CN111790212A - 一种用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统 - Google Patents

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卢馨怡
吴文良
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Abstract

本发明公开了一种用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，包括换热塔本体，所述换热塔本体的上部设有废气进口，下部设有废气出口，所述废气出口设有除臭器；所述换热塔本体的上部设有新鲜空气出口，下部设有新鲜空气进口，所述换热塔本体内设有多根换热管，底端连接新鲜空气进口，顶端均连接新鲜空气出口；所述废气进口连通干化反应器的出气口，新鲜空气出口连通进气口，干化反应器内废气由塔顶流至塔底除臭后排出，新鲜空气经过换热管由塔底流至塔顶，发生热交换，实现干化反应器内气体随时更新及热量回收。本系统实现自动化热能回收利用，同时有效解决废气排放过程中产生的空气污染，为高温废气的节能化、资源化处理处置提供可能。

Description

一种用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统
技术领域
本发明涉及环保处理技术领域，尤其是涉及一种用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统。
背景技术
生物干化是处理生物干化是处理城市有机废弃物的一种重要手段，也叫做生物干燥、生物稳定。传统的生物干化最早由美国康奈尔大学Jewell等人于1984年研究牛粪生物干燥的操作参数时提出，并将其定义为利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物热能，通过过程调控手段促进水分蒸发，从而实现快速去除水分的一种干化处理工艺。
生物干化包含以下2点：(1)生物干化反应发生在反应器内部；(2)在生物干化反应器中，微生物降解有机废弃物释放热能与过量的曝气相互结合，使物料干化。
干化通常是减少基质中的含水量，使液态水变成气态水，使物料干化。干化现象已经被广泛研究。然而，干化的微尺度机制极其复杂，并没有完全弄清楚。干化技术已经应用于食品、农业、医药、造纸等多个行业。在环境工程方面，已有带热源的烘干机处理污泥的报道。
生物干化的主要机制是微生物好氧发酵过程分解有机物产热，使液态水变成气态水，然后随废气一起排出，通常加以人工强制通风，促进将水分降低；此外，部分游离水以渗滤液的形式排出。生物干化产生的高温废气如直接排放至空气中，不仅使相当大的一部分热能未被有效利用，造成浪费，且这些高温废气中含有颗粒物杂质，直接排放到大气中会对环境造成不利的影响。
通风和温度对生物干化是极其重要的，通风主要有3个作用：(1)去除水分；(2)使热量分布均匀，去除过多热量传递；(3)输送氧气满足微生物好氧分解。温度越高，干化速率越快，有机物降解的也就越多；生物干化最好在相对低温条件下进行，以期用最少的有机物分解换来最大的水分去除。底物温度是影响微生物生长的最关键因素。温度也不是越高越好，微生物作为整个生物干化过程的唯一产热来源，其生命活动具有适宜的范围，超过这个范围，微生物会被杀死。有很多研究表明，较高的曝气率可导致较低的基质温度，且实现水分有效地去除。
在通风时，利用进气风机将低温外气通入仓内，若要提供预热的外部气体，则要增加预热用的加热装置。也就是说，在不具热回收的制程中，直接排放高温不但造成环境破坏，通气的预热设备也会增加能源损耗成本。
热交换器广泛应用在各种工业领域，用以将一种介质的热量传递至另一种介质，使得工业的二次能源能被充分利用，达成实现余热回收与节能的效果。
在生物干化废气热能回收中，由于提高热交换效率需要交换管更多更细，而废气中灰尘颗粒会吸附堵塞管内；在非寒冷气温下，排出气温度50-60度，与气温差距小，气流过快则交换不明显；采取喷淋方式除尘，却也容易减低内部空气温度，影响温度交换。这些都是有机废弃物生物干化设备的热能回收装置待改进的问题。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，实现干化反应器内气体的热能循环利用及气体含氧量的控制。
技术方案：本发明所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，包括换热塔本体，所述换热塔本体的上部设有废气进口，下部设有废气出口，所述废气出口设有除臭器；所述换热塔本体的上部还设有新鲜空气出口，下部还设有新鲜空气进口，所述换热塔本体内设有多根换热管，所述换热管的底端均连接新鲜空气进口，顶端均连接新鲜空气出口；
