CN111412676A - 一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置，包括一级热量回收单元和二级热量回收单元，发酵仓产生的废气导入所述一级热量回收单元，经过所述一级热量回收单元换热后排出，所述二级热量回收单元与所述一级热量回收单元构成换热组合，所述一级热量回收单元将从所述废气中回收的热量传递给所述二级热量回收单元，所述二级热量回收单元与所述发酵仓的加热器连接，将热量传递给所述加热器，所述二级热量回收单元中制冷剂的最高温度大于所述加热器中导热油的工作温度。根据本发明提供的技术方案，将废气中低品位的热源转化高品位的热源而为发酵仓加热使用，从而实现废气热量高效回收，达到节能减排的效果。

Description

一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置
技术领域
本发明属于餐厨垃圾处理技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾生化处理设备的余热回收装置。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，城市餐厨垃圾越来越多，餐厨垃圾的处理压力较大，为了更便捷地在源头上进行处理，分布式处理是比较好的选择，其特点是项目大多设置在居民区附近，工艺一般采用好氧方式进行生化处理，该方式利用好氧菌在较充足的有氧环境下进行，其需要保持较高的发酵温度，由于场地的原因，一般采用电加热，同时保持菌种发挥作用需要进行通风，对于无节能措施的设备，其耗电量很高，一般折合一吨垃圾的耗电量约200～300kw·h，这一因素造成此类项目的处理成本居高不下，为此，此类设备采用更为节能的方式进行加热尤为重要。
餐厨垃圾生化处理设备的生化过程一般在发酵仓内进行，对于常规电加热发酵仓，如图1所示，其发酵仓1的加热和通风结构主要包括进风口1-1、排气口1-2、夹套1-3、电加热元件1-5等，夹套1-3内一般装有导热油，导热油和发酵仓内一般装有温度传感器，进风口1-1或排气口1-2装有风机。其工作过程为，物料进入发酵仓1后，电加热元件1-5会对导热油加热，导热油进而将热量传给垃圾，在适合的温度下，好氧菌种会对垃圾进行分解，同时消耗一定的氧气，空气由进风口1-1进入仓内保持仓内的氧含量，废气由排气口1-2排出经后续处理后排入大气，完成从进风、加热到排气的全部过程。好氧菌适宜的工作温度一般为50～65℃，导热油工作温度一般为80～100℃，物料的水分会被加热成水蒸汽随废气排出，废气温度和垃圾发酵温度几乎相同，即50～65℃。从工作过程可以看出，废气排放会带走大量的热量，整个热量需由电加热来供给，造成能源浪费。
现有技术中也公开了利用太阳能来进行加热的节能方式，但其加热温度偏低，势必会降低垃圾处理效率，另外太阳能受天气影响加热方式不稳定。现有技术中还公开了采用空气源热泵的方式来进行的加热，但同样其加热温度偏低。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置，将废气中低品位的热源转化高品位的热源而为发酵仓加热使用，达到节能减排的效果。
本发明提供了一种餐厨垃圾生化处理设备余热回收装置，包括一级热量回收单元和二级热量回收单元，发酵仓产生的废气导入所述一级热量回收单元，经过所述一级热量回收单元换热后排出，所述二级热量回收单元与所述一级热量回收单元构成换热组合，所述一级热量回收单元将从所述废气中回收的热量传递给所述二级热量回收单元，所述二级热量回收单元与所述发酵仓的加热器连接，将热量传递给所述加热器，所述二级热量回收单元中制冷剂的最高温度大于所述加热器中导热油的工作温度。
可选地，所述一级热量回收单元中流通的为低温制冷剂，最高温度达到60～70℃；所述二级热量回收单元中流通的为高温制冷剂，最高温度达到130～140℃。
可选地，所述一级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的一级压缩机、蒸发冷凝器、一级开关阀、一级膨胀阀、蒸发器；所述废气导入所述蒸发器与制冷剂进行换热，所述一级热量回收单元通过所述蒸发冷凝器将回收的热量传递给所述二级热量回收单元。
可选地，所述二级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的二级压缩机、二级开关阀、二级膨胀阀；所述二级膨胀阀的输出口连接所述蒸发冷凝器的高温输入口，所述蒸发冷凝器的高温输出口连接所述二级压缩机的输入口，所述二级压缩机的输出口连接所述发酵仓的加热器。
可选地，所述二级热量回收单元还包括经济器、三级开关阀、三级膨胀阀；所述发酵仓的加热器的输出口连接两条制冷剂回流路径，第一条冷剂回流路径经过所述经济器、二级开关阀、二级膨胀阀、蒸发冷凝器回流至所述二级压缩机，第二条冷剂回流路径经过所述三级开关阀、三级膨胀阀、经济器回流至所述二级压缩机。
