CN115254918A - 一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，包括垃圾进料单元、垃圾水热单元、加热单元及排出单元；垃圾水热单元包括水热管束、进料管、出料管和两个单向阀，水热管束包括多个竖向延伸且间隔设置的水热管，水热管内设无轴螺旋体，进料管和出料管分设水热管的下方和上方，两个单向阀分设进料管和出料管上；垃圾进料单元包括输料缸和液压杆，输料缸与进料管连通，液压杆活动设输料缸内；排出单元包括与出料管连通的螺旋脱水机；加热单元包括导热油炉、加热管、多个折流板，加热管密封设水热管束外侧，加热管的侧壁沿上下向分设进油口和出油口，分别通过进油管和出油管与导热油炉连通，折流板水平设加热管的内侧。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理的技术领域，尤其涉及一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置。
背景技术
随着生活水平的提高，生活垃圾问题日益明显，在我国生活垃圾中厨余垃圾占比约50％。厨余垃圾产量近年来维持在9000万吨/年以上。厨余垃圾相比其他垃圾，具有水分、油脂和盐含量高，易腐烂，营养元素丰富等特点，不易处理。
在对厨余垃圾的处理中，主要使用填埋，堆肥，综合处理等技术。存在污染环境，投资大，装置复杂等问题。往往存在占地面积大，不能连续处理及处理效率不高。
已有专利中多用热解方法对垃圾进行处理，缺乏针对厨余垃圾的处理。如中国专利授权公告号：CN 112610959 B公开的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，处理温度高，能耗高，且对于厨余垃圾难以直接处理；如中国专利授权公告号：CN 112391181 A公开的一种连续式热能循环型垃圾低温催化热解炉热解温度为160-260℃停留时间1.5-3h，停留时间过长导致处理效率不高，且使用催化剂，增加系统的复杂性，也未考虑厨余垃圾的特点。本专利使用水热方法，利用厨余垃圾含水率高的特点使用水热处理方法，产物有较好的固液分离效果和产率，也便于工厂的进一步处理。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，旨在解决现有厨余垃圾工厂化处理中占地面积大，不能连续处理及处理效率不高的问题。
本发明的实施例提供一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，包括垃圾进料单元、垃圾水热单元、加热单元及排出单元；其中，
所述垃圾水热单元包括水热管束、进料管、出料管和两个单向阀，所述水热管束包括多个竖向延伸且间隔设置的水热管，每一所述水热管内均设有无轴螺旋体，所述进料管设于所述水热管的下方，用于与多个所述水热管密封连通，所述出料管设于所述水热管的上方，用于与多个所述水热管密封连通，两个所述单向阀分别设于所述进料管和所述出料管上；
所述垃圾进料单元包括输料缸和液压杆，所述输料缸与所述进料管连通，所述液压杆活动设于所述输料缸内，以向所述水热管内输送垃圾；
所述排出单元包括螺旋脱水机，所述螺旋脱水机与所述出料管连通，用于固液分离自所述出料管排出的水热产物；
所述加热单元包括导热油炉、加热管、多个折流板、进油管和出油管，所述加热管密封套设于所述水热管束的外侧，所述加热管的侧壁沿上下方向分别设有进油口和出油口，所述进油口通过所述进油管与所述导热油炉连通，所述出油口通过所述出油管与所述导热油炉连通，所述折流板水平设于所述加热管的内侧。
可选地，所述垃圾进料单元还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌叶片和驱动所述搅拌叶片转动的驱动电机，所述搅拌装置设于所述水热管束的下方，位于所述进料管内。
可选地，所述搅拌装置的转速为10-300转/分钟；和/或，
所述搅拌叶片的搅拌直径与所述加热管的直径比值为0.1-0.5。
可选地，所述垃圾进料单元还包括螺旋输送机，所述螺旋输送机与所述输料缸连通。
可选地，所述加热单元还包括真空闪蒸罐，所述真空闪蒸罐设于所述出料管和所述螺旋脱水机之间，所述真空闪蒸罐上部的蒸汽出口和下部的液体入口均通过管道与所述加热管连通。
可选地，所述排出单元还包括陶瓷膜和油水分离器，所述油水分离器与所述螺旋脱水机的出口相连通，所述陶瓷膜设于所述油水分离器上。
