CN115872796A - 一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统及控制方法，属于有机肥生产技术领域，包括反应池、循环系统、控制装置和若干换热装置，循环系统和若干换热装置均安装在反应池内，且若干换热装置的输入端和输出端均与循环系统相连通，换热装置用于与反应池内堆放的物料进行热量交换，循环系统用于对若干换热装置内的导热介质进行循环。通过在分层的反应池内安装若干换热装置，利用循环系统对换热装置内的导热介质进行循环，实现了对物料温度的控制，减少了温度对发酵效率的影响，使物料始终保持在最佳的发酵温度；替代了翻抛机对物料进行降温，降低了扬尘对环境的污染，同时还能够实现热量的回收利用，减少了能源的消耗，降低了企业的成本。

Description

一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统及控制方法

技术领域

本发明属于有机肥生产技术领域，尤其是涉及一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统及控制方法。

背景技术

有机肥，主要来源于植物和（或）动物，经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，消除了其中的有毒有害物质，富含大量有益物质。不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性。

目前有机肥的生产主要包括前处理、发酵和后处理三步，发酵是有机肥生产中最重要的一环，发酵时需要将前处理混合好的物料送入发酵车间堆成发酵堆，同时利用翻抛机进行翻堆，并补充水分和养分，并需要控制发酵温度。

由于发酵需在适宜的温度下效率最高，而混合好的物料堆在刚堆入发酵车间时一般温度较低，此时发酵速度慢，随着发酵的不断进行物料堆内部的温度会逐渐升高，从而达到最佳的发酵温度，但是升温所需的时间较长，尤其在温度较低的冬天升温时间会更长，导致发酵周期较长，从而影响生产效率；而随着物料堆内部的温度逐渐升高，进而使物料堆的温度超过发酵的最佳温度，从而导致发酵速度变慢，因此需要对物料堆的发酵温度进行监控。现有生产中审问一般是通过堆积使物料自然升温，升温较慢，而降温是通过翻抛机进行翻抛，效率低下且设备维护费用高，同时在翻抛时还会产生大量扬尘，造成环境污染。

因此需要我们设计出一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统及控制方法，来解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，包括反应池、循环系统、控制装置和若干换热装置，所述循环系统和若干所述换热装置均安装在所述反应池内，且若干所述换热装置的输入端和输出端均与所述循环系统相连通，所述换热装置用于与所述反应池内堆放的物料进行热量交换，所述循环系统用于对若干所述换热装置内的导热介质进行循环，所述控制装置用于控制所述循环系统内导热介质的流动；

所述反应池内固定设置有中板，若干所述换热装置滑动贯穿安装在所述中板上，在所述换热装置下方设置有升降装置，所述升降装置的输出端与所述换热装置相连，用于推动所述换热装置从所述中板伸出或缩回，所述循环系统位于所述中板的下方，多个所述反应池内的所述循环系统还相互连通。

优选的，所述循环系统包括位于所述中板下方的循环泵，所述循环泵的输入端固定连接有水箱，所述水箱内固定设置有加热装置，所述循环泵的输出端固定连接有进水管和冷却盘管，所述进水管和所述冷却盘管的自由端均与所述换热装置的输入端相连，在所述进水管上安装有第一供水阀，所述冷却盘管上安装有第二供水阀，所述换热装置的输出端设置有回水管和连接管，所述回水管的自由端与所述水箱相连，且在所述回水管上安装有第一回水阀，所述连接管的自由端与相邻所述循环系统上的所述换热装置输入端相连通，且在所述连接管上还安装有第二回水阀，所述第一供水阀、所述第二供水阀、所述第一回水阀、所述第二回水阀、所述加热装置和所述升降装置均与所述控制装置电连接。

如此设置，能够通过控制装置控制不同阀门的通断来控制水流的流动方向，实现对物料堆的温度控制。

优选的，所述换热装置包括固定安装在所述中板上的密封座，所述密封座上滑动贯穿设置有换热外管和换热内管，所述换热内管的底部与所述换热外管底部固定连接，且顶部与所述换热外管的顶部预留有空隙，所述进水管和所述冷却盘管与所述换热装置上的换热外管相连通，所述回水管和所述连接管与所述换热装置上的换热内管相连通。

