雞糞原料堆肥翻拋機選型及能耗對比

摘 要： 結合多年堆肥工程探索實踐經驗，詳細介紹了鏈板式翻拋機、輪盤式翻拋機和密閉立式堆肥反應器的工作原理、結構特點、技術參數和適用范圍，并以處理雞糞原料為例，從占地面積、工作效率、單位能耗等方面，對3 種堆肥方案進行詳細對比分析，以期為實現雞糞工廠化快速處理和優化有機肥生產過程提供可靠的技術途徑和方法。對比結果表明，輪盤式翻拋機效率較高，維護維修成本低；鏈板式翻拋機堆肥效果好，主輔料保持混合均勻狀態，物料不易分層；密閉立式堆肥反應器自動化程度高，臭氣處理壓力小。

關鍵詞：雞糞；翻拋機；堆肥；能耗；肥料機械

中圖分類號：S224 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）06-0005-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.06.001

0 引言

近年來我國畜牧業持續穩定發展，集約化養殖規模不斷擴大，有力保障了肉蛋奶供給。隨著人們對生活環境質量要求的提高，畜禽養殖污染問題也越來越受到關注。實現畜禽糞污中的養分從產生到土地合理施用的整個循環利用過程，不單單降低了對環境造成的危害，同時還節約能源、保護環境[1]。針對畜禽養殖廢棄物，堅持源頭減量、過程控制、末端利用的治理路徑，全面推進畜禽養殖廢棄物資源化利用是改善農村人居環境的重要任務，為促進鄉村全面振興提供了有力支撐。培育和發展畜禽養殖廢棄物資源化利用產業，應該堅持政府支持、企業主體、市場化運作的方針，要加大政策支持保障力度，創造良好市場環境，幫助企業形成可持續的商業模式和盈利模式。

現代化的好氧堆肥技術發源于 20 世紀初的歐洲，到20 世紀中葉，現代化的大型有機廢物堆肥廠在發達國家相繼建立[2]。好氧堆肥技術因其操作簡便、運行成本低和處理量大等優點被廣泛用于農業廢棄物的資源化處理[3]。通過堆肥化處理，畜禽糞污等農業有機固體廢棄物中對環境及人類有害的病原微生物、草籽、蟲卵等均能得到有效地殺滅，從而得到養分含量高且穩定的堆肥產品，以此實現糞污資源的高效循環利用[4]。

本研究針對畜禽養殖廢棄物資源化利用堆肥技術，以存欄150 萬只蛋雞養殖場為例，對3 種主要堆肥翻拋機的能耗和使用成本進行了分析對比，以期為畜禽養殖廢棄物資源化利用堆肥設備的選擇提供一種方法。

1 主要翻拋機機型

好氧堆肥技術作為一種可有效實現畜禽糞污無害化、減量化和資源化利用的重要技術途徑，近年來得到廣泛運用并迅速發展。根據市場調查，養殖場或者有機肥廠采用的好氧堆肥方式多種多樣，形式各異。在堆肥工藝和翻拋機的研究方面，發達國家已具備較成熟的技術和設備，堆肥翻拋設備正向大規模、高效率、智能化和清潔化方向發展[5]。我國現有翻拋機的研制存在一些問題：一是較多采用國外機械，系統可靠性和適應性較差；二是關于翻拋機技術的系統理論性研究較少；三是各地地形地勢不同，產品的通用性和適應性有待提高[6]。

好氧堆肥技術模式主要包括條垛式堆肥、靜態堆垛堆肥、槽式堆肥和反應器堆肥4 類[7]。目前規模蛋雞養殖場使用鏈板式翻拋機、輪盤式翻拋機和立式堆肥反應器進行好氧發酵堆肥處理的項目較多。其中，鏈板式翻拋機和輪盤式翻拋機都屬于槽式翻拋，區別于條垛翻拋機；立式堆肥反應器屬于立式結構筒倉式發酵，區別于臥式反應器。