可选地，所述水热管包括加热段和保温段，所述加热段设于所述加热管内，所述保温段伸出所述加热管外，所述保温段外设有保温层。
可选地，所述水热管束中的所述水热管数量为5-60个，所述水热管束的总截面积与所述输料缸的截面积的比值为5-50。
可选地，所述无轴螺旋体的螺距自下而上逐渐增大，所述无轴螺旋体的厚度自下而上逐渐增大。
可选地，所述折流板数量为5-20个。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置中通过液压杆为水热管连续送料，两个单向阀确保水热管内高压密封的水热环境，水热管束竖直安置，节约占地面积，利用导热油为水热管提供热量，可以大大降低能耗，并使用折流板和无轴螺旋体做到扰流和增强换热，具有工作稳定、处理效率高等优点。
附图说明
图1是本发明提供的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置一实施例的结构示意图；
图2是图1中的无轴螺旋体的结构示意图；
图3是图1中的搅拌装置中的搅拌叶片的结构示意图。
图中：垃圾进料单元1、输料缸11、液压杆12、搅拌装置13、搅拌叶片131、螺旋输送机14、垃圾水热单元2、水热管束21、加热段211、保温段212、进料管22、出料管23、单向阀24、无轴螺旋体25、加热单元3、导热油炉31、加热管32、折流板33、进油管34、出油管35、真空闪蒸罐36、排出单元4、螺旋脱水机41、陶瓷膜42、油水分离器43。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1-图3所示，本发明的实施例提供的一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，包括垃圾进料单元1、垃圾水热单元2、加热单元3及排出单元4；其中，所述垃圾水热单元2包括水热管束21、进料管22、出料管23和两个单向阀24，所述水热管束21包括多个竖向延伸且间隔设置的水热管，每一所述水热管内均设有无轴螺旋体25，所述进料管22设于所述水热管的下方，用于与多个所述水热管密封连通，所述出料管23设于所述水热管的上方，用于与多个所述水热管密封连通，两个所述单向阀24分别设于所述进料管22和所述出料管23上；所述垃圾进料单元1包括输料缸11和液压杆12，所述输料缸11与所述进料管22连通，所述液压杆12活动设于所述输料缸11内，以向所述水热管内输送垃圾；所述排出单元4包括螺旋脱水机41，所述螺旋脱水机41与所述出料管23连通，用于固液分离自所述出料管23排出的水热产物；所述加热单元3包括导热油炉31、加热管32、多个折流板33、进油管34和出油管35，所述加热管32密封套设于所述水热管束21的外侧，所述加热管32的侧壁沿上下方向分别设有进油口和出油口，所述进油口通过所述进油管34与所述导热油炉31连通，所述出油口通过所述出油管35与所述导热油炉31连通，所述折流板33水平设于所述加热管32的内侧，通过设置水平的折流板33，可以起到扰流以增强换热的作用。
通过液压杆12为水热管连续送料，两个单向阀24确保水热管内高压密封的水热环境，水热管束21竖直安置，节约占地面积，利用导热油为水热管提供热量，可以大大降低能耗，并使用折流板33和无轴螺旋体25做到扰流和增强换热，经过水热后的产物从上方单向阀24流出后经过螺旋脱水机41进行固液分离。本装置利用了厨余垃圾含水量高的特点，不需要进行复杂的预处理，只需要对物料进行简单破碎，整个运行过程中无异味溢出，保证了工厂的工作环境；且水热管束21直立安装，垃圾从下方入料口进入水热管停留适当时间后从上方出口流出，相比其他工厂化处理占地面积大大减小。本发明具有工作稳定、处理效率高等优点，适用于但不限于厨余垃圾处理等情景，占地面积小，具有较高经济效益，使厨余垃圾工厂化处理具有更好的经济性和可行性。
其中，出料管23上的单向阀24开启压力为1.5-3MPa，以确保物料单向流动，水热管的压降不高于0.5MPa，以确保水热管中的高压密封环境，便于水热的稳定进行。
进一步地，参照图1和图3所示，所述垃圾进料单元1还包括搅拌装置13，所述搅拌装置13包括搅拌叶片131和驱动所述搅拌叶片131转动的驱动电机，所述搅拌装置13设于所述水热管束21的下方，位于所述进料管22内。所述搅拌装置13的转速为10-300转/分钟；和/或，所述搅拌叶片131的搅拌直径与所述加热管32的直径比值为0.1-0.5，可以使垃圾尽可能以水平速度进入水热管中，减小水热管入口处无轴螺旋体25的轴向应力，也能加快加热段211的换热。搅拌装置13与加热管32底部有隔热层，以避免驱动电机温度过高而损坏。