如此设置，密封座能够避免换热装置在升降时中板上的物料渗漏到中板下方，换热内管与换热外管的组合能够使换热外管与换热内管之间的液面上升到与换热内管平齐的位置，可以确保换热内管与换热外管之间充满水，确保了与换热外管的热量传递。

优选的，所述升降装置为液压缸，所述液压缸完全伸长时将推动所述换热装置插入所述中板顶部的物料中，所述液压缸完全缩回时所述换热装置的顶部与所述中板平齐。

如此设置，能够实现换热装置的升降，避免各个流程在执行时相互影响。

优选的，在所述换热外管的外壁上，沿所述换热外管固定设置有若干散热翅，所述散热翅上固定设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制装置电连接。

如此设置，通过散热翅能够更好地实现换热装置与物料的热量传递，温度传感器能够对物料的温度进行监控。

优选的，在所述换热内管的内壁和外壁上均涂装有隔热涂层，所述换热外管与所述散热翅的材质均为铝合金。

如此设置，隔热涂层能够避免换热内管与换热外管中不同温度的水温相互影响，铝合金能够提升热交换效率。

优选的，所述冷却盘管的中段埋设在所述反应池下方土壤的恒温层中。

如此设置，能够利用土壤恒温层对冷却盘管以及流经冷却盘管中的水流降温，节能环保。

一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、利用温度传感器对不同反应池内的物料温度数据进行收集，并将收集到的温度数据传输到控制装置内；

S2、通过控制装置根据收集到的温度数据判断反应池内物料是否达到最佳发酵温度，若是，则不启动循环，否则启动循环模式，直至达到最佳发酵温度后停止。

所述循环模式包括升温模式、降温模式和回收利用模式，当反应池内物料温度低于最佳发酵温度时升温模式启动，当反应池内物料温度高于最佳发酵温度时升温模式启动，当同时存在温度低于最佳发酵温度和高于最佳发酵温度的反应池时回收利用模式启动。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过中板将反应池进行分层，并且在中板上安装若干换热装置，通过中板下的循环系统对换热装置内的导热介质进行循环，实现了对物料内部温度的控制，减少了温度对发酵效率的影响，能够使物料堆始终保持在最佳的发酵温度；替代了传动翻抛机降温的过程，降低了翻抛时扬尘对环境的污染，同时还能够实现热量的回收利用，减少了能源的消耗，降低了企业的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的反应池纵截面示意图；

图2是本发明的物料加热时水流流向示意图；

图3是本发明的物料降温时水流流向示意图；

图4是本发明的热量回收利用时水流流向示意图；

图5是图1中的A处结构放大图；

图6是图1中的B处结构放大图。

附图标记说明如下：

1、反应池；2、循环系统；201、循环泵；202、进水管；203、冷却盘管；204、第一供水阀；205、第二供水阀；206、回水管；207、连接管；208、第一回水阀；209、第二回水阀；3、控制装置；4、换热装置；401、换热外管；402、换热内管；403、固定杆；404、隔热涂层；405、散热翅；406、密封座；407、升降装置；408、温度传感器；5、中板；6、翻抛机；7、水箱；8、支柱；9、加热装置。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1如图1-图6所示，一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，包括反应池1、循环系统2、控制装置3和若干换热装置4，循环系统2和若干换热装置4均安装在反应池1内，且若干换热装置4的输入端和输出端均与循环系统2相连通，换热装置4用于与反应池1内堆放的物料进行热量交换，循环系统2用于对若干换热装置4内的导热介质进行循环，控制装置3用于控制循环系统2内导热介质的流动；

反应池1内固定设置有中板5，若干换热装置4滑动贯穿安装在中板5上，在换热装置4下方设置有升降装置407，升降装置407的输出端与换热装置4相连，用于推动换热装置4的从中板5伸出或缩回，循环系统2位于中板5的下方，多个反应池1内的循环系统2还相互连通。

