使用拖车式气幕燃烧器连续在林内生产生物炭

在美国各地，在没有频繁的低强度火灾的情况下，许多林分的立木体积有所增加，这种火灾历史上是由土著人民引发的，而现代火灾已被抑制 ^1,2。由于这种防火措施，由此产生的积压林分给努力提高森林抵御野火、病虫害和干旱影响的土地管理者带来了挑战³。减少树木体积的标准管理做法包括计划火、商业前间伐和成熟林分采伐。这些操作会产生大量低价值和无价值的木质生物质，通常称为残留物。例如，在美国西部的 15 个州，据估计，采伐作业每年产生近 800 万吨残渣⁴。此外，美国农业部林务局实施了一项野火危机计划，该计划将在 10 年内额外处理 5000 万英亩（2000 万公顷）。这将导致需要处理额外的不可销售的材料，并且可能需要使用各种基于位置的选项。尽管树梢、树枝和无法销售的树木可用于生物能源或生物燃料，但有限的市场机会往往会导致这些残留物堆积和焚烧。建造砍伐桩旨在减少野火和昆虫风险，为林下植物创造生长空间，并实现其他土地管理目标。

露天焚烧是一种成本低、速度相对快速的减少木材体积的方法，但它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、化学和生物特性造成不良影响，导致可能持续数十年的烧伤疤痕⁶。为了减轻露天焚烧的有害副作用，需要替代方法来减少对气候变化、野火风险和土壤健康的负面影响⁷。

在这里，我们重点介绍了通过美国农业部、林务局、落基山研究站和 Air Burners， Inc.（佛罗里达州棕榈城）之间的合作研发协议 （CRADA） 开发的一种新型生物炭连续生产方法的使用。由此产生的技术，以下简称为生产生物炭的气幕燃烧器 （BACB; 图 1），从木质残留物中持续生产生物炭，同时限制烟雾和颗粒物的排放。与露天燃烧相比，BACB 的功能降低了火灾风险和烟雾的蔓延⁸，为安全扩展操作燃烧窗口创造了途径。与在景观上留下残渣堆导致燃料积累⁹ 或主要产生烟雾和灰烬的替代燃烧方法不同，BACB 有效地减少了燃料负荷，同时保护土壤并产生生物炭，这是一种一致的高碳木炭，可用于加工现场或附近的土壤修复。此外，BACB 是可移动的，可以很容易地放置在原木平台、路边或露营地等。它还可以燃烧湿木或干木头、混合原料类型和尺寸，并且可以在恶劣天气和天气条件对明堆燃烧风险太大时使用。

BACB 生产的生物炭通常含有 70%-90% 的碳，高度多孔，粒度分布一致，使其适用于修复退化土壤，常见于废弃矿山、原木登陆点、滑行小径、河岸地区或农业场所。生物炭也可以用作堆肥的混合物或用于牲畜饲养场，以吸收营养物质并减少气味。一般来说，木质残渣生物炭的最佳土壤用途是减少侵蚀和硝酸盐浸出，同时提高土壤团聚体的稳定性和粗质地、低有机质土壤中的可用水^10,11。

图 1：移动式生物炭生产气幕燃烧器。 测试现场显示了 slash 和产生生物炭的气幕燃烧器的一般配置。此数字已从¹² 修改。 请单击此处查看此图的较大版本。

设计和操作概述
尽管有几种类型的气幕燃烧器可用，但 BACB 不断产生生物炭。该单元长约 7 米 x 宽 2.5 米 x 高 2 米。它沿着燃烧室的顶部有一个空气歧管，提供稳定的空气幕以容纳其中的烟雾、颗粒物和余烬，并促进排放物的完全氧化。为了实现最佳运行，燃烧室被装载到歧管正下方的水平，确保通过燃烧室的气流不间断。BACB 可以拖曳在任何具有标准挂钩包和足够牵引能力的车辆后面。在堆积的生物质（也称为原料）附近准备一个平坦、光滑的场地，但场地周围有足够的空间，让设备和工作人员可以自由安全地移动。定位后，通过使用板载液压系统将燃烧室侧面降低到土壤上来固定装置。鼓风机电机为气幕歧管加压，风幕歧管的一侧与火箱的长度相同。生物质最初被点燃和燃烧，以在火箱中形成煤床。然后，可以定期添加额外的生物质，同时将进料保持在气幕以下。当材料燃烧时，会产生煤炭并通过燃烧室底部的开口落下，然后通过传送带将其从机器中清除。火箱内的一个面板会摆动以促进此过程。灰烬或细小材料通过传送带落到下面的土壤上。热煤通过燃烧箱底部的一个槽离开机器，并沉积到装满水的锅中，该锅停止燃烧并将生物炭冷却到可以安全处理的温度。当准备停止运行时，通过让任何剩余的材料燃烧来清理燃烧室。通常，该装置会在一夜之间冷却，并可以根据需要在第二天安全移动。除非有紧急情况，否则不要尝试在燃烧木材或冷却时移动 BACB。在紧急情况下，可以使用沙子或土壤来灭火并窒息煤炭。切勿将水直接喷洒在火箱中的瓷砖上。