CN113828261A - 一种保温控温有机废弃物生物干化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保温控温有机废弃物生物干化反应器，包括：双层密闭仓、鼓风机、通气管、储热介质循环系统和太阳能发电加热系统；所述储热介质循环系统包括储热箱、进口管、循环泵、出口管以及并联连通缠绕于内仓外壁面的介质流动管一和螺旋缠绕在外仓内壁面的介质流动管二，所述介质流动管一和介质流动管二的两端分别与进口管、出口管通过三通阀实现连通和切换，实现吸热和放热的切换；所述通气管一端连接鼓风机，另一端穿过储热箱并延伸至透气板进行曝气。本发明反应器通过太阳能电池板发电和储热介质循环两种方式结合储存太阳能，为反应器提供能量节约能耗，能实现昼夜不同模式的温度调控，维持相对稳定的环境温度，使生物干化正常启动。
Description
技术领域
本发明涉及有机废弃物处置与资源化利用技术领域，尤其是涉及一种保温控温有机废弃物生物干化反应器。
背景技术
有机废弃物是指人们在生活和生产活动中废弃的一类有机物质，主要包括农业废弃物(秸秆、畜禽粪污等)、城镇废弃物(园林枝叶、市政污泥、餐厨垃圾等)和工业废弃物(糖渣、酒糟等)。新中国成立以来，我国有机废弃物资源总量呈现逐步上升的趋势，由1949年的不足5亿吨，至今已超过20亿吨，增长速度惊人。有机废弃物含水率高，不及时处理，会产生恶臭气体，影响居民生产、生活。有机废弃物含水率高、热值低，导致其可燃效果较差，且脂类会在重金属的催化作用下产生二噁英；填埋产生的渗滤液会污染地下水、破坏生态环境。
生物干化是解决有机废弃物含水率高的有效方式。通过微生物发酵作用，将有机废弃物减量化和稳定化，同时发酵过程中产生的热量可以加速水分的去除，具有无污染资源化的优势。影响有机废弃物生物干化的因素有含水率、pH、曝气量等。为了寻求有机废弃物的最佳生物干化除水工艺参数，通常需要在实验室用小规模的反应器进行工艺参数优化，然后放大到生产中(工厂规模)。
现有的生物干化反应器存在如下问题：
(1)小规模的反应器由于体量小，保温效果较差；
(2)现有的反应器无法应用在高寒地区，高寒地区气温低且昼夜温差大，微生物较难生长繁殖，导致生物干化无法正常启动；
(3)生物干化反应器以电能辅助加热为主，导致能耗较高；
(4)生物干化反应器出气口由于温度变化大堆积大量冷凝水，导致水分回流、不易去除，极大影响生物干化效率。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种保温控温有机废弃物生物干化反应器，通过多种模式进行反应器内部的温度调控。
技术方案：本发明公开的保温控温有机废弃物生物干化反应器，包括：双层密闭仓、鼓风机、通气管、储热介质循环系统和太阳能发电加热系统；
所述双层密闭仓包括仓体、盖于仓体顶部的盖体、设于仓体内用于放置物料的透气板以及物料搅拌机构，所述仓体包括内外密闭间隔套设的内仓和外仓，且外仓为透光材质；
所述储热介质循环系统包括储热箱、进口管、循环泵、出口管以及并联连通的介质流动管一和介质流动管二，所述介质流动管一螺旋缠绕于内仓外壁面，所述介质流动管二螺旋缠绕在外仓内壁面，所述介质流动管一和介质流动管二的两端分别与进口管、出口管通过三通阀实现连通和切换，实现吸热和放热的切换；
所述通气管一端连接鼓风机，另一端穿过储热箱并延伸至透气板进行曝气；
所述太阳能发电加热系统包括太阳能电池板、蓄电池和电热带，所述太阳能电池板和电热带均与蓄电池连接，所述电热带布置于内仓内壁，所述太阳能电池板吸收太阳能为蓄电池充电，蓄电池为电热带供电。
进一步的，所述仓体内部置有温度/氧气传感器，由自动化控制系统实时获取数据，监测堆体温度和氧气浓度，同时根据获得的数据调控加热和曝气/抽气模式，当堆体温度低于设定温度时，蓄电池开始工作，控制系统进行加热模式；当堆体温度高于设定值或氧浓度低于设定值时，控制系统增强曝气模式。
进一步的，所述介质流动管一为紫铜导热管，所述介质流动管二为集热真空管。
进一步的，所述介质流动管一和介质流动管二以斜角20°螺旋设置。
进一步的，所述储热介质循环系统中的储热介质为油。
进一步的，所述仓体和盖体均设有保温层，保温材料选用聚苯乙烯或泡沫石棉。
