CN111536514A - 一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法。废水厌氧处理中产生沼气，本发明利用薄壁管式换热器将沼气燃烧后产生的热能传递给导热流体，加热后的导热流体根据工艺要求对目标物进行加热，实现热能回收与利用。该方法根据沼气成分组成设置助燃空气/燃气比和配风压力，保证沼气充分燃烧，减少燃烧尾气污染物排放量，导热性能良好的薄壁换热管系统将燃烧产热高效传递给导热流体，使废水厌氧发酵产物沼气热能综合回收利用率达80‑90%，远高于沼气发电的30%。该方法适用于各种有机废水厌氧发酵产物燃烧热能回收利用，具有热能回收利用率高、操作安全简便、尾气污染物排放少，在回收利用废水中有机污染物能源方面有应用前景。

Description

一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法

技术领域

本发明属于环境保护与能源技术领域，具体涉及一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法。

背景技术

随着经济高速发展和国家对环境治理要求的提高，我国废水处理量逐年提高，2017年我国废水处理量达到465.49亿立方米。废水中含有高浓度有机污染物，目前在常规好氧生化处理前采用厌氧生物处理已成为废水处理组合工艺的必要组成部分。含有机污染物废水经过厌氧发酵后可产生大量主要成分为甲烷的沼气等能源性物质，燃烧利用废水厌氧处理过程中产生的沼气回收热能，可节约大量煤炭、石油等不可再生能源，同时可实现二氧化碳减排，符合国家“节能减排”政策要求。

现有从废水的厌氧处理过程中能源回收利用设备主要是沼气发电机，但存在以下问题：（1）运行稳定性差，现有的沼气发电机主要均为500kw以上功率的高转速柴油发电机改型而来，常见的厌氧塔产生的沼气流量和压力不足以满足沼气发电机运转要求，一旦废水厌氧处理产生的沼气受进水流量、有机污染物浓度、处理效果等因素制约，沼气产量和压力出现波动，极易导致沼气发电机运行不稳定甚至停机。（2）能量利用率低，现有沼气发电机的化学能-电能转换率不超过30%，沼气发电机会释放高温尾气，但尾气中的热量难以回收利用，造成大量能源浪费。（3）设备腐蚀严重，由于沼气中含有氨气、硫化氢和含磷元素的杂质，沼气在发电机的气缸中燃烧时会产生氮、硫、磷的氧化物，而且沼气燃烧过程中会产生大量水分子，氮、硫、磷的氧化物与水分子结合均呈强酸性，会严重腐蚀气缸壁和活塞导致其生锈，破坏汽缸内壁和活塞表面的光滑度，极易造成活塞抱死发电机停车。（4）由于燃烧稳定性差，容易导致沼气中部分组分燃烧不彻底，易产生VOCs、氮、磷氧化物等污染物，造成二次污染。（5）发电机结构精密，运行维护管理难度大，故障率高，不适用于环境相对恶劣的废水处理站或废水处理厂使用。

发明内容

本发明的目的在于根据废水厌氧处理过程中产生沼气的物理化学特点，提供一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法，可提高热能回收利用效率、显著减少尾气污染物排放量。

本发明的目的至少通过如下之一的技术方案实现。

本发明提供的一种从废水厌氧处理过程中高效回收热能的装置，包括燃烧换热器本体、沼气净化系统、阻火器、导热流体储箱、回收热量利用系统、炉头、点火器和助燃空气管路；燃烧换热器本体为空心筒体结构，燃烧换热器本体包括上部的换热器和下部的燃烧室，燃烧室中从下往上依次设有燃气输送管路、空气输送管路、炉头和点火装置，炉头包括内层的燃气通道和外层的助燃空气通道，沼气净化系统、阻火器和燃气输送管路依次连接，燃气输送管路与炉头的燃气通道连接；废水厌氧处理后的沼气经沼气净化系统和阻火器沿燃气输送管路进入炉头的燃气通道，空气输送管路连接至炉头的助燃空气通道；导热流体储箱、换热器和回收热量利用系统通过管路依次连接，且回收热量利用系统连接至导热流体储箱从而使换热介质循环流动。

