CN109320046A - 一种移动式畜禽粪便烘干系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式畜禽粪便烘干系统及方法，包括牵引机车、主烘干室、挤压输送机和上料机构；其中，所述主烘干室设置于牵引平台上，上料机构的上端延伸至主烘干室内部上方；主烘干室内包括沿高度方向设置的一层或多层网带和竖向贴合主烘干室侧壁设置的循环风管路，循环管路内设有过滤器与热泵蒸发器；网带上设置有细密通孔，相邻两层网带之间的运输方向相反，最高层网带位于所述上料机构出口的下端，最低层网带的下方设置热泵冷凝器，热泵冷凝器的下方设置循环风机；循环风管路中自上而下依次设置过滤层、热泵蒸发器和凝结水盘，循环风管路的上端和下端均开口，且，下端开口高度低于所述热泵冷凝器的位置。

Description

一种移动式畜禽粪便烘干系统及方法

技术领域

本发明属于节能技术与环保设备领域，尤其是一种节能高效的可移动式畜禽粪便热泵烘干系统及方法。

背景技术

近年来，畜禽业迅猛发展，规模化、集约化养殖场急速增加。畜禽业的规模化发展，集中地产生了大量粪便。据统计，目前我国畜禽粪便处理率仅为30％左右，未处理的畜禽粪便已经对社会和环境造成严重地污染，对畜禽粪便的处理已刻不容缓。

现有的畜禽粪便处理方法包括：以发酵制取沼气和生物天然气为主的能源化利用；发酵制备有机肥的资源化利用；基于种养结合的全产业链、生态循环模式。这三类处理方式投资规模较大，设备运行及维护较复杂，同时需要有较高技术水平的专业人员操作实施，适宜于在大型规模化养殖场推广。但是对于小规模养殖户，例如仅有十几头或者几十头猪的分散养殖户，养殖过程中的产生的畜禽粪便、饲料残渣等难以收集以集中处理，这对养殖户周边居民的环境带来严重的污染。有工艺采用热力方式直接烘干减量化处理畜禽粪便，但普通蒸汽加热、电加热或者热风炉方式，烘干成本过高，且热源条件往往不具备，经济性不强，难以在小型养殖户中推广。

针对小型畜禽养殖产生的粪便污染，尚未有低成本、高能效的处理技术和相关设备，因此，能够开发一种移动方便、节能高效、易于操作的小型畜禽粪便处理技术与装置，配合处理户式小规模养殖过程中产生的畜禽粪便，显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种移动式畜禽粪便烘干系统及方法。该系统和方法特别适宜于小型养殖户的畜禽粪便处理，有效解决了散户养殖过程中的环境污染问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种移动式畜禽粪便烘干系统，包括牵引机车、主烘干室、挤压输送机和上料机构；其中，牵引机车包括相互连接的牵引机头和拖车平台，所述主烘干室设置于拖车平台上，所述挤压输送机设置于主烘干室和牵引机头之间，上料机构设置于挤压输送机的上端，上料机构的上端延伸至主烘干室内部上方，挤压输送机的下端设置有集水箱；

主烘干室内包括沿高度方向设置的一层或多层网带和竖向贴合主烘干室侧壁设置的循环风管路，分别用于接收主烘干室顶部循环的风和流出净化干燥后的循环风；网带上设置有细密通孔，相邻两层网带之间的运输方向相反，最高层网带位于所述上料机构出口的下端，最低层网带的下方设置热泵冷凝器，热泵冷凝器的下方设置循环风机；所述循环风管路中自上而下依次设置过滤层、热泵蒸发器和凝结水盘，循环风管路的上端和下端均开口，且下端开口高度低于所述热泵冷凝器的位置；

主烘干室尾部的顶部设置有排风净化装置，其尾部的下端设置有卸料机构。

将畜禽粪便装于挤压输送机构中，采用挤压输送机对畜禽粪便进行挤压，可以除去畜禽粪便中的大量水分，得到较干的畜禽粪便，一方面便于畜禽粪便输送至主烘干室，另一方面便于将畜禽粪便均匀摊铺在烘干网带上，而且，经过挤压脱水后的畜禽粪便中存在缝隙，便于热风的通过，减轻主烘干室的载荷的同时，有利于提高畜禽粪便的干燥效率。初步挤压除去的水分流至挤压输送机下端的集水箱，便于将该部分污水集中处理，以满足环保的需求。

