高寒地区戈壁温室生物质燃料智能防冻系统的研发与应用

成果名称：高寒地区戈壁温室生物质燃料智能防冻系统的研发与应用

成果完成单位：酒泉职业技术学院

成果完成人：李玉宏;陈维铅;许军;李涛;李增鹏;许世鹏;陈祥玉;程明杰;李琪飞;赵博义

所属行业：农、林、牧、渔业

成果登记号：9622022Y0556

成果简介：

一、课题来源与背景
2017年8月，甘肃省人民政府办公厅发布《关于河西戈壁农业发展的意见》，提出了大力发展河西地区戈壁农业的宏伟蓝图。相继酒泉市政府编制了《酒泉市20万亩戈壁农业发展规划（2017年-2022年）》，拉开了酒泉地区戈壁日光温室大规模建设的序幕。截止目前，酒泉市已建成9万亩以日光温室为载体的戈壁生态农业。日光温室是以农业废弃物为主要生产原料，采取基质无土栽培技术和高效节水技术，以种植瓜果、蔬菜等经济农作物为主的新型农业生产模式。但是河西地处亚欧大陆，冬季气候干燥寒冷，常有大风大雪、持续阴雨天气，最低气温可达零下28℃以下，导致戈壁日光温室在冬季严寒气候条件下农作物冻害严重，造成较大的经济损失。
为解决严寒气候条件下，戈壁日光温室农作物冻害问题，受甘肃省高等学校产业支撑计划项目（2019C-20）和陇原青年创新创业人才（团队）项目（2020RCXM125）资助，联合酒泉中天新能源科技有限公司，研发以生物质颗粒为燃料、以双套筒碳钢为炉膛、以双循环镀锌不锈钢套管为散热装置，具有自动启停、可调式给料功能的戈壁日光温室专用生物质热风炉，并取得了一定的推广应用成效。
二、技术原理与性能指标
生物质热风炉技术原理：生物质热风炉主要由双套筒碳钢炉膛、换热混流箱、生物质颗粒燃料仓、自动给料绞龙、自动点火热吹风机、自动控制系统组成，还包括助燃空气进风管道、贯穿温室内的散热管道、排烟管道、换热引风机、排烟引风机等，共同构成戈壁日光温室生物质增温防冻技术装备。
采用绞龙传输和变频电机实现可调式自动给料技术，采用小型吹风机联通电热丝实现自动点火功能；采用温度传感器循环采集室内温度数据，通过单片机依据室内温度变化调节自动给料速率来控制热风炉的输出功率。炉膛助燃空气与温室内加热空气采用镀锌不锈钢双循环管道分离，助燃空气从温室外通过进风管进入炉膛形成高温烟气在引风机的作用下通过混流箱换热后排向温室外，温室内冷空气在引风机的作用下从炉膛侧壁进入混流箱被加热后通过散热管道排向温室另一端；实现温室内冷空气循环加热。
工作原理：当温室内温度低于影响农作物正常生长的临界温室（设置温度10℃）时，热风炉自动给料装置开始工作，料仓内的生物质颗粒燃料从进料管进入炉膛，在炉膛堆积一定量后，自动点火热吹风机启动，将燃料加热至浓烟冒起时，温室外排烟口处引风机启动，炉膛内形成负压，助燃空气从进气管进入炉膛，生物质颗粒被点燃；随后温室内散热口处引风机启动，换热箱套筒内形成负压，温室内冷空气从炉膛侧壁进入，通过炉膛侧壁加热后进入换热箱进一步被加热，在引风机的作用下通过散热管道排向温室的另一端，热风炉开始正常工作。
三、技术的创作性和先进性
我国虽然对生物质燃烧炉的开发利用开展了一定的应用研究工作，但大多数都是通过燃煤锅炉改造，对生物质燃烧特性缺乏基础性研究，造成燃烧积灰、结渣等影响燃烧炉正常工作。该热风炉研发应用之前，我国还没有一款专门应用于日光温室严寒气候条件下增温防冻的技术装备。其先进性主要表现为：
（1）该热风炉以清洁能源生物质颗粒为燃料，将林业农业废弃物资源化利用，受到国家乡村振兴战略和“双碳”目标政策的支持。
（2）该热风炉采用双循环散热系统，助燃空气从温室外进入燃烧室，经换热后排出温室；温室内冷空气被加热后在引风机的作用下排向温室另一端，整个过程与烟气隔绝，不影响温室内空气质量。
（3）热风炉工作过程中，炉膛、换热器、散热管道内形成负压，燃烧充分、热效率高，增温防冻效果显著。
（4）该热风炉在戈壁日光温室中的推广应用，填补了我国以清洁能源为燃料在日光温室增温防冻方面的空白。
四、技术成果的成熟程度、适用范围和安全性
该热风炉已在戈壁日光温室、企业生产车间、学校实训室等场所示范推广应用，应用技术较成熟，操作简单、实用性强、安全可靠。
五、应用情况及存在的问题
该热风炉成本低、换热效率大、使用性能强、性价比高，每台（套）制造成本约5000元左右，根据安装、散热管道距离、运输等条件，每台售价8000~12000元，受到农户、农业合作社等用户的青睐。热风炉已在新疆、酒泉肃州区、金塔、玉门、瓜州等地戈壁日光温室推广应用54台，其增温防冻效果明显，严寒气候条件下显著提升温室农作物产量。经测算，戈壁日光温室在冬至前后一个月内，若温室每晚温度能提高4-6度，当季蔬菜可增产20-50%，若赶上销售旺季，一座1亩温室可增收1万元，扣除燃料及电费成本，可增收8000元左右，为种植户带来客观的经济效益。
目前存在的主要问题是生物质颗粒燃料缺乏，每吨成型颗粒燃料成本高于煤炭，因燃料成本问题影响了生物质热风炉的大规模推广应用。若下一步，政府能够出资在各乡镇建立公共集体生物质颗粒生产厂，由农民自行收集园林、农业废弃物压制生物质颗粒燃料，将有利于农村生物质冬季供暖和热风炉的推广应用。
六、历年获奖情况
该热风炉于2018年9月开始研发，2019年冬季示范应用，受高等学校产业支持计划项目资助，于2021年12月31日通过验收，未获得其它奖励，现申请成果登记。