Name: 使用拖车式气幕燃烧器连续在林内生产生物炭 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 3 min 42 s
Description: 了解使用拖车式气幕燃烧器在林内连续生产生物炭的方法，以减少森林可燃物并改善土壤健康。该技术为森林管理和生态修复提供了可持续的解决方案。

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我们感谢众多大学工作人员、国家森林局以及土地管理局的工作人员，他们协助开展了示范工作并收集了数据。本方法的野外工作得到了美国农业部林务局落基山研究站、华盛顿特区以及太平洋西北地区办公室的支持。本文发表的研究结果和结论仅代表作者观点，不应被理解为代表任何美国农业部或美国政府的官方决定或政策。

注意：有关BACB操作的更多详细信息，请参见随设备提供的操作手册。
1. 运输至实验地点
<ol>
	<li>使用5级商用牵引架（球头尺寸为2-5/16英寸或58.75 cm），将BACB连接至1吨或更大型号的皮卡车上，并调节牵引架高度，确保运输过程中车架导轨保持水平。牵引前，检查制动控制器、紧急脱离系统、刹车装置、车轮及拖车照明系统。</li>
	<li>确保BACB的运输安全销已正确固定，并将燃烧室降至运输销上。</li>
	<li>到达指定位置后，在仍连接牵引车辆的情况下定位设备；该设备过重，无法人工移动。用轮挡固定车轮并放下千斤顶支架。随后将设备与牵引车辆断开连接。车架（绿色框架）应前后保持水平；通过调节千斤顶支架的高度实现此状态。
	<ol>
		<li>若BACB将在某位置连续使用超过一天，应挖掘一条浅沟以收集灰烬。沟的宽度应与输送带宽度一致。若不设置此沟，次日继续燃烧时需将BACB移动并重新定位至原位置。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>略微升起燃烧室，从前部和后部取出运输销，清离人员后，再将两侧降至地面。燃烧室接触地面会抬高车架，但轮胎应仍牢固地接触地面。若燃烧室侧壁全长未完全接触土壤，应考虑将设备移至更平坦的位置，或使用铁锹或挖掘机对场地进行整平。</li>
	<li>检查位于燃烧室与封闭式发动机之间的振动板液压马达，确保其未与绿色框架发生接触。</li>
	<li>启动发动机，并在启动液压系统前给予足够时间使其充分预热。</li>
</ol>
2. 现场准备
<ol>
	<li>将 BACB 放置在靠近木料堆的相对平坦的地面（坡度 &lt;3%），并使用 4 英尺（1.2 m）工字梁水平仪或拉线水平仪确保燃烧室处于水平状态。图 2 所示的微型挖掘机需能在空气分布管上方自由装载原料，因此应确保周围区域无上方障碍物，并留有足够操作空间。</li>
	<li>确保 BACB 上的空气分布管所形成的气幕方向与风向一致。每天通过手机天气应用程序查看当地主导风向，或在最终确定 BACB 安装位置前现场观察风向。</li>
	<li>切勿将 BACB 安置于有大石块、植被或杂物的位置。设备调平且燃烧室侧板降下后，应在四周堆放土壤，以防止外部空气进入及烟雾从燃烧室逸出。</li>
	<li>将淬火盘（图 3）放置在 BACB 后方的水平地面上，确保其不接触输送带。向淬火盘中注入约 40 加仑（150 L）水，并在现场储备约 300 加仑（1135 L）水，以便根据需要补充淬火盘用水。</li>
	<li>选择任意木质原料，使用干燥材料点燃燃烧室内的火源。利用微型挖掘机将足量原料置于附近，以便持续向燃烧室供料。所有原料应切割至短于燃烧室最大长度的尺寸。 
	注意：大直径（约 10 英寸（25 cm））的原木应锯成较短的段（约 18–36 英寸；45–91 cm），而特别大的物料（&gt; 20 英寸（50 cm））应在投入燃烧室前切割成约 12–18 英寸（30–45 cm）的段。</li>
</ol>
<img alt="森林砍伐，挖掘机移除原木和树枝，森林砍伐过程，环境影响。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66716/66716fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 2"> 