热泵冷凝器位于最低层网带的下端，且经过循环风管道除湿、净化后的风流至热泵蒸发器实现余热回收，低温干燥的循环风流向最低层网带的下端经过热泵冷凝器加热，得到温度较高、湿度较小的热风。上料机构将经过初步脱水的畜禽粪便上料至最高处的网带，粪便自高处向低处运送干燥，最低层网带上的粪便的水分含量已较少，采用温度较高、湿度较小的热风对该部分粪便进行干燥时，可以保证粪便的较为彻底地干燥。

将整个烘干系统设置于可移动的牵引机车上，便于移动作业，具有较高的灵活性，以适应于小型养殖户的养殖模式。

主烘干室内维持一定的微负压，可以促进水分的蒸发，提高粪便的烘干效率，循环风管路可以对主烘干室内的循环风进行过滤净化、除湿，使循环风在主烘干室内循环，一方面可以避免外界空气的引入，有利于维持主烘干室内的微负压环境，保证粪便的高效率干燥，另一方面可以避免对粪便烘干后的具有较多水分、较高温度的风无组织排放至空气中，导致能源浪费的同时，造成环境的污染。

网带上设置有细密通孔，可以允许热风通过，进而使热风穿过粪便，以提高粪便的加热干燥效率，而且设置的细密通孔小于粪便的尺寸，粪便不会通过细密通孔掉落。

循环风机设置于最低层网带的下端，起到定向输送风的作用，以促进主烘干室内循环风的形成。循环风管路的下端开口的高度低于热泵冷凝器的位置，从循环风管路下端开口流出的冷风直接流至热泵冷凝器的下端，自下而上穿过热泵冷凝器，与热泵冷凝器进行热量交换实现冷风的加热，以提高对冷风的加热效果。

此外，热风在定向流动过程中需要穿过多层网带以及网带上方的粪便，即，热风在流动过程中遇到较大的阻力，热风只有在较大的动力的前提下才能实现自下而上流动，实现对粪便的加热，如果动力较小，热风基本无法循环，所以，循环风机的设置也是为了提高粪便的干燥效率。

排风净化装置的设置是为了净化排出主烘干室的气体，避免污浊的气体对周围环境造成污染。

优选的，所述凝结水盘与所述集水箱连通，集水箱的高度低于凝结水盘的高度。热泵蒸发器对过滤净化后的低温热风进行余热回收，经热回收后的循环风温度降低析出冷凝水，析出的冷凝水滴入凝结水盘中，对凝结水进行收集，避免凝结水直接落在主烘干室底部，对主烘干室底部造成污染。通过将凝结水盘与集水箱连接，及时将凝结水盘中的冷凝水导送至集水箱中，一方面便于集中处理，另一方面避免凝结水在风的吹动下重新挥发至主烘干室中。

优选的，所述循环风机朝上设置。循环风机为循环风提供向上流动的动力，使得循环热风自下往上流动，待烘干的粪便自上往下运送，最热、最干燥的热风与含有较少水分的粪便接触，以保证粪便的彻底烘干，较热、含有较少水分的热风与含有较多水分的粪便接触，以提高热风中的热量的利用率，最大限度提高水分的蒸发量。同时，循环风机设置于热泵冷凝器的下方，便于将从循环风管道的下端出口流出的冷风引至热泵冷凝器，实现冷风的充分加热。

优选的，所述循环风机的数量为2-15个，循环风机沿主烘干室的长度方向均匀设置。循环风机分布于主烘干室的整个长度方向，是为了将净化干燥后的冷风均匀分布于主烘干室的整个横截面上，均匀分布后的冷风在热泵冷凝器的均匀加热下均匀分布在网带的各个位置，以实现对网带上各个区域的粪便同时进行加热，以提高粪便的加热干燥效率。同时，由于冷风的充分加热需要一定的时间，将冷风同时分配给多个热泵冷凝器进行加热，可以降低热泵冷凝器的负荷，并提高热泵冷凝器对冷风的加热效率。

优选的，所述循环风管路的通流宽度与主烘干室宽度的比例为1:4-8。既可以保证循环风的循环流动，也可以保证网带具有足够的承载面积，以承载较多的畜禽粪便。

优选的，所述网带的数量为3-5个。以保证畜禽粪便的烘干质量。

优选的，所述排风净化装置的下端设置有排风风机。主烘干室内需要维持一定的微负压，当主烘干室内的压力升高时，为了保证粪便的干燥效率，需要将主烘干室中的部分空气外送，为了保证该部分空气的顺利外送，需要设置排风风机提供输送动力。