1.1 鏈板式翻拋機

1.1.1 結構與工作原理

鏈板式翻拋機由翻拋部件、橫向移動裝置、縱向移動裝置、電控系統和液壓系統等組成，如圖1 所示，適用于采用槽式發酵的場合。

工作原理：整機工作架置于發酵槽上，可沿槽上軌道縱向前后行走。翻拋小車整體放置于工作架上，翻拋部件和液壓系統安裝在翻拋小車上。工作架到達指定的翻拋位置時，翻拋部件經由液壓系統操縱緩慢下降到指定位置，此時翻拋部件（鏈板）開始連續轉動，并隨工作架整體沿槽向前移動。翻拋齒刀和刮板不斷攫取槽內發酵物料并斜向輸送到工作架后方自由落下，落下的物料重新置堆發酵[8]。如果采用寬槽發酵，翻拋小車橫向向左或者向右移動一個鏈板幅寬的距離，在液壓系統的操控下將翻拋部件整體抬升到不與物料干涉的高度，然后放下翻拋部件深入槽中，開始另一幅物料的翻拋作業行程。待翻拋機沿槽完成一個行程的作業后，工作架整體連同小車后退至發酵槽翻拋作業的初始端（出料端）。通過電動傳動裝置，翻拋機可以實現滾筒升降、帶動翻拋機滾筒轉動。翻拋機通過移行車實現從一個發酵槽到另一個發酵槽的移行，設備在環境溫度為?20～50 °C 的條件下均可使用。對發酵物料的特性也有較強的適應性[9]。

1.1.2 技術參數及適用特點

鏈板式翻拋機主要技術參數如表1 所示，有以下4 方面特點。

（1）鏈板式翻拋機取料機構采用優化的多齒刮板式結構設計，特殊的齒板外形結構設計和組織排列方式，使翻拋部件運行阻力降低，適合深槽條件作業并滿足雞糞黏濕特性物料的特殊翻拋要求。翻拋機通過橫向和縱向移位裝置，可使翻拋部件在同一個發酵槽內實現任意位置作業，提高了配置及操作的靈活性，降低了配套電機裝機容量要求。

（2）槽內物料經鏈條帶動的刮板輸送到較高位置后向下向后連續拋落，物料水平位移距離較大，使翻拋過程中物料運動軌跡變長，與空氣長時間充分接觸，既提高了物料供氧時間，利于充分補充氧氣，又便于水分散發，快速降低物料水分含量，促進好氧發酵快速完成，非常適合處理量大、氣候潮濕、連續發酵的工作場合。

（3）鏈板式翻拋機配備可靠穩定的液壓泵站系統精確升降翻拋部件，在翻堆的開始和結束時，通過遙控或觸摸屏操作精確、輕松地實現翻拋部件的升降，系統運行平穩，可靠快捷。

（4）采用控制柜集中控制整機操作，手動控制和自動控制相結合，現場操作工人不必隨機作業，只需在集中控制室或遠程遙控即可完成全部操作，大大改善了作業環境。

1.2 輪盤式翻拋機

1.2.1 結構與工作原理

輪盤式翻拋機由翻拋部件、橫向移動裝置、縱向移動裝置、液壓系統、電控系統和擋料板等組成，如圖2 所示。傳動系統由電機、主軸、嵌入式硬齒面變向弧齒多級齒輪組等部分組成，是為翻拋輪提供動力的裝置；行走系統由行走電機、傳動齒輪、變頻調速系統等組成；翻堆部件由動力支撐臂、翻拋輪、軟啟動和翻拋智能控制系統等組成；輪盤裝配雙級4 層空間立體結構刀片，可實現對物料的梯次遞進式切削和長距離拋送，翻拋速度快，物料與空氣接觸充分，以保證發酵效果。

翻拋機工作時依靠橫向和縱向移動裝置帶動翻拋部件按照設定的進給量切削、拋送物料，實現充分脫水和提高孔隙率的目的，也可改善原料的通透性，使原料變得蓬松有彈性，同時吸收大量的空氣，滿足物料發酵氧氣需求，更好地發揮超嗜熱微生物的作用，提高畜禽糞便處理效率，縮短腐熟周期，提升肥堆溫度，促使堆肥物料快速發酵腐熟[10]。