图2：挖掘机搬运木材残余物的示例。微型挖掘机可用于向生物炭生产用空气幕燃烧器装载物料。该图已根据文献12进行了修改。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66716/66716fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="压路机沥青熔化过程；显示施工方法中热沥青的铺展。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66716/66716fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：淬冷槽放置示意图。 淬冷槽保持充满水，并置于传送带前方约2英寸（5 cm）处。本图经12修改。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66716/66716fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
3. 危害降低
<ol>
	<li>在点燃原料之前，需向当地空气质量许可机构和消防部门确认火灾风险是否过高而无法点火，并确认是否已按规定设置空气质量监测。</li>
	<li>此外，在点火前，应清除生物质炭化炉（BACB）周围6英尺（2米）范围内的所有有机碎屑，以防止意外引燃。确保已连接充满水的软管至充足的水源，并确保BACB的淬火盘已注满水。如有可能，准备多个5加仑（20升）的水桶，以便扑灭意外引燃的火源。在火灾风险较高时段进行燃烧作业时，应评估是否需要安装喷淋装置、水泵或便携式储水装置，以扑灭较大规模的意外引燃。</li>
	<li>确保工作人员能够自由地在设备两侧和后方移动，以便接近淬火盘、控制面板（图4）以及位于BACB右后角的输送机手动控制点。</li>
	<li>确保工作人员不得行走于歧管正对面的气帘前方，并穿戴耐磨的非合成材料衣物、高可见度背心、安全帽、皮革手套，以及眼部和听力防护装备。</li>
</ol>
<img alt="生物炭生产控制面板，带有压力表和开关；发动机系统监控。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66716/66716fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：生物炭生产用空气幕燃烧器的控制面板。 该控制面板用于启动空气幕、输送带和系统电源，并调节燃烧室的升降。此图已根据文献12进行了修改。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66716/66716fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
4. 术前检查
<ol>
	<li>在点燃原料之前，检查所有燃料和液体液位、过滤器，并对润滑点进行润滑。一旦生物质炭化炉（BACB）启动并达到工作温度，将无法再对液位、过滤器和润滑点进行检查、移动或维护。</li>
	<li>查看作业地点的天气预报，确保燃烧期间风速不超过约20英里/小时（30公里/小时）。</li>
	<li>点火前，与小型挖掘机操作员沟通，约定装料和木材摆放方向的手势信号（或使用对讲机），以确保充分燃烧。应告知小型挖掘机操作员将原料装入空气歧管上方区域，避免将原料装入与空气歧管相对的燃烧室一侧。</li>
</ol>
5. 初始加料并建立基础火堆
<ol>
	<li>首先使用小型挖掘机将干燥的原料（如有）装入燃烧室。装入木材直至燃烧室约满2/3rd 装填时应交替材料方向（即一层与边侧垂直，下一层与边侧平行），以形成有助于燃烧的空气间隙。切勿将材料捆扎过紧，以确保材料易于点燃，且不得使用挖掘机在燃烧箱内压实材料。</li>
	<li>确保将原料均匀地铺满整个燃烧室，以形成均匀的煤层。注意燃烧室两端的原料间隙，以保证填充和燃烧的均匀性。</li>
	<li>在木材上使用点火助剂（如柴油），然后用丙烷喷枪或其他类似的点火装置在火箱内的多个位置将其点燃。</li>
</ol>
6. 向火箱中添加木材
<ol>
	<li>让底火燃烧，直至炉膛内燃烧的残渣和木炭约占炉膛容积的一半。</li>
	<li>启动发动机，并根据燃烧状况调节风扇转速。缓慢提高发动机转速，以免进气管气流将火焰吹灭。通过按控制面板上的 RABBIT 按钮来提高发动机转速（图4）。</li>