进一步地，所述燃烧换热器本体为空心筒体结构，高径比为3-6:1。

进一步地，所述燃烧换热器本体包含上部的集束式换热管系统和下部的燃烧室两部分，采用碳钢或不锈钢材质。燃烧室高度占燃烧换热器本体高度的30-40%。燃烧换热器本体内从下往上依次设有燃气输送管路及控制阀、空气输送管路及控制阀、不锈钢炉头、点火装置和薄壁管式换热器系统。

优选地，所述燃气输送管路管径为100-300毫米，空气输送管路管径为200-600毫米。

燃气输送管路将经过净化脱水的废水厌氧处理过程中产生的沼气输送至不锈钢炉头燃烧，通过控制阀调节燃气压力为2-5kPa；空气输送管路将一定流量和压力的助燃空气输送至不锈钢炉头外围支持燃气燃烧，空气燃气流量比为10-20:1；不锈钢炉头包含10-100个圆形气孔，孔径为4-10毫米。

进一步地，所述沼气净化单元包括杂质成分去除单元和沼气脱水罐，沼气净化单元采用分离式圆柱形结构，杂质成分去除单元和沼气脱水罐均为圆柱形结构，高径比均为2-3:1；杂质成分去除单元包括气体扩散管和吸收液槽，气体扩散管设置于吸收液槽底部，经过吸收液净化后的沼气通过杂质成分去除单元顶部的导管进入沼气脱水罐；沼气脱水罐中设置螺旋导流板，实现沼气脱水。

进一步地，所述沼气净化单元包含杂质成分去除装置和沼气脱水装置两部分。沼气净化系统可采用箱式一体化或分离式圆柱形结构，箱式一体化结构外形尺寸比例为：长：宽：高=1.0：0.4-0.6：0.6-0.9，分离式圆柱形结构中沼气净化/水封罐和沼气脱水罐均为圆柱形结构，高径比均为2-3:1；杂质成分去除装置内包含气体扩散管和吸收液槽两个部分，气体扩散管浸没于吸收液槽底部，来自于废水厌氧处理系统的沼气通过气体扩散管以微小气泡形式快速分散于吸收液槽吸收液内，吸收液pH范围6-12；溶于水的气体组分和粉尘被吸收液截留，酸性组分与吸收液内碱性物质反应被吸收，剩余组分从吸收液中溢出，集于杂质成分去除装置上方空间，并经导管进入沼气脱水装置；当发生回火时，吸收液自然形成阻绝气体的屏障，杜绝了火焰的继续传播，可有效保护生产设备。所述沼气脱水装置内设螺旋导流装置，螺旋导流装置内壁外侧为喇叭口状结构，倾角为30-60度当沼气以一定的压力从上部的进气口进入后，水滴在离心力作用下旋转与脱水装置内壁发生碰撞，使水滴失去动能与沼气相分离，达到脱水的目的，水滴沿脱水装置内壁向下流动，存于装置底部，定期排除。

进一步地，气体扩散管采用树枝形均布式穿孔管结构，所述穿孔管结构是间隔40-50毫米设置直径为2-3毫米的圆形气孔；沼气脱水罐为圆柱形结构，导流板的倾角为30-60°。

进一步地，所述阻火器包括耐高压高温壳体和滤芯；所述滤芯采用16~22目金属网或波纹板滤芯，均为4~12层；所述燃烧换热器本体的高径比为3-6:1，燃烧换热器本体采用碳钢或不锈钢材质，燃烧室高度占燃烧换热器本体高度的30-40%；换热器采用集束式细管状薄壁换热管，换热器中的换热管采用铜、铝或不锈钢材质，管壁0.6-1.5毫米，管壁内径为8-80毫米，整体呈平行束装分布。

进一步地，所述阻火器的耐高压高温壳体具有足够的强度，可承受爆炸产生的冲击压力和温度；滤芯采用金属网滤芯或波纹型滤芯，能阻止爆燃的猛烈火焰，并能承受相应的机械和热力作用，阻火器滤芯采用16~22目金属网或波纹板，均为4~12层。

所述导热流体储箱为耐高温密闭箱体结构，用于存储导热流体，其特征在于导热流体为软水或导热油，可满足不同导热循环要求，导热流体储箱出口设置热流体循环泵，用于强化导热流体循环速度，导热流体流速范围为0.4-1.0m/s，从而保证导热流体在薄壁管式换热器系统内高效吸收沼气燃烧热量。

