管理和利用過(guò)量的玉米殘留物的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】管理和利用過(guò)量的玉米殘留物的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年11月15日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080070143.X、名稱為“管理和利用過(guò)量的玉米殘留物的系統(tǒng)和方法”的發(fā)明申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開總地涉及用于使用生物量作為燃料以生成電力的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在收割了玉米谷物(即谷物的芯)之后，地面上的玉米殘留物(即玉米秸桿)通常被認(rèn)為包括地里剩余的玉米桿、葉、外殼和玉米穗軸。根據(jù)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，許多玉米種植者選擇將地面上的玉米殘留物保留在他們的土地里，從而保持土壤的肥沃和有機(jī)成分。同時(shí)飼養(yǎng)牛的玉米種植者常常使用玉米殘留物作為牛的飼料。例如，玉米殘留物還可以被當(dāng)做草料喂食，或者被打包用作飼料或草墊。玉米殘留物還可以用作產(chǎn)生纖維素酒精并且還可以用作燃料源與其中煤作為主燃料的燒煤的熔爐中與煤共同燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開的一個(gè)方面總地涉及幫助高產(chǎn)量玉米種植者通過(guò)他們的努力有效地管理過(guò)量的玉米殘留物同時(shí)從過(guò)量的玉米殘留物生成電力的系統(tǒng)和方法。
[0005]本公開的另一個(gè)方面涉及用于有效地收割和打包玉米殘留物，并且用于有效地使用這樣收割的玉米殘留物作為蒸汽生成設(shè)施中的主要燃料源的系統(tǒng)和方法。
[0006]在下面的【具體實(shí)施方式】中闡述了各種有創(chuàng)造性的方面的示例表示。有創(chuàng)造性的方面涉及單個(gè)特征以及特征的組合。應(yīng)該理解前面總的描述和下面的【具體實(shí)施方式】?jī)H提供了如何將本發(fā)明的方面進(jìn)行實(shí)踐的例子，并不用于限制創(chuàng)造性方面的寬的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的原理用于管理過(guò)量玉米殘留物并且使用玉米殘留物來(lái)生成蒸汽的方法的流程圖；
[0008]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的原理用于玉米殘留物燃燒和蒸汽生成設(shè)施的示例地點(diǎn)位置；
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理的用于玉米殘留物燃燒和蒸汽生成設(shè)施的地點(diǎn)布局概略平面圖；
[0010]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的執(zhí)行玉米殘留物割曬(windrow)操作的處理中的第一粉碎機(jī)/鋪條機(jī)；
[0011]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的適于割曬玉米殘留物的第二粉碎機(jī)/鋪條機(jī)；
[0012]圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的適于割曬玉米殘留物的第三粉碎機(jī)/鋪條機(jī)；
[0013]圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的適于割曬玉米殘留物的第四粉碎機(jī)/鋪條機(jī)；
[0014]圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的適于割曬玉米殘留物的第五粉碎機(jī)/鋪條機(jī)；
[0015]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)行玉米殘留物的打包操作的處理中的打包機(jī)；
[0016]圖5A是圖5的打包機(jī)的一部分的側(cè)視圖；
[0017]圖6示出了用于從土地中收集大包的收集機(jī)；