可选地，所述蒸发器设置有废气输入口、废气输出口、冷凝水输出口；所述废气输出口连接后续处理装置，所述冷凝水输出口连接废水处理装置。
可选地，还包括废气预处理单元，所述发酵仓产生的废气首先经过所述废气预处理单元过滤，然后导入所述一级热量回收单元。
可选地，所述废气预处理单元包括多级过滤器和风机，每级所述过滤器的过滤精度逐渐升高，每级所述过滤器设置有压差计。
可选地，从所述蒸发冷凝器排出的废气的温度达到15℃以下。
可选地，所述低温制冷剂采用R134a，所述高温制冷剂采用R245fa。
由上述技术方案可知，本发明提供的餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置，具有以下优点：
本装置采用复叠式热泵进行热量回收，可将50～65℃的废气降至15℃以下，废气中大量的热量可以进行回收，同时热输出温度高。与同等规模的电加热的发酵仓相比，本装置总功率不到电加热发酵仓功率的50％，可以节约大量的电能。
热量回收时冷凝了大部分的水蒸汽，从而使得废气中的水蒸汽大量减少，起到对废气的“消白”的作用，使得排放的废气对附近居民区不会产生视觉污染。
本装置流程简单，可以做成模块化与发酵仓集成在一个撬块内，方便运输和安装。
附图说明
图1为现有技术中餐厨垃圾生化处理发酵仓的结构示意图；
图2为本发明实施例中余热回收装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中余热回收装置的结构示意图。
附图标记说明：1、发酵仓；1-1、进风口；1-2、排气口；1-3、夹套；1-4、温度传感器；1-5、电加热元件；1-6、温度传感器；1-7、加热器；
2、余热回收装置；2-1、一级压缩机；2-2、蒸发冷凝器；2-3、一级开关阀；2-4、一级膨胀阀；2-5、蒸发器；2-6、二级压缩机；2-7、二级开关阀；2-8、二级膨胀阀；2-9、三级开关阀；2-10、三级膨胀阀；2-11、经济器；2-12、压差计；2-13、压差计；2-14、风机；
3、废气处理装置。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置做进一步详细的描述。
实施例1
如图2所示，为本发明实施例1的一种餐厨垃圾生化处理设备余热回收装置，包括一级热量回收单元和二级热量回收单元，发酵仓1产生的废气导入一级热量回收单元，经过一级热量回收单元换热后排出，二级热量回收单元与一级热量回收单元构成换热组合，一级热量回收单元将从废气中回收的热量传递给二级热量回收单元，二级热量回收单元与发酵仓1的加热器1-7连接，将热量传递给加热器1-7，二级热量回收单元中制冷剂的最高温度大于加热器1-7中导热油的工作温度。
由于为发酵仓1加热的导热油温度高，废气无法直接将热量传给导热油，需进行提温后才可实现为发酵仓1加热，所以本实施例中的余热回收装置采用了热泵技术，将废气中低品位的热源转化高品位的热源而为发酵仓加热使用，从而实现废气热量高效回收，达到节能减排的效果。
为了实现不同阶梯热源之间的热量循环，一级热量回收单元中流通的为低温制冷剂，最高温度达到60～70℃；二级热量回收单元中流通的为高温制冷剂，最高温度达到130～140℃。发酵仓1工作时，加热器1-7内导热油温度一般可达到100～110℃，高温制冷剂的最高温度大于加热器1-7中导热油的工作温度。
优选地，低温制冷剂采用R134a，高温制冷剂采用R245fa。
如图2所示，一级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的一级压缩机2-1、蒸发冷凝器2-2、一级开关阀2-3、一级膨胀阀2-4、蒸发器2-5；废气导入蒸发器2-5与制冷剂进行换热，一级热量回收单元通过蒸发冷凝器2-2将回收的热量传递给二级热量回收单元。
蒸发器2-5的内部设置有换热管路，外壳上设置有制冷剂输入口和制冷剂输出口，制冷剂输入口连接一级膨胀阀2-4的输出口，制冷剂输出口连接一级压缩机2-1的输入口。
蒸发冷凝器2-2的内部设置有换热管路，外壳上设置有低温输出口、低温输入口、高温输出口、高温输入口。低温输入口连接一级压缩机2-1的输出口，低温输出口连接一级开关阀2-3的输入口。
二级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的二级压缩机2-6、二级开关阀2-7、二级膨胀阀2-8；二级膨胀阀2-8的输出口连接蒸发冷凝器2-2的高温输入口，蒸发冷凝器2-2的高温输出口连接二级压缩机2-6的输入口，二级压缩机2-6的输出口连接发酵仓1的加热器1-7。