进一步地，所述垃圾进料单元1还包括螺旋输送机14，所述螺旋输送机14与所述输料缸11连通。本实施例中，螺旋输送机14竖直放置，输料缸11和液压杆12水平放置，垃圾由螺旋输送机14送入输料缸11后，由水平放置的液压杆12推动，当单向阀24位于输料缸11一侧的压力大于位于进料管22一侧的压力后，单向阀24开启，垃圾由输料缸11进入水热管束21内。通过使用螺旋液压耦合输送系统，由直立的螺旋输送机14将垃圾送入输料缸11，水平液压杆12推动输料缸11中的垃圾进入水热管汇总进行水热反应。为避免垃圾落入液压杆12活塞的左侧，液压杆12活塞尾部不超过螺旋输送机14与输料缸11连接的连接口。其中，液压杆12提供1/5-4MPa的压力，保证进入水热管中垃圾的压力。泵送频率为5-20次/min，输料缸11长度和直径比值为5-20。相较于已有类似专利中常用的无轴输送，螺旋液压耦合输送系统可以提供更高的压力，并实现连续进料，提高单位时间处理量。
进一步地，所述加热单元3还包括真空闪蒸罐36，所述真空闪蒸罐36设于所述出料管23和所述螺旋脱水机41之间，所述真空闪蒸罐36上部的蒸汽出口和下部的液体入口均通过管道与所述加热管32连通。
通过在出料管23和螺旋脱水机41之间设置真空闪蒸罐36，垃圾从水热管束21经过导热油炉31中的热油加热后，高温物料经过单向阀24进入真空闪蒸罐36，回收余热并降温降压便于后续处理，真空环境中物料的部分水和有机物气化成为高温蒸汽，再利用蒸汽流经加热管32，给物料预热，发生气液相变传热效果好，其它液态和固态产物进入螺旋脱水机41中进一步固液分离。其中，高温蒸汽给物料预热后冷凝成液体由水泵抽入真空闪蒸罐36，提高余热利用效率并对下层物料造成扰动，避免发生堵塞。
更进一步地，所述排出单元4还包括陶瓷膜42和油水分离器43，所述油水分离器43与所述螺旋脱水机41的出口相连通，所述陶瓷膜42设于所述油水分离器43上。经过螺旋脱水机41固液分离后的废液通过由陶瓷膜42管道组成的油水分离装置，废水穿过陶瓷膜42进入收集装置，此时废液温度略高于常温，可通过酸碱性调节后可送入厌氧发酵塔。
具体地，所述水热管包括加热段211和保温段212，所述加热段211设于所述加热管32内，所述保温段212伸出所述加热管32外，所述保温段212外设有保温层。
在本实施例中，水热管的下方3-6米为加热段211，在加热管32和水热管的保温段212均设置保温层，管内的垃圾物料可以升温至160-250℃，控制导热油的温度在250-350℃以确保水热的温度，具有加热稳定且容易控制等优点。换热裕量(即：加热管32截面积/水热管总截面积)为1.5-3。导热油的压力范围为0.5-1MPa，以减小内外压差导致的壁面受力。
具体地，所述水热管束21中的所述水热管数量为5-60个，所述水热管束21的总截面积与所述输料缸11的截面积的比值为5-50。通过对水热管的数量、导热油炉31功率、液压杆12频率等参数的调节，可以很方便的改变装置日处理量，适应不同地区的厨余垃圾产率。本申请中通过设置水热管束21竖直放置，利用台架固定，可以节约占地面积。
具体地，所述无轴螺旋体25的螺距自下而上逐渐增大，所述无轴螺旋体25的厚度自下而上逐渐增大。无轴螺旋体25采用变螺距设计，螺距为150-400mm，壁厚与螺距的比值范围为0.05-0.2，其中，位于加热段211的无轴螺旋体25的螺距为150-250mm，壁厚与螺距的比值为0.1-0.2，位于保温段212的无轴螺距为250-400mm，以确保换热效果和螺旋结构的耐压，同时可以减少耗材。本实施例中的无轴螺旋体25相对管道不发生转动和上下移动，下端面为圆环面，通过螺栓与水热管下端面连接，垃圾物料从圆环面中心通道进入水热管，相较于现有技术中的网格式结构加工复杂，无轴螺旋体25结构简单易于装拆和维护，且网格式结构不适用于厨余垃圾这种高含水量，较高黏度物料的处理。
具体地，所述折流板33数量为5-20个，折流板33面积与加热管32截面积的比值为0.5-0.8。
本发明的具体处理步骤如下：
