CN111960868A - 一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及其工作方法 - Google Patents

一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及其工作方法，涉及湿垃圾处理技术领域。本发明的高效节能湿垃圾快速发酵设备包括由第一热泵风管、第二热泵风管、蒸发器、冷凝器、第三热泵风管、轴流风机、压缩机构成的热泵恒温除湿系统，由换热器、第二风管构成的高效换热装置，采用设置于进气管内的电磁加热线圈，废气处理装置。本发明发酵不需添加辅料，运行成本低；发酵过程无臭味，无废水废气的排放；灭杀病原菌及致命微生物，降解抗生素，无蚊蝇滋生；整体设备处于负压状态，运行阶段不会有任何臭气外泄，不会对环境造成污染；整体设备无额外的废水处理设备，进而冷凝所产生的冷凝水外排，降低了设备成本，且无废水排放。

Description

一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及其工作方法
技术领域
本发明属于湿垃圾处理技术领域，特别是涉及一种高效节能湿垃圾快速发酵设备以及一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的工作方法。
背景技术
餐厨垃圾含水率高，腐烂变质速度快，极易产生异味，在存放和运输环境中容易造成对周围环境的破坏，而且餐厨垃圾以有机质为主，易滋生病菌，变成传播疾病的介质；部分餐厨垃圾被用做猪饲料，会造成重金属、苯类化合物等有害物质在猪体内的蓄积，人类食用后危害人类健康。目前餐厨垃圾的处理方式包括：
1、粉碎直排处理：在垃圾产生点对其进行粉碎处理，然后采用水力冲刷，排入市政下水管网，与城市污水合并进入城市污水处理厂集中处理。但这种技术规模化推广会造成污水处理系高处理负荷运转，影响出水水质。
2、填埋处理：餐厨垃圾可以与干垃圾一起进行填埋处理，餐厨垃圾中含有大量的可降解组分，稳定时间短，有利于垃圾填埋场地的恢复使用，且操作简便，因此应用得比较普遍。
3、肥料化处理：主要包括好氧堆肥和厌氧消化两种，将有机质转化成植物易吸收利用的形式。
4、饲料化处理：利用生物处理或高温处理对餐厨垃圾进行消毒，消灭致病菌，与制粒技术、挤压膨化和干燥技术等手段综合利用，
5、能源化处理:以焚烧为主，最终产生约5％的利于处置的残余物，产生的热能可转换为蒸汽或者电能，实现能源的回收利用，但餐厨垃圾含水率高，热值低，燃烧时需要添加辅助燃料，投资较大，而且尾气处理较难。
6、生化处理：该技术技术融合了现代高科技微生物工程技术、机电技术、固液分离技术等，微生物以有机垃圾为养分，通过生化处理机为高效降解有机物的微生物菌种提供繁殖空间，并对温度、湿度、供氧量等参数进行控制，达到微生物最佳生存环境，从而实现微生物对有机质的快速降解。由于餐厨垃圾中富含有机物、氮、磷、钾、钙、钠、镁、铁等微量元素，极易被微生物降解，同时含水率较高；餐厨垃圾经过自动分选设备、油水分离设备后，进入生化处理装备，在微生物菌种的协同作用下，对餐饮垃圾进行快速、高效分解，并以CO2、水蒸气和热能的形式排出，在12-24小时内实现无害化，其产出物可作为土壤改良剂或有机肥原料，实现资源循环利用，整个过程无公害、不存在二次污染，符合国家垃圾处理的“减量化、无害化、资源化”处理原则。
生化处理相对于其他的处理方式具有十分突出的优点，但是目前没有一种有效的生化处理系统和方法能够有效实现餐厨垃圾的生化处理；现有技术对餐厨垃圾进行生化处理多采用负压排气，增加设备的加热量和运行成本，前期水分散失能效较低，时间久速率慢，增加了餐厨垃圾的干化时间现有技术无气体循环流程，提高了臭气的处理成本，外排气体无冷凝处理，气体湿度大，对除臭设备的腐蚀性较为严重。现有热风干燥技术多采用干丝热烧技术，热量损失较大，使用寿命短，维修量大。现有集装箱式餐厨垃圾处理设备无散热设备，设备内部在夏天温度较高，影响内部设备的使用寿命。现有设备多采用土建进行废水的处理，工期长，占地面积大。