1.2.2 技術參數及適用特點

輪盤式翻拋機主要技術參數如表2 所示，具有以下6 方面特點。

（1）針對農業廢棄物好氧發酵原料特性不穩定的特點，采用高適應性、大功率儲備能力的能量輸出機構，確保全年全物料可靠作業。

（2）集中控制，一鍵操控，翻拋機自動化程度高，操作人員無須在發酵車間內工作；可選高配智能控制系統，采集溫度、負載等工藝大數據庫，形成系統化、可進化生產數據。

（3）大跨度發酵槽，槽寬可達30 m，無須移行，操作便捷、效率高，節省占地面積，大幅度減少發酵槽墻體建造成本。

（4）傳動變速系統全密閉，采用軸和齒輪組直傳，全部傳動齒輪嚴格按照鍛造、制坯、正火、機加、淬火和回火等高等工業齒輪工藝加工，全程嚴格檢測；傳動系統抗沖擊載荷能力強，前端采用浸潤式油浴潤滑，維護成本低、安全性高、故障率低、使用壽命長及可靠性高。

（5）4 級空間曲面切削翻拋撥齒，梯次漸進式切削，使得拋刀在工作時受到最小的振動和沖擊，切料取料能力強，曝氣效果好；可更換耐磨齒刀，物料破碎和抓取能力強，使用成本低[11]。

（6）縱向和橫向移位，翻拋無死角，可實現槽內任意位置翻拋作業，機動靈活、翻拋速度快；翻拋機構可完全抬起，發酵槽內無須設置回程通道，高效利用發酵槽空間。

1.3 立式堆肥反應器

1.3.1 結構與工作原理

密閉立式好氧發酵反應器由生物濾池、倉體、液壓驅動系統、攪拌曝氣系統、機架、上料系統和控制系統等組成，如圖3 所示[12]。原料直接投入位于地面的上料斗內，由上料系統送入反應器，定期翻拌和曝氣后在內部發酵，發酵后的物料從下方的出料口卸出，作為產品出售，實現無害化處理和資源化利用[13]。

反應器工作時，先開啟卸料口，卸出發酵好的物料，卸料同時，啟動主軸攪拌系統，便于物料均勻卸出，物料卸出需要量后，關閉卸料口；然后打開進料門，將含水率40%～60% 原料投入上料斗，開啟上料機將物料提升到反應器內，反應器達到進料量后，關閉進料門，開始發酵。反應器內部設有攪拌軸和攪拌葉片， 攪拌葉片上布有曝氣管道，反應器中底部攪拌槳葉上設有供風氣孔，由風機通過管道將新鮮空氣引入到反應器內底部的物料中[14]。設備啟動后，攪拌主軸、曝氣風機等按程序設定的參數自動運行，運行時間和停止時間可以根據實際需要在一定范圍內按需設置，便于控制。反應器罐體上設置上中下3 個溫度傳感器，可以實時顯示發酵溫度。定期翻拌和曝氣后在內部進行生物發酵，發酵好的物料從下方的出料口卸出，再由無軸螺旋輸送機輸出。

1.3.2 技術參數及適用特點

密閉立式堆肥反應器主要參數如表3 所示，具有以下6 方面特點。

（1）連續發酵，隨時接料，集廢棄物日常收集、存貯和發酵處理于一體。

（2）反應器密閉，需處理的尾氣量大幅度下降，配置尾氣生物除臭系統。

（3）曝氣系統集成于攪拌器內，在槳葉翻拌處及時準確供氧，曝氣充足，效率更高。

（4）結構緊湊，占地面積小，不需建設廠房，固定投資小。

（5）操作簡便，定時翻料與曝氣，自動化程度高，一臺設備相當于一座工廠。

（6）配置計算機進行自動控制，按程序自動翻料、曝氣與除臭。

2 方案選擇對比

以150 萬只蛋雞養殖規模計算雞糞處理量，分別采用鏈板式翻拋機、輪盤式翻拋機和密閉立式堆肥反應器3 種好氧堆肥發酵方式處理糞污，對占地面積、工作效率和處理能力進行對比分析。

