CN113387729A - 一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统及方法，包括堆体容器、蓄热体；堆体容器内储存餐厨垃圾并进行好氧发酵；蓄热体内储存蓄热材料并进行高温好氧发酵；堆体容器连接出风管道、进风管道；出风管道与进风管道之间并联连接释热管路一、释热管路二；在释热管路一上且在阀组一、阀组二之间连接与蓄热体连通的蓄热管路一，在释热管路二上且在阀组一、阀组二之间连接与蓄热体连通的蓄热管路二；释热管路一、释热管路二之间的出风管道上设置跨越阀门一、进风管道上设置跨越阀门二，堆体容器设置温度传感器二；蓄热体设置温度传感器一。本发明包括常规流程、蓄热流程、释热流程三种流程方法，将堆肥产生的热能进行储存，实现能源循环利用。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物综合处理技术领域，具体为一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统及方法。
背景技术
好氧堆肥是固体废弃物垃圾、污泥等的重要处理手段之一，堆体的初始温度影响好氧堆肥的反应速率和分解时间。温度过低则反应速率过低，分解时间增长。通常需要控制堆体温度在15℃以上。
实际上，大多数时间，特别是在寒冷和严寒地区，冬季环境温度均低于15℃，在通风供氧尤其是强制通风供氧时，堆体被持续冷却，中温好氧微生物受到抑制，使堆体温度不能正常升温，导致好氧堆肥失败。
为了解决这类问题，现况好氧堆肥大多数采用降低通风量、延长堆肥时间，或者设置单独的预热系统提高堆体初始温度的方法。第一类方法堆肥时间长，并且同样存在堆肥失败的风险；第二类方法需要设置单独的热源，耗费能源。
由于堆肥过程中，各类菌种利用可溶性单糖、脂肪和碳水化合物旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中，有一部分变成热能，1m3堆体产热量约在5-10kw左右。通常，这部分热量会随着废气直接排除，并不进行回收利用。
故亟需一种充分利用好氧堆肥产生的废热，结合堆肥间歇，用热与放热不同步的特点，设计一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥工艺。该工艺通过设置蓄热体，将好氧堆肥过程中产生的热能进行储存，用于堆肥初期或环境温度较低时预热堆体，以有效的提升堆体温度，提高好氧堆肥反应速率，缩短分解时间。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统及方法，其目的在于解决充分利用好氧堆肥自身发热量，实现耗能少、结构简单、实施容易、运维方便并符合环保要求的好氧堆肥系统及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，包括堆体容器、蓄热体、出风管道、进风管道、阀组一、阀组二，跨越阀门一，跨越阀门二，温度传感器一，温度传感器二；
所述堆体容器内储存餐厨垃圾并进行好氧发酵；所述蓄热体内储存蓄热材料并进行高温好氧发酵；所述堆体容器出气口连接所述出风管道一端，其入气口连接所述进风管道一端，所述出风管道另一端与净化装置连通，所述进风管道另一端与外界连通；所述出风管道与所述进风管道之间并联连接释热管路一、释热管路二两条管路，所述释热管路二两端分别连接在所述出风管道末端与净化装置之间、及进风管道始端；所述释热管路一、释热管路二上分别在对应位置串联连接所述阀组一、所述阀组二；在所述释热管路一上且在所述阀组一、所述阀组二二者之间连接与所述蓄热体的进/排气口一连通的蓄热管路一，在所述释热管路二上且在所述阀组一、所述阀组二二者之间连接与所述蓄热体进/排气口二连通的蓄热管路二；所述释热管路一、释热管路二之间的所述出风管道上设置所述跨越阀门一、所述进风管道上设置所述跨越阀门二，所述堆体容器设置所述温度传感器二；所述蓄热体设置所述温度传感器一。
所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其中，所述蓄热体内设置穿过蓄热材料的废气换热管道，所述换热管道排布形式为蛇形管道，所述蓄热管路一、蓄热管路二连通所述废气换热管道两端管口；所述蓄热体中的蓄热材料为液体、固体或PCM材质，放热特性选择高温好氧发酵温度至少不低于60℃。