进一步的，所述盖体与仓体密封连接，为圆锥或者圆台结构，内侧底边设有集水槽，通过集水槽收集冷凝水并排出仓体。
进一步的，所述盖体中部开设有出气口，所述仓体的底部开设有出水口。
进一步的，所述太阳能电池板通过角度旋转支架设于盖体顶部，自动识别太阳位置并调整至最佳角度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
(1)反应器通过太阳能电池板发电和储热介质循环两种方式结合储存太阳能，为反应器提供能量节约能耗，能实现昼夜不同模式的温度调控，维持相对稳定的环境温度，使生物干化正常启动；
(2)反应器中介质流动管螺旋缠绕，吸热/散热更为均匀；
(3)反应器可实现冷凝水收集与排出，其与反应器一体化结合，保证良好的密封性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明介质流动管布设结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的保温控温有机废弃物生物干化反应器，包括双层密闭仓、鼓风机1、通气管2、储热介质循环系统和太阳能发电加热系统；
双层密闭仓包括仓体3、搅拌机构6和盖在仓体1上的盖体4，仓体包括内仓301和外仓302，内仓301嵌套在外仓302中，内仓301和外仓302之间为保温层。外仓302由透光性材料制成，且透光率要满足能够充分利用太阳能，如钢化玻璃，并对钢化玻璃进行超白钢化处理。保温层的材料为聚苯乙烯或泡沫石棉，保温层厚度为5cm。盖体4盖在仓体3的顶部，盖体4的内部也设置保温层。仓体3靠近底端的位置设置有圆形的透气板5，用于支撑物料。为了防止冷凝水回流，盖体4设计为圆锥形或圆台形，盖体4的底部设置一环形集水槽401，冷凝水沿斜面流入集水槽，用来收集仓顶汇流下来的冷凝水，并排出反应器。盖体4采用不锈钢材料制作，之间有一层保温层，保温层的材料为聚苯乙烯或泡沫石棉，保温层厚度为5cm。
储热介质循环系统包括储热箱701、进口管702、循环泵703、出口管704和并联连通的介质流动管一705和介质流动管二706。
如图2所示，介质流动管一705缠绕在所述内仓301的外壁面，介质流动管二706缠绕在外仓302的内壁面，储热箱701、进口管702、循环泵703、并联连通的介质流动管一705和介质流动管二706、出口管704依次连接，组成储热介质的循环回路。
鼓风机1和通气管2的一端连通，通气管2贯穿储热箱701，另一端穿过透气板5，为物料通气。加热后的空气从反应器底部圆形透气板进行曝气，从物料内部提高堆体温度。
介质流动管二706为集热真空管，其是将吸热体与透明盖层之间的空间抽成真空的管，包括内管、外管(也称罩玻璃管)。介质流动管一705为螺旋紫铜导热管，介质流动管一705和介质流动管二706以20°螺旋上升。介质流动管一705和介质流动管二706与进口管702、出口管704均通过三通阀实现连通和切换。
储热介质优选油，白天通过介质流动管二706吸收热量后储存在储热箱701中，夜晚通过介质流动管一705循环为内仓加热。储热箱701内部也设置有保温层，为聚苯乙烯或泡沫石棉，保温层厚度为5cm。
太阳能发电加热系统包括太阳能电池板801、角度旋转支架803、蓄电池802和电热带，太阳能电池板801通过角度旋转支架803固定在盖体4的外部，太阳能电池板801和电热带均与蓄电池802连接，电热带布置在内仓301的内壁，太阳能电池板801吸收太阳能为蓄电池802充电，蓄电池802为电热带供电，从而实现对内仓301的加热。多块太阳能电池板801通过串联的方式组合，形成光伏电池组件，其在有光照情况下发生“光生伏特效应”。蓄电池802用于贮存产生电量，同时可连接控制器组件防止蓄电池过充电和过放电。角度旋转支架803的材料为不锈钢，为圆柱嵌套式，长度可改变，可以为自动支架，实现随着太阳的方向进行旋转伸缩，增大太阳能电池板801的受光时间和面积，进而增加太阳有效辐射能，提高发电效率。白天通过介质流动管二706加热循环导热油，汇集到储热箱701中。晚上储热箱中的导热油通过介质流动管一705给内仓加热。且内仓装有温控开关，当储热箱的温度低于30℃时，循环导热油开关关闭，蓄电池802开关开启，太阳能加热系统通过电热带开始工作。