进一步地，所述炉头的燃气通道和助燃空气通道的端部均设置呈同心圆形均布的10-100个圆形气孔，气孔孔径为4-10毫米；燃气输送管路管径为100-300毫米，空气输送管路管径为200-600毫米；空气燃气流量比为10-20:1；炉头在燃烧换热器本体内的高度可调，调节范围为距离换热器底部200-1000毫米，以保证换热器区域处于最高温度区域；点火装置采用高压放电方式，在炉头侧面设置沼气循环管路，所述循环管路并联至燃气输送管路上。

进一步地，所述不锈钢炉头可调节在燃烧换热器内的高度，调节范围为距离薄壁换热管系统底部200-1000毫米，点火装置采用高压放电方式，薄壁管式换热器系统采用集束式细管状薄壁换热管，换热管采用全铜、全铝或不锈钢材质，管壁为0.6-1.5毫米，换热管内径为8-80毫米，整体呈平行束装分布，换热管进口温度15-25℃，换热管出口温度大于等于70℃。

进一步地，导热流体储箱采用箱型或圆筒形结构；导热流体储箱与燃烧换热器本体内上部的换热器连接的管路上设置耐热泵和控制阀。

进一步地，热能回收利用系统采用箱式或罐式结构，热能回收利用系统中设置蛇形往复式薄壁管式换热管，所述换热管前端并联高温循环水连接管和来自锅炉的循环水加热管，后端通过循环水回流管连接至导热流体储箱，高温循环水连接管还连接至换热器从而将导热流体输送至热能回收利用系统。

热能回收利用系统根据实际工艺要求可采用箱式或罐式结构，其特征在于回收热量利用系统内设蛇形往复式薄壁管式换热管，高温导热流体在换热管内循环流动，被加热介质与换热管外壁不断交换接触界面，保证高温导热流体热量及时高效传输给被加热介质，换热管进口温度≥70℃，换热管出口温度≤45℃，被加热介质温度≥30℃。导热流体与被加热介质不发生直接接触，避免了可能存在的交叉污染问题。

所述热能回收利用系统外围及顶部外侧均设有保温材料层，装置外围保温层厚度≥30毫米，顶部保温层厚度大于等于40毫米。

所述燃烧换热器本体，该圆筒装置外围及顶部外侧均设有保温材料层，圆筒装置外围保温层厚度≥50毫米，顶部保温层厚度大于等于60毫米。

进一步地，导热流体选自水或者导热油；导热流体储箱、热能回收利用系统、燃烧换热器本体和三者之间的连接管道的外表面均设置隔热保温材料。

所述导热流体储箱及连接管路外侧均设有箱体保温材料层和管道隔热保温层。

本发明提供一种采用上述装置从废水厌氧处理过程中高效回收热能的方法，从废水厌氧处理过程中产生的沼气通过沼气净化系统的净化后，经过阻火器和燃气输送管道进入炉头的中心管路，与经过助燃空气管道和炉头外围管路的空气在炉头处被点火器点燃，调整炉头高度保证燃烧换热器本体上部的薄壁管式换热器区域处于最高温度区域，所述换热器中的导热流体被沼气燃烧产生的热量加热，然后导热流体进入热能回收利用系统，热能回收利用系统中被加热介质与换热管内的导热流体进行热量交换，将导热流体携带的热量回收利用，降温后的导热流体输送至导热流体储箱，然后在循环至燃烧换热器本体上部的薄壁管式换热器。