所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其中，所述蓄热材料为水、导热油、蓄热砖或十八烷。
所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统的堆肥方法，包括常规流程、蓄热流程和释热流程三种流程:
(A)常规流程:
当所述温度传感器监测到所述堆体容器的堆体温度，低于所述温度传感器监测的所述蓄热体内蓄热材料温度且高于20℃时，所述跨越阀门一打开，所述阀组一关闭，所述阀组二关闭，所述跨越阀门二打开，进风通过所述进风管道经所述跨越阀门二直接经所述入气口进入所述堆体容器中；所述堆体容器中的废气通过所述出气口进入所述出气管道经所述跨越阀门一直接进入净化装置；
(B)、蓄热流程
当所述温度传感器监测到所述堆体容器中的堆体温度高于所述温度传感器监测的所述蓄热体内蓄热材料温度，所述阀组二关闭，所述跨越阀门二打开，进风通过所述进风管道经所述跨越阀门二直接经所述入气口进入所述堆体容器中；同时所述跨越阀门一关闭，所述阀组一打开，所述堆体容器中的高温废气经所述出气口进入所述释热管路一、所述蓄热管路一进入所述蓄热体，通过温差作用，将热能传递到所述蓄热体中的蓄热材料中，所述蓄热体进入蓄热状态，在所述蓄热体内降温后的废气经所述蓄热管路二、所述释热管路二排放到所述出气管道进入净化装置；
(C)、释热流程
当所述温度传感器监测到所述堆体容器中的堆体温度低于所述温度传感器监测的所述蓄热体内蓄热材料温度且低于20℃时，所述跨越阀门打开，所述阀组一关闭，所述堆体容器中的高温废气通过所述出气管道经所述跨越阀门一直接进入净化装置；同时所述阀组二打开，所述跨越阀门二关闭，进风通过所述进风管道经所述释热管路二、蓄热管路二进入所述蓄热体内，与蓄热材料进行热交换后升温，通过所述蓄热管路一、所述释热管路一经所述入气口进入所述堆体容器中。
所述的堆肥方法，其中，其中(B)、蓄热流程中，所述堆体容器中的高温废气进入所述蓄热体内设置的废气换热管道换热降温后排出；在(C)、释热流程中，进风进入所述蓄热体内的废气换热管道换热升温后，排出进入所述堆体容器中；所述蓄热体中的蓄热材料为液体、固体或PCM材质，放热特性选择高温好氧发酵温度至少不低于60℃。
所述的堆肥方法，其中，所述蓄热材料为水、导热油、蓄热砖或十八烷。本发明的效果：
(1)好氧堆肥的阶段不同，热需求不同，初期需要加热，后期需要冷却。本系统充分利用了该特性，通过设置蓄热体，将好氧堆肥过程中产生的热能进行储存，充分发挥蓄热体的特性，减少了能源浪费，实现能源循环利用。
(2)该工艺充分利用自身发热，不需要附加能源。
(3)该工艺可以在环境温度高时，将堆体的冷却热量存储，供环境温度低时堆体堆肥启动期使用。
(4)回收的热能用于堆肥初期或环境温度较低时预热堆体，可以有效的提升堆体温度，提高好氧堆肥反应速率，缩短分解时间。
(5)该方法可以针对不同垃圾成分和堆肥需求，选择适当的蓄热材料及容量，可以最大化的回收热能。
附图说明
图1为本发明系统连接示意图，
图2为本发明系统常规流程示意图，
图3为本发明系统蓄热流程流程示意图，
图4为本发明系统释热流程示意图；
附图编号说明
1-堆体容器，2-蓄热体，3-出风管道，4-进风管道，5-阀组一，6-阀组二，7-跨越阀门一，8-跨越阀门二，9-温度传感器一，10-温度传感器二，释热管路一31、释热管路二32，蓄热管路一41、蓄热管路二42；
具体实施方式
以下实施方式仅是为清楚说明本发明所作的举例，而非对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明技术实质所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。
参见图1所示，本发明的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，包括堆体容器1、蓄热体2、出风管道3、进风管道4、阀组一5、阀组二6，跨越阀门一7，跨越阀门二8，温度传感器一9，温度传感器二10；