仓体3和盖体4使用硅胶密封各组件交界处，使工作呈密闭状态。通过调控曝气与出气口的气体流量与时间，使反应器内部呈微负压状态。微负压可增强反应器内部气体从底部至出气口的流动速度，提高携水气体动力。对堆料内部和外部同时进行加热，提高堆体和空气温度，最大限度提高理论除水能力(空气能容纳的最大水蒸气含量是取决于相对湿度φ的值，湿度(H)则随温度的提高而增大)。
搅拌机构6可设定翻堆频率，翻堆操作结合曝气和抽气模式，改变水蒸气路径提高除水效率。
仓体3内部置有温度/氧气传感器，由自动化控制系统实时获取数据，监测堆体温度和氧气浓度。同时根据获得的数据调控加热和曝气/抽气模式。当堆体温度低于设定温度时，蓄电池开始工作，控制系统进行加热模式；当堆体温度高于设定值或氧浓度低于设定值时，控制系统增强曝气模式。
Claims (9)
1.一种保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于，包括：双层密闭仓、鼓风机(1)、通气管(2)、储热介质循环系统和太阳能发电加热系统；
所述双层密闭仓包括仓体(3)、盖于仓体(3)顶部的盖体(4)、设于仓体(3)内用于放置物料的透气板(5)以及物料搅拌机构(6)，所述仓体(3)包括内外密闭间隔套设的内仓(301)和外仓(302)，且外仓(302)为透光材质；
所述储热介质循环系统包括储热箱(701)、进口管(702)、循环泵(703)、出口管(704)以及并联连通的介质流动管一(705)和介质流动管二(706)，所述介质流动管一(705)螺旋缠绕于内仓(301)外壁面，所述介质流动管二(706)螺旋缠绕在外仓(302)内壁面，所述介质流动管一(705)和介质流动管二(706)的两端分别与进口管(702)、出口管(704)通过三通阀实现连通和切换，实现吸热和放热的切换；
所述通气管(2)一端连接鼓风机(1)，另一端穿过储热箱(701)并延伸至透气板(5)进行曝气；
所述太阳能发电加热系统包括太阳能电池板(801)、蓄电池(802)和电热带，所述太阳能电池板(801)和电热带均与蓄电池(802)连接，所述电热带布置于内仓(301)内壁，所述太阳能电池板(801)吸收太阳能为蓄电池(802)充电，蓄电池(802)为电热带供电。
2.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述仓体(3)内部置有温度/氧气传感器，由自动化控制系统实时获取数据，监测堆体温度和氧气浓度，同时根据获得的数据调控加热和曝气/抽气模式，当堆体温度低于设定温度时，蓄电池(802)开始工作，控制系统进行加热模式；当堆体温度高于设定值或氧浓度低于设定值时，控制系统增强曝气模式。
3.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述介质流动管一(705)为紫铜导热管，所述介质流动管二(706)为集热真空管。
4.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述介质流动管一(705)和介质流动管二(706)以斜角20°螺旋设置。
5.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述储热介质循环系统中的储热介质为油。
6.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述仓体(3)和盖体(4)均设有保温层，保温材料选用聚苯乙烯或泡沫石棉。
7.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述盖体(4)与仓体(3)密封连接，为圆锥或者圆台结构，内侧底边设有集水槽(401)，通过集水槽(401)收集冷凝水并排出仓体。
8.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述盖体(4)中部开设有出气口，所述仓体(3)的底部开设有出水口。
9.根据权利要求1所述的保温控温有机废弃物生物干化反应器，其特征在于：所述太阳能电池板(801)通过角度旋转支架(803)设于盖体(4)顶部，自动识别太阳位置并调整至最佳角度。
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