进一步地，通过燃气输送管路上的控制阀调节燃气压力为2-5kPa，空气燃气流量比为10-20:1；吸收液pH范围6-12。

废水厌氧处理产生的沼气首先进入沼气净化系统。沼气通过气体扩散管以微小气泡形式快速分散于吸收液槽内吸收液中。沼气主要包含甲烷、二氧化碳、硫化氢、氨气及挥发性小分子有机物等组分，挥发性小分子有机物包括短链碳氢化合物和含有硫、氮、磷元素取代基的小分子有机物，其中硫化氢、氨气等可溶于以水为主要成分的吸收液中，二氧化碳等酸性物质与吸收液中的碱性物质发生化学反应被吸收，根据沼气中杂质气体的种类和含量，可调节吸收液的碱度，控制吸收液pH值为6-12之间，确保杂质气体充分被吸收。沼气中可能含有的少量粉尘被吸收液截留去除，甲烷因其不溶于水且不与碱性物质发生化学反应，直接从吸收液中溢出，汇集于杂质成分去除装置上方空间处。去除杂质的沼气携带少量水分从杂质成分去除装置顶部的导管进入沼气脱水装置202内，沼气脱水装置内主要结构为螺旋导流装置，导流板倾角为30-60度，沼气进入脱水装置入口时带有一定的初速度，其中含有的液滴受到离心力作用沿气流旋转的渐开线方向飞向脱水装置内壁并发生碰撞，水滴失去动能聚集成较大水滴沿沼气脱水装置内壁向下流动，汇集于沼气脱水装置底部，从而实现沼气脱水。沼气脱水装置底部的积水采用定期清除方式处理。

经过净化的沼气进入阻火器内部，穿过金属网或波纹型滤芯后汇集于阻火器出气口，金属网孔可采用16~22目，金属网或波纹型滤芯可采用4~12层，具有流动阻力小，易于清洗和更换的优点。当出现由于沼气压力不稳等原因导致的回火事故时，从不锈钢炉头返回的火焰沿燃气输送管路迅速反冲到阻火器内，爆燃的猛烈火焰被阻火器滤芯阻隔，滤芯能够承受相应的机械和热力作用，从而保证了火焰不会向废水厌氧处理装置蔓延，阻火器外壳为耐高压高温材质，可承受爆炸产生的冲击压力和温度，从而保证了设备的安全。

沼气从阻火器出口沿燃气输送管路进入燃烧换热器本体内不锈钢炉头302的中心管路，中心管路尽头为不锈钢炉头表面呈同心圆形均布的圆形气孔，根据沼气燃烧规模不同圆形气孔数量可设置为10-100个，圆形气孔直径为4-10毫米。由于沼气压力和流量存在波动，因此在不锈钢炉头侧面和底部设置沼气循环管路（图1中炉头的底部是燃气和助燃空气的输送管路，侧面是循环管路），平衡进入不锈钢炉头沼气的压力和流量。沼气被分割成多股流量压力相等的气流穿过圆形气孔，与不锈钢炉头外围圆形气孔中喷出的助燃空气迅速混合，点火器利用高压放电原理，与不锈钢炉头之间生成大量树枝状高压电弧，迅速点燃混合气。由于燃气杂质含量、压力和流量的不同，经点火器点燃混合气形成的火焰高度也有差别，不锈钢炉头可根据火焰高度调整在燃烧换热器本体内的位置，从而保证燃烧换热器本体上部薄壁换热管区域处于最高温度区域，提高热能回收效率。燃烧换热器本体外部和顶部均设置隔热保温材料，从而确保沼气燃烧产生的热量不发生散失。

导热流体作为热能传输媒介用于将沼气燃烧产生的大量热量传递给被加热介质。导热流体储箱采用箱型或圆筒形结构，因回流的导热流体仍带有一定的热量，因此导热流体储箱外表面设置隔热保温材料。根据使用条件不同，导热流体可使用水或者导热油，导热流体从储箱下部的出口流出经过耐热泵5加压后经过连接管进入燃烧换热器本体内上部的换热管，换热管采用全铜、全铝或不锈钢材质的薄壁结构，管壁根据热能回收设备规模不同可选择0.6-1.5毫米不同厚度，薄壁管内径为8-80毫米，整体呈平行束装分布，导热流体从薄壁管内部通过，沼气燃烧产生的高温气体从薄壁管外侧通过，两者不发生实质接触。吸收沼气燃烧热量的高温导热流体通过外表面包覆隔热保温材料的连接管路504进入热能回收利用系统中的换热管502，该部分换热管采用蛇形排布，换热管内部的高温导热流体通过换热管壁将热量传输给换热管外的被加热介质，热能回收利用系统中的换热管采用不锈钢材质，管壁厚度为1.0-1.5毫米，管径根据使用规模不同可设置为10-100毫米。释放出大量热量的导热流体通过外表面包覆隔热保温材料的连接管路507回流到导热流体储箱。

与现有技术相比，本发明的有益之处主要体现在以下：

1. 本发明所述方法和设备充分适用于废水厌氧处理过程中产生的沼气燃烧回收热能，对沼气压力较低、流量不稳定、杂质成分多等缺点具有优良的耐受性，可以稳定用于回收废水厌氧处理产生沼气燃烧的热能。

