本發(fā)明屬于農業(yè)動力機械領域，具體涉及到一種利用秸稈燃燒發(fā)電驅動旋耕機的系統(tǒng)。

背景技術：

農作物秸稈是自然界中數(shù)量極大的可再生資源，中國是個農業(yè)大國，我國的秸稈資源非常豐富，據(jù)統(tǒng)計，我國每年農作物秸稈產量達7億噸之多。作為農業(yè)生產的副產品，秸稈具有產量大、分布廣、供應穩(wěn)定的特點，是重要的農業(yè)資源?，F(xiàn)有秸稈約有1.45億噸用作畜牧飼料，0.91億噸用作還田肥料，0.14億噸用作工業(yè)原料，1.8億噸作為農民傳統(tǒng)的生活燃料，剩余的秸稈幾乎全部被焚燒，極大地浪費了生物質資源，同時又造成了嚴重的環(huán)境污染。近年來，隨著石油、煤炭儲量的下降，特別是隨著各國對環(huán)境污染問題的日益關注和重視，人們逐漸將研發(fā)重點轉移到天然高分子應用上來，農作物秸稈便是其中的一種。將秸稈進行綜合利用是指通過物理、化學或生物方法，將秸稈直接進行轉化利用或將其生物量進行綜合全利用。秸稈轉化利用將有效解決秸稈露天焚燒問題，變廢為寶。當前農作物秸稈利用仍然以直接還田和加工粗飼料等傳統(tǒng)的處理方式為主?？萍脊ぷ髡咴诮斩捑C合利用方面進行了大量的研究，主要是秸稈肥料技術、秸稈飼料技術、秸稈基料技術、秸稈原料技術、秸稈燃燒技術及其各種應用研究，但是實際投入到實際生產、生活中的比例還比較低，對綜合利用系統(tǒng)的能量多級利用的研究較少。就傳統(tǒng)秸稈利用技術而言，秸稈傳統(tǒng)利用技術存在利用率低、轉化率低、經濟效益低的問題，能量利用不充分，這使得新技術轉化力度不夠，不能有效轉化為現(xiàn)實生產力。

秸稈發(fā)電技術主要有秸稈焚燒發(fā)電、秸稈氣化發(fā)電、秸稈混燃發(fā)電和沼氣發(fā)電，其中以秸稈焚燒發(fā)電應用最為廣泛。目前常用的秸稈焚燒發(fā)電方式為秸稈在鍋爐中燃燒，加熱工質產生蒸汽，驅動蒸汽輪機發(fā)電。這種方式的特點是技術成熟，比較適合于原料容易收集的地區(qū)，裝機容量比較大(>25MW)，但是也存在諸多問題。例如投資成本高(單位投資7519.77元/kW，30MW總投資約22559.3萬元)、發(fā)電成本偏高、生物質秸稈燃料收購困難和運輸成本高等問題。常通過熱電聯(lián)產來降低發(fā)電成本，但是由于生物質秸稈資源都是分布在離城市較遠的農村等地區(qū)，導致將發(fā)電時產生的熱水輸送到人口密集的城市所需的運輸或管道鋪設費用偏高，因此導致無法通過熱電聯(lián)產來降低發(fā)電成本。另外一個問題是秸稈等生物質原料密度低，且具有季節(jié)性，因此在發(fā)電時需要大面積的原料堆積場地，如果原料比較潮濕，還會造成原料發(fā)霉，導致無法使用。

綜上，將秸稈資源進行有效利用，不僅可以解決秸稈浪費和由于秸稈露天焚燒引起的環(huán)境污染問題，實現(xiàn)節(jié)能減排，以滿足農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，還可以帶動相關產業(yè)發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種小型一體化、基于秸稈燃燒發(fā)電的自驅式旋耕系統(tǒng)，是一種生物質固體燃料熱電轉換系統(tǒng)，并通過埋灰裝置使秸稈燃燒產生的灰燼和高溫煙氣除塵過程產生的煙塵顆粒重新進入生物鏈以進行再循環(huán)，就地發(fā)電就地使用，同時帶來附加效益，解決了現(xiàn)有秸稈燃燒發(fā)電設備投資高、用戶使用麻煩、秸稈燃料收購困難和運輸成本高以及需要大面積原材料堆積場地等問題，從而減少秸稈露天焚燒的現(xiàn)象，保護生態(tài)環(huán)境，促進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

本發(fā)明所述的一種基于秸稈燃燒自驅式旋耕系統(tǒng)，包括物料(烘干)燃燒子系統(tǒng)(其中烘干設備選配)、微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)、旋耕子系統(tǒng)、蓄電及電力 調度子系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的電力資源自產自用，各個子系統(tǒng)組成一個秸稈燃燒處理和耕地作業(yè)的移動平臺。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