优选的，所述卸料机构为卸料网带，卸料网带位于所述最低层网带的下方。

优选的，所述主烘干室的上部设置有压力传感器，热泵冷凝器的上部及热泵蒸发器的上部设置有温湿度传感器。

优选的，所述过滤装置包括粗效过滤层和中效过滤层，粗效过滤层设置于中效过滤层的上方，粗效过滤器一般选用金属框架并以合成纤维作滤料，过滤粗尘颗粒；中效过滤器选用金属框架以无纺布做滤料，捕集细小灰尘颗粒，干燥空气经粗效过滤器和中效过滤器有效过滤后变为干净的空气，可有效避免在热泵蒸发器和热泵冷凝器上积灰。

一种移动式畜禽粪便烘干方法，包括如下步骤：

将待处理的畜禽粪便倒入挤压输送机内，进行初次挤压除水，污水流入集水箱中，挤压后的粪便由上料机构输送至主烘干室内的最高层网带上，在该层网带的带动下缓慢向后方移动，依次向下一网带输送，在输送过程中，粪便中的水分被干燥的热风携带除去，得到烘干后的粪便。

优选的，携带水分并降温后的热风自顶部流入循环风管道，依次经过过滤净化、热泵蒸发器热回收除湿后自循环风管道的底部流出，并在循环风机的加压、热泵冷凝器的加热下成为干燥的热风，流向待干燥的粪便。

优选的，畜禽粪便在干燥过程中维持主烘干室微负压。微负压为-50Pa--30Pa。以提高粪便干燥的效率。

本发明的有益效果为：

本发明的移动式畜禽粪便烘干系统特别适宜于小型养殖户的畜禽粪便处理，可以在无动力电源、无高温热源、无环保设施的村镇、郊区养殖户等小型养殖场进行小规模集中处理，有效解决了散户养殖过程中的环境污染问题。

本发明采用热泵装置作为热源，其蒸发器一侧的温度较低，一般可降低至0℃，可以回收约90％的干燥过程潜热，然后在压缩机作用下将该部分潜热输送至冷凝器一侧，用以加热下一循环过程的循环空气。在该系统运行的热泵装置，其能效比一般可达10-20，即相比较传统热源的热风干燥，热能利用效率提高10倍以上。

主烘干室整体保持微负压运行，无废气泄漏，环境无污染，其最末端的排风经过废气净化装置，整体无废气污染。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的移动式畜禽粪便烘干系统的结构示意图；

图2为本发明的循环风系统的结构示意图。

其中，1-牵引机车，2-主烘干室，3-挤压输送机，4-上料机构，5-网带驱动轮，6-畜禽粪便，7-第一层网带，8-第二层网带，9-第三层网带，10-卸料机构，11-过滤装置，12-循环风机，13-循环风管路，14-热泵蒸发器，15-热泵冷凝器，16-凝结水盘，17-排风净化装置，18-集水箱，19-排风风机，20-电控系统，21-温湿度传感器，22-压力传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。

如图1所示，一种移动式畜禽粪便热泵烘干处理装置，包括拖车平台、主烘干室2、挤压输送机3、电控系统20、热泵加热系统、温湿度传感器21、压力传感器22，所述拖车平台由牵引机车1牵引，拖车平台上可固定主烘干室2及电控系统20。附属设施包括挤压输送机3、废气净化装置、污水收集装置及热源系统。主烘干室2采用多层网带式烘干系统，所述主烘干室2内长度方向设置有传送网带及网带传动机构，网带传动机构由牵引机车1提供电力驱动，所述主烘干室2背侧靠近壁面处有循环风管路13，在循环风管路13内分别设有过滤装置11和热泵蒸发器14，所述主烘干室2的底部设有循环风机12，为循环风系统提供循环动力，在循环风机12上部设有热泵冷凝器15。在拖车平台的前端装有挤压输送机3和上料机构4，上料机构4用于物料输送及将粪便分布在传送网带上。热源系统为热泵装置，热泵装置主要有压缩机、蒸发器、冷凝器与节流装置等部件。

在主烘干室2的长度方向上，划分为多个干燥分区，每个干燥分区配备独立的循环风机、循环风管路系统，可实现独立、可控的干燥过程。根据待干燥粪便的含水情况、粪便的干燥要求，合理控制干燥分区的启动或关闭，以保证达到要求。在每一干燥分区内，各层网带间、热交换器后均设有温湿度传感器，在烘干室的尾部设有压力传感器22、温湿度传感器，温度、湿度及压力信号可传递至主控系统。如果检测的温度和湿度信号不满足要求，主控系统提高热泵系统制热功率，以提高对热风的加热效果。如果检测得到的压力信号大于设定的微负压值，主控系统控制排风风机19动作，将部分空气外排。外排的空气经过排风净化装置17净化后排放，以避免对周围空气的污染。

