CN110369453B - 一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置及方法，属于废物资源化领域。该装置包括挤压破碎系统、油炸干化系统、冷凝系统、不凝气处理系统和燃料收集系统，餐厨垃圾经进料口进入挤压破碎系统，经上手摇杆的转动进行挤压破碎，随后进入油炸干化系统，通过下手摇杆和电磁感应线圈的共同作用进行油炸干化，油炸干化过程中产生的汽化水分在负压条件下进入冷凝系统并被液化收集，不凝气流入不凝气处理系统，残渣由燃料收集系统进行回收。本装置采用减压助力快速脱水，降低油温避免高热分解，实现废油循环利用，设备操作简单，运行成本低，可实现餐厨垃圾就地快速处理与资源化，大大节省垃圾收运成本。
Description
技术领域
本发明涉及废物资源化领域，特别是指一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置及方法。
背景技术
我国城市每年餐厨垃圾产量不低于6000万吨，年均增速预计达10％以上。目前餐厨垃圾的集中处理方式主要为填埋、焚烧、生物处理三种，由于餐厨垃圾含水率高，占据填埋场库容，是填埋场气体和渗滤液产生的主要来源，造成填埋场二次污染。为防止费用大幅增加，因此国家相关标准和规范中已不允许含水率大于60％的垃圾进入填埋场；焚烧法处理效率较高，减量化效果好，但高含水率的餐厨垃圾影响焚烧温度和焚烧效率，导致二恶英等污染物难以控制；厌氧消化和好氧堆肥法虽然成本相对较低，但处理时间长、效率较低，特别是厌氧消化的沼液沼渣难处理、长期使用餐厨垃圾堆肥易导致土地盐碱化等。因此目前亟需一种处理效率高、资源化效果好的新型餐厨垃圾处理方法。
近年来我国积极推进垃圾分类制度，对餐厨垃圾进行单独处理，为实现垃圾资源化提供了契机。然而餐厨垃圾的高含水率，导致其收运与处理产生了一系列的问题：(1)收集运输体积大，操作不便；(2)易为腐败微生物提供生长温床，导致餐厨垃圾存放的收集桶内物质腐烂散发恶臭，影响城市卫生，危及人类健康；(3)餐厨垃圾处理的设施严重不足，阻碍了垃圾分类的可持续进行。
经调研发现餐厨垃圾含水率通常在70％以上，如能对餐厨垃圾进行快速脱水干化，不但可以有效减少垃圾体积，同时可提高其有机物质含量，迅速增大垃圾热值，可有效解决上述问题。为此，本发明设计了一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的小型装置，并提供了该装置的操作方法，为生活垃圾分类后的餐厨垃圾就地快速处理提供了一种新颖高效的减量化、资源化途径。
发明内容
本发明提供一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料装置及方法，解决了餐厨垃圾含水率高、不易储存运输、传统处理技术效率较低、产品价值不高等问题。
该装置包括挤压破碎系统、油炸干化系统、冷凝系统、不凝气处理系统和燃料收集系统，挤压破碎系统位于装置上部，挤压破碎系统下方连接油炸干化系统，挤压破碎系统和油炸干化系统之间设置进料阀，油炸干化系统连接冷凝系统，冷凝系统连接不凝气处理系统，油炸干化系统下部连接燃料收集系统；挤压破碎系统包括进料口、螺旋杆和上手摇杆，油炸干化系统包括油炸罐体、中心铁管、盘式肋片、下手摇杆、电磁感应线圈和电磁感应控制板，冷凝系统包括冷凝管和水箱，不凝气处理系统包括活性炭柱、真空泵和压力表，燃料收集系统包括放料阀和储料槽。
其中，进料口位于挤压破碎系统的上部，进料口下方连接螺旋杆，上手摇杆与螺旋杆机械连接，上手摇杆转动带动螺旋杆转动。
油炸罐体内设置中心铁管，中心铁管内部缠绕电磁感应线圈，中心铁管外部的铁管壁均匀垂直分布盘式肋片，下手摇杆通过旋转使餐厨垃圾搅拌均匀，同时带动盘式肋片切割磁感应线辅助加热。
冷凝管一端连接油炸罐体，另一端连接水箱。
活性炭柱、真空泵依次连接在冷凝管的下方，压力表设置在油炸罐体上。
放料阀设置在油炸罐体下部，放料阀连接储料槽，储料槽为三层箱式结构，按照从上至下的顺序依次为产品室、预热室和储油室。
油炸干化系统通过热电偶监测中心铁管内部的温度，通过电磁感应控制板对中心铁管内部的温度进行控制，温度控制在80℃～120℃；该装置内部的真空度通过真空泵、压力表、进料阀控制在40kPa～60kPa，其中进料阀能够对真空度的大小进行微调；放料阀为双阀门结构。