1.農用聯(lián)合收割機對成熟的谷物進行收割(聯(lián)合收割機不屬于本發(fā)明專利的內容范疇)。

2.物料烘干設備為選配內容，本發(fā)明的處理對象為收割后秸稈及根茬，是否要求經過自然風干均可。實際應用時，一種方案為將秸稈直接在燃燒爐中燃燒，不進行烘干；另一種方案為配置高效緊湊的烘干器，主要目的是將系統(tǒng)中的余熱進行二次利用。烘干器所用的高溫氣體來自冷凝器后的熱空氣和燃燒爐中產生的高溫煙氣，降低秸稈含水率的同時將秸稈吹向燃燒爐。從烘干器中出來的氣體經燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)除塵后排入大氣。

3.將達到燃燒要求的秸稈直接在燃燒爐中燃燒以加熱熱機中的工質，燃燒消耗的空氣來自微型蒸汽發(fā)電子系統(tǒng)中的冷凝后熱空氣，且該空氣較熱能促進燃燒。

4.微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的工作分為兩種技術方案，方案一為兩級發(fā)電系統(tǒng)：先微型蒸汽輪機、后螺桿膨脹機的組合發(fā)電子系統(tǒng)。燃燒爐將微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的工作工質加熱到過熱蒸汽狀態(tài)，驅動渦輪做功從而帶動發(fā)電機組發(fā)電。膨脹后的蒸汽為過熱或氣液兩相狀態(tài)，有一定的壓力未被完全利用，進一步流經螺桿膨脹機進行余熱利用，且螺桿膨脹機可作為全流膨脹機使用；方案二為一級發(fā)電系統(tǒng)：熱機設備僅采用微型蒸汽輪機或者螺桿膨脹機。燃燒爐將微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的工作工質加熱變成汽態(tài)，驅動微型蒸汽輪機或者螺桿膨脹機做功從而帶動發(fā)電機組發(fā)電。而微型蒸汽發(fā)電子系統(tǒng)中需要冷卻空氣帶走其自身的排熱，該部分冷卻空氣的氣流量很大，起到冷卻作用后溫度升高，將這部分高溫空氣通向燃燒爐作為助燃氣。同時，若配置烘干器，則這部分高溫氣體可流經烘干器對物料進行烘干；若沒有配置烘干器，多余的冷凝后空氣可直接排向大氣。

5.微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)產生的電能，通過蓄電及電力調度子系統(tǒng)向旋耕機和整個系統(tǒng)內的其它用電設備分配電能，蓄電及電力調度子系統(tǒng)由蓄電設備和電力調度器兩部分組成。當微型蒸汽發(fā)電子系統(tǒng)發(fā)出的電能過剩時，電力調度器將過剩的電能分配至蓄電設備，以備后續(xù)使用；當旋耕機耗能增加時，電力調度器通過調用蓄電設備中儲存的電能以彌補微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)輸出電能的不足，從而維持所有用電設備的正常運行。

6.物料燃燒產生的煙氣經過燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)除塵后排向大氣，經過除塵產生的煙塵顆粒和燃燒爐產生的灰燼一并隨旋耕機工作的同時被埋入土壤。

7.整個秸稈熱電轉換系統(tǒng)啟動時，由蓄電設備釋放電能來驅動物料(烘干)燃燒子系統(tǒng)工作，將收割后的秸稈及根茬送去燃燒，待微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)進入穩(wěn)定工作狀態(tài)時，設備的啟動正式完成，其余用電設備也均由蓄電設備釋放電能來驅動。

上述基于秸稈燃燒自驅式旋耕系統(tǒng)可以科學高效地利用農作物秸稈及根茬，保護生態(tài)環(huán)境，提高秸稈資源的利用率，實現(xiàn)農作物秸稈的變廢為寶。

下面結合附圖，對本發(fā)明專利中的基于秸稈燃燒自驅式旋耕系統(tǒng)進行詳細說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明專利中的一種基于秸稈燃燒自驅式旋耕系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖(方案一)，微型蒸汽發(fā)電子系統(tǒng)為兩級發(fā)電系統(tǒng)：先微型蒸汽輪機、后螺桿膨脹機的組合發(fā)電子系統(tǒng)。

