CN112979358A - 一种自动恒定水分进料的水热裂解装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动恒定水分进料的水热裂解装置及方法，包括水热裂解罐、粪污罐、秸秆进料装置、清液罐和控制模块，水热裂解罐顶部设置有进料口，粪污罐、秸秆进料装置和清液罐分别通过粪污管、秸秆通道和清液管与进料口相连，且清液管上设置有清液泵。水热裂解罐从底部到上部依次设置有n个压力传感器，其中n为大于2的整数，且每个压力传感器均与控制模块相连。控制模块设有信号线与清液泵相连。通过控制模块获取压力传感器信号，形成实时动态压力曲线，并与预设的压力标定曲线对比、判定处理，经控制算法得到并发出清液泵调控信号。本发明具有在线测量和调节水分的优点。

Description

一种自动恒定水分进料的水热裂解装置及方法
技术领域
本发明涉及一种自动恒定水分进料的水热裂解装置，尤其涉及一种用于畜禽粪便、秸秆、农产品加工剩余物、林业废弃物等有机废弃物调质的进料装置，属于环保技术和压力容器领域。
背景技术
一方面，随着农村养殖业的发展，养殖粪便造成的农村水、气、土污染也受到关注，未经有效处理会造成病菌、激素、抗生素等有毒物质通过畜禽粪便农用的方式进入到土壤、水体中，对环境构成深层威胁的同时也会进入食物链构成食品安全问题。而秸秆就地焚化是造成大气污染的重要原因之一。另一方面，农村化肥的大量使用，导致土壤板结、肥力下降，化肥残留在危害食品安全的同时，还加剧了水土污染，浪费大量资源。随着公众对环境的重视程度越来越高，农村畜禽粪便、秸秆、农产品加工剩余物等有机废弃物不能随便丢弃或焚毁，而收集起来焚烧处理的成本相对比较高。对这些有机废弃物进行高压灭菌、水解后发酵制肥，无疑是一条有效的资源化处理途径。
高压水热裂解是制肥工艺中一个重要的环节。对于间壁式加热的高压水热水解装置而言，为了获得较佳的水解效果，需要物料达到相对恒定的含水率（如72%~85%），然而实际上粪污的含水率是变化的，难以在线测准。即便加入秸秆（含水率也是变化的），也难以获得恒定的含水率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够自动恒定水分进料的水热裂解装置及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种自动恒定水分进料的水热裂解装置，包括水热裂解罐、粪污罐、秸秆进料装置、清液罐和控制模块，所述水热裂解罐顶部设置有进料口、底部设置有出料口，所述粪污罐、秸秆进料装置和清液罐分别通过粪污管、秸秆通道和清液管与所述进料口相连，且所述粪污管上设置有粪污泵、所述清液管上设置有清液泵，所述秸秆进料装置包括进料电机；所述水热裂解罐从底部到上部依次设置有n个压力传感器，其中n为大于2的整数，且每个压力传感器均与所述控制模块相连；所述控制模块设有信号线与所述清液泵相连。
上述技术方案中，所述控制模块，被配置为：
获取压力传感器信号，形成实时动态压力曲线，并与预设的压力标定曲线对比、判定处理，经控制算法得到并发出清液泵调控信号。
上述技术方案中，所述控制模块还设有信号线分别与所述粪污泵和进料电机相连。
一种自动恒定水分进料的方法，包括：
设定秸秆进料装置的进料电机转速和/或粪污泵给料速度使其向所述水热裂解罐内均匀给料；
从设置在所述水热裂解罐底部到上部的压力传感器依次产生压力信号值，控制模块获取实时压力信号值，并与预设的压力标定曲线对比，当实时压力信号值偏离预设的压力标定曲线时，控制模块发出清液泵调控信号，启动清液泵，将清液罐中的清液加入所述水热裂解罐；
当所述水热裂解罐内给入的秸秆和/或粪污达到预定料位时，通过停止秸秆进料装置和/或粪污泵的运转，停止秸秆和/或粪污给料；
持续加入清液，直到所获取到的实时压力信号值形成的实时动态压力曲线与预设的压力标定曲线吻合，停止清液泵运转。