挤压破碎系统处理的油炸物料为未处理的原始餐厨垃圾或经沥水后的餐厨垃圾；油炸干化系统所用油为餐饮废油或其他废油。
产品室、预热室的底部为网眼依次变密的滤网结构，产品室用于存储干化的固体燃料，预热室用于存放待处理的餐厨垃圾，储油室用于存放全部的废弃油脂。
应用该装置的方法，包括以下步骤：
S1、开启真空泵，调整进料阀的开合度使压力表显示的压力值达到要求设定的范围；将待处理的油炸物料由进料口投入，通过上手摇杆带动螺旋杆转动对物料进行破碎，破碎后，开启进料阀，将物料送入油炸罐体；
S2、向电磁感应线圈通入交流电，中心铁管和盘式肋片周围产生周期性变化的磁场，使中心铁管和盘式肋片的内部载流子无规则运动，摩擦自热；同时转动下手摇杆带动中心铁管和盘式肋片切割磁感线，强化内部载流子的碰撞摩擦，实现辅助加热，使物料快速油炸干化；
S3、将冷凝管下端进口接入冷却循环水，冷凝管上端出口输出加热后的冷却循环水；将油炸罐体内脱除的水蒸汽经冷凝管液化后在水箱集中收集；
S4、将S3中剩余的不凝性气体传输至活性炭柱，经活性炭柱处理后排放；
S5、打开放料阀，将油炸罐体内充分油炸干化的物料排出至储料槽第一层产品室，油炸干化后的物料中的热废油滴落到储料槽第二层预热室中的待处理的厨余垃圾上，对待处理的厨余垃圾进行预热，待处理的厨余垃圾中渗出的油脂滴落至储料槽第三层储油室中进行回收利用。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本装置采用油炸干化的方法，可快速实现高含水有机废物的就地干化，显著减少垃圾体积，便于集中收集和转运，节约收运成本；
(2)本装置设计旋转中心铁管组合盘式肋片结构，实现油炸罐内快速均匀传热，节约能源；
(3)本装置采用减压助力快速脱水，降低油温避免高热分解，实现废油循环利用，节约资源；
(4)本装置对处理有机废物要求低，进料无需复杂预处理过程，设备操作简单，运行成本低，节能环保；
(5)本装置与常规有机废物烘干相比，能耗低，且制得的固体燃料热值较高，燃料特性较好；
(6)本装置与常规的厌氧消化相比，处理时间缩短99.9％以上，处理设备的体积显著减少，可大大降低投资费用和占地面积，且无沼渣再次处理的问题，实现了固体废物的全资源化利用。
附图说明
图1为本发明的餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料装置结构示意图。
其中：1-进料口；2-螺旋杆；3-上手摇杆；4-油炸罐体；5-中心铁管；6-盘式肋片；7-下手摇杆；8-电磁感应线圈；9-电磁感应控制板；10-冷凝管；11-水箱；12-活性炭柱；13-真空泵；14-压力表；15-放料阀；16-储料槽；161-产品室；162-预热室；163-储油室；17-进料阀。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料装置及方法。
如图1所示，该装置挤压破碎系统、油炸干化系统、冷凝系统、不凝气处理系统和燃料收集系统，挤压破碎系统位于装置上部，挤压破碎系统下方连接油炸干化系统，挤压破碎系统和油炸干化系统之间设置进料阀17，油炸干化系统连接冷凝系统，冷凝系统连接不凝气处理系统，油炸干化系统下部连接燃料收集系统；挤压破碎系统包括进料口1、螺旋杆2和上手摇杆3，油炸干化系统包括油炸罐体4、中心铁管5、盘式肋片6、下手摇杆7、电磁感应线圈8和电磁感应控制板9，冷凝系统包括冷凝管10和水箱11，不凝气处理系统包括活性炭柱12、真空泵13和压力表14，燃料收集系统包括放料阀15和储料槽16。
进料口1位于挤压破碎系统的上部，进料口1下方连接螺旋杆2，上手摇杆3与螺旋杆2机械连接，上手摇杆3转动带动螺旋杆2转动。
油炸罐体4内设置中心铁管5，中心铁管5内部缠绕电磁感应线圈8，中心铁管5外部的铁管壁均匀垂直分布盘式肋片6，下手摇杆7通过旋转使餐厨垃圾搅拌均匀，同时带动盘式肋片6切割磁感应线辅助加热。
冷凝管10一端连接油炸罐体4，另一端连接水箱11。
活性炭柱12、真空泵13依次连接在冷凝管10的下方，压力表14设置在油炸罐体4上。
放料阀15设置在油炸罐体4下部，放料阀15连接储料槽16，储料槽16为三层箱式结构，按照从上至下的顺序依次为产品室161、预热室162和储油室163。
