時間長以及生活垃圾攜帶病原體毒害成分復雜等特性，國內發明了A-20T型有機肥高溫發酵設備，如圖1所示。其工作原理是：將摻菌（嗜高溫菌在100℃高溫環境中菌群最活躍）5%的煙草廢棄物（含水50%左右）、生活垃圾等原料放進設備，三個電機直接帶動三根立軸，實施物料罐中物料的充分攪拌、加溫（100℃左右）、保溫（80℃以上40min），依次重復六次，再在罐內保溫10個小時出罐成肥。其特性：高溫殺毒滅菌配以嗜高溫菌（降解發酵菌群在高溫下不滅活）、時間短（20多個小時）[18-20]。

圖1 A-20T型有機肥高溫發酵設備

Fig.1 A-20T Organic Fertilizer High

Temperature Fermentation Equipment

2.1 A-20T型有機肥高溫發酵設備的技術參數及操作流程

2.1.1 A-20T型有機肥高溫發酵設備的技術參數

結合A-20T型有機肥高溫發酵設備的設計目的，其技術參數如表1所示。

表1 A-20T型有機肥高溫發酵設備的技術參數

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

2.1.2 A-20T型有機肥高溫發酵設備的操作流程

根據A-20T型有機肥高溫發酵設備的技術參數，其操作流程及運行時間說明如圖2和表2所示。

2.1.3 A-20T型有機肥高溫發酵設備的試驗結果

按照A-20T型有機肥高溫發酵設備的技術參數與操作流程進行試驗，得到試驗結果與設計之初的存在一些差別，如表3、4所示。

圖2 A-20T型有機肥高溫發酵設備操作流程圖

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

表2 A-20T型有機肥高溫發酵設備的操作流程

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

表3 A-20T型有機肥高溫發酵設備的技術參數

與實際效果差異

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

表4 A-20T型有機肥高溫發酵設備的操作流程

與實際效果差異

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

其中，A-20T型有機肥高溫發酵設備在進行作業時，一個周期內實際能耗如表5所示（以貴州威寧秀水電價0.6元/度計算）。

表5 A-20T型有機肥高溫發酵設備的實際能耗

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

2.1.4 A-20T型有機肥高溫發酵設備的試驗結果分析

A-20型有機肥高溫發酵設備，是針對畜禽排泄物為研究對象設計的，故規格、容積、動力、以及設備操作流程和生產工藝（先把畜禽排泄物涼曬至半干，45%～55%的水分）都是完全適應畜禽排泄物處理需要設計設定的。所以，引進用于煙草廢棄物和生活垃圾處理利用，制作生產有機肥，可能與原技術參數存在一些差異。

試驗結果表明，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，故一次裝料由原來設計的10T， 實際只能裝進4T～7T煙草廢棄物。依次實踐中的技術參數隨之變化。在3個試點上多次試驗，點與點、次與次雖均有差異，但相對差異可以忽略不計。

3 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備

在A-20T型有機肥高溫發酵設備應用研究的基礎上，為適應產業化的需要，深入研究的新一代利用煙草廢棄物、生活垃圾生產有機肥設備，從優化設備結構入手，通過提高產能、改變加熱方式、機械生物技術配合、適應有機肥生產技術工藝等技術方面進行研究，一步步改進、完善、提高、實踐，研制出YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備。實現了煙草廢棄物、生活垃圾生產有機肥的產業化之目的。

圖3 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備

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

如圖3所示，YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備采用三個螺旋絞龍進行物料的輸送。在工作時，將煙草廢棄物通過進料口進入加熱腔內，電磁加熱板工作，對煙草廢棄物 進行加熱，當溫度測量裝置測量加熱腔內的溫度達到100～150℃時，保溫一端時間，然后電動機啟動，電動機通過變速器帶動第三絞龍轉動，第三絞龍通過第三齒輪帶動第二齒輪和第一齒輪轉動，第一齒輪帶動第一絞龍轉動，第一絞龍推動加熱腔內的煙草廢棄物通過下料口進入加菌腔內，通過加菌口向加菌腔內加設發酵菌，第二絞龍推動摻合發酵菌的煙草廢棄物從下料口進入發酵腔內，發酵腔內的發酵菌對煙草廢棄物進行初步發酵后，被第三絞龍從出料口推出并被工作人員收集，進行下一步的深度發酵。endprint