所述堆体容器1内储存餐厨垃圾并进行好氧发酵；所述蓄热体2内储存蓄热材料并进行高温好氧发酵；所述堆体容器1出气口连接所述出风管道3一端，其入气口连接所述进风管道4一端，所述出风管道3另一端与净化装置连通，所述进风管道4另一端与外界连通；所述出风管道3与所述进风管道4之间并联连接释热管路一31、释热管路二32两条管路，所述释热管路二32两端分别连接在所述出风管道3末端与净化装置之间、及进风管道4始端；所述释热管路一31、释热管路二32上分别在对应位置串联连接所述阀组一5、所述阀组二6；在所述释热管路一31上且在所述阀组一5、所述阀组二6二者之间连接与所述蓄热体2的进/排气口一连通的蓄热管路一41，在所述释热管路二32上且在所述阀组一5、所述阀组二6二者之间连接与所述蓄热体2进/排气口二连通的蓄热管路二42；所述释热管路一31、释热管路二32之间的所述出风管道3上设置所述跨越阀门一7、所述进风管道4上设置所述跨越阀门二8，所述堆体容器1设置所述温度传感器二10；所述蓄热体2设置所述温度传感器一9。
所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其中，所述蓄热体内设置穿过蓄热材料的废气换热管道，所述换热管道排布形式为蛇形管道，所述蓄热管路一41、蓄热管路二42连通所述废气换热管道两端管口，即进/排气口一、进/排气口二，该两端管口视气体走向可以用于进气或排气；所述蓄热体中的蓄热材料为液体、固体或PCM材质，放热特性选择高温好氧发酵温度至少不低于60℃。
所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其中，所述蓄热材料为水、导热油、蓄热砖或十八烷。
本发明的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统的堆肥方法，包括常规流程、蓄热流程和释热流程三种流程:
(A)常规流程:
参见图2所示，当所述温度传感器10监测到所述堆体容器1的堆体温度，低于所述温度传感器9监测的所述蓄热体内蓄热材料温度且高于20℃时，所述跨越阀门一7打开，所述阀组一5关闭，所述阀组二6关闭，所述跨越阀门二8打开，进风通过所述进风管道4经所述跨越阀门二8直接经所述入气口进入所述堆体容器1中；所述堆体容器1中的废气通过所述出气口进入所述出气管道3经所述跨越阀门一7直接进入净化装置；
(B)、蓄热流程
参见图3所示，当所述温度传感器10监测到所述堆体容器1中的堆体温度高于所述温度传感器9监测的所述蓄热体内蓄热材料温度，所述阀组二6关闭，所述跨越阀门二8打开，进风通过所述进风管道4经所述跨越阀门二8直接经所述入气口进入所述堆体容器1中；同时所述跨越阀门一7关闭，所述阀组一5打开，所述堆体容器1中的高温废气经所述出气口进入所述释热管路一31、所述蓄热管路一41进入所述蓄热体2，通过温差作用，将热能传递到所述蓄热体2中的蓄热材料中，所述蓄热体2进入蓄热状态，在所述蓄热体2内降温后的废气经所述蓄热管路二42、所述释热管路二32排放到所述出气管道3进入净化装置；
(C)、释热流程
参见图4所示，当所述温度传感器10监测到所述堆体容器1中的堆体温度低于所述温度传感器9监测的所述蓄热体内蓄热材料温度且低于20℃时，所述跨越阀门(7)打开，所述阀组一5关闭，所述堆体容器1中的高温废气通过所述出气管道3经所述跨越阀门一7直接进入净化装置；同时所述阀组二6打开，所述跨越阀门二8关闭，进风通过所述进风管道4经所述释热管路二32、蓄热管路二42进入所述蓄热体2内，与蓄热材料进行热交换后升温，通过所述蓄热管路一41、所述释热管路一31经所述入气口进入所述堆体容器1中。
所述的堆肥方法，其中，其中(B)、蓄热流程中，所述堆体容器1中的高温废气进入所述蓄热体内设置的废气换热管道换热降温后排出；在(C)、释热流程中，进风进入所述蓄热体2内的废气换热管道换热升温后，排出进入所述堆体容器1中；所述蓄热体中的蓄热材料为液体、固体或PCM材质，放热特性选择高温好氧发酵温度至少不低于60℃。
所述的堆肥方法，其中，所述蓄热材料为水、导热油、蓄热砖或十八烷。本发明工作原理：
本发明利用好氧堆肥产生的废热，结合堆肥间歇，用热与放热不同步的特点，设计一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥工艺。主要包括堆体容器、蓄热体、出风管道、进风管道、蓄热阀组一、释热阀组二，跨越阀门一、二，温度传感器一、二等。