产品室161用于存储干化的固体燃料，预热室162用于存放待处理的餐厨垃圾，储油室163用于存放全部的废弃油脂。
应用该装置的方法，包括以下步骤：
S1、开启真空泵13，调整进料阀17的开合度使压力表14显示的压力值达到要求设定的范围；将待处理的油炸物料由进料口1投入，通过上手摇杆3带动螺旋杆2转动对物料进行破碎，破碎后，开启进料阀17，将物料送入油炸罐体4；
S2、向电磁感应线圈8通入交流电，中心铁管5和盘式肋片6周围产生周期性变化的磁场，使中心铁管5和盘式肋片6的内部载流子无规则运动，摩擦自热；同时转动下手摇杆7带动中心铁管5和盘式肋片6切割磁感线，强化内部载流子的碰撞摩擦，实现辅助加热，使物料快速油炸干化；
S3、将冷凝管10下端进口接入冷却循环水，冷凝管10上端出口输出加热后的冷却循环水；将油炸罐体4内脱除的水蒸汽经冷凝管10液化后在水箱11集中收集；
S4、将S3中剩余的不凝性气体传输至活性炭柱12，经活性炭柱12处理后排放；
S5、打开放料阀15，将油炸罐体4内充分油炸干化的物料排出至储料槽第一层产品室161，油炸干化后的物料中的热废油滴落到储料槽第二层预热室162中的待处理的厨余垃圾上，对待处理的厨余垃圾进行预热，待处理的厨余垃圾中渗出的油脂滴落至储料槽第三层储油室163中进行回收利用。
在本装置中，餐厨垃圾经进料口进入挤压破碎系统，随手摇螺杆带动落入油炸干化系统，在电磁感应线圈和手摇切割磁感线的协同作用下罐中废油升温，餐厨垃圾中水分迅速汽化，形成水蒸汽逸出，实现垃圾快速脱水，水蒸汽在负压条件下进入冷凝汽化系统并被液化收集，不凝气流入尾气处理系统，降低二次污染，燃料收集系统截留油炸干化后的产品-固体燃料，废油可回收利用。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
采用上述装置对餐厨垃圾进行处理。餐厨垃圾取自某大学食堂后厨垃圾桶，未进行其他处理。向装置内加入30L预处理后的餐饮废油，反应装置温度通过电磁感应温控板控制在120℃，压力通过真空泵和压力表控制在常压。原始餐厨垃圾测得含水率为75％，待温控仪表测定温度快达到设定温度，取10kg餐厨垃圾投入本装置，经过挤压破碎装置落入油炸罐体，盘式肋片转速为20-30r/min，油炸10min后放料取出干化固体燃料。本装置在上述操作条件下，所得固体燃料含水率为30.37％，热值为18.76MJ/kg。
实施例2
使用实施例1相同装置，反应装置温度通过电磁感应温控板控制在150℃，压力通过真空泵和压力表控制在常压。其他条件与实施例1相同。按上述操作条件，所得固体燃料含水率为0.84％，热值为27.32MJ/kg。
实施例3
使用实施例1相同的装置，反应装置温度通过电磁感应温控板控制在130℃，压力通过真空泵和压力表控制在50kPa。其他条件与实施例1相同。按上述操作条件，所得固体燃料含水率为4.87％，热值为22.56MJ/kg。
实施例4
使用实施例1相同的装置，反应装置温度通过电磁感应温控板控制在115℃，压力通过真空泵和压力表控制在40kPa。其他条件与实施例1相同。按上述操作条件，所得固体燃料含水率为20.84％，热值为21.20MJ/kg。
实施例5
使用实施例1相同的装置，反应装置温度通过电磁感应温控板控制在120℃，压力通过真空泵和压力表控制在30kPa。其他条件与实施例1相同。按上述操作条件，所得固体燃料含水率为16.09％，热值为22.15MJ/kg。
本装置有效解决了传统工艺所具有的投资高、工艺复杂、处理效率低的问题，具有快速干化、高效产出、装置简单、占地面积小、环境污染小、设备投资少等优点，可放置于居民区、餐饮区等地，也可作为移动性装置对分散且产废量少的小饭店餐厨垃圾进行收集处理，省去了垃圾运输费用，符合生活垃圾分类、资源化利用的需求。
基于本装置的运行原理，装置可推广用于污泥、菌渣等高含水有机废物干化处理。除做燃料外，当其产品满足饲料标准的各项指标时，亦可作为毛皮动物、宠物等的饲料，具有很好的经济价值和广阔的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置，其特征在于：包括挤压破碎系统、油炸干化系统、冷凝系统、不凝气处理系统和燃料收集系统，挤压破碎系统位于装置上部，挤压破碎系统下方连接油炸干化系统，挤压破碎系统和油炸干化系统之间设置进料阀(17)，油炸干化系统连接冷凝系统，冷凝系统连接不凝气处理系统，油炸干化系统下部连接燃料收集系统；挤压破碎系统包括进料口(1)、螺旋杆(2)和上手摇杆(3)，油炸干化系统包括油炸罐体(4)、中心铁管(5)、盘式肋片(6)、下手摇杆(7)、电磁感应线圈(8)和电磁感应控制板(9)，冷凝系统包括冷凝管(10)和水箱(11)，不凝气处理系统包括活性炭柱(12)、真空泵(13)和压力表(14)，燃料收集系统包括放料阀(15)和储料槽(16)；