	<li>当形成良好的木炭基底后，向微型挖掘机操作员发出信号，以适当速率添加额外的燃料，避免窒息火焰。在添加额外燃料且空气幕受到干扰时，短时间内出现烟雾属正常现象。应持续监控BACB装置及周边区域，防止火花或余烬逸出引发意外着火。</li>
</ol>
7. 生物炭的制备
<ol>
	<li>当基础火堆已建立，额外的原料已添加，且风扇转速已提高至 2800 rpm 时，将系统电源开关切换至生物炭模式（图 4）。检查系统压力是否达到 1800 psi。</li>
	<li>开启输送机和振动筛。这两项功能将每 3 分钟自动循环一次。通过在“生物炭”和“燃烧室”之间切换系统电源开关（图 4），维持连续生产。当每个循环中出现大量生物炭时，此操作可覆盖振动筛和输送带的间歇性定时机制。</li>
	<li>在淬火盘中收集生物炭，并每 5–10 分钟使用宽耙将生物炭移至淬火盘末端，再用筛铲将生物炭从盘中铲出并堆成堆。</li>
	<li>若耙子被输送带卡住，警示闪光灯应闪烁。此时应立即在主控制面板上将输送机开关切换至关闭状态，取出耙子后重新启动输送带。</li>
	<li>若其他警示闪光灯启动，应检查主控制面板上的压力表，判断振动筛面板或输送机是否已停止。如有需要，关闭振动筛，使堵塞的木材充分燃烧，或在 BACB 右后角的手动控制点手动逆时针推进输送带。</li>
	<li>根据需要向淬火盘中补充水，以确保高温炭能够完全熄灭。切勿将水喷洒到输送带或燃烧室内的陶瓷砖上。</li>
	<li>在条件允许的情况下，持续向燃烧室中添加原料并生产生物炭。确保较大直径的木材在当天较早时间加入，以便其能够完全转化为生物炭。</li>
</ol>
8. 停止操作
<ol>
	<li>在轮班结束前约1至2小时停止向炉膛添加燃料。</li>
	<li>转动 关闭 当剩余物料不再接触摇床面板时，停止使用摇床，并且在每天工作结束时，不得将炽热的煤渣留在火箱或传送带上。</li>
	<li>保持传送带开关开启 开启 直到所有木炭完全离开燃烧室。此时，应切换至生物炭模式以进行间歇性循环。</li>
	<li>白天，灰烬在传送带下方积聚（图5每天将BACB移至新的位置，以防止灰烬阻碍传送带的运行。</li>
	<li>一旦火焰熄灭且所有木炭均已冷却，即可停止当天的操作。 
	注意：在紧急情况下，可通过向燃烧的煤中装入土壤来扑灭火箱中的火焰。</li>
	<li>过夜时保持炉膛侧面处于关闭状态，以使输送带下方的热灰烬与轮胎隔绝保温。</li>
</ol>
<img alt="农业中的土壤相互作用分析；拖拉机对土壤压实的影响；观察性研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66716/66716fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 5"> 
图5：输送带下方灰烬与生物炭的示例。 燃烧过程中，部分灰烬和生物炭会从金属输送带中掉落。该图已根据文献12进行了修改。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66716/66716fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
9. 重新定位 BACB
<ol>
	<li>将BACB连接到牵引车辆上，升起燃烧室两侧，插入运输销，升起千斤顶支架，并立即笔直向前牵引设备。</li>
	<li>通过加水混合并将其均匀撒布在土壤上，冷却残留的灰烬（图6）。在转移至新地点前，务必确保所有木炭和灰烬材料已冷却至触摸无温感。</li>
</ol>
<img alt="现场试验中采用土工布法进行土壤稳定化的过程；可见砾石层。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66716/66716fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6：灰烬堆积示例。 到当天结束时，输送带下方的灰烬堆积可能已达到输送带位置。在放置生物炭生成用空气幕燃烧器之前进行开沟，是延长单点燃烧时间的一种方法。如果无法开沟，则应每天将设备向前移动，并清理灰烬。该图已根据12修改。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66716/66716fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>