所述堆体容器1用于储存餐厨垃圾并进行好氧发酵；所述蓄热体2用于储存高温好氧放热量及补充低温时好氧需热量，蓄热材料可以为水、导热油(液体)、氧化镁蓄热砖(固体)、十八烷(PCM,相变温度在28℃)等蓄热材料，高温好氧温度一般不低于60℃；所述出风管道3用于输送好氧堆肥产生的废气至净化装置处理；所述进风管道4用于补充好氧堆肥所需氧气及冷却风量，出风管道3及进风管道4上可以按常规技术设置风机；所述阀组一5用于控制好氧堆肥废气蓄热流程；所述阀组二6用于控制好氧堆肥进风流程；所述跨越阀门一7与所述跨越阀门二8分别用于切换进出风蓄放热管道；所述温度传感器一9用于监测蓄热体温度；所述温度传感器10用于监测堆体温度。
本发明工作流程分为常规、释热和蓄热3种流程
一、常规流程
参见图2所示，所述堆体容器1中，所述温度传感器10监测到的堆体温度高于20℃且低于所述温度传感器9监测的蓄热体温度时，所述跨越阀门一7打开，所述阀组一5关闭，所述阀组二6关闭，所述跨越阀门二8打开，进风通过所述进风管道4经所述跨越阀门二8直接进入所述堆体容器1中；废气通过所述出气管道3经所述跨越阀门一7直接进入净化装置。
二、蓄热流程
参见图3所示，所述堆体容器1中，所述温度传感器10监测到的堆体温度高于所述温度传感器9监测的蓄热体温度，所述阀组二6关闭，所述跨越阀门二8打开，进风通过所述进风管道4经所述跨越阀门二8直接进入所述堆体容器1中；同时所述跨越阀门一7关闭，所述阀组一5打开，高温废气经所述出气口进入所述释热管路一31、经所述阀组一5进入所述蓄热管路一41、进入所述蓄热体2，通过温差作用，将热能传递到所述蓄热体2中的蓄热材料中，所述蓄热体2进入蓄热状态。降温后的废气经所述出气管道3进入净化装置。
三、释热流程
参见图4所示，当所述堆体容器1中，所述温度传感器二10监测到的堆体温度低于20℃，且低于所述温度传感器一9监测的蓄热体温度时，所述跨越阀门一7打开，所述阀组一5关闭，高温废气通过所述出气管道3经所述跨越阀门一7直接进入净化装置；同时所述阀组二6打开，所述跨越阀门二8关闭，进风通过所述进风管道4经所述释热管路二32、所述阀组二6、蓄热管路二42进入所述蓄热体2内，与蓄热材料进行热交换后升温，通过所述蓄热管路一41、所述释热管路一31、所述蓄热阀门6经所述入气口进入所述堆体容器1中；
所述蓄热体2中的蓄热材料可以为液体、固体或PCM等不同的材质。具体材质可以根据不同的堆体蓄放热特性选择。蓄热材料可以为水、导热油(液体)、氧化镁蓄热砖(固体)、十八烷PCM,(相变温度在28℃)等蓄热材料，高温好氧温度一般不低于60℃。
该工艺通过设置蓄热体，将好氧堆肥过程中产生的热能进行储存，用于堆肥初期或环境温度较低时预热堆体，可以有效的提升堆体温度，提高好氧堆肥反应速率，缩短分解时间。为一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥工艺，
堆体容器1、蓄热体2的结构均为常见结构，通常为圆柱形或长方体容器。堆体容器1一般为玻璃钢材质，蓄热体2可以为钢制、混凝土结构。蓄热材料充满整个蓄热体，废气经换热管道穿过蓄热体，管道布置形式为蛇形管，可以根据实际需要调整管径、间距、壁厚、材质等。
Claims (6)
1.一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其特征在于，包括堆体容器(1)、蓄热体(2)、出风管道(3)、进风管道(4)、阀组一(5)、阀组二(6)，跨越阀门一(7)，跨越阀门二(8)，温度传感器一(9)，温度传感器二(10)；
所述堆体容器(1)内储存餐厨垃圾并进行好氧发酵；所述蓄热体(2)内储存蓄热材料并进行高温好氧发酵；所述堆体容器(1)出气口连接所述出风管道(3)一端，其入气口连接所述进风管道(4)一端，所述出风管道(3)另一端与净化装置连通，所述进风管道(4)另一端与外界连通；所述出风管道(3)与所述进风管道(4)之间并联连接释热管路一(31)、释热管路二(32)两条管路，所述释热管路二(32)两端分别连接在所述出风管道(3)末端与净化装置之间、及进风管道(4)始端；所述释热管路一(31)、释热管路二(32)上分别在对应位置串联连接所述阀组一(5)、所述阀组二(6)；在所述释热管路一(31)上且在所述阀组一(5)、所述阀组二(6)二者之间连接与所述蓄热体(2)的进/排气口一连通的蓄热管路一(41)，在所述释热管路二(32)上且在所述阀组一(5)、所述阀组二(6)二者之间连接与所述蓄热体(2)进/排气口二连通的蓄热管路二(42)；所述释热管路一(31)、释热管路二(32)之间的所述出风管道(3)上设置所述跨越阀门一(7)、所述进风管道(4)上设置所述跨越阀门二(8)，所述堆体容器(1)设置所述温度传感器二(10)；所述蓄热体(2)设置所述温度传感器一(9)。