上述技术方案中，所述预设的压力标定曲线通过压力曲线标定方法获得，包括：将已知水分含量的物料加入所述水热裂解罐，通过所述控制模块依次获取并记录从水热裂解罐底部到上部的n个压力传感器的压力信号，形成压力标定曲线，完成压力曲线标定。
上述技术方案中，压力曲线标定过程重复三次，并进行均值处理后，形成压力标定曲线。
本发明的优点及有益效果包括：针对原始物料（包括多种粪污和秸秆、其他农作物剩余物等）的含水率难以精确测定的问题，通过用已知含水率的目标产物来标定压力曲线，在操作过程时通过压力曲线的吻合度来给出清液给入信号来调控水分，无疑为利用水热反应制肥工艺过程的水分测量和控制提供了一种有效措施。
附图说明
图1为本发明所涉及的自动恒定水分的进料装置示意图。
图中：1－水热裂解罐；2－粪污罐；3－秸秆进料装置；4－清液罐；5－粪污泵；6－清液泵；7－压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
原始物料（包括多种粪污和秸秆、其他农作物剩余物等）的含水率难以精确测定，实际操作过程时无法确定准确的物料含水率。而进入反应罐的物料含水率是个关键且敏感的成分，不仅影响传热过程和水解效果，还影响能耗和反应时间，因此本发明提供的在线测量和调节水分的手段就是为了解决这些问题。
如图1所示，一种能够自动恒定水分进料的水热裂解装置，包括水热裂解罐1、粪污罐2、秸秆进料装置3、清液罐4和控制模块。控制模块设有信号线与清液泵6相连。
水热裂解罐1顶部设置有进料口、底部设置有出料口，且进料口和出料口均设置有阀门，能够根据需要启闭使水热裂解罐1密封反应或进料。水热裂解罐1通常采用间壁式加热，采用蒸汽和/或导热油作为加热介质。
秸秆进料装置3包括进料电机、料仓和秸秆通道，料仓设置在秸秆通道一端，进料电机设置在料仓下方。粪污罐2、秸秆进料装置3和清液罐4分别通过粪污管、秸秆通道和清液管与进料口相连，而且粪污管上设置有粪污泵5，清液管上设置有清液泵6。通常，清液泵6之后的清液管往往还可以连通秸秆通道，通过秸秆通道一起与水热裂解罐的进料口相连，一方面可以减少与进料口相连的管道数量，另一方面也可以提前对秸秆进行浸润。
水热裂解罐1从底部到上部依次设置有n个压力传感器7，其中n为大于2的整数，这些压力传感器包括从底部依次往上部设置的第1#传感器、第2#传感器，到第n#传感器。且每个压力传感器均与控制模块相连，控制模块用于获取压力传感器信号，形成实时动态压力曲线，并与预设的压力标定曲线对比、判定处理，经控制算法得到并发出清液泵调控信号（包括启停信号、转速信号）。且通常为单回路PID（Proportion IntegrationDifferentiation，比例-积分-微分）调控信号。
作为一种优化的技术方案，控制模块还设有信号线分别与粪污泵5和进料电机相连，能够通过控制模块对粪污泵5和进料电机进行启停控制，乃至调控其运转速度。
水热裂解罐1用于将包括畜禽粪便（包括牛粪、猪粪、鸡粪）和农作物秸秆等农村废弃物的有压水裂解制肥。
粪污装入粪污罐2，粉碎到所需尺寸的秸秆等生物质装入料仓。由于供料量不是固定的，因此往往根据来料情况确定和设定秸秆进料装置3的进料电机转速和/或粪污泵5给料速度使其向水热裂解罐1内均匀给料。
从设置在水热裂解罐1底部到上部的压力传感器依次产生压力信号值，控制模块获取实时压力信号值，并与预设的压力标定曲线对比，当实时压力信号值偏离预设的压力标定曲线时，控制模块发出清液泵6调控信号，启动清液泵6，将清液罐4中的清液加入水热裂解罐1。
预设的压力标定曲线通过压力曲线标定方法获得，包括：将已知水分含量的物料加入水热裂解罐1，通过控制模块依次获取并记录从水热裂解罐底部到上部的n个压力传感器7的压力信号，形成压力标定曲线。重复标定过程三遍，并将获得的数值进行算术平均，完成压力曲线标定。
已知水分含量的物料优选水热裂解罐反应后得到的初级产品，由于反应后的产品性质相对均匀，且能够测准水分含量，而且还可以通过进一步添加清液来使其达到预设的水分含量以使得压力曲线标定更加准确。