Air Curtain Burners and Biochar &#8211; Advancing Forest Health and Carbon Capture

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

该方法的第一个关键步骤是确保设备在两个轴向上基本处于水平位置，从而使燃烧室侧板能够阻挡烟雾逸出并防止空气进入燃烧室。其他关键步骤包括与挖掘机操作员保持频繁沟通，将原料准确投放到燃烧室所需位置，并向所有工作人员简要说明空气燃烧器和挖掘机操作过程中的安全事项。该设备可进行若干改进，例如当生物炭产量较高时，可选择持续运行输送带和振动板。主要局限在于难以确定生产速率，因为这取决于进料速率以及原料的类型、尺寸或含水率。
操作BACB的工作人员应配备耙子、链锯和铁锹等消防工具。他们还应穿着棉质或阻燃服装，并佩戴眼部和耳部防护装备以及皮革手套。安全帽、坚固的靴子、长袖衬衫和长裤可保护工作人员免受余烬、高温以及挖掘机意外抛出木材的伤害。移动式BACB通常设置在偏远地区，因此应急计划至关重要。作业团队应具备紧急通信手段，特别是在超出手机信号覆盖范围的区域。通常使用对讲机、卫星电话或应急信标。
BACB 是减少采伐剩余物堆积中过量木质生物质的一种工具。它虽不能取代露天堆烧或撒播燃烧，但在敏感区域具有应用价值。例如，由于设备运行需要平坦的地面，因此可用于降低道路沿线或原木集运场的可燃物载量。此外，在露营地、其他 recreational sites（休闲场所）以及野外与城市交界处或城市环境中，BACB 也是清除木质残留物的良好工具，因为在这些地方，露天燃烧产生的烟雾可能带来问题13。生物炭可用于本地土壤修复项目，而 BACB 能够就地生产生物炭。此外，在大规模干扰事件（如飓风、龙卷风）后的清理工作中，BACB 技术也可用于减少生物质并提供土壤改良剂。由于 BACB 燃烧清洁，烟雾少且火花极少，因此在限制露天燃烧的条件下（如禁烧令期间），使用 BACB 为处理木质残留物提供了另一种可行选择。
空气幕燃烧器根据美国环境保护署（EPA）的要求开发，旨在实现清洁燃烧，其烟雾不透光度低于10%（依据EPA方法9测试），相比之下，露天焚烧的不透光度通常为80%–100%14。与露天焚烧相比，就地式生物炭生产的净CO2eq排放被发现降低2至40倍15。
在过去十年中，由于环境压力加剧，导致森林群落的干旱、病虫害死亡率上升，北美地区的灾难性野火事件日益增加。降低野火风险需要开展积极的森林管理，但这会产生大量无法利用的剩余物需要处理。与其采用露天焚烧，不如在林区、露营地、城市公园或城市内部署移动式BACB（空气幕燃烧器），以减少可燃性木质燃料的积累。空气幕燃烧器作为减少木质残余物燃烧排放的技术已应用数十年16，这也是该技术的主要优势。此外，该设备能够持续稳定地产出可用于土壤修复的生物炭产品，满足了推广气候智能型森林管理实践的迫切需求17。相比露天堆烧，空气幕燃烧器可减轻对土壤的影响18，减少空气污染物和温室气体排放，同时通过组建保护性作业队伍，在道路沿线、原木集运场、农村社区或露营地等正在进行可燃物削减作业的区域开展工作，从而带动新的就业力量。