2. 通过优化控制助燃空气流量和压力，从而可以确保废水厌氧处理过程中产生的沼气稳定、高效燃烧，从而为回收热能建立良好先决条件。

3. 通过空气/燃气比和燃烧工况的精确控制，有效地保证了沼气所含各种组分均能够得到充分燃烧，在提高能量回收率的同时有效降低了尾气污染物含量。

4. 燃烧换热器内不锈钢炉头采用可升降调节，保证了在不同燃烧条件下位于燃烧换热器上部的换热器系统始终处于最佳受热状态，换热器在保证强度的前提下采用了优良导热材质和最薄管壁设计，集束式阵列结构保证了换热器具有巨大的比表面积，使热量回收率相比现有工艺提高了30%以上。

5. 本发明的废水厌氧处理过程中回收热能方法智能化程度高，操作安全简便，尾气污染物排放少，易于实现，涉及设备结构合理紧凑，处理流程简单，既节约占地面积，又可保证热能高效回收利用，节能减排效益显著，在利用含有机污染物废水厌氧处理产生的沼气中回收热能运行过程中体现了相关设备的高度稳定性和高效性，废水厌氧处理过程中热能有效回收利用率高达80-90%以上，远高于沼气发电的30%。

说明书附图

图1是本发明所述废水厌氧处理过程中回收热量设备示意图；

图2是沼气净化系统结构示意图；

图3是燃烧换热器本体结构示意图；

图4是图2中不锈钢炉头结构示意图；

图5是回收热能利用系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明的实施方式不限如此。

实施例1

某纸业有限公司每天处理造纸废水量5000吨的厌氧沼气热能回收利用项目。

该纸业有限公司现有两台直径10米高20米的废水处理厌氧反应塔，每天处理造纸废水量5000吨，厌氧塔进水COD在1500mg/L，厌氧处理出水500mg/L，两台厌氧塔合计每天产生沼气约1500立方米。

如图1所示，该厂使用的废水厌氧处理过程中回收热能设备包括燃烧换热器本体8、沼气净化系统201、阻火器2、燃气管道1、导热流体储箱4和回收热量利用系统501。燃烧换热器本体8为空心筒体结构，高度9米，直径2.5米。燃烧换热器本体8内从下往上依次设有燃气输送管路303及控制阀304、空气输送管路403及控制阀404、不锈钢炉头302、点火装置308和薄壁管式换热器系统301。燃气流量65m³/h，压力为2kPa，助燃空气/燃气比为15:1，压力为2kPa。不锈钢炉头302包含内外两层，内层为燃气通道，外层为助燃空气通道，炉头302表面按照同心圆设置3圈圆形气孔，每圈圆形气孔均为12个（内外两层上一共设置3圈圆形气孔），孔径为6毫米，不锈钢炉头302上表面距离集束式薄壁换热器底部距离为0.6米；点火装置308采用高压放电方式，薄壁管式换热器系统301采用集束式细管状薄壁换热管，管径为25毫米，长度为4.5米，共56根。

如图2所示，沼气净化系统包括杂质成分去除装置201和沼气脱水罐206，杂质成分去除装置201（设备型号TRH-60）为圆柱形结构，直径0.6米，高度1.6米，沼气脱水罐206（设备型号TRS-60）为圆柱形结构，直径0.8米，高度1.6米。杂质成分去除装置201内吸收液面高度为0.8米，净化后沼气从吸收液中溢出，集于杂质成分去除装置上方空间，并经导管进入沼气脱水装置202；当发生回火时，吸收液自然形成阻绝气体的屏障，杜绝了火焰的继续传播，可有效保护生产设备。沼气脱水装置202内设螺旋导流装置205，导流装置与竖直方向夹角为30度。沼气中水滴沿脱水装置202内壁向下流动，存于装置底部207，定期排除。

阻火器2主要由耐高压高温壳体和滤芯两部分组成，阻火器滤芯采用16目金属网，为6层结构。

如图3和图4所示，301为薄壁管式换热器系统，该系统下方为沼气燃烧部分，其中与燃烧器炉头302连接的管路包括沼气输入管路303和沼气循环兼平衡稳压管路305，沼气输入管路303右侧接助燃空气管路403。管路303和305分别由阀门304和307控制通断，306为高压点火器，用于点燃燃烧器炉头302喷出的混合燃气。