因此针对以上问题，提供一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及其工作方法具有重要意义。
发明内容
本发明的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及其工作方法解决了现有的湿垃圾处理系统中水分散失能效较低，时间久速率慢，增加了餐厨垃圾的干化时间现有技术无气体循环流程，提高了臭气的处理成本，外排气体无冷凝处理，气体湿度大，对除臭设备的腐蚀性较为严重，热风干燥技术采用干丝热烧技术，热量损失较大，使用寿命短，维修量大，系统设备无散热设备，设备内部在夏天温度较高，影响内部设备的使用寿命，多采用土建进行废水的处理，工期长，占地面积大的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，包括发酵仓、配电柜、废气处理设备；所述发酵仓内安装有曝气器和搅拌器，顶部入料口安装有入料粉碎用粉碎机，底部设置有发酵产物排出口进行出料，所述废气净化处理设备还包括：
热泵恒温除湿系统：包括连通于发酵仓顶部形成回路的第一热泵风管和第二热泵风管，密闭性连接于第一热泵风管、第二热泵风管之间的蒸发器、冷凝器、第三热泵风管以及外设有外壳的轴流风机形成的恒温除湿循环管路，所述蒸发器和冷凝器分别通过蒸发管和冷凝管相连的带有外壳的压缩机；
高效换热装置：包括与发酵仓顶部排气孔相连的第一排气管、与第一排气管一端相连外设有外壳的鼓风机、设置于压缩机底部与压缩机相连的换热器、连接于换热器与鼓风机之间的第二排气管、连接于压缩机与轴流风机之间的进气管，所述进气管一端与轴流风机相连通，与第二热泵风管、发酵仓形成闭合回路，所述压缩机的外壳表面设置有新风结构；
电磁加热装置：采用电磁加热线圈布置于进气管内；
废气处理装置：包括废气处理设备以及与与换热器相连通的第三排气管，用于处理废气使达标排放。
进一步地，所述废气净化处理设备由太阳能发电装置以及风能发电装置供电，由配电柜对电能进行分配。
进一步地，所述换热器采用列管式换热器。
进一步地，所述废气处理装置采用活性炭或等离子废气处理设备。
进一步地，所述压缩机表面的新风结构采用第一电动可调节百叶窗进行补新风。
一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的工作方法，包括如下步骤：
S01、通过垃圾桶收集垃圾并由提升机进行提升至粉碎机中进行粉碎；
S02、粉碎后的垃圾进入发酵仓中进行发酵，发酵后产生主发酵产物和带水汽的水蒸气，主发酵产物通过设置于发酵仓外侧部的发酵产物排出口行出料收集；当发酵仓内温度低于30℃时，关闭鼓风机、第一排气管以及进气管；当温度高于30℃时，打开第一排气管、进气管以及第三排气管；
同时，热泵恒温除湿系统的循环管路一直在运行：
发酵仓内水蒸气依次流经第一热泵风管、蒸发器、冷凝器、第三热泵风管、轴流风机，然后于轴流风机外壳位置由第二热泵风管返回至发酵仓内，由第一热泵风管、第二热泵风管、第一热泵风管、蒸发器、冷凝器、第三热泵风管、轴流风机、压缩机构成的热泵恒温除湿系统进行恒温除湿动作使水蒸气产生冷凝水与干气体进行分离，冷凝水达标后排放；
S03、由第一风管进入的水蒸气依次被换热器和压缩机进行高效换热动作；然后压缩机内气体由第一风管内的电磁加热装置循环经轴流风机、第二热泵风管返回至发酵仓内；
S04、当发酵仓的温度高于30℃时，打开第一排气管、鼓风机以及第三排气管，引入至废气处理设备除臭处理达标后由排气管向外排放。
本发明相对于现有技术具有的有益效果包括：
1、本发明的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及方法利用高温快速好氧腐熟，缩短堆肥时间，从而实现餐厨垃圾减量化、无害化和资源化处理。
2、本发明的发酵餐内发酵温度在60摄氏度左右运行，发酵后产物的含水率低于50％(90％含水率的餐厨垃圾)，减量可达80％。