所述废气进口连通干化反应器的出气口，所述新鲜空气出口连通干化反应器的进气口，干化反应器内带热量的废气由废气进口进入由塔顶流至塔底由废气出口除臭后排出，新鲜空气由新鲜空气进口经过换热管由塔底流至塔顶，带热量的废气和新鲜空气发生热交换，带热新鲜空气由新鲜空气出口注入干化反应器内，实现干化反应器内气体随时更新及热量回收。
进一步的，所述换热塔本体内位于废气进口与废气出口之间的位置轴向间隔布设多个莲藕状限流板，带热废气经莲藕状限流板上孔洞向下输送，避免气流流速过快导致热交换不明显。
进一步的，所述废气进口处设有旋风分离器，将废气进行气固分离，将颗粒物分离出来。
进一步的，所述换热管采用H型鳍片管，在保证换热效果的前提下，其流动阻力更小，综合传热性能好，提高换热效率。
进一步的，所述换热塔本体内侧壁底部斜向下设置瓦楞状导流板汇集于一处，并在汇集处设置冷凝液收集管，所述冷凝液收集管延伸出换热塔本体外连通冷凝液收集筒，将塔内冷凝液进行收集导出塔外。
同时，考虑到换热管外壁底部汇集的冷凝水会在所述换热管底端的外壁均设有导流钢针，导向冷凝液收集管。
进一步的，所述干化反应器内通过PLC控制排气，在干化反应器内设有温度感应探头和氧气浓度感应探头连接PLC，当检测到的温度高于设定温度时，由PLC控制排气实现降温，温度低于设定值，干化反应器内加热毯直接进行加热升温；当检测到堆体氧浓度低于设定值时，由PLC控制加快排气同时新鲜空气进入，堆体氧浓度高于定值时，则降低排气速率。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
(1)热能循环利用，减少能源损耗成本。干化的高温含尘废气通过换热管加热新鲜干燥空气，受热后的新鲜热空气进入干化反应器，如此循环可维持干化仓内温度，促进干化进程，缩短干化周期，克服了通入热空气需要外源加热的问题；配合温度感应探头、氧气浓度感应探头以及PLC，即可通过干化仓内自动排气实现温度和氧浓度自动调节。
(2)设置颗粒物和臭气处理装置，减少废气排放造成的大气污染。高温含尘废气在风机作用下被吸入旋风分离器中进行气固分离，将颗粒物分离出来；冷却后的废气进入除臭装置进行处理，克服了臭气无组织排放带来的污染问题；同时，对冷凝液收集再利用，实现功能化与资源化。湿热空气中的水蒸气在交换塔中冷凝，冷凝得到的液体通过管道收集，用于指标监测与资源化利用，可指示生物干化设备运行情况及用于探索将其制成新型营养液。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，包括：
一个立式的换热塔本体1，外壳材质为304不锈钢，具有良好的防腐性能。
所述换热塔本体1的一侧边的上部设有废气进口2连接干化反应器的排气口，该侧边下部设有废气出口3，直接排至外部，所述废气进口2设有旋风分离器9，所述废气出口3设有除臭器4，通过引风管引入废气，再由排风管排出除臭废气，当进气速度为50m3/h时，除尘效率最好，可防止颗粒物阻碍换热和阻塞换热塔管路。
所述换热塔本体1的顶部还设有新鲜空气出口5连接干化反应器的进气口，下部还设有新鲜空气进口6，所述换热塔本体1内设有多根换热管7，采用H型鳍片管，规格为2mm×50mm，在保证换热效果的前提下，其流动阻力更小，综合传热性能好，可提高换热效率，所述换热管7并排设置，由换热塔本体1底部延伸至顶部，底端均连接新鲜空气进口6，顶端均连接新鲜空气出口5，新鲜空气由新鲜空气进口6进入换热管7，再由新鲜空气出口5进入干化反应器。其过程中，新鲜空气和带热废气在换热塔本体1内产生热交换，实现废气热回收，干化反应器内的废气排出多少，即进入多少新鲜空气，保持气含量平衡。
为了防止气流流速过快导致热交换不明显，在换热塔本体1内位于废气进口2与废气出口3之间的位置轴向均匀间隔布设四个莲藕状限流板8，带热废气经限流板上孔洞向下输送。
为实现对换热塔本体1内的冷凝液进行回收，在所述换热塔本体1内侧壁底部斜向下设置瓦楞状导流板10汇集于一处，并在汇集处设置冷凝液收集管11，所述冷凝液收集管11延伸出换热塔本体1外连通冷凝液收集筒12，将换热塔内体1内壁的冷凝液收集导出塔外，可接龙头方便取用。同时，为了防止换热管7外部的冷凝液在管底长时间聚集使换热管7易生锈，在所述换热管7底端的外壁均设有导流钢针13，导向冷凝液收集管11，作为引流。
所述干化反应器内通过PLC控制排气，为了进一步实现整个系统对于温度和含氧量的自动控制，在干化反应器内设有温度感应探头和氧气浓度感应探头连接PLC。
当温度感应探头检测到的温度高于设定温度时，由PLC控制排气，排出较高温度的废气，同时进入相对低温的新鲜空气实现降温，当温度低于设定值，干化反应器内可以直接控制加热毯直接进行加热升温；当氧气浓度感应探头检测到堆体氧浓度低于设定值时，由PLC控制加快排气同时新鲜空气进入，堆体氧浓度高于定值时，则降低排气速率。以此实现本系统对于干化反应器内气体温度和含氧量的自动调节。
如图2所示，本系统在使用时，干化仓内的带颗粒物高温废气经过旋风分离器将颗粒物分离出来，进入热交换塔，由交换塔顶部流至底部，经过除臭排出，同时，含氧新鲜空气从底部传输至顶部，成为含氧带热空气进入干化仓。