3.1 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備生產工藝流程

針對A-20T型有機肥高溫發酵設備操作流程復雜，在研發YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備時，依據試驗總結出的煙草廢棄物、生活垃圾有機肥生產工藝流程[21]如圖4所示。設計設備工作原理、設定設備操作流程，從而實現了設備操作流程與有機肥生產工藝流程基本相吻合，大大簡便了工作環節，起到了降低勞動強度、降低成本的效果。

圖4 煙草廢棄物有機肥生產工藝流程

Fig.4 Tobacco Waste Organic Fertilizer Production Process

3.2 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備的技術參數

為適應連續作業的需要，設計YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備為臥式聯動推進形式，并根據攪拌總量、加熱時段及溫度需求，設定推進速度等，并計算得出攪拌動力、加熱功率和控制系統。其技術參數如表6所示。

表6 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備的技術參數

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

3.3 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備的試驗結果

按照表3中設定的技術參數經在3個試點反復實驗，設定每小時的推進量為0.66T～3.00T，則26.5h內推進物料17.49T～79.5T。試驗表明，其實際能耗如表7所示，各試點上的每次實驗都與設計初衷基本一致。

表7 YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備的實際能耗

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

試驗結果證明，本設備的研發達到了預期的效果。如表6中設定的生產周期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雜的特點，如果換做其它作物秸稈（廢棄物），可另行設定推進速度，生產周期將隨之縮短或延長。也即，產能調整十分靈活，節能降耗還有很大空間，有待進一步研究，以發揮其最大功效。

3.3 兩種設備節能對比分析

表8 節能對比分析

Tab.8 Comparative Analysis of Energy Saving

表8中的數據是結構不同的兩種有機肥高溫發酵設備實際運行過程中核定采集的數據，進行相對比較更顯可比性。個別數據，為了達到可比性的直觀效果，采用數學理論“分數約分”的辦法使其達到一致的可比條件。如“生產周期”是將YWL-ZF-80型的生產周期（140min）也折合為A-20型的生產周期（26.5小時）比較的。

通過表中數據可以看出，YWL-ZF-80型連續式煙草廢棄物有機肥高溫發酵設備不管是在產量，還是在節能上都具有明顯的優勢，達到設計要求。

4 結論

結合以上，YWL-ZF-80型設備改進了三項關鍵技術，實現了節能降耗目標。

1）設備上攪拌裝置的改進。A-20型設備是三個電機分別直接與三根攪拌立軸連接傳動。YWL-ZF-80型設備采用是變速箱總成聯動三級齒輪齒合攪拌，減小了攪拌動力。

2）加熱原理的優化。A-20型設備采用的加熱方式是，以導熱油為介質的電加熱，電能通過導熱油轉化成熱能后，由外向里傳導給物料。除了導熱油耗能外，“由外向里”過程中，如果熱效率瞬間不能劇增，熱能勢必停留在表體上散發流失。而YWL-ZF-80型設備采用的是電磁加熱技術，靠電磁的穿透力在物料內部直接轉換成熱能，沒有介質耗能，而且熱能從內向外，加熱快、不浪費。

3）生產工藝技術的革新。A-20型設備是間斷式進料，且設備操作流程復雜（需重復操作六次）費事、費工難以掌握。YWL-ZF-80型設備是連續式進料，操作方便且產量快速穩定，產能提高，能耗下降。而且A-20型設備從啟動攪拌至完成裝料、停止攪拌至完成加熱、二次啟動攪拌至常態保溫過程需要重復六次，多次且頻繁啟動，將因電流波動而造成能耗浪費。YWL-ZF-80型設備一次性啟動，運行中保持平穩態勢。尤其是，其加熱裝置，60 kW啟動，20-40 kW運行，只要不停機，不存在電流波動，就不會造成能耗浪費。

綜上所述，YWL-ZF-80型設備各方面性能凸顯優越，單位產值耗能僅占A-20型設備的18.6%，節能效果達到80%以上。

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