3、本发明的发酵不需添加辅料，运行成本低；发酵过程无臭味，无废水废气的排放；灭杀病原菌及致命微生物，降解抗生素，无蚊蝇滋生；整体设备处于负压状态，运行阶段不会有任何臭气外泄，不会对环境造成污染；整体设备无额外的废水处理设备，进而冷凝所产生的冷凝水外排，降低了设备成本，且无废水排放。
4、本发明的处理系统运用电磁热风循环体系，增速了系统内水分的散失，并减少了废气的处理量，系统简单，相比同类型发酵机节约运行成本，具有寿命长、安全可靠、准确控温、绝缘性好、改善工作环境的优点
5、本发明的工艺流程中的采用热泵风机配合蒸发器和冷凝器的散热模式，既能达到冷凝器中循环水对高湿气体的水分冷凝，也能降低整体设备内部运行温度，从而大大改善设备内部的工作环境，降低因高温而产生的设备故障率。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的结构示意图；
图2为图1中A视角的结构示意图；
图3为本发明一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的工作方法的流程步骤图；
图4为一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的工作方法的原理步骤图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-发酵仓，101-发酵仓上盖板，102-减速机，103-驱动电机，104-第二单排链轮，105-第一单排链轮，106-发酵产物排出口，107-轴承座，2-粉碎机，201-粉碎机减速机，202-粉碎机电机，3-换热器，301-第二电动可调节百叶窗，4-压缩机，401-第一电动可调节百叶窗，5-废气处理设备，501-排气管，502-第三排气管，6-轴流风机，601-进气管，602-第二热泵风管，603-第三热泵风管，7-蒸发器，8-冷凝器，9-鼓风机，902-第一排气管，903-第二排气管，10-第一热泵风管，11-底部支撑框架，1101-框架车轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“顶部”、“底部”、“一端”、“另一端”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-2所示，本发明的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，包括发酵仓1、配电柜、废气处理设备5；发酵仓1内安装有曝气器和搅拌器，顶部入料口安装有入料粉碎用粉碎机2，底部设置有发酵产物排出口106进行出料，粉碎机2安装于发酵仓1顶部的发酵仓上盖板101上，粉碎机2由侧部的粉碎机减速机201在粉碎机电机202的驱动下进行粉碎；发酵仓1的一侧安装有与搅拌器的转轴转动配合的轴承座107，另一侧安装有第一单排链轮105；废气净化处理设备还包括：
热泵恒温除湿系统：包括连通于发酵仓1顶部形成回路的第一热泵风管10和第二热泵风管602，密闭性连接于第一热泵风管10、第二热泵风管602之间的蒸发器7、冷凝器8、第三热泵风管603以及外设有外壳的轴流风机6形成的恒温除湿循环管路，蒸发器7和冷凝器8分别通过蒸发管和冷凝管相连的带有外壳的压缩机4；
高效换热装置：包括与发酵仓1顶部排气孔相连的第一排气管902、与第一排气管902一端相连外设有外壳的鼓风机9、设置于压缩机4底部与压缩机4相连的换热器3、连接于换热器3与鼓风机9之间的第二排气管903、连接于压缩机4与轴流风机6之间的进气管601，进气管601一端与轴流风机6相连通，与第二热泵风管602、发酵仓1形成闭合回路，压缩机4的外壳表面设置有新风结构；
电磁加热装置：采用电磁加热线圈布置于进气管601内；
废气处理装置：包括废气处理设备5以及与与换热器3相连通的第三排气管502，用于处理废气使达标排放。
其中，废气净化处理设备由太阳能发电装置以及风能发电装置供电，由配电柜对电能进行分配。
其中，换热器3采用列管式换热器。
其中，废气处理装置采用活性炭或等离子废气处理设备。
其中，压缩机4表面的新风结构采用第一电动可调节百叶窗401进行补新风。