其中反应池1的数量应至少为两个，并且两个反应池1中的循环系统2相互连接后可以将两个反应池1中换热装置4内导热介质的相互循环，实现热量的传递。

具体的，循环系统2包括位于中板5下方的循环泵201，循环泵201的输入端固定连接有水箱7，水箱7内固定设置有加热装置9，循环泵201的输出端固定连接有进水管202和冷却盘管203，进水管202和冷却盘管203的自由端均与换热装置4的输入端相连，在进水管202上安装有第一供水阀204，冷却盘管203上安装有第二供水阀205，换热装置4的输出端设置有回水管206和连接管207，回水管206的自由端与水箱7相连，且在回水管206上安装有第一回水阀208，连接管207的自由端与相邻循环系统2上的换热装置4输入端相连通，且在连接管207上还安装有第二回水阀209，第一供水阀204、第二供水阀205、第一回水阀208、第二回水阀209、加热装置9和升降装置407均与控制装置3电连接，如此设置能够通过控制装置3控制不同阀门的通断来控制水流的流动方向，实现对物料的温度控制。

具体的，换热装置4包括固定安装在中板5上的密封座406，密封座406上滑动贯穿设置有换热外管401和换热内管402，换热内管402的底部与换热外管401底部固定连接，且顶部与换热外管401的顶部预留有空隙，由于换热内管402的高度较高，所以在换热内管402与换热外管401之间还设置有固定杆403对换热内管402进行加固，进水管202和冷却盘管203与换热装置4上的换热外管401相连通，回水管206和连接管207与换热装置4上的换热内管402相连通，如此设置密封座406能够避免换热装置4在升降时中板5上的物料渗漏到中板5下方，换热内管402与换热外管401的组合能够使换热外管401与换热内管402之间的液面上升到与换热内管402平齐的位置，可以确保换热内管402与换热外管401之间充满水，确保了与换热外管401的热量传递。

具体的，升降装置407为液压缸，液压缸完全伸长时将推动换热装置4插入中板5顶部的物料中，液压缸完全缩回时换热装置4的顶部与中板5平齐，如此设置能够实现换热装置4的升降，避免各个流程在执行时相互影响。

进一步的，在换热外管401的外壁上，沿换热外管401固定设置有若干散热翅405，散热翅405上固定设置有温度传感器408，温度传感器408与控制装置3电连接，如此设置通过散热翅405能够更好地实现换热装置4与物料的热量传递，温度传感器408能够对物料的温度进行监控。

具体的，在换热内管402的内壁和外壁上均涂装有隔热涂层404，换热外管401与散热翅405的材质均为铝合金，如此设置隔热涂层404能够避免换热内管402与换热外管401中不同温度的水温相互影响，铝合金能够提升热交换效率。

具体的，冷却盘管203中段埋设在反应池1下方土壤的恒温层中，因为一般在地表下40~80cm，平均厚度60cm，深度较容易达到，并且恒温层温度较恒定，能够防止管道因热胀冷缩而破损，所以此设置能够利用土壤恒温层对冷却盘管203以及流经冷却盘管203中的水流降温，节能环保。

一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统2的控制方法，包括以下步骤：

S1、利用温度传感器408对不同反应池1内的物料温度数据进行收集，并将收集到的温度数据传输到控制装置3内；

S2、通过控制装置3根据收集到的温度数据判断反应池1内物料是否达到最佳发酵温度，若是，则不启动循环，否则启动循环模式，直至达到最佳发酵温度后停止。

所述循环模式包括升温模式、降温模式和回收利用模式，当反应池1内物料温度低于最佳发酵温度时升温模式启动，当反应池1内物料温度高于最佳发酵温度时升温模式启动，当同时存在温度低于最佳发酵温度和高于最佳发酵温度的反应池1时回收利用模式启动。

本实施例的工作过程：在物料进行发酵作业前反应池1中板5上的换热装置4均处于收回状态，此时换热装置4的顶部与中板5顶部平齐，然后工作人员通过工具将混合好的物料均匀摊铺在中板5上进行发酵作业，接着工作人员通过控制装置3控制伸缩装置伸长，推动换热装置4上升，使换热装置4插入中板5上摊铺的物料中，当换热装置4插入物料之后散热翅405上安装的温度传感器408会对物料内部的温度进行检测，然后将检测到的信息传输回控制装置3，控制装置3接收到温度信息后会与预设好的发酵温度进行比较。