[0018]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的原理利用玉米殘留物的方法的流程圖；
[0019]圖8是圖3的地點(diǎn)布局的預(yù)處理站的概括平面圖；
[0020]圖9是位于圖8的預(yù)處理站內(nèi)的材料粉碎機(jī)的概括側(cè)視圖；
[0021 ]圖10是圖3的地點(diǎn)布局的回收站的概括平面圖；
[0022]圖11是圖10的回收站的概括側(cè)視圖；
[0023]圖12是圖3的地點(diǎn)布局的回收站的可選配置的概括平面圖；
[0024]圖13是圖12的回收站的概括側(cè)視圖；和
[0025]圖14是圖3的地點(diǎn)布局的燃燒和蒸汽生成站和發(fā)電站的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在收割谷物之后，玉米種植者通常通過(guò)將玉米殘留物耙作到土壤中以管理他們的玉米殘留物。傳統(tǒng)慣例告訴我們將玉米殘留物耙作回到土壤中是必須的，從而保持土壤的養(yǎng)分和有機(jī)成分。由此，通常認(rèn)為將玉米殘留物耙作回到土壤中幫助土壤獲得增加的產(chǎn)量并且減少需要在土地上施加的人工肥料和土壤調(diào)節(jié)劑的數(shù)量。
[0027]玉米的總生物量包括玉米谷物、地面上的玉米殘留物和地面下的根系統(tǒng)?？偟貋?lái)說(shuō)，玉米谷物占玉米的總生物量的約三分之一，地面上的玉米殘留物占玉米的總生物量的另三分之一并且根系統(tǒng)占玉米的總生物量的最后三分之一。假設(shè)一蒲式耳的玉米谷物重約56鎊。情況如下，對(duì)于每蒲式耳的玉米谷物，還產(chǎn)生56鎊的地面上的玉米殘留物。
[0028]農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致了每英畝玉米谷物的產(chǎn)量顯著增加。通過(guò)日益增加的玉米谷物產(chǎn)量，每英畝的玉米殘留物的總量也增加。增加量的玉米殘留物對(duì)于現(xiàn)在的農(nóng)民來(lái)說(shuō)是一個(gè)問(wèn)題。例如，大量的玉米殘留物可能堵塞或卡住耕種設(shè)備，由此阻礙玉米殘留物有效地被犁回到土地中。此外，土壤不能接受和分解當(dāng)前增長(zhǎng)的玉米產(chǎn)量而導(dǎo)致的大量玉米殘留物。結(jié)果，玉米殘留物沒(méi)有被均勻地集成和進(jìn)入土壤中，這導(dǎo)致緩慢或不均勻的土地回暖。此外，土壤中的過(guò)量的玉米殘留物可能由于土壤與種子不充分的接觸而導(dǎo)致更慢的水吸收而引起的延遲發(fā)芽。此外，從農(nóng)作物殘留物的化學(xué)劑濾去可以延遲早期農(nóng)作物生長(zhǎng)。與過(guò)量玉米殘留物相關(guān)的上述問(wèn)題可能干擾玉米種植者最大量產(chǎn)量的能力。由此，為了高產(chǎn)量的玉米農(nóng)作物，人們相信從玉米種植者的土地移除大部分過(guò)量的玉米殘留物將導(dǎo)致更高的產(chǎn)量，而不會(huì)對(duì)土壤的長(zhǎng)期生產(chǎn)力有負(fù)面影響。例如，研究顯示在某些情況下，從土地中移除大約一半的地面上的玉米殘留物可以提供每英畝13蒲式耳的玉米谷物產(chǎn)量的增加，這導(dǎo)致每英畝額外的大約728鎊的地面上玉米殘留物。
[0029]本發(fā)明涉及幫助玉米種植者有效地解決他們的過(guò)量玉米殘留物的問(wèn)題同時(shí)補(bǔ)償他們的過(guò)量玉米殘留物的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了通過(guò)從生物可更新燃料源提供電力同時(shí)創(chuàng)造當(dāng)?shù)毓ぷ鳈C(jī)會(huì)而對(duì)社會(huì)最大程度提供益處的方法和系統(tǒng)。
[0030]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的管理和利用過(guò)量的地面上的玉米殘留物的大規(guī)模方法的流程圖。該方法在第一步驟10開始，其中識(shí)別特別的設(shè)施地點(diǎn)位置。當(dāng)識(shí)別到恰當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)位置時(shí)需要考慮大量因素。例如，適合的地點(diǎn)位置應(yīng)該接近于高密度高產(chǎn)量的連續(xù)種植玉米的玉米地。這里使用的術(shù)語(yǔ)“高產(chǎn)量”玉米地意味著每英畝提供至少180蒲式耳玉米谷物的谷物產(chǎn)量的玉米地。