垃圾物料进入螺旋输送机14，确保物料稳定供应。垃圾物料由螺旋输送机14进入输料缸11后，由水平放置的液压推杆向右推动，当单向阀24左侧压力大于右侧压力后，阀门开启，物料进入右侧水热部分。水热段由直立管束组成，管道内部安装有变螺距无轴螺旋体25，最上端为出口，出口处安装有单向阀24以确保水热管中高压密封环境。水热管入口前设有低速搅拌机构，先由真空闪蒸罐36中产生的高温蒸汽提供热量，再由导热油提供热量，导热油加热层中安装有水平的折流板33，扰流以增强换热。导热油加热层最下部位有一入口，最上部位出口，通过管道与导热油炉31连接，循环导热油为水热提供热量。加热管32和水热管无加热段211最外侧设有保温层。水热产物从单向阀24流出后进入真空闪蒸罐36，低压下产生高温蒸汽送去蒸汽加热层加热物料，冷却的液体再由水泵抽入真空闪蒸罐36下部，推动产物进入螺旋脱水机41，可收集到固体产物，液体送入经过油水分离器43中经陶瓷膜42分离，液体可送入厌氧发酵罐进一步利用。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，包括垃圾进料单元、垃圾水热单元、加热单元及排出单元；其中，
所述垃圾水热单元包括水热管束、进料管、出料管和两个单向阀，所述水热管束包括多个竖向延伸且间隔设置的水热管，每一所述水热管内均设有无轴螺旋体，所述进料管设于所述水热管的下方，用于与多个所述水热管密封连通，所述出料管设于所述水热管的上方，用于与多个所述水热管密封连通，两个所述单向阀分别设于所述进料管和所述出料管上；
所述垃圾进料单元包括输料缸和液压杆，所述输料缸与所述进料管连通，所述液压杆活动设于所述输料缸内，以向所述水热管内输送垃圾；
所述排出单元包括螺旋脱水机，所述螺旋脱水机与所述出料管连通，用于固液分离自所述出料管排出的水热产物；
所述加热单元包括导热油炉、加热管、多个折流板、进油管和出油管，所述加热管密封套设于所述水热管束的外侧，所述加热管的侧壁沿上下方向分别设有进油口和出油口，所述进油口通过所述进油管与所述导热油炉连通，所述出油口通过所述出油管与所述导热油炉连通，所述折流板水平设于所述加热管的内侧。
2.如权利要求1所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述垃圾进料单元还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌叶片和驱动所述搅拌叶片转动的驱动电机，所述搅拌装置设于所述水热管束的下方，位于所述进料管内。
3.如权利要求2所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述搅拌装置的转速为10-300转/分钟；和/或，
所述搅拌叶片的搅拌直径与所述加热管的直径比值为0.1-0.5。
4.如权利要求1或2所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述垃圾进料单元还包括螺旋输送机，所述螺旋输送机与所述输料缸连通。
5.如权利要求1所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述加热单元还包括真空闪蒸罐，所述真空闪蒸罐设于所述出料管和所述螺旋脱水机之间，所述真空闪蒸罐上部的蒸汽出口和下部的液体入口均通过管道与所述加热管连通。
6.如权利要求5所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述排出单元还包括陶瓷膜和油水分离器，所述油水分离器与所述螺旋脱水机的出口相连通，所述陶瓷膜设于所述油水分离器上。
7.如权利要求1所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述水热管包括加热段和保温段，所述加热段设于所述加热管内，所述保温段伸出所述加热管外，所述保温段外设有保温层。
8.如权利要求1所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述水热管束中的所述水热管数量为5-60个，所述水热管束的总截面积与所述输料缸的截面积的比值为5-50。
9.如权利要求1所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述无轴螺旋体的螺距自下而上逐渐增大，所述无轴螺旋体的厚度自下而上逐渐增大。
10.如权利要求1所述的用于厨余垃圾工厂化处理的连续式高压水热装置，其特征在于，所述折流板数量为5-20个。
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