当反应池1中的物料温没达到发酵的最佳温度时启动升温模式，此时控制装置3会首先控制水箱7内的加热装置9对水箱7内的水进行加热，同时控制装置3会控制第二供水阀205和第二回水阀209关闭，使第一供水阀204和第一回水阀208开启，同时控制循环泵201开始工作，循环泵201工作后会将水箱7内被加热的水通过进水管202输送到换热外管401与换热内管402之间，由于换热内管402的底部与换热外管401固定且密封连接，而回水管206与换热内管402连接，因此随着水不断管流入换热外管401后液面会逐渐升高，由于换热内管402的内外表面均涂有隔热涂层404，并且换热外管401为导热效果较好的铝合金制作的，所以在液面逐渐升高的过程中水流的热量会不断传递到温度较低的换热外管401上，并通过换热外管401传递到物料中对物料进行升温，使物料能够快速达到发酵温度，而当液面升高到没过换热内管402顶部后会流入换热内管402，并通过与换热内管402连接的回水管206在流回水箱7内被再次加热，此时水流的流动循环路径如图2所示，随着水流的不断流动，可以持续对物料进行加热，直至温度传感器408检测到物料的温度达到适合发酵的温度后控制装置3控制循环泵201停止循环。

而随着物料发酵的不断进行，物料内部的温度会逐渐升高，当温度传感器408检测到反应池1内物料温度超过了发酵的最佳温度时启动降温模式，此时控制装置3会控制第一供水阀204关闭和第二回水阀209关闭，使第二供水阀205和第一回水阀208开启，然后循环泵201再次工作，将水箱7中的水泵入冷却盘管203中，由于冷却盘管203埋设在地下恒温层中，而恒温层的土壤的温度远低于物料发酵的最佳温度，因此当水流流过冷却盘管203时水流的热量会通过冷却盘管203传递到周围的土壤中，从而使冷却盘管203中水流的温度降低，当低温的水流出冷却盘管203后会流入换热外管401，而此时物料的温度较高，所以物料中的热量会通过散热翅405传递到换热外管401上，并通过换热外管401将热量转移到温度较低的水流中，而升温后的水流则会再次经过换热内管402与回水管206流回水箱7中，此时水流的循环路径如图3所示，随着水流的不断循环可以使物料内的温度逐渐降低，直至温度达到发酵的所需的最佳温度范围后循环泵201停止循环。

当温度传感器408检测到同时存在温度低于发酵最佳温度和温度高于发酵最佳温度的反应池1时此时启动回收利用模式，即其中一个反应池1发酵作业进行到一半时，而另一反应池1刚完成物料的摊铺，此时刚完成摊铺的反应池1内物料还未开始发酵，所以物料的温度较低，而已经进行发酵的反应池1内物料内部温度会过高，所以此时工作人员可以通过控制装置3将已经进行发酵的反应池1下方循环系统2上的第一供水阀204开启和第二回水阀209开启，将第二供水阀205和第一回水阀208关闭，并启动循环泵201，同时将为进行发酵的反应池1下方的循环系统2上的第一供水阀204、第二供水阀205和第二回水阀209均关闭，水流首先会流入已经进行发酵的反应池1内的换热组件中，再通过连接管207再流入未进行发酵的反应池1中的换热组件中，最后会流回水箱7中，此时水流的循环路径如图4所示，如此可以将发酵产生的多余热量转移到需要升温的物料中，实现了热量回收利用，可以有效降低能源的消耗，并且还能够提升发酵效率。

其中，中板5是通过若干支柱8撑起，处于反应池1中的中部，使换热装置4有足够空间可以下沉到中板5下方；控制装置3的核心单元为一体式PLC，具有人机交互功能，可以进行编程；而翻抛机6只需要在抛洒养分时运行即可，减少了设备的损耗，并且在翻抛之前升降装置407会带动换热装置4缩回中板5底部，防止翻抛机6与换热装置4发生撞击导致设备损坏。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：包括反应池(1)、循环系统(2)、控制装置(3)和若干换热装置(4)，所述循环系统(2)和若干所述换热装置(4)均安装在所述反应池(1)内，且若干所述换热装置(4)的输入端和输出端均与所述循环系统(2)相连通，所述换热装置(4)用于与所述反应池(1)内堆放的物料进行热量交换，所述循环系统(2)用于对若干所述换热装置(4)内的导热介质进行循环，所述控制装置(3)用于控制所述循环系统(2)内导热介质的流动；