在美国，由于历史上由原住民引发的频繁低强度火灾在现代被抑制，许多林分的立木材积量有所增加1,2。由于长期排除火灾干扰，导致林分密度过高，给土地管理者带来了挑战，使其难以提升森林对野火、病虫害以及干旱影响的恢复力3。降低林木蓄积量的标准管理措施包括计划烧除、商业前间伐和成林采伐。这些作业会产生大量低价值或无价值的木质生物质，通常被称为采伐剩余物。例如，据估计，在美国西部的15个州，每年的采伐作业会产生近800万干吨的剩余物4。此外，美国农业部林务局已实施一项野火危机应对计划，将在10年内对额外的5000万英亩（2000万公顷）土地进行处理。这将导致需要处置更多的非商品材物料，并可能需要采用多种因地制宜的处理方式。尽管树梢、枝条和非商品材树木可用于生物能源或生物燃料，但由于市场机会有限，这些剩余物通常被堆集并焚烧。建造采伐剩余物堆的目的是降低野火和虫害风险，为林下植物创造生长空间，并实现其他土地管理目标。
露天堆烧是一种低成本、相对快速的减少木材体积的方法，但同时也会产生烟雾和空气污染物，包括温室气体5。此外，它还可能对土壤的物理、化学和生物学性质造成不利影响，导致烧伤痕迹可持续数十年6。为了减轻露天焚烧带来的有害副作用，亟需采用替代方法，以减少对气候变化、野火风险和土壤健康的负面影响7。
本文重点介绍一种新型连续式生物炭生产方法的应用，该方法是通过美国农业部林务局落基山研究站与 Air Burners, Inc.（佛罗里达州棕榈城）之间签署的合作研发协议（CRADA）开发而成。由此产生的技术，以下简称生物炭生成型空气幕燃烧器（BACB；图1），能够利用木质残留物连续生产生物炭，同时有效限制烟雾和颗粒物排放。与露天焚烧相比，BACB 的功能可降低火灾风险并减少烟雾扩散8，从而为安全延长可作业燃烧时段提供了可能。不同于传统方法将残余物堆放在原地从而增加可燃物积累9，或其它以产生烟雾和灰烬为主的燃烧方式，BACB 能够高效降低可燃物负荷，同时保护土壤，并生成一种稳定、高碳含量的木炭——生物炭，可用于加工现场或其周边区域的土壤修复。此外，BACB 具备可移动性，可灵活部署于例如原木集运场、道路旁或露营地等地点。它能够焚烧潮湿或干燥的木材、混合类型的原料以及不同尺寸的物料，并可在恶劣天气条件下，或在露天焚烧风险过高的时段正常使用。
在BACB中生产的生物炭通常含有70%-90%的碳，具有高度多孔性，且颗粒尺寸分布均匀，适用于修复废弃矿山、伐木集材区、运材道、河岸带或农业用地等常见退化土壤。生物炭还可与堆肥混合使用，或用于畜禽饲养场以吸附养分并减少异味。总体而言，木质残体生物炭在土壤中的最佳用途是减少侵蚀和硝酸盐淋失，同时增强粗质地、低有机质土壤的团聚体稳定性和有效含水量10,11。
<img alt="施工现场中使用木材削片机、安全锥和工人的林地清理过程。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66716/66716fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：移动式生物炭生产用空气幕燃烧装置。测试现场展示了采伐残留物的总体布局以及生物炭生产用空气幕燃烧装置的配置。该图已根据文献12进行了修改。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66716/66716fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
设计与操作概述 
尽管市面上有多种类型的空气幕燃烧器，但BACB可连续生产生物炭。该设备长约7米，宽约2.5米，高约2米。燃烧室顶部设有一条空气歧管，可提供持续的空气幕，将烟雾、颗粒物和火星限制在燃烧室内，并促进排放物的完全氧化。为实现最佳运行效果，燃烧室的装料高度应略低于歧管位置，以确保气流在燃烧室上方畅通无阻。BACB可通过任何配备标准拖挂装置并具备足够牵引能力的车辆牵引移动。应在靠近堆积的生物质（也称为原料）处选择一个平整、地面光滑的作业场地，并确保周围留有足够的空间，以便设备和人员能够安全、自由地移动。设备就位后，通过机载液压系统将燃烧室两侧降下，固定于地面。鼓风机电机为沿燃烧室一侧全长布置的空气幕歧管加压。首先在燃烧室内点燃生物质并燃烧，以建立一层炭床。随后可定期添加更多生物质，但需确保新加入的物料始终低于空气幕高度。物料燃烧过程中产生的炭通过燃烧室底部的开口落下，并由输送带将其从设备中清除。燃烧室内有一块面板往复摆动，以促进此过程。灰分或细小物料则穿过输送带落至下方地面。高温炭通过燃烧室底部的狭槽排出，落入盛有水的接炭盘中，从而终止燃烧反应，并将生物炭冷却至可安全接触的温度。当准备停止运行时，应让燃烧室内剩余物料完全燃尽。通常设备需过夜冷却，次日可根据需要安全移动。除非发生紧急情况，否则切勿在设备燃烧木材或处于冷却过程中移动。若遇紧急情况，可使用沙子或土壤扑灭火焰并覆盖炭火以隔绝氧气。切勿将水直接喷洒在燃烧室内的陶瓷砖上。