連續(xù)種植玉米的玉米地指的是在連續(xù)的年份中重復(fù)種植玉米的土地。優(yōu)選地，在選定的地點(diǎn)位置的服務(wù)區(qū)域中具有至少880000英畝的高產(chǎn)量連續(xù)種植玉米的玉米地。參考圖2，地點(diǎn)位置12被示出為處于具有30英里半徑的服務(wù)區(qū)域14內(nèi)，其中具有880000英畝高產(chǎn)量連續(xù)種植玉米的玉米地。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，服務(wù)區(qū)域14內(nèi)的880000英畝高產(chǎn)量玉米提供了每英畝至少190蒲式耳玉米谷物的平均谷物產(chǎn)量。據(jù)稱，利用服務(wù)區(qū)域內(nèi)880000英畝的高產(chǎn)量玉米的4 %上存在的地面上玉米殘留物的50 %可以提供足以允許設(shè)施持續(xù)操作一年的生物量燃料源。這代表每年大約至少174000噸的基于玉米殘留物的生物燃料。通過(guò)在大量高產(chǎn)量玉米附近建造地點(diǎn)位置12，地點(diǎn)位置12位于過(guò)量的玉米殘留物形式的大量生物燃料的附近。臨近生物燃料允許生物燃料的運(yùn)輸成本最小化，從而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的成本效率。
[0031]地點(diǎn)位置12位于具有穩(wěn)定的電力需求的市場(chǎng)附近也是重要的。這通常意味著地點(diǎn)位置相對(duì)接近于大量人口的中心，其對(duì)電力具有穩(wěn)定需要，由此保持電價(jià)穩(wěn)定。在某些實(shí)施例中，選擇地點(diǎn)位置12使得在地點(diǎn)位置12生成的電可以在PJM市場(chǎng)或類似的電力市場(chǎng)銷售。
[0032]一旦識(shí)別了地點(diǎn)位置，圖1的方法的第二步驟20包括在地點(diǎn)位置12構(gòu)建燃燒和蒸汽生成設(shè)施13 (見圖3)，用于預(yù)處理和燃燒從服務(wù)區(qū)域14收割/收集的過(guò)量的玉米殘留物。設(shè)施13可以包括燃燒和蒸汽生成站15。燃燒和蒸汽生成站15可以指的是燃燒和蒸汽生成單元、島、布置等術(shù)語(yǔ)。燃燒和蒸汽生成站15可以包括用于燃燒玉米殘留物的熔爐和使用來(lái)自熔爐的燃燒熱產(chǎn)生蒸汽的鍋爐。設(shè)施還可以包括蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)17(即，與發(fā)電機(jī)協(xié)作的蒸汽渦輪)，從而將來(lái)自蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為電能?？蛇x地，蒸汽可以用于其它應(yīng)用。例如，蒸汽可以用于纖維素或谷物酒精制造工藝或使用處理蒸汽的其他工藝。
[0033]優(yōu)選地，燃燒和蒸汽生成站15的熔爐被配置為燃燒玉米殘留物作為主要燃料。當(dāng)然，熔爐可以包括補(bǔ)充熱源，例如天然氣燃燒器，通常用在熔爐啟動(dòng)和關(guān)閉操作。然而，優(yōu)選地，在啟動(dòng)和關(guān)閉之間的正常操作過(guò)程中，玉米殘留物作為熔爐內(nèi)燃燒的主要燃料(即，主燃料)。在某些實(shí)施例中，玉米秸桿是某段時(shí)間內(nèi)熔爐內(nèi)燃燒的唯一燃料。在其他實(shí)施例中，在熔爐內(nèi)可以燃燒包括作為主要組分的玉米秸桿和作為次要組分的其他燃燒源(例如廢棄的種子)。
[0034]設(shè)施13還可以包括預(yù)處理站19，預(yù)處理站19包括用于提供一些收割的玉米殘留物在地點(diǎn)上的存儲(chǔ)的存儲(chǔ)布局。在某些實(shí)施例中，存儲(chǔ)布局可以包括預(yù)處理建筑物內(nèi)的短期暫存區(qū)21，用于保存馬上要進(jìn)行預(yù)處理的玉米殘留物；以及外部備份存儲(chǔ)區(qū)23，用于存儲(chǔ)玉米殘留物的備份供給(例如一周的玉米殘留物的供給，其通常包括至少3400大包，每個(gè)大包重1250鎊)。備份供給確保設(shè)施13可以在天氣或其他因素干擾對(duì)設(shè)施持續(xù)供給玉米殘留物的情況下可以持續(xù)操作預(yù)定時(shí)間段。預(yù)處理站19可以包括預(yù)處理建筑物內(nèi)的處理設(shè)備27，用于在燃燒之前處理(例如粉碎)玉米殘留物。
[0035]還參考圖3，設(shè)施13可以包括回收站25，其提供預(yù)處理站