所述反应池(1)内固定设置有中板(5)，若干所述换热装置(4)滑动贯穿安装在所述中板(5)上，在所述换热装置(4)下方设置有升降装置(407)，所述升降装置(407)的输出端与所述换热装置(4)相连，用于驱动所述换热装置(4)从所述中板(5)伸出或缩回，所述循环系统(2)位于所述中板(5)的下方，多个所述反应池(1)内的所述循环系统(2)还相互连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：所述循环系统(2)包括位于所述中板(5)下方的循环泵(201)，所述循环泵(201)的输入端固定连接有水箱(7)，所述水箱(7)内固定设置有加热装置(9)，所述循环泵(201)的输出端固定连接有进水管(202)和冷却盘管(203)，所述进水管(202)和所述冷却盘管(203)的自由端均与所述换热装置(4)的输入端相连，在所述进水管(202)上安装有第一供水阀(204)，所述冷却盘管(203)上安装有第二供水阀(205)，所述换热装置(4)的输出端设置有回水管(206)和连接管(207)，所述回水管(206)的自由端与所述水箱(7)相连，且在所述回水管(206)上安装有第一回水阀(208)，所述连接管(207)的自由端与相邻所述循环系统(2)上的所述换热装置(4)输入端相连通，且在所述连接管(207)上还安装有第二回水阀(209)，所述第一供水阀(204)、所述第二供水阀(205)、所述第一回水阀(208)、所述第二回水阀(209)、所述加热装置(9)和所述升降装置(407)均与所述控制装置(3)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：所述换热装置(4)包括固定安装在所述中板(5)上的密封座(406)，所述密封座(406)上滑动贯穿设置有换热外管(401)和换热内管(402)，所述换热内管(402)的底部与所述换热外管(401)底部固定连接，且顶部与所述换热外管(401)的顶部预留有空隙，所述进水管(202)和所述冷却盘管(203)与所述换热装置(4)上的所述换热外管(401)相连通，所述回水管(206)和所述连接管(207)与所述换热装置(4)上的所述换热内管(402)相连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：所述升降装置(407)为液压缸，所述液压缸完全伸长时将推动所述换热装置(4)插入所述中板(5)顶部的物料中，所述液压缸完全缩回时所述换热装置(4)的顶部与所述中板(5)平齐。

5.根据权利要求3所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：在所述换热外管(401)的外壁上，沿所述换热外管(401)固定设置有若干散热翅(405)，所述散热翅(405)上固定设置有温度传感器(408)，所述温度传感器(408)与所述控制装置(3)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：在所述换热内管(402)的内壁和外壁上均涂装有隔热涂层(404)，所述换热外管(401)与所述散热翅(405)的材质均为铝合金。

7.根据权利要求2所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统，其特征在于：所述冷却盘管(203)的中段埋设在所述反应池(1)下方土壤的恒温层中。

8.一种基于权利要求6所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用温度传感器(408)对不同反应池(1)内的物料温度数据进行收集，并将收集到的温度数据传输到控制装置(3)内；

S2、通过控制装置(3)根据收集到的温度数据判断反应池(1)内物料是否达到最佳发酵温度，若是，则不启动循环，否则启动循环模式，直至达到最佳发酵温度后停止。

9.根据权利要求8所述的一种用于有机肥发酵生产的温度循环系统的控制方法，其特征在于：所述循环模式包括升温模式、降温模式和回收利用模式，当反应池(1)内物料温度低于最佳发酵温度时升温模式启动，当反应池(1)内物料温度高于最佳发酵温度时升温模式启动，当同时存在温度低于最佳发酵温度和高于最佳发酵温度的反应池(1)时回收利用模式启动。

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