热辐射式秸秆炭化炉及其控制系统的研究
农作物秸秆如水稻秆、小麦秆和玉米秆等是农业生产中的主要副产品，全球每年农作物秸秆产量上千亿吨，目前，中国是一个以农业为主的国家，各种农作物秸秆资源丰富。近年来，为了推动国民经济的快速发展，我国政府出台了多个有利的农业政策，随之而来的是粮食产量和秸秆产量的增加。我国很多地方尝试了多种秸秆回收综合利用的方法，但是由于诸多社会问题的存在，大面积露天焚烧秸秆的现象还处处存在，这不仅浪费了宝贵的秸秆资源，而且也加重了空气的污染，还增加了很多社会安全隐患。 农作物秸秆含有丰富的有机质，对其进行炭化处理，能充分有效地利用这些农业废弃物。而农作物秸秆的直径较木材来说要小很多，若采用直接将其点燃烧炭的方式，容易烧成灰烬，生成的炭粉含炭量偏低，在这些问题的基础上，本文研制出了一种热辐射式农作物秸秆炭化炉及其控制单元。论文完成的主要工作如下: 1.根据秸秆燃烧的特性，提出了一种热辐射式农作物秸秆炭化炉结构。农作物秸秆用螺杆推送进入固定不动的炉腔内，进入炉腔的秸秆不与火源直接接触，而是在腔体上部生物质气燃烧提供的高温辐射下促成热解并完成炭化。该炭化炉分为上腔和下腔，上腔装有烟囱，下腔有进料槽和出料槽。除了炉体本身，外围部件还包含点火、输送、通风和喷水装置。分析了炉腔内部的气体流动方向;通过试验，得到炭化炉处于稳定工作状态时炉腔内的温度范围。 2.根据农作物秸秆炭化炉的工作原理和控制要求，设计了炭化控制系统的硬件部分。硬件部分由温度数据采集模块，继电器、电磁阀控制模块以及与触摸屏的通信模块等组成。详细分析了ATmega16芯片的特点，设计了电源电路、温度信号采集电路、功率驱动电路、通信接口电路，并分析了PCB板设计中各种抗干扰的措施。 3.根据炭化炉的工作流程，设计了炭化炉控制系统的软件，它包括控制系统的下位机程序和上位机应用程序，两个模块之间采用Modbus通讯协议。下位机程序实现了炭化炉内各监控点温度的自动采集、温度的PID控制、与上位机的通讯等功能;以MCGS触摸屏作为上位机的开发平台，对五大模块进行了组态设计，分别是主控窗口、设备窗口、用户窗口、运行策略和实时数据库。触摸屏面向用户，具备良好的人机交互性能。整个系统能实现对整个炭化炉环境参数的多点检测和控制，上位机也接受下位机传送的数据并显示到实时数据库中，下位机也能够接收上位机的请求，修改参数的上限和下限。 4.对秸秆炭化炉及其控制系统进行了试验，根据不同控制温度下的产炭量和含炭率，分析了温度对炭化结果的影响。试验表明:该控制系统运行稳定可靠，能满足农作物秸秆连续炭化过程的控制要求。
热辐射式秸秆炭化炉;控制系统;硬件设计;软件开发;功能模块
南京农业大学
硕士
农业电气化与自动化
尹文庆
2014
中文
TK175;TP273
81
2016-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）