加热器1-7包括夹套1-3、电加热元件1-5等装置，还需要设置结构为U形管形式的换热管道，其管程与二级热量回收单元的制冷剂输送管道连接，而且该换热管道能够伸入夹套1-3内部与导热油进行换热。该换热管道具有输入口和输出口，高温制冷剂从输入口流入换热管道，与导热油换热后从输出口流出换热管道。
优选地，如图3所示，二级热量回收单元还包括经济器2-11、三级开关阀2-9、三级膨胀阀2-10；发酵仓1的加热器1-7的输出口连接两条制冷剂回流路径，第一条冷剂回流路径经过经济器2-11、二级开关阀2-7、二级膨胀阀2-8、蒸发冷凝器2-2回流至二级压缩机2-6，第二条冷剂回流路径经过三级开关阀2-9、三级膨胀阀2-10、经济器2-11回流至二级压缩机2-6。
第二条冷剂回流路径构成补气增焓管路，通过补气增焓可以使二级循环的蒸发温度更低，可实现一、二级循环都达到最佳的工作的温度，达到整体的最大工作效率，即总COP最大。
上述的一级开关阀2-3、二级开关阀2-7、三级开关阀2-9均可以采用电磁阀，以实现自动控制。
如图2所示，蒸发器2-5的外壳上还设置有废气输入口、废气输出口、冷凝水输出口；废气输入口连接发酵仓1的排气口1-2，废气输出口连接后续处理装置，经过热量回收降温后的废气在后续处理装置中做进一步优化处理，主要进行除臭、除尘等处理；冷凝水输出口连接废水处理装置，对冷凝水做进一步利用，无二次污染产生。
从蒸发器2-5排出的废气的温度达到15℃以下。由此可见，如不考虑传热效率，本实施例中的余热回收装置可实现全部回收加热器1-7通过导热油所传出的热量。
本实施例中的余热回收装置的热量回收工作过程详细说明如下：
一级压缩机、蒸发冷凝器、一级开关阀、一级膨胀阀、蒸发器构成了一级升温循环，二级压缩机、二级膨胀阀、蒸发冷凝器、发酵仓加热器以及经济器构成了二级升温循环，即蒸发冷凝器为两循环共用设备，另外二级循环为补气增焓工艺，三级开关阀、三级膨胀阀的管路为补气增焓管路，通过补气增焓可以使二级循环的蒸发温度更低，可实现一、二级循环都达到最佳的工作的温度，达到整体的最大工作效率，即总COP最大。如一级循环选用R134a制冷剂、二级循环选用R245fa制冷剂，则一级制冷剂在蒸发器内吸收废气热量后发生等温蒸发，利用一级压缩机将制冷剂压缩温度升高进入蒸发冷凝器，其温度会达到60～70℃，在蒸发冷凝器内发生等压冷凝，将热量传给约50～60℃二级循环的制冷剂，放出热量的废气温度会由50～65℃降至15℃以下去后续处理后排出，放出热量的一级制冷剂进入一级膨胀阀进行节流降温后进入蒸发器吸收热量气化后进行下一个循环。二级循环制冷剂进入蒸发冷凝器吸收热量后由液态变为气态，进入二级压缩机压缩可达到130～140℃继而进入发酵仓的加热器等压冷凝放热，将热量传给导热油，最终为物料加热，导热油温度可达到100～110℃，可以满足加热物料的目的。经冷凝放热的二级制冷剂进入二级膨胀阀进行节流降温，去蒸发冷凝器吸收热量进行下一个循环。
现以日处理量为5吨的餐厨垃圾设备进行举例说明，其24小时减量化率一般要求达到90％。经计算和实际测算，此设备物料需要发酵仓经气相排出的水约为2吨/天，如果24小时连续运转，考虑通入的空气加热及热量损耗等，采用电加热方式进行加热实际功率为60～70kw，按70kw进行计算。
采用本实施例中的余热回收装置进行热量回收核算用电功率如下：
对于一级循环，制冷剂选用R134a，蒸发温度按10℃，冷凝温度按65℃，则通过选用合适的压缩机，一级循环制热系数(COPH1)＝3.588。
对于二级循环，制冷剂选用R245fa，蒸发温度按60℃，冷凝温度按115℃，则通过选用合适的压缩机，二级循环制热系数(COPH2)＝3.664。
根据以上两循环的制热系数，可计算总制热系数COP总＝2.1，即发酵仓加热器所得到的热量是压缩机的2.1倍，因此两个循环压缩机的总功率为70/2.1＝33.3kw，没有其它主要用电设备。
通过以上数据可以看出，与直接电加热相比，此系统会节电50％以上。
本实施例中的余热回收装置，采用复叠式热泵进行热量回收，可将50～65℃的废气降至15℃以下，废气中大量的热量可以进行回收，同时热输出温度高。与同等规模的电加热的发酵仓相比，本装置总功率不到电加热发酵仓功率的50％，可以节约大量的电能。
热量回收时冷凝了大部分的水蒸汽，从而使得废气中的水蒸汽大量减少，起到对废气的“消白”的作用，使得排放的废气对附近居民区不会产生视觉污染。
本装置流程简单，可以做成模块化与发酵仓集成在一个撬块内，方便运输和安装。
实施例2
如图2所示，为本发明实施例2的一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置，与实施例1所不同的是：
还包括废气预处理单元，发酵仓1产生的废气首先经过废气预处理单元过滤，然后导入一级热量回收单元。由于发酵仓内排放的气体含有一定的杂质，直接排放会对大气造成污染，而且余热回收装置内的换热设备(蒸发器)对气体的杂质含量有要求，杂质含量高容易堵塞换热设备，因此需设有气体净化设备。