导热流体储箱4为耐高温密闭箱体结构，所述导热流体储箱4包括助燃空气管路401、燃气总管402、助燃空气管道403及控制阀404，用于存储导热流体，导热流体为去除硬度的软化水，导热流体储箱4出口设置热水循环泵5，用于强化循环水流动速度，从而保证循环水在薄壁管式换热器系统301内高效吸收沼气燃烧热量。

导热流体循环泵6为耐高温耐腐蚀离心泵，用于控制导热流体在整个设备内部定向循环流动。7为导热流体循环管路控制阀门，用于开启和关闭导热流体循环管路，同时也可与导热流体循环泵6协同用于调节导热流体流量。

如图5所示，回收热能利用系统501为该厂造纸废水水解酸化池，可采用箱式结构，回收热量利用系统501内设蛇形往复式薄壁管式换热管502，管壁为不锈钢材质，管径为30毫米，管壁厚1.0毫米。蛇形往复式薄壁管式换热管502进口设计温度为80℃，出口设计温度为40℃，可将废水温度提高30℃。蛇形往复式薄壁管式换热管502前段并联高温循环水连接管504和来自锅炉的循环水加热管505，来源于燃烧换热器本体8的高温循环水如果提供的热量足够使用，则不需要使用来自锅炉的循环水加热管505加热。高温循环水换热后经循环水回流管507回流至导热流体储箱4中。循环水与被加热介质不发生直接接触，避免了交叉污染问题（被加热介质位于503中）。506为蛇形往复式薄壁管式换热管502的启闭阀门，采用调节阀，可根据生产情况调节高温循环水流量的大小。

从废水厌氧处理过程中产生的沼气通过气体扩散管204进入吸收液槽203中，经过吸收液的净化后汇集于吸收液槽的上方，通过上方的导管进入沼气脱水罐202，经过螺旋导流板脱水后经过阻火器2和燃气输送管道303进入炉头302的中心管路，与经过助燃空气管道403和炉头302外围管路的空气在炉头处被点火器308点燃，调整炉头高度保证燃烧换热器本体8上部的薄壁管式换热器301区域处于最高温度区域。沼气燃烧后的尾气进入尾气净化器9中净化。尾气净化器9上部为圆柱形筒体结构，内部充填尾气吸收剂10，尾气吸收剂10根据需求可选择活性炭和碱性吸收剂的混合物或其中的一种，确保尾气中残留的酸性氧化物和有机物分子被吸收，保证尾气达标排放。所述换热器301中的导热流体被沼气燃烧产生的热量加热，然后导热流体进入热能回收利用系统501，热能回收利用系统501中被加热介质与换热管内的导热流体进行热量交换，将导热流体携带的热量回收利用，降温后的导热流体输送至导热流体储箱4，然后在循环至燃烧换热器本体8上部的薄壁管式换热器301。

该实施例中厌氧塔产生的沼气每小时可以将15吨水温度提高30℃左右，产热量相当于每天节约标准煤1吨。加热的水进入锅炉产生蒸汽。

实施例2

某纸业每天处理造纸废水量3000吨厌氧沼气热能回收利用项目。

本实施例与实施例1不同之处在于：

燃烧换热器本体8整体高度为10米，直径为2.5米，内上部薄壁管式换热器系统301采用集束式细管状薄壁换热管，管径为20毫米，长度为5米，共48根；不锈钢炉头302表面按照同心圆设置4圈圆形气孔，每圈圆形气孔均为8个，孔径为6毫米。