Claims (7)

1.一种用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：包括换热塔本体(1)，所述换热塔本体(1)的上部设有废气进口(2)，下部设有废气出口(3)，所述废气出口(3)设有除臭器(4)；所述换热塔本体(1)的上部还设有新鲜空气出口(5)，下部还设有新鲜空气进口(6)，所述换热塔本体(1)内设有多根换热管(7)，所述换热管(7)的底端均连接新鲜空气进口(6)，顶端均连接新鲜空气出口(5)；
所述废气进口(2)连通干化反应器的出气口，所述新鲜空气出口(5)连通干化反应器的进气口，干化反应器内带热量的废气由废气进口(2)进入由塔顶流至塔底由废气出口(3)除臭后排出，新鲜空气由新鲜空气进口(6)经过换热管(7)由塔底流至塔顶，带热量的废气和新鲜空气发生热交换，带热新鲜空气由新鲜空气出口(5)注入干化反应器内，实现干化反应器内气体随时更新及热量回收。
2.根据权利要求1所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：所述换热塔本体(1)内位于废气进口(2)与废气出口(3)之间的位置轴向间隔布设多个莲藕状限流板(8)。
3.根据权利要求1所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：所述废气进口(2)处设有旋风分离器(9)。
4.根据权利要求1所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：所述换热管(7)采用H型鳍片管。
5.根据权利要求1所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：所述换热塔本体(1)内侧壁底部斜向下设置瓦楞状导流板(10)汇集于一处，并在汇集处设置冷凝液收集管(11)，所述冷凝液收集管(11)延伸出换热塔本体(1)外连通冷凝液收集筒(12)。
6.根据权利要求5所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：所述换热管(7)底端的外壁均设有导流钢针(13)，导向冷凝液收集管(11)。
7.根据权利要求1所述的用于有机废弃物生物干化过程的废气回收利用系统，其特征在于：所述干化反应器内通过PLC控制排气，在干化反应器内设有温度感应探头和氧气浓度感应探头连接PLC，当检测到的温度高于设定温度时，由PLC控制排气实现降温，温度低于设定值，干化反应器内加热毯直接进行加热升温；当检测到堆体氧浓度低于设定值时，由PLC控制加快排气同时新鲜空气进入，堆体氧浓度高于定值时，则降低排气速率。
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