<table><tbody><tr><td>CharBoss 空气幕燃烧器</td><td>Air Burners, Inc.</td><td>T26</td><td>配备 36&quot; 景观耙、筛分铲、1/2&quot; 驱动标准棘轮扳手（带 1 1/8&quot; 套筒）、润滑脂枪和熄灭盘</td></tr><tr><td>柴油（超低硫）</td><td></td><td></td><td>在当地采购</td></tr><tr><td>柴油油箱</td><td>Uline</td><td>H-1849Y</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>发动机机油（柴油级）</td><td></td><td></td><td>任何 15W40 或 10W40 柴油级机油。</td></tr><tr><td>挖掘机</td><td></td><td></td><td>从当地租赁公司租用。&amp;nbsp; 较小型号耗油较少。</td></tr><tr><td>高温防咬合润滑剂（16 盎司筒装）</td><td>McMaster-Carr</td><td>1288K97</td><td>用于润滑液压接头</td></tr><tr><td>液压油</td><td>Amsoil</td><td>HVH05-EA (ISO32) /HVG05-EA (ISO22)</td><td>任何 ISO32 合成液压油；寒冷天气可选用 ISO22。Amsoil ISO32 为出厂预装油品。</td></tr><tr><td>大容量桶</td><td>Uline</td><td>5495</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>点火喷灯（丙烷）</td><td>Grainger</td><td>9RCF3</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>1 吨及以上皮卡车</td><td>在当地租赁</td><td></td><td>用于将 CharBoss 运送至作业现场</td></tr><tr><td>观察踏步</td><td>Gorilla</td><td>GLP=WP</td><td>稳定踏步，便于观察燃烧室内部，或用作其他台式踏步&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>运水车</td><td></td><td></td><td>任何可用的运水车，最小容量为 300 加仑；可通过重力自流方式向熄灭盘供水。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>车轮挡块</td><td></td><td></td><td>使用 4&quot;×4&quot; 木块或市售挡块，在连接或拆卸设备时固定车轮</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;个人防护装备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>听力保护装置</td><td>Uline</td><td>S-22141</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>眼部防护装备</td><td>Amazon</td><td></td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>防火服上衣</td><td>Grainger</td><td>12R487</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>防火裤</td><td>Grainger</td><td>39EM96</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>安全帽</td><td>Discount Safety Gear</td><td>SFTSCHH1000038126</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>皮质手套</td><td>Uline</td><td>S-6777M</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>坚固靴子</td><td></td><td></td><td>任何厚底皮靴。</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;应急装备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Garmin InReach</td><td>Cabelas</td><td>100195666</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>普拉斯基斧</td><td>林业供应商</td><td>85274</td><td>或类似产品</td></tr><tr><td>防火耙</td><td>林业供应商</td><td>85210</td><td>或类似产品</td></tr></tbody></table>