所述主烘干室2的热源采用热泵系统，热泵系统的动力输入由牵引机车1发动机提供。

所述主控系统，收集各干燥分区的温度、湿度、及物料的称重等数据信息，并可根据实际温度、湿度等反馈控制热泵的输出功率、网带的转速、循环风机的风量。

所述主烘干室2的底部设有循环风机12及附属电机，循环风机12的上部为热泵冷凝器15，热泵冷凝器15的上部为多层网带，如图1中，包括第一层网带7、第二层网带8和第三层网带9，主烘干室2背侧靠近壁面处设有循环风管路13，在循环风管路13中设有过滤装置11及热泵蒸发器14，在循环风管路13的底部设有凝结水盘16，冷凝水通过管路汇集至集水箱18。

所述挤压输送机3设有双螺旋挤压脱水器械，所述挤压输送机3的下料口与所述主烘干室2的进料斗连接，所述主烘干室2的各层网带间、热泵冷凝器15后设有温湿度传感器21，所述主烘干室2后端设有压力传感器22。

主烘干室2的前部侧面上设置有多个检修门，所述主烘干室2的尾端的上部设置有排风净化装置17及出风口，排风净化装置17包括过滤网和气体净化装置，出风口上部设有风帽。

主烘干室2的热源系统采用高温热泵装置，主要有压缩机、蒸发器、冷凝器及节流装置等组成，它利用逆卡诺循环理论，通过热泵蒸发器14吸收完成干燥后的空气中的能量，以制冷剂为媒介，再经压缩机压缩制热后，将低品味的能源转化为高品位的能源，通过热泵冷凝器15将热量传递给烘干室内的循环风，实现加热循环风的目的，热的循环风通过循环风机在烘干室内循环，吸收湿物料的水分，达到烘干物料的目的。热泵系统的热泵蒸发器14和热泵冷凝器15，可根据实际需要，灵活调整安装形式及换热器的结构、材质等，但该热源系统的设计安装，需要专业人员进行设计。

主烘干室2的前部设有电控系统，可实现收集烘干室的温度、湿度及压力传感信息，操控物料的进料速度、网带转速、循环风机风量调节等。

所述挤压输送机的下部设有集水箱18，蒸发器下部的凝结水盘16通过管道连接至该集水箱18，污水汇集后统一处理。

物料流程：

通过一定装置或器械将待处理畜禽粪便放入挤压输送机3内进行机械挤压，挤压产生的污水流入挤压机下部的集水箱18，挤压后畜禽粪便由上料机构4输送至主烘干室2并均匀布置第一层网带7上，物料随网带7缓慢移动，在移动过程中进行干燥，移动至该层网带的末端时，粪便自动跌落至第二层网带8，跌落过程中对粪便进行了一次重整、翻料过程，粪便在第二层网带8上反向缓慢移动并被继续烘干，粪便移至该层网带末端时重复跌落在第三层网带9上，继续完成重整、反向移动、干燥过程，第一层网带7上粪便的含水率最高，第三层网带9上粪便的含水率最低，自上而下粪便的含水率依次降低，在有大规模的烘干系统中，网带可以布置更多层，完成干燥过程后，干质粪便由最末端的卸料结构10输运至主烘干室2外并完成包装备用。

循环风系统：

完成一次干燥过程的干燥循环风，在主烘干室2上部汇集，然后进入主烘干室2背侧壁面处的循环风管路13，在循环风管路13中首先经过过滤器11，过滤器11内有粗效和中效过滤装置，过滤后的干净气体通过热泵蒸发器14进行热量交换，热泵蒸发器14吸收了循环气体的大量显热和潜热，循环气体经换热后温度降低、湿度降低，析出冷凝水，所析出的冷凝水滴落在下部冷凝水盘16中，经净化、除湿后的循环风在循环风管路13中被输送至主烘干室2底部，经循环风机12加压后，循环风穿过热泵冷凝器15，热泵冷凝器15释放热量将循环风加热，被加热后的循环风具有较强的干燥和携湿能力，被加热后的循环风自下而上依次穿过多层网带及网带上的畜禽粪便，最后汇集至主烘干室2的上部空间并流向主烘干室2背侧壁面处的循环风管路13，完成一次干燥循环；主烘干室2的最末端设有排风风机19和净化排风装置17，根据系统压力，排风风机19自动启动，裕量空气经净化装置17净化后排出主烘干室2，维持主烘干室2微负压运行。