如圖1所示，該系統(tǒng)由物料(烘干)燃燒子系統(tǒng)(其中烘干設備選配)、微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、旋耕子系統(tǒng)、蓄電及電力調度子系統(tǒng)、燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)構成。物料(烘干)燃燒子系統(tǒng)包括烘干器和燃燒爐(烘干設備選配)；微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)吸收燃燒爐燃燒物料釋放的熱能以驅動膨脹機做功并輸出電能；旋耕子系統(tǒng)由旋耕機和埋灰裝置組成，實現(xiàn)土壤翻耕和埋灰作業(yè)。燃燒爐的灰燼和除塵器凈化過程中產生的煙塵顆粒會被收集送入旋耕子系統(tǒng)，伴隨著旋耕作業(yè)的同時由埋灰裝置埋入土壤；蓄電及電力調度子系統(tǒng)由電力調度器和蓄電設備組成，其主要作用是接收微型蒸汽輪機和螺桿膨脹機發(fā)電子系統(tǒng)產生的電能，同時結合內部蓄電設備智能調控電能的釋放與存儲；燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)將燃燒爐產生的煙氣 除塵后排向大氣。

圖2和圖3為本發(fā)明專利中的一種基于秸稈燃燒自驅式旋耕系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖(方案二)，微型蒸汽發(fā)電子系統(tǒng)為一級發(fā)電系統(tǒng)：熱機設備僅采用微型蒸汽輪機(圖2)或者螺桿膨脹機(圖3)。該系統(tǒng)由物料(烘干)燃燒子系統(tǒng)(烘干設備選配)、微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)、旋耕子系統(tǒng)、蓄電及電力調度子系統(tǒng)構成。該系統(tǒng)的構成基本如圖1所示的方案一利用方式，只是在微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中，熱機設備僅采用微型蒸汽輪機(圖2)或者螺桿膨脹機(圖3)。

具體實施方式

下面結合實施例對基于秸稈燃燒自驅式旋耕系統(tǒng)作進一步地詳細說明。

實施例1：

如圖1所示，本發(fā)明是一種利用秸稈燃燒產生的熱能進行發(fā)電以驅動旋耕機的熱電轉換系統(tǒng)，該系統(tǒng)由物料(烘干)燃燒子系統(tǒng)(其中烘干設備選配)、微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、燃燒煙塵凈化子系統(tǒng)、旋耕子系統(tǒng)、蓄電及電力調度子系統(tǒng)構成。配置烘干設備時，收割后的秸稈及根茬經過烘干器以降低含水率并被吹向燃燒爐，在燃燒爐中燃燒以加熱工質產生蒸汽；若沒有配置烘干設備時，將收割后秸稈及根茬直接在燃燒爐中燃燒。燃燒所消耗的空氣來自微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的冷凝后空氣。該實施例為兩級發(fā)電系統(tǒng)：先微型蒸汽輪機、后螺桿膨脹機的組合發(fā)電子系統(tǒng)。燃燒爐將微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的工作工質加熱變成過熱蒸汽，驅動膨脹機做功從而帶動發(fā)電機組發(fā)電。過熱蒸汽流經渦輪膨脹為壓力較低的過熱蒸汽或者氣液兩相流體，仍具有一定的壓力和溫度未被完全利用。而由于螺桿膨脹動力機螺桿齒面能耐磨損及液體顆粒沖擊且齒面間留有間隙，因而螺桿膨脹機可作為全流膨脹機使用。渦輪后的蒸汽或氣液兩相流進一步流經螺桿膨脹機進行余熱利用，產生電能輸送至蓄電及電力調度子系統(tǒng)。蓄電及電力調度子系統(tǒng)由電力調度器和蓄電設備組成，其主要作用是接收微型蒸汽輪機發(fā)電子系統(tǒng)和螺桿膨脹發(fā)電子系統(tǒng)產生的電能，同時結合內部蓄電設備智能調控電能的釋放與存儲。旋耕子系統(tǒng)包括旋耕機和埋灰裝置，由蓄電及電力調度子系統(tǒng)分配電能驅動，燃燒爐的排灰和除塵器凈化產生的煙塵顆粒會被收集送入旋耕子系統(tǒng)，伴隨著旋耕作業(yè)的同時由埋灰裝置埋入土壤。

實施例2:

本實施例在實施例1的基礎上進行簡化，在微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中采用一級發(fā)電系統(tǒng)：熱機設備僅采用微型蒸汽輪機(圖2)或者螺桿膨脹機(圖3)。螺桿膨脹機要求入口的蒸汽壓力≥0.3MPa、溫度≤300℃，0.2MPa≤進出壓差≤1.0MPa，是一種利用飽和蒸汽差壓發(fā)電的機械。在微型蒸汽循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中，燃燒爐加熱產生的蒸汽僅流經微型蒸汽輪機或者螺桿膨脹機，輸出軸功帶動發(fā)電機組，將機械能轉變?yōu)殡娔埽衣輻U膨脹機出口壓力略微高于大氣壓力，有效地保證了整個系統(tǒng)的密封性。

以上所述，僅是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，在不背離本發(fā)明實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變形均屬于本發(fā)明的保護范圍。