使用拖车式空气幕燃烧器在林区连续生产生物炭

Continuous In-woods Production of Biochar Using a Trailer-Mounted Air Curtain Burner

燃料处理及其他森林恢复性间伐措施旨在降低野火风险，同时增强森林对干旱、病虫害的抵御能力，并提高地上碳（C）固存能力。然而，燃料处理会产生大量无法商业利用的木质生物质残余物，这些残余物通常被露天焚烧，释放出大量温室气体和颗粒物，并可能对焚烧堆下方的土壤造成损害。空气幕焚烧炉为解决这些问题提供了一种方案，有助于减少焚烧作业产生的烟雾和颗粒物，相比传统堆烧能更彻底地燃烧生物质残余物，并避免明火直接、剧烈接触而对碎木堆下方土壤造成的伤害。在空气幕焚烧炉中，燃烧过程在受控环境中进行，烟雾被空气幕封闭并循环处理，因此可在多种气候条件下（例如&#160;风、雨、雪）开展焚烧作业，从而延长林地残余物处置的作业季节。该移动式连续热解装置专门设计用于在原木集材区、垃圾填埋场的绿色木材或抢救性采伐材料现场处理残余木质生物质，并在过程中生成生物炭。所产生的高碳生物炭可用于改善土壤的化学、物理和生物学性质，从而增强土壤韧性，并在修复受污染土壤（包括废弃矿区土壤）方面具有潜在应用价值。本文将介绍该设备的一般使用方法、合适的选址原则、装料方式、熄火要求，以及操作这一新技术过程中积累的经验与教训。

从2022年1月到2023年10月，BACB将多种原料热解转化为生物炭（表1）。根据实地试验，BACB每小时可燃烧约1吨（900 kg）&#160;原料，其中约11%–25%的干物质质量会转化为生物炭，其余部分转化为气体（水蒸气、CO2等）和灰分。生物炭的碳含量范围为70%–90%。尺寸较大的木块（&#62;30 cm）比直径为2–30 cm的木块需要更长的热解时间。生物炭的产量和质量取决于原料特性（如尺寸、树种、含水率）以及进料速率。所产生物炭的尺寸为1英寸（2.5 cm）及以下，但在运行初期也可能出现较大块。此外，在设备启动阶段，部分未完全燃烧的物料可能通过开口进入输送带，这些物料可重新送回燃烧室，或单独存放，或与生物炭堆在一起。在多种运行条件下的实地试验表明，BACB是一种有效的林内处理方法，可将燃料处理及其他采伐作业产生的木质生物质转化为生物炭，并有助于降低可燃物火灾风险。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="2">生产地点</td>
			<td colspan="3">原料</td>
			<td colspan="2">每小时热解的鲜重（约）</td>
			<td>生物炭含碳量</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2"></td>
			<td colspan="3"></td>
			<td colspan="2">kg</td>
			<td>%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">亚利桑那州弗拉格斯塔夫</td>
			<td colspan="3">Pinus ponderosa</td>
			<td colspan="2">1360</td>
			<td>64</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">俄勒冈州斯普林菲尔德</td>
			<td colspan="3">Pseudotsuga menziesii 和 Thuja plicata</td>
			<td colspan="2">910</td>
			<td>94</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">爱达荷州普林斯顿</td>
			<td colspan="3">Abies grandis, Pinus contorta, 和 Pseudotsuga menziesii</td>
			<td colspan="2">900</td>
			<td>89</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">佛罗里达州棕榈城</td>
			<td colspan="3">Quercus 和 Pinus</td>
			<td colspan="2">950</td>
			<td>82</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">俄勒冈州托尔盖特</td>
			<td colspan="3">Pinus ponderosa, Abies grandis</td>
			<td colspan="2">800</td>
			<td>87</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：实验结果示例。 连续式生物炭生产用空气幕燃烧器的生产地点、所用代表性原料、每小时热解量以及生物炭碳含量。采用元素分析仪测定经烘箱干燥（60 °C 至恒重）样品的碳含量。
最佳的人员配置是一名小型挖掘机操作员和两名负责寻找点火点、指挥进料的位置和时机以及从冷却盘中移除生物炭的人员。如果原木过长或直径过大，则可能需要第四人操作链锯。
BACB 具有移动性，使其能够在多种场地灵活作业。结合其无需影响土壤以及相比堆烧产生更少烟雾的协同优势，可提供额外的生态系统服务（例如&#160;碳封存、持水能力、土壤覆盖和燃料减少）。林区移动式生物炭生产是修复与伐木集材区、集材道、林区道路、侵蚀及采矿活动相关的局部退化土壤的最佳方法。