其中，发酵仓1、换热器3、废气处理设备5均安装于底部支撑框架11上，底部支撑框架11底部安装有框架车轮1101；底部支撑框架11还安装有减速机102，减速机102侧部安装有驱动电机103，速机102动力轴端安装有与第一单排链轮105通过传输链传动相连的第二单排链轮104。
其中，换热器3表面设置有第二电动可调节百叶窗301进行补新风。
如图3和4所示，一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的工作方法，包括如下步骤：
S01、通过垃圾桶收集垃圾并由提升机进行提升至粉碎机2中进行粉碎；
S02、粉碎后的垃圾进入发酵仓1中进行发酵，发酵后产生主发酵产物和带水汽的水蒸气，主发酵产物通过设置于发酵仓外侧部的发酵产物排出口106行出料收集；当发酵仓1内温度低于30℃时，关闭鼓风机9、第一排气管902以及进气管601；当温度高于30℃时，打开第一排气管902、进气管601以及第三排气管502；
同时，热泵恒温除湿系统的循环管路一直在运行：
发酵仓1内水蒸气依次流经第一热泵风管10、蒸发器7、冷凝器8、第三热泵风管603、轴流风机6，然后于轴流风机6外壳位置由第二热泵风管602返回至发酵仓1内，由第一热泵风管10、第二热泵风管602、第一热泵风管10、蒸发器7、冷凝器8、第三热泵风管603、轴流风机6、压缩机4构成的热泵恒温除湿系统进行恒温除湿动作使水蒸气产生冷凝水与干气体进行分离，冷凝水达标后排放；
S03、由第一风管601进入的水蒸气依次被换热器3和压缩机4进行高效换热动作；然后压缩机4内气体由第一风管601内的电磁加热装置循环经轴流风机6、第二热泵风管602返回至发酵仓1内；
S04、当发酵仓1的温度高于30℃时，打开第一排气管902、鼓风机9以及第三排气管502，引入至废气处理设备5除臭处理达标后由排气管501向外排放。
通过实地实验，以90％含水率的餐厨垃圾在60摄氏度左右运行进行发酵，发酵后减量可达80％。
传统的电阻加热缺点包括：
热损失大：现有企业专用的加热方式，是由电阻丝绕制，圈的内外双面发热，其内面(紧贴料筒部分)的热传导到料筒上，而外面的热量大部分散失到空气中，造成电能的直接损失、浪费。
环境温度上升：由于热量大量散失，周围环境温度升高，尤其是夏天对生产环境影响很大，现场工作温度有的已经超过了45度，有些企业不得不采用空调降低温度，这又造成能源的二次浪费。
使用寿命短、维修量大：电热管由于采用电阻丝发热，其加热温度高达300度左右，热滞后较大，不易精确控温，电阻丝容易因高温老化而烧断。常用电热圈使用寿命约半年，因此，维修的工作量相对较大。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
1、本发明的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备及方法利用高温快速好氧腐熟，缩短堆肥时间，从而实现餐厨垃圾减量化、无害化和资源化处理。
2、本发明的发酵餐内发酵温度在60摄氏度左右运行，发酵后产物的含水率低于50％(90％含水率的餐厨垃圾)，减量可达80％。
3、本发明的发酵不需添加辅料，运行成本低；发酵过程无臭味，无废水废气的排放；灭杀病原菌及致命微生物，降解抗生素，无蚊蝇滋生；整体设备处于负压状态，运行阶段不会有任何臭气外泄，不会对环境造成污染；整体设备无额外的废水处理设备，进而冷凝所产生的冷凝水外排，降低了设备成本，且无废水排放。
4、本发明的处理系统运用电磁热风循环体系，增速了系统内水分的散失，并减少了废气的处理量，系统简单，相比同类型发酵机节约运行成本，具有寿命长、安全可靠、准确控温、绝缘性好、改善工作环境的优点
5、本发明的工艺流程中的采用热泵风机配合蒸发器和冷凝器的散热模式，既能达到冷凝器中循环水对高湿气体的水分冷凝，也能降低整体设备内部运行温度，从而大大改善设备内部的工作环境，降低因高温而产生的设备故障率。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，包括发酵仓(1)、配电柜、废气处理设备(5)；所述发酵仓(1)内安装有曝气器和搅拌器，顶部入料口安装有入料粉碎用粉碎机(2)，底部设置有发酵产物排出口(106)进行出料，其特征在于，所述废气净化处理设备还包括：
