移动式秸秆炭化还田利用技术应用案例
移动式秸秆炭化还田利用技术应用案例我国是一个农业大国,各类秸秆资源丰富。据第二次全国污染源普查统计,2017年我国秸秆产生量为8.05亿吨,秸秆可收集资源量为6.74亿吨,秸秆利用量为5.85亿吨,综合利用率为86.79%,未利用秸秆资源量达0.89亿吨,田间废弃、露天焚烧的处理方式造成极大的环境污染、资源浪费,重度污染、雾霾天气时常发生,严重影响人民的生活健康。
目录
一、背景
1. 技术应用所属行业特点、机遇与挑战;
我国是一个农业大国,各类秸秆资源丰富。据第二次全国污染源普查统计,2017年我国秸秆产生量为8.05亿吨,秸秆可收集资源量为6.74亿吨,秸秆利用量为5.85亿吨,综合利用率为86.79%,未利用秸秆资源量达0.89亿吨,田间废弃、露天焚烧的处理方式造成极大的环境污染、资源浪费,重度污染、雾霾天气时常发生,严重影响人民的生活健康。
秸秆炭中富含大量的钾、磷、钙、镁等营养元素,同时还具有丰富的孔隙结构。秸秆炭还田利用能将作物从土壤内吸收的无机盐返回到土壤中,形成物质循环,同时还具有改良土壤、提高土壤饱和持水率、保水抗旱能力、促进作物生长、降低土壤中重金属[1]的活性等一系列优点。在双碳背景下,秸秆炭还田利用还具有固碳减排的作用,增加土壤的碳汇、减少温室气体排放。
2. 技术应用所解决的行业难点、热点问题,必要性及重要意义。
收储运是农作物秸秆资源化利用过程中消耗成本较高的环节之一。秸秆炭化产物对调理土壤、增强地力有促进作用。然而,现有技术手段未能将上述两项需求有效结合。传统工艺较高的处理成本制约了秸秆利用与地力提升。若能在粮食主产区推行具备一体化操作、一步工序完成的农作物秸秆炭化还田工艺,将有效降低相应农艺操作成本,同时有效提升土壤碳汇能力,为农业领域碳达峰碳中和提供重要的技术支撑。
吉林省日新清洁供热技术有限公司与中国农业大学农业农村部可再生能源清洁化利用技术重点实验室等单位合作,依托国家自然科学基金项目/课题等,发挥产学研合作优势,针对农作物秸秆高效清洁炭化机理及工艺开展深入研究,并基于相关研究结论设计研发了移动式秸秆捡拾及炭化还田一体化利用装备,能够实现农作物秸秆在田间直接转变为生物炭,提高作物产量,显著降低作业成本,同时促进农民增收。
二、应用案例
1.项目概述
(以应用为切入点,介绍包括但不限于:应用项目地点、资源及负荷等主要应用场景,以及项目规模、生产能力、关键实施步骤、主要功能与创新点、主要实施单位等)
该技术利用拖拉机带动移动式秸秆炭化还田机,实现田间秸秆的捡拾、清洁炭化、生物炭还田、烟气除尘等一整套处理流程。其解决的主要问题包括以下三点:
——秸秆田间进行处理,处理模式简单成本低。本技术采用移动式秸秆炭化还田机,可对不同地区、作物的秸秆进行焚烧后利用,无需对秸秆进行打捆、转运、储存,减少秸秆利用环节的能源消耗与处理成本,模式简单、操作性强。
——无序散烧变清洁,环境友好污染物排放少。秸秆经捡拾后通过输送装置送入炭化炉内,通过精准控制的多级热解、炉内外高效除尘等装置,实现秸秆的清洁炭化,减少烟气中NOx、SO2、颗粒物等污染物的排放量,优化空气质量。
——秸秆炭还田利用,改良土壤减少碳排放。秸秆炭化后通过粉碎细化减小其粒径,由排灰装置均匀铺洒在土壤表面进行还田利用。秸秆炭及其中含有的无机盐等营养元素,重新回到土壤中实现资源循环,能有效改良土壤、促进作物生长,同时还能进行碳封存减少碳排放。
截至目前,团队已在吉林省进行大范围的推广应用,在长春、吉林、松原、通化、四平、延边等地共计推广500余台。其中,长春地区推广大型炭化还田机67台,小型移动式秸秆炭化装置92台;吉林地区推广包括推广小型移动式秸秆炭化装置112台;松原地区推广大型炭化还田机23台,小型移动式秸秆炭化装置46台;通化地区推广大型炭化还田机10台,小型移动式秸秆炭化装置62台;四平地区推广小型移动式秸炭化装置焚烧炉90台。
2.主要效益
(通过可量化的关键指标,描述应用案例的经济效益或社会效益)
“收获-粉碎-田间处理-炭化还田”的技术模式,由传统田间无序散烧变为清洁炭化还田减少大气污染物排放,移动式处理方式减少秸秆收储运成本,秸秆炭富含各类作物所需营养元素还田利用实现资源循环的同时固碳减排,能有效促进秸秆全量化利用和耕地质量提升,推动农业农村绿色可持续发展。
根据全生命周期评价方法,本技术中作物种植、田间处理的CO2排放量分别为7.13、1.92 g/MJ。秸秆产炭每吨可减少CO2当量排放0.86~0.89 t,折合为57.7~60.1 g/MJ,即每吨秸秆可减少CO2当量排放58.9 g/MJ,故CO2当量的净排放为49.85 g/MJ,处理每吨秸秆的CO2减排量为423.23 kg/t。以吉林地区为例,未利用秸秆量为2000万t,则每年可实现吉林地区CO2当量减排量为846.46万t,固碳减排潜力大。
以吉林地区为例,未利用秸秆量为2000万t,采用本技术对上述秸秆进行利用,将有助于促进粮食增产和农民增收,并带动区域内秸秆资源化利用行业新局面,实现产业升级、拉动就业、扶贫致富、增产增效,社会与经济效益显著。
三、应用前景
(行业前景、商业模式、推广空间、问题挑战等)
该项目的主要研究成果是一款环保型的秸秆炭化还田一体化装备。它具有可移动、自动捡拾秸秆和清洁处置一体化等功能。该装备操作方法简单、秸秆处置效率高、四季均可使用等优点。
秸秆露天焚烧直接污染大气环境,尤其是秋冬季节,在不利气象条件作用下,对重污染天气的形成和加重起到推波助澜的作用。据估算,秸秆露天焚烧对当地细颗粒物(PM2.5)日均浓度影响的贡献率在 14%~55%之间,严重时还会影响航班正常起降。因此环保型移动式秸秆炭化还田一体化装备的研发与应用,对缓解秸秆露天焚烧压力具有重要意义。
以吉林省为例,除少量秸秆由农民自用外,每年大约有2000万t废弃秸秆没有采取行之有效的方式进行处理,使之成为秸秆露天焚烧的最大隐患。
在全面推进乡村振兴[2]进程中,以行之有效的工程手段促进农作物秸秆在田间高效转化为生物炭,增加农田土壤碳汇,促进粮食增产,应用潜力十分巨大。
参考文献
- ↑ 何谓重金属? 对人体有何影响?有什么表现?,搜狐,2020-08-27
- ↑ 乡村振兴的三大类型、九大模式,搜狐,2023-01-15