我们介绍了一种配备空气幕的基于现场的移动式热解装置，用于连续生产生物炭。该技术减少了对露天焚烧枝条堆的需求，从而降低了排放并减轻了对土壤的影响。本方案包括选址、装料和熄火的操作指南。

燃料处理及其他森林恢复性间伐措施旨在降低野火风险，同时增强森林对干旱、病虫害等方面的抗逆能力。

我们的研究重点是实施基于本地的生物炭生产方法，作为一种减少森林中危险可燃物的同时改善森林和土壤健康的策略。目前，大多数生物炭是在大规模的生物能源工厂中生产的，但在许多地区，就地化技术具有应用潜力，特别是在将低价值的木质残余物运输出去成本过高或基础设施缺乏的地区。我们已掌握了适用于林区生产的生物炭的适宜施用量、生产方法及其附加用途。我们开始认识到它在矿区修复、抑制入侵性杂草以及改善土壤健康方面的用途。首先，将仍连接在牵引车辆上的生物炭生产用空气帘燃烧装置移至所需位置，然后用粉笔标记车轮并放下千斤顶支架。将设备与牵引车辆断开，并调节千斤顶支架，确保底盘前后水平。然后启动发动机并使其预热，再开启液压系统，注意确保为位于燃烧室与封闭式发动机之间振动板提供动力的液压马达不要触碰到绿色框架。在将设备调平并降下燃烧室侧板后，用土壤封住侧壁四周，以防止空气进入以及烟雾从燃烧室逸出。确保操作人员穿着非合成材料制成的衣物，佩戴高可见性背心、安全帽、皮革手套，并做好眼睛和听力防护。放置好生产生物炭的空气幕燃烧器后，使用小型挖掘机或人工（若无小型挖掘机）将干燥的原料装入燃烧室，装填至燃烧室约三分之二满，并交替改变物料的放置方向，以形成有助于燃烧的空气间隙。让燃烧室内的底火持续燃烧，直至燃烧残渣和木炭约占燃烧室容积的一半为止。然后启动发动机，并根据火情调整风扇速度。操作控制面板上的绿色兔子按钮增加气流时，注意不要将火吹灭。当形成稳定的煤层后，示意微型挖掘机驾驶员添加更多燃料，同时避免压灭火苗。当基础火势稳定并添加额外原料后，将风扇转速设为 2 800 RPM。随后将系统电源开关切换至生物炭模式，然后启动输送机和振动装置，二者将每三分钟自动循环一次。为维持连续的生物炭生产，需将系统电源开关在生物炭模式与燃烧室模式之间交替切换。使用宽耙将生物炭拉至淬火盘末端，然后用筛分铲将生物炭从盘中转移至堆中。当响应警示闪光时，检查主控制面板上的压力表，关闭振动装置以烧尽卡住的木材，或在手动控制点逆时针手动推进输送带以排除输送带卡阻。根据田间试验，生产生物炭的空气幕燃烧器每小时可燃烧约一吨原料，产生的碳含量在70%至90%之间。

continuous-woods-production-biochar-using-trailer-mounted-air-curtain

Research

科研

JoVE Journal

Environment

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