2.如权利要求1所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其特征在于，所述蓄热体内设置穿过蓄热材料的废气换热管道，所述换热管道排布形式为蛇形管道，所述蓄热管路一(41)、蓄热管路二(42)连通所述废气换热管道两端管口；所述蓄热体中的蓄热材料为液体、固体或PCM材质，放热特性选择高温好氧发酵温度至少不低于60℃。
3.如权利要求1所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统，其特征在于，所述蓄热材料为水、导热油、蓄热砖或十八烷。
4.权利要求1-3任意一项所述的一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统的堆肥方法，其特征在于，包括常规流程、蓄热流程和释热流程三种流程:
(A)常规流程:
当所述温度传感器(10)监测到所述堆体容器(1)的堆体温度，低于所述温度传感器(9)监测的所述蓄热体内蓄热材料温度且高于20℃时，所述跨越阀门一(7)打开，所述阀组一(5)关闭，所述阀组二(6)关闭，所述跨越阀门二(8)打开，进风通过所述进风管道(4)经所述跨越阀门二(8)直接经所述入气口进入所述堆体容器(1)中；所述堆体容器(1)中的废气通过所述出气口进入所述出气管道(3)经所述跨越阀门一(7)直接进入净化装置；
(B)、蓄热流程
当所述温度传感器(10)监测到所述堆体容器(1)中的堆体温度高于所述温度传感器(9)监测的所述蓄热体内蓄热材料温度，所述阀组二(6)关闭，所述跨越阀门二(8)打开，进风通过所述进风管道(4)经所述跨越阀门二(8)直接经所述入气口进入所述堆体容器(1)中；同时所述跨越阀门一(7)关闭，所述阀组一(5)打开，所述堆体容器(1)中的高温废气经所述出气口进入所述释热管路一(31)、所述蓄热管路一(41)进入所述蓄热体(2)，通过温差作用，将热能传递到所述蓄热体(2)中的蓄热材料中，所述蓄热体(2)进入蓄热状态，在所述蓄热体(2)内降温后的废气经所述蓄热管路二(42)、所述释热管路二(32)排放到所述出气管道(3)进入净化装置；
(C)、释热流程
当所述温度传感器(10)监测到所述堆体容器(1)中的堆体温度低于所述温度传感器(9)监测的所述蓄热体内蓄热材料温度且低于20℃时，所述跨越阀门(7)打开，所述阀组一(5)关闭，所述堆体容器(1)中的高温废气通过所述出气管道(3)经所述跨越阀门一(7)直接进入净化装置；同时所述阀组二(6)打开，所述跨越阀门二(8)关闭，进风通过所述进风管道(4)经所述释热管路二(32)、蓄热管路二(42)进入所述蓄热体(2)内，与蓄热材料进行热交换后升温，通过所述蓄热管路一(41)、所述释热管路一(31)经所述入气口进入所述堆体容器(1)中。
5.权利要求4所述的堆肥方法，其特征在于，其中(B)、蓄热流程中，所述堆体容器(1)中的高温废气进入所述蓄热体内设置的废气换热管道换热降温后排出；在(C)、释热流程中，进风进入所述蓄热体(2)内的废气换热管道换热升温后，排出进入所述堆体容器(1)中；所述蓄热体中的蓄热材料为液体、固体或PCM材质，放热特性选择高温好氧发酵温度至少不低于60℃。
6.如权利要求5所述的堆肥方法，其特征在于，所述蓄热材料为水、导热油、蓄热砖或十八烷。
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| CN202110734513.5A CN113387729A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种基于蓄热的自热循环快速好氧堆肥系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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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