所述油炸罐体(4)内设置中心铁管(5)，中心铁管(5)内部缠绕电磁感应线圈(8)，中心铁管(5)外部的铁管壁均匀垂直分布盘式肋片(6)，下手摇杆(7)通过旋转使餐厨垃圾搅拌均匀，同时带动盘式肋片(6)切割磁感应线辅助加热；
所述放料阀(15)设置在油炸罐体(4)下部，放料阀(15)连接储料槽(16)，储料槽(16)为三层箱式结构，按照从上至下的顺序依次为产品室(161)、预热室(162)和储油室(163)；
所述油炸干化系统通过热电偶监测中心铁管(5)内部的温度，通过电磁感应控制板(9)对中心铁管(5)内部的温度进行控制，温度控制在80℃～120℃；该装置内部的真空度通过真空泵(13)、压力表(14)、进料阀(17)控制在40kPa～60kPa，其中进料阀(17)能够对真空度的大小进行微调；放料阀(15)为双阀门结构；
所述产品室(161)、预热室(162)的底部为网眼依次变密的滤网结构，产品室(161)用于存储干化的固体燃料，预热室(162)用于存放待处理的餐厨垃圾，储油室(163)用于存放全部的废弃油脂。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置，其特征在于：所述进料口(1)位于挤压破碎系统的上部，进料口(1)下方连接螺旋杆(2)，上手摇杆(3)与螺旋杆(2)机械连接，上手摇杆(3)转动带动螺旋杆(2)转动。
3.根据权利要求1所述的餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置，其特征在于：所述冷凝管(10)一端连接油炸罐体(4)，另一端连接水箱(11)。
4.根据权利要求1所述的餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置，其特征在于：所述活性炭柱(12)、真空泵(13)依次连接在冷凝管(10)的下方，压力表(14)设置在油炸罐体(4)上。
5.根据权利要求1所述的餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置，其特征在于：所述挤压破碎系统处理的油炸物料为未处理的原始餐厨垃圾或经沥水后的餐厨垃圾；油炸干化系统所用油为餐饮废油或其他废油。
6.应用权利要求1所述的餐厨垃圾油炸干化制取固体燃料的装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、开启真空泵(13)，调整进料阀(17)的开合度使压力表(14)显示的压力值达到要求设定的范围；将待处理的油炸物料由进料口(1)投入，通过上手摇杆(3)带动螺旋杆(2)转动对物料进行破碎，破碎后，开启进料阀(17)，将物料送入油炸罐体(4)；
S2、向电磁感应线圈(8)通入交流电，中心铁管(5)和盘式肋片(6)周围产生周期性变化的磁场，使中心铁管(5)和盘式肋片(6)的内部载流子无规则运动，摩擦自热；同时转动下手摇杆(7)带动中心铁管(5)和盘式肋片(6)切割磁感线，强化内部载流子的碰撞摩擦，实现辅助加热，使物料快速油炸干化；
S3、将冷凝管(10)下端进口接入冷却循环水，冷凝管(10)上端出口输出加热后的冷却循环水；将油炸罐体(4)内脱除的水蒸气经冷凝管(10)液化后在水箱(11)集中收集；
S4、将S3中剩余的不凝性气体传输至活性炭柱(12)，经活性炭柱(12)处理后排放；
S5、打开放料阀(15)，将油炸罐体(4)内充分油炸干化的物料排出至储料槽第一层产品室(161)，油炸干化后的物料中的热废油滴落到储料槽第二层预热室(162)中的待处理的厨余垃圾上，对待处理的厨余垃圾进行预热，待处理的厨余垃圾中渗出的油脂滴落至储料槽第三层储油室(163)中进行回收利用。
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