熱輻射式秸稈炭化爐及其控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：農(nóng)作物秸稈如水稻稈、小麥稈和玉米稈等是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)品,全球每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量上千億噸,目前,中國是一個以農(nóng)業(yè)為主的國家,各種農(nóng)作物秸稈資源豐富。近年來,為了推動國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國政府出臺了多個有利的農(nóng)業(yè)政策,隨之而來的是糧食產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量的增加。我國很多地方嘗試了多種秸稈回收綜合利用的方法,但是由于諸多社會問題的存在,大面積露天焚燒秸稈的現(xiàn)象還處處存在,這不僅浪費了寶貴的秸稈資源,而且也加重了空氣的污染,還增加了很多社會安全隱患。農(nóng)作物秸稈含有豐富的有機質(zhì),對其進行炭化處理,能充分有效地利用這些農(nóng)業(yè)廢棄物。而農(nóng)作物秸稈的直徑較木材來說要小很多,若采用直接將其點燃燒炭的方式,容易燒成灰燼,生成的炭粉含炭量偏低,在這些問題的基礎(chǔ)上,本文研制出了一種熱輻射式農(nóng)作物秸稈炭化爐及其控制單元。論文完成的主要工作如下：1.根據(jù)秸稈燃燒的特性,提出了一種熱輻射式農(nóng)作物秸稈炭化爐結(jié)構(gòu)。農(nóng)作物秸稈用螺桿推送進入固定不動的爐腔內(nèi),進入爐腔的秸稈不與火源直接接觸,而是在腔體上部生物質(zhì)氣燃燒提供的高溫輻射下促成熱解并完成炭化。該炭化爐分為上腔和下腔,上腔裝有煙囪,下腔有進料槽和出料槽。除了爐體本身,外圍部件還包含點火、輸送、通風(fēng)和噴水裝置。分析了爐腔內(nèi)部的氣體流動方向;通過試驗,得到炭化爐處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時爐腔內(nèi)的溫度范圍。2.根據(jù)農(nóng)作物秸稈炭化爐的工作原理和控制要求,設(shè)計了炭化控制系統(tǒng)的硬件部分。硬件部分由溫度數(shù)據(jù)采集模塊,繼電器、電磁閥控制模塊以及與觸摸屏的通信模塊等組成。詳細分析了ATmega16芯片的特點,設(shè)計了電源電路、溫度信號采集電路、功率驅(qū)動電路、通信接口電路,并分析了PCB板設(shè)計中各種抗干擾的措施。3.根據(jù)炭化爐的工作流程,設(shè)計了炭化爐控制系統(tǒng)的軟件,它包括控制系統(tǒng)的下位機程序和上位機應(yīng)用程序,兩個模塊之間采用Modbus通訊協(xié)議。下位機程序?qū)崿F(xiàn)了炭化爐內(nèi)各監(jiān)控點溫度的自動采集、溫度的PID控制、與上位機的通訊等功能;以MCGS觸摸屏作為上位機的開發(fā)平臺,對五大模塊進行了組態(tài)設(shè)計,分別是主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、運行策略和實時數(shù)據(jù)庫。觸摸屏面向用戶,具備良好的人機交互性能。整個系統(tǒng)能實現(xiàn)對整個炭化爐環(huán)境參數(shù)的多點檢測和控制,上位機也接受下位機傳送的數(shù)據(jù)并顯示到實時數(shù)據(jù)庫中,下位機也能夠接收上位機的請求,修改參數(shù)的上限和下限。4.對秸稈炭化爐及其控制系統(tǒng)進行了試驗,根據(jù)不同控制溫度下的產(chǎn)炭量和含炭率,分析了溫度對炭化結(jié)果的影響。試驗表明：該控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,能滿足農(nóng)作物秸稈連續(xù)炭化過程的控制要求。 【關(guān)鍵詞】：農(nóng)作物秸稈 炭化 控制系統(tǒng) AVR MCGS
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S216.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究背景和意義10-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 國外生物質(zhì)炭化技術(shù)13-16
• 1.2.2 國內(nèi)生物質(zhì)炭化技術(shù)16-17
• 1.3 論文研究的內(nèi)容17-19
• 第二章 農(nóng)作物秸稈炭化特性分析19-25
• 2.1 農(nóng)作物秸稈的熱裂解過程19
• 2.2 農(nóng)作物秸稈的熱裂解動力學(xué)分析19-23
• 2.2.1 纖維素?zé)崃呀鈩恿W(xué)20-21
• 2.2.2 半纖維素?zé)崃呀鈩恿W(xué)21-22
• 2.2.3 木質(zhì)素?zé)崃呀鈩恿W(xué)22-23
• 2.3 農(nóng)作物秸稈炭化工藝23-25
• 第三章 農(nóng)作物秸稈炭化爐的設(shè)計25-35
• 3.1 農(nóng)作物秸稈炭化爐的總體設(shè)計方案25-27
• 3.1.1 炭化爐整體技術(shù)參數(shù)25-26
• 3.1.2 農(nóng)作物秸稈炭化爐的總體結(jié)構(gòu)26-27
• 3.2 炭化爐各部分的設(shè)計27-33
• 3.2.1 炭化爐輸送裝置27-30
• 3.2.2 炭化爐送風(fēng)裝置30-32
• 3.2.3 炭化爐送水裝置32
• 3.2.4 炭化爐點火裝置32-33
• 3.3 炭化爐整體三維造型與實物圖33-35
• 第四章 農(nóng)作物秸稈炭化爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計35-46
• 4.1 炭化爐控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計35-36
• 4.2 控制系統(tǒng)的上位機36
• 4.3 ATmega16單片機36-38
• 4.4 電源電路設(shè)計38-40
• 4.4.1 15V直流電源設(shè)計39
• 4.4.2 5V直流電源設(shè)計39-40
• 4.5 溫度采集電路的設(shè)計40-42
• 4.5.1 熱電偶的工作原理40
• 4.5.2 熱電偶冷端補償40
• 4.5.3 熱電偶信號調(diào)理電路的設(shè)計40-42
• 4.6 功率驅(qū)動電路的設(shè)計42
• 4.7 通信接口電路的設(shè)計42-43
• 4.8 PCB板設(shè)計中的抗干擾措施43-46
• 4.8.1 抑制電源線和地線阻抗噪聲43-44
• 4.8.2 印制電路板的布線原則44-46
• 第五章 農(nóng)作物秸稈炭化爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計46-63
• 5.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計46
• 5.2 ATmega16控制系統(tǒng)程序設(shè)計46-53
• 5.2.1 ICC AVR集成開發(fā)環(huán)境46-47
• 5.2.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計47-49
• 5.2.3 風(fēng)機調(diào)速控溫程序設(shè)計49-51
• 5.2.4 通信程序設(shè)計51-53
• 5.3 觸摸屏應(yīng)用程序設(shè)計53-61
• 5.3.1 MCGS組態(tài)軟件53-54
• 5.3.2 主控窗口設(shè)計54-55
• 5.3.3 設(shè)備窗口設(shè)計55-56
• 5.3.4 用戶窗口設(shè)計56-59
• 5.3.5 運行策略設(shè)計59-61
• 5.3.6 實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計61
• 5.4 農(nóng)作物秸稈炭化爐軟件系統(tǒng)調(diào)試61-63
• 第六章 試驗與結(jié)果分析63-68
• 6.1 試驗63-65
• 6.2 結(jié)果分析65-68
• 第七章 結(jié)論與建議68-69
• 7.1 結(jié)論68
• 7.2 建議68-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74-75
• 附錄A 電路圖75-76
• 附錄B 部分源程序76-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82

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