当水热裂解罐1内给入的秸秆和/或粪污达到预定料位（料位测量可以通过可视化方法测量或接触式料位计测量）时，通过停止秸秆进料装置3和/或粪污泵5的运转，停止秸秆和/或粪污给料。
持续加入清液，直到控制模块所获取到的实时压力信号值形成的实时动态压力曲线与预设的压力标定曲线吻合，停止清液泵运转。
关闭进料口阀门。通过往水热裂解罐1通入饱和蒸汽和/或导热油形成间壁式加热，使罐内温度达到180~250℃、压力达到1.2~2.5MPa，并持续反应30~120分钟，使其中的有机可降解物、抗生素等物质发生高压水热裂解反应，并杀灭细菌和病毒。然后打开出料口阀门，使反应初产品进入后续流程进行固液分离，固体物质用于生产固体有机肥。并进一步将液体物质进行浓缩分离，分离后的浓缩液用于生产液体肥，而分离后得到的稀液送回清液罐，回用为清液。当然，装置启动时，可以直接用水作为清液。
作为一种优选的技术方案，所述水热裂解罐还可以作为预裂解罐，此时，只需使罐内温度达到约100℃、压力达到0.1~0.2MPa，使其中的有机可降解物、抗生素等物质发生初步的水热裂解反应，并杀灭细菌和病毒，实现均质过程，然后进入下一级的水热裂解罐进行终级高压水热裂解反应。
水热裂解罐罐体的间壁式加热方式包括罐体壁面采用夹套式设置以通入换热介质，和/或罐体内设置管式换热器（环绕式和/或直立式）。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动恒定水分进料的水热裂解装置，其特征在于，包括水热裂解罐（1）、粪污罐（2）、秸秆进料装置（3）、清液罐（4）和控制模块，所述水热裂解罐（1）顶部设置有进料口、底部设置有出料口，所述粪污罐（2）、秸秆进料装置（3）和清液罐（4）分别通过粪污管、秸秆通道和清液管与所述进料口相连，且所述粪污管上设置有粪污泵（5）、所述清液管上设置有清液泵（6），所述秸秆进料装置（3）包括进料电机；所述水热裂解罐（1）从底部到上部依次设置有n个压力传感器（7），其中n为大于2的整数，且每个压力传感器均与所述控制模块相连；所述控制模块设有信号线与所述清液泵（6）相连。
2.根据权利要求1所述的一种自动恒定水分进料的水热裂解装置，其特征在于，所述控制模块，被配置为：
获取实时压力传感器信号值，形成实时动态压力曲线，并与预设的压力标定曲线对比、判定处理，得到并发出清液泵（6）调控信号。
3.根据权利要求1所述的一种自动恒定水分进料的水热裂解装置，其特征在于，所述控制模块还设有信号线分别与所述粪污泵（5）和进料电机相连。
4.一种自动恒定水分进料的方法，其使用如权利要求1至3任一项所述的自动恒定水分进料的水热裂解装置，其特征在于，包括：
设定秸秆进料装置（3）的进料电机转速和/或粪污泵（5）给料速度使其向所述水热裂解罐（1）内均匀给料；
从设置在所述水热裂解罐（1）底部到上部的压力传感器依次产生压力信号值，控制模块获取实时压力信号值，并与预设的压力标定曲线对比，当实时压力信号值偏离预设的压力标定曲线时，控制模块发出清液泵（6）调控信号，启动清液泵（6），将清液罐（4）中的清液加入所述水热裂解罐（1）；
当所述水热裂解罐（1）内给入的秸秆和/或粪污达到预定料位时，通过停止秸秆进料装置（3）和/或粪污泵（5）的运转，停止秸秆和/或粪污给料；
持续加入清液，直到所获取到的实时压力信号值形成的实时动态压力曲线与预设的压力标定曲线吻合，停止清液泵运转。
5.根据权利要求4所述的一种自动恒定水分进料的方法，其特征在于，所述预设的压力标定曲线通过压力曲线标定方法获得，包括：将已知水分含量的物料加入所述水热裂解罐（1），通过所述控制模块依次获取并记录从水热裂解罐底部到上部的n个压力传感器的压力信号，形成压力标定曲线，完成压力曲线标定。
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