热泵恒温除湿系统：包括连通于发酵仓(1)顶部形成回路的第一热泵风管(10)和第二热泵风管(602)，密闭性连接于第一热泵风管(10)、第二热泵风管(602)之间的蒸发器(7)、冷凝器(8)、第三热泵风管(603)以及外设有外壳的轴流风机(6)形成的恒温除湿循环管路，所述蒸发器(7)和冷凝器(8)分别通过蒸发管和冷凝管相连的带有外壳的压缩机(4)；
高效换热装置：包括与发酵仓(1)顶部排气孔相连的第一排气管(902)、与第一排气管(902)一端相连外设有外壳的鼓风机(9)、设置于压缩机(4)底部与压缩机(4)相连的换热器(3)、连接于换热器(3)与鼓风机(9)之间的第二排气管(903)、连接于压缩机(4)与轴流风机(6)之间的进气管(601)，所述进气管(601)一端与轴流风机(6)相连通，与第二热泵风管(602)、发酵仓(1)形成闭合回路，所述压缩机(4)的外壳表面设置有新风结构；
电磁加热装置：采用电磁加热线圈布置于进气管(601)内；
废气处理装置：包括废气处理设备(5)以及与与换热器(3)相连通的第三排气管(502)，用于处理废气使达标排放。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，其特征在于，所述废气净化处理设备由太阳能发电装置以及风能发电装置供电，由配电柜对电能进行分配。
3.根据权利要求1所述的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，其特征在于，所述换热器(3)采用列管式换热器。
4.根据权利要求1所述的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，其特征在于，所述废气处理装置采用活性炭或等离子废气处理设备。
5.根据权利要求1所述的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备，其特征在于，所述压缩机(4)表面的新风结构采用第一电动可调节百叶窗(401)进行补新风。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种高效节能湿垃圾快速发酵设备的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、通过垃圾桶收集垃圾并由提升机进行提升至粉碎机(2)中进行粉碎；
S02、粉碎后的垃圾进入发酵仓(1)中进行发酵，发酵后产生主发酵产物和带水汽的水蒸气，主发酵产物通过设置于发酵仓外侧部的发酵产物排出口(106)行出料收集；当发酵仓(1)内温度低于30℃时，关闭鼓风机(9)、第一排气管(902)以及进气管(601)；当温度高于30℃时，打开第一排气管(902)、进气管(601)以及第三排气管(502)；
同时，热泵恒温除湿系统的循环管路一直在运行：
发酵仓(1)内水蒸气依次流经第一热泵风管(10)、蒸发器(7)、冷凝器(8)、第三热泵风管(603)、轴流风机(6)，然后于轴流风机(6)外壳位置由第二热泵风管(602)返回至发酵仓(1)内，由第一热泵风管(10)、第二热泵风管(602)、第一热泵风管(10)、蒸发器(7)、冷凝器(8)、第三热泵风管(603)、轴流风机(6)、压缩机(4)构成的热泵恒温除湿系统进行恒温除湿动作使水蒸气产生冷凝水与干气体进行分离，冷凝水达标后排放；
S03、由第一风管(601)进入的水蒸气依次被换热器(3)和压缩机(4)进行高效换热动作；然后压缩机(4)内气体由第一风管(601)内的电磁加热装置循环经轴流风机(6)、第二热泵风管(602)返回至发酵仓(1)内；
S04、当发酵仓(1)的温度高于30℃时，打开第一排气管(902)、鼓风机(9)以及第三排气管(502)，引入至废气处理设备(5)除臭处理达标后由排气管(501)向外排放。
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