该实施例中厌氧塔产生的沼气每小时可以将10吨水温度提高30℃左右，产热量相当于每天节约标准煤0.6吨。加热的水进入锅炉产生蒸汽。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种从废水厌氧处理过程中高效回收热能的装置，其特征在于，包括燃烧换热器本体（8）、沼气净化系统（201）、阻火器（2）、导热流体储箱（4）、回收热量利用系统（501）、炉头（302）、点火器（308）和助燃空气管路（403）；燃烧换热器本体（8）为空心筒体结构，燃烧换热器本体（8）包括上部的换热器（301）和下部的燃烧室，燃烧室中从下往上依次设有燃气输送管路（303）、空气输送管路（403）、炉头（302）和点火装置（308），炉头（302）包括内层的燃气通道和外层的助燃空气通道，沼气净化系统（201）、阻火器（2）和燃气输送管路（303）依次连接，燃气输送管路（303）与炉头（302）的燃气通道连接；空气输送管路（403）连接至炉头（302）的助燃空气通道；导热流体储箱（4）、换热器（301）和回收热量利用系统（501）通过管路依次连接，且回收热量利用系统（501）连接至导热流体储箱（4）从而使换热介质循环流动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沼气净化单元（201）包括杂质成分去除单元和沼气脱水罐（202），沼气净化单元采用分离式圆柱形结构，杂质成分去除单元和沼气脱水罐（202）均为圆柱形结构，高径比均为2-3:1；杂质成分去除单元包括气体扩散管（204）和吸收液槽（203），气体扩散管（204）设置于吸收液槽（203）底部，经过吸收液净化后的沼气通过杂质成分去除单元顶部的导管进入沼气脱水罐（202）；沼气脱水罐（202）中设置螺旋导流板，实现沼气脱水。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，气体扩散管（204）采用树枝形均布式穿孔管结构，所述穿孔管结构是间隔40-50毫米设置直径为2-3毫米的圆形气孔；沼气脱水罐（202）为圆柱形结构，导流板的倾角为30-60°。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻火器（2）包括耐高压高温壳体和滤芯；所述滤芯采用16~22目金属网或波纹板滤芯，均为4~12层；所述燃烧换热器本体（8）的高径比为3-6:1，燃烧换热器本体（8）采用碳钢或不锈钢材质，燃烧室高度占燃烧换热器本体（8）高度的30-40%；换热器（301）采用集束式细管状薄壁换热管，换热器（301）中的换热管采用铜、铝或不锈钢材质，管壁0.6-1.5毫米，管壁内径为8-80毫米，整体呈平行束装分布。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉头的燃气通道和助燃空气通道的端部均设置呈同心圆形均布的10-100个圆形气孔，气孔孔径为4-10毫米；燃气输送管路管径为100-300毫米，空气输送管路管径为200-600毫米；空气燃气流量比为10-20:1；炉头在燃烧换热器本体（8）内的高度可调，调节范围为距离换热器（301）底部200-1000毫米，以保证换热器（301）区域处于最高温度区域；点火装置（308）采用高压放电方式，在炉头侧面设置沼气循环管路，所述循环管路并联至燃气输送管路（303）上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，导热流体储箱（4）采用箱型或圆筒形结构；导热流体储箱（4）与燃烧换热器本体（8）内上部的换热器（301）连接的管路上设置耐热泵（5）和控制阀（6）。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，热能回收利用系统（501）采用箱式或罐式结构，热能回收利用系统（501）中设置蛇形往复式薄壁管式换热管（502），所述换热管（502）前端并联高温循环水连接管（504）和来自锅炉的循环水加热管（505），后端通过循环水回流管（507）连接至导热流体储箱（4），高温循环水连接管（504）还连接至换热器（301）从而将导热流体输送至热能回收利用系统（501）。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，导热流体选自水或者导热油；导热流体储箱（4）、热能回收利用系统（501）、燃烧换热器本体（8）和三者之间的连接管道的外表面均设置隔热保温材料。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述装置从废水厌氧处理过程中高效回收热能的方法，其特征在于，从废水厌氧处理过程中产生的沼气通过沼气净化系统（201）的净化后，经过阻火器（2）和燃气输送管道（303）进入炉头（302）的中心管路，与经过助燃空气管道（403）和炉头（302）外围管路的空气在炉头处被点火器（308）点燃，调整炉头高度保证燃烧换热器本体（8）上部的薄壁管式换热器（301）区域处于最高温度区域，所述换热器（301）中的导热流体被沼气燃烧产生的热量加热，然后导热流体进入热能回收利用系统（501），热能回收利用系统（501）中被加热介质与换热管内的导热流体进行热量交换，将导热流体携带的热量回收利用，降温后的导热流体输送至导热流体储箱（4），然后在循环至燃烧换热器本体（8）上部的薄壁管式换热器（301）。

10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，通过燃气输送管路上的控制阀调节燃气压力为2-5kPa，空气燃气流量比为10-20:1；吸收液pH范围6-12。

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