2.1 物料平衡計算

（1）主料。蛋雞存欄量150 萬只；每只雞產生糞污0.1 kg/d，雞場產生糞污150 t/d，平均含水率75%。

（2）輔料。采用碳源類物質如稻殼、鋸末、秸稈粉等，平均含水率15%。

主料與輔料混合后，數量和水分含量如表4 所示。

2.2 發酵占地面積

根據表4 物料平衡計算，雞糞與輔料混合后，需要進行發酵處理的物料總量是308 m3。按照此處理量，結合鏈板式翻拋機、輪盤式翻拋機和立式堆肥反應器的技術參數和結構適用特點，計算3 種方式發酵的占地面積如表5 所示。

由表5 可知，采用鏈板翻拋和輪盤翻拋方式進行堆肥發酵占地面積基本相同，采用立式反應器形式占地面積最小，其相應的土建成本也最低。

2.3 翻拋工作效率

翻拋工作效率是堆肥方式選擇的重要衡量指標。一般用工作時間和單位時間翻拋能力來衡量翻拋工作效率。根據上述計算的處理量，結合鏈板式翻拋機、輪盤式翻拋機和立式堆肥反應器的技術參數和結構適用特點，對3 種堆肥方式進行對比，結果如表6 所示。

由表6 可知，輪盤式翻拋機與鏈板式翻拋機相比，翻拋能力強，工作時間短，效率明顯較高。

3 能耗對比分析

能耗是重要的經濟指標，直接關系堆肥生產的效益。為更直觀了解設備性能，從電力消耗方面對3 種堆肥方式進行對比，結果如表7 所示。

鏈板式翻拋機和輪盤式翻拋機都是好氧堆肥發酵過程中常見的翻拋設備，輪盤式翻拋機屬于轉子式翻拋機，利用旋轉輪盤的高轉速將堆肥物料拋到空中并落下，在物料堆高較高的情況下，輪盤的半徑都在1 m 以上，這就需要驅動電機有較大的儲備功率，所以，能耗高于鏈板式翻拋機。另外，物料在空氣中停留時間2～4 s，相較于鏈板式翻拋機，曝氧時間短，在同樣的發酵周期內，腐熟度和脫水效果弱于鏈板式翻拋機。立式堆肥反應器工作過程中主要靠曝氣系統連續不間斷工作來保證供氧量，發酵腐熟和脫水也是依靠曝氣系統的工作，因此能耗較高。目前，我國堆肥翻拋機已有多種產品，但存在問題較多，只有加強理論研究，建立翻拋機的研究技術平臺，對于不同的有機廢棄物，要研究其機械翻拋的特性，才能開發出高質量且適應性強的翻拋機[15]。

4 結束語

我國各地利用雞糞等原料通過好氧堆肥技術生產有機肥的積極性較高，不少規模化養殖場陸續興建了一批有機肥廠，在雞糞堆肥處理工程方案中，鏈板式翻拋機、輪盤式翻拋機和立式堆肥反應器都被廣泛使用，工藝設備各有優缺點。總體來說，輪盤式翻拋機效率較高，維護維修成本低；鏈板式翻拋機堆肥效果好，主輔料保持混合均勻狀態，物料不易分層；密閉立式反應器自動化程度高，臭氣處理壓力小。但是，好氧堆肥技術目前還存在一些問題，如忽視發酵原料預處理環節的作用，碳氮比調配不夠科學，為合理發酵埋下隱患；缺乏與機械翻拋結合的靜態通風曝氣系統的設計與應用，堆肥周期長，腐熟不徹底。因此，在國內外現有加工工藝的基礎上，充分探究畜禽糞污堆肥物料物理特性，優化好氧堆肥技術，提高系統可靠性，降低運行成本，探索適合我國當前有機肥行業加工生產實際需要的養殖廢棄物資源化利用生產有機肥成套裝備工藝技術。

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基金項目： 國家重點研發計劃項目（2022YFD1900303）