具体地，废气预处理单元包括多级过滤器和风机2-14，风机2-14设置在多级过滤器的最后方，每级过滤器的过滤精度逐渐升高，每级过滤器设置有压差计，如图2中的压差计2-12、2-13。
本实施例中的余热回收装置，设有多级过滤器对废气进行处理，提高了废气纯净度，保证换热设备能够正常工作，延长了换热设备的使用寿命，同时为保持气体流通设有风机，每级的过滤精度不同，从第一个至最后一个所设置滤网的孔径越来越小，精度逐渐增高，例如：第一个1～2mm，第二个100～150目，同时可根据气体的颗粒物情况通过更换滤网规格来调整过滤精度或增设过滤器数量。其每级过滤器设置有压差计，压差计信号可以传送至控制系统，当任意一个压差增大到设定值时，说明该过滤器需要清理，以维持废气预处理单元能够正常工作。
在本实施例中余热回收装置的其他结构与实施例1中相同，此处不再重复描述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的余热回收装置，其特征在于，包括一级热量回收单元和二级热量回收单元，发酵仓产生的废气导入所述一级热量回收单元，经过所述一级热量回收单元换热后排出，所述二级热量回收单元与所述一级热量回收单元构成换热组合，所述一级热量回收单元将从所述废气中回收的热量传递给所述二级热量回收单元，所述二级热量回收单元与所述发酵仓的加热器连接，将热量传递给所述加热器，所述二级热量回收单元中制冷剂的最高温度大于所述加热器中导热油的工作温度。
2.根据权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于，所述一级热量回收单元中流通的为低温制冷剂，最高温度达到60～70℃；所述二级热量回收单元中流通的为高温制冷剂，最高温度达到130～140℃。
3.根据权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于，所述一级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的一级压缩机、蒸发冷凝器、一级开关阀、一级膨胀阀、蒸发器；所述废气导入所述蒸发器与制冷剂进行换热，所述一级热量回收单元通过所述蒸发冷凝器将回收的热量传递给所述二级热量回收单元。
4.根据权利要求3所述的余热回收装置，其特征在于，所述二级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的二级压缩机、二级开关阀、二级膨胀阀；所述二级膨胀阀的输出口连接所述蒸发冷凝器的高温输入口，所述蒸发冷凝器的高温输出口连接所述二级压缩机的输入口，所述二级压缩机的输出口连接所述发酵仓的加热器。
5.根据权利要求4所述的余热回收装置，其特征在于，所述二级热量回收单元还包括经济器、三级开关阀、三级膨胀阀；所述发酵仓的加热器的输出口连接两条制冷剂回流路径，第一条冷剂回流路径经过所述经济器、二级开关阀、二级膨胀阀、蒸发冷凝器回流至所述二级压缩机，第二条冷剂回流路径经过所述三级开关阀、三级膨胀阀、经济器回流至所述二级压缩机。
6.根据权利要求3所述的余热回收装置，其特征在于，所述蒸发器设置有废气输入口、废气输出口、冷凝水输出口；所述废气输出口连接后续处理装置，所述冷凝水输出口连接废水处理装置。
7.根据权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于，还包括废气预处理单元，所述发酵仓产生的废气首先经过所述废气预处理单元过滤，然后导入所述一级热量回收单元。
8.根据权利要求7所述的余热回收装置，其特征在于，所述废气预处理单元包括多级过滤器和风机，每级所述过滤器的过滤精度逐渐升高，每级所述过滤器设置有压差计。
9.根据权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于，从所述蒸发冷凝器排出的废气的温度达到15℃以下。
10.根据权利要求2所述的余热回收装置，其特征在于，所述低温制冷剂采用R134a，所述高温制冷剂采用R245fa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112624830A (zh) * 2021-02-20 2021-04-09 周英静 一种可防膨胀的有机肥料发酵装置
WO2022041451A1 (zh) * 2020-08-27 2022-03-03 南京茂泽新能源设备有限公司 一种畜禽废弃物无害化杀菌余热回收装置
CN114538978A (zh) * 2022-03-17 2022-05-27 甘肃省科学院生物研究所 一种寒冷地区循环热补偿式有机肥发酵装置及其使用方法

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