污水流程：

挤压输送机3的物料挤压过程中产生的污水流至挤压输送机3下方的集水箱18，在主烘干室2内循环风流经热泵蒸发器14时降温析出的冷凝水滴落至下方冷凝水盘16，冷凝水盘16有管道将凝结水汇集至挤压输送机3下方的集水箱18，污水暂存在集水箱18内，集中处理。

热源系统：本系统烘干工艺采用热泵制热后脱除畜禽粪便的水分。其制热原理为：热泵蒸发器14吸收热量后，热泵本体内的循环工质受热变成低压蒸汽，低压蒸汽在压缩机内压缩成高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽通过热泵冷凝器15将热量释放给循环空气，将循环空气加热，同时高温高压蒸汽冷却凝结成高压液体，再经节流元件节流后变成低温低压制冷剂，流至热泵蒸发器14完成制热的一个循环。

热泵的热泵蒸发器14吸收了循环风的部分显热和大量的潜热，这部分热量在压缩机的作用下由制冷工质输送至热泵的热泵冷凝器15一侧，除湿之后的循环风在经过热泵冷凝器15时被加热，温度得到较大提升，且相对湿度较小，具有较强的干燥和携湿能力，进行新一阶段干燥过程循环，热泵压缩机由机车1输出动力维持运行。利用热泵装置作为本系统的热源，其热泵蒸发器14有效回收干燥循环过程结束后热风的热量，物料的烘干过程热量消耗主要集中在水分由液态变为气态的潜热消耗，而本系统的热泵蒸发器14回收了热风中的大部分潜热，所以用热泵来烘干物料，具有显著的节能空间。

动力系统，本发明所述的移动式热泵烘干系统中，循环风机12、挤压输送机3、网带驱动轮5、卸料机构10、排风风机19等均由牵引机车发动机的充放电电源系统供给，热泵压缩机由机车1的发动机直接驱动，可实现不插电独立运行，便于户外移动式操作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：包括牵引机车、主烘干室、挤压输送机和上料机构；其中，牵引机车包括相互连接的牵引机头和拖车平台，所述主烘干室设置于拖车平台上，所述挤压输送机设置于主烘干室和牵引机头之间，上料机构设置于挤压输送机的上端，上料机构的上端延伸至主烘干室内部上方，挤压输送机的下端设置有集水箱；

主烘干室内包括沿高度方向设置的一层或多层网带和竖向贴合主烘干室侧壁设置的循环风管路，分别用于接收主烘干室顶部循环的风、流出净化干燥后的循环风；网带上设置有细密通孔，相邻两层网带之间的运输方向相反，最高层网带位于所述上料机构出口的下端，最低层网带的下方设置热泵冷凝器，热泵冷凝器的下方设置循环风机；所述循环风管路中自上而下依次设置过滤层、热泵蒸发器和凝结水盘，循环风管路的上端和下端均开口，且下端开口高度低于所述热泵冷凝器的位置；

主烘干室尾部的顶部设置有排风净化装置，其尾部的下端设置有卸料机构。

2.根据权利要求1所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述凝结水盘与所述集水箱连通，集水箱的高度低于凝结水盘的高度。

3.根据权利要求1所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述循环风机朝上设置。

4.根据权利要求3所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述循环风机的数量为2-15个，循环风机沿主烘干室的长度方向均匀设置。

优选的，所述循环风管路的通流宽度与主烘干室宽度的比例为1:4-8。

5.根据权利要求1所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述排风净化装置的下端设置有排风风机。

6.根据权利要求1所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述卸料机构为卸料网带，卸料网带位于所述最低层网带的下方。

7.根据权利要求1所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述主烘干室的上部设置有压力传感器，热泵冷凝器的上部设置有温湿度传感器。

8.根据权利要求1所述的移动式畜禽粪便烘干系统，其特征在于：所述过滤装置包括粗效过滤层和中效过滤层，粗效过滤层设置于中效过滤层的上方。

9.一种移动式畜禽粪便烘干方法，其特征在于：包括如下步骤：

将待处理的畜禽粪便倒入挤压输送机内，进行初次挤压除水，污水流入集水箱中，挤压后的粪便由上料机构输送至主烘干室内的最高层网带上，在该层网带的带动下缓慢向后方移动，依次向下一网带输送，在输送过程中，粪便中的水分被干燥的热风携带除去，得到烘干后的粪便。

10.根据权利要求9所述的移动式畜禽粪便烘干方法，其特征在于：携带水分并降温后的热风自顶部流入循环风管道，依次经过过滤净化、热泵蒸发器热回收除湿后自循环风管道的底部流出，并在循环风机的加压、热泵冷凝器的加热下成为干燥的热风，流向待干燥的粪便；

优选的，畜禽粪便在干燥过程中维持主烘干室微负压。