CN202030630U - 一种大型湿沼渣干燥装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及垃圾处理领域，具体地说是一种大型湿沼渣干燥装置，包括阳光房(1)、热管(2)、散热器1(3)、散热器2(4)、主加热器(5)和辅加热器(6)，其特征在于所述热管(2)两端分别设有热管放热装置(7)和热管吸热装置(8)，热管放热装置连接空气管道(9)接入所述阳光房(1)入口端，阳光房出口端连接空气管道(9)后连接所述热管吸热装置(8)，所述阳光房内设有散热器1(3)和散热器2(4)，所述主加热器(5)连接散热器1(3)，所述辅加热器(6)连接散热器2(4)，所述主加热器(5)和辅加热器(6)分别连接甲烷管道(10)，本实用新型使太阳辐射尽可能多地到达污泥表面，通过污泥吸附转化成热能。

Description

一种大型湿沼渣干燥装置

[技术领域]

本实用新型涉及垃圾处理领域，具体地说是一种大型湿沼渣干燥装置。

[背景技术]

目前，对于餐厨垃圾的处理较常见的是粉碎后进行微生物处理，但通过微生物进行污水处理的同时会产生大量的沼渣污泥，传统对污泥的热干化处理费用非常昂贵。利用太阳能对含固量20-30％的污泥进行热干化，则费用和能耗都很低。这一处理工艺的主要缺点是占用大量土地，我国普遍采用人工或简单机械在场地上晾晒污泥，工作效率低、操作人员工作环境无法保障。因此使用太阳能污泥干化装置处理污泥在我国刚刚兴起。

[发明内容]

本实用新型的目的是合理利用沼气发电的余热和太阳能资源，对餐厨垃圾进行沼气发酵后的沼渣进行堆肥干燥处理。

为了实现上述目的，本实用新型设计一种大型湿沼渣干燥装置，包括阳光房(1)、热管(2)、散热器1(3)、散热器2(4)、主加热器(5)和辅加热器(6)，其特征在于所述热管(2)两端分别设有热管放热装置(7)和热管吸热装置(8)，热管放热装置连接空气管道(9)接入所述阳光房(1)入口端，阳光房出口端连接空气管道(9)后连接所述热管吸热装置(8)，所述阳光房内设有散热器1(3)和散热器2(4)，所述主加热器(5)连接散热器1(3)，所述辅加热器(6)连接散热器2(4)，所述主加热器(5)和辅加热器(6)分别连接甲烷管道(10)。

所述阳光房进口与出口之间连接预换热器。

所述阳光房内设有风扇。

所述阳光房侧壁材料选用8mm厚度双层中空PC板。

所述阳光房地面选用厚度10cm厚度的泡沫玻璃。

所述阳光房顶角为10°。

本实用新型与现有技术相比，其优点在于：使用主、辅两套加热器，针对不同天气情况做出不同运行方案，使太阳辐射尽可能多地达污泥表面，通过污泥吸附转化成热能，同时使大量非饱和空气在污泥表面流动，带走污泥中的水分。

[附图说明]

图1为本实用新型的结构图；

参见图1，1为阳光房，2为热管，3为散热器1，4为散热器2，5为主加热器，6为辅加热器，7为热管放热装置，8为热管吸热装置，9为空气管道，10为甲烷管道，11为加热介质管道。

[具体实施方式]

以下结合附图，对本实用新型做进一步说明。

利用太阳能对污泥的热干化处理工艺十分简单：将污泥通过布料机均匀布置在温室中，同时将污泥进行翻动，干燥后的污泥是无臭的颗粒形状，既可以作为肥料使用，又可以作为生物燃料进行焚烧。太阳能干化处理污泥只需少量辅助电能而且操作费用也很低。

太阳能的作用是利用太阳辐射的能量，将污泥中的水分蒸发出来，主要是通过以下技术手段实现这一目的。

实施例

以北京的日照情况为例，北京的年平均太阳入射角为50°，对于阳光房选材：

选用PC(聚碳酸酯)，鉴于阳光板以下特性：透光性好，可与玻璃相妣美；抗撞击性好，撞击强度是普通玻璃的250-300倍；重量轻，比重仅为玻璃的一半；阻燃性好；可弯曲；节能性，PC板有更低于普通玻璃和其它塑料的热导率(K值)；耐候性：PC板可以在-40℃至120℃范围保持各项物理指标的稳定性；人工气候老化试验4000小时，黄变度为2，透光率降低值仅0.6％；防结露，室内相对湿度低于80％时，材料的内表面不结露。

参见图1，本实用新型包括阳光房(1)、热管(2)、散热器1(3)、散热器2(4)、主加热器(5)和辅加热器(6)，热管(2)两端分别设有热管放热装置(7)和热管吸热装置(8)，热管放热装置连接空气管道(9)接入所述阳光房(1)入口端，阳光房出口端连接空气管道(9)后连接所述热管吸热装置(8)，所述阳光房内设有散热器1(3)和散热器2(4)，所述主加热器(5)连接散热器1(3)，所述辅加热器(6)连接散热器2(4)，所述主加热器(5)和辅加热器(6)分别连接甲烷管道(10)。

阳光房进口与出口之间连接预换热器；阳光房内设有风扇；阳光房侧壁材料选用8mm厚度双层中空PC板；阳光房地面选用厚度10cm厚度的泡沫玻璃；阳光房顶角为10°。

将厌氧消化并经过机械脱水后的含固率30％左右的湿沼渣66.7吨在阳光房里停留一天，干燥到含固率为50％左右，阳光房内的温度维持在60℃。

阳光房出口的热湿空气先通过一个预换热器，将部分能量传给阳光房的进口冷干空气，以此来降低加热器的热负荷，其余热量通过加热器-散热器提供。

加热介质管道(11)连接主加热器和散热器1，辅加热器和散热器2，将加热器中的热量传递至阳光房。

阳光房干燥传质计算：

假设阳光房进口空气通过与换热器后，温度升到40℃。

以穿流带式干燥机为模型，取恒速干燥阶段

干燥速率：

或

其中G空气的质量流速[kg干气/m²·h]

Ga空气的质量流速[kg湿气/m²·h]

xw与空气湿球温度相对应的湿度[kg水/kg干气]

x1空气入口湿度[kg水/kg干气]

ρ_b颗粒堆密度kg/m³

h料层厚度m

ξ_L传递单元数

${\mathrm{\ξ}}_L=\frac{K_a}{G_a}h$

Ka容积传质速率[kg/m³·h]

当 $\mathrm{Re}=\frac{d_{p{G}_a}}{{\mathrm{\&mu;}}_a}<350$ 时

(K/G_a)＝2.516(Re)^-0.51

(α/G_ac_g)＝2.407(Re)^-0.51

当 $\mathrm{Re}=\frac{d_p{G}_a}{{\mathrm{\&mu;}}_a}>350$ 时

(K/G_a)＝1.393(Re)^-0.41

(α/G_ac_g)＝1.321(Re)^-0.41

式中K面积传质速率[kg/m²·h]

dp颗粒的直径m

如果颗粒为球形的，可得

$a=\frac{6(1-\mathrm{\&epsiv;})}{d_p}$

a单位体积内热风和物料之间的有效接触面积m²/m³

ε填充料层的空隙率

干燥速率校核计算：

物料堆密度：ρ_b＝985kg/m3

填充料层的空隙率：ε＝0.42

颗粒的直径dp＝0.012m

物料层厚度h＝0.07m

进风温度t1＝40

进风湿度x1＝0.0063kg水/kg干气

出风温度t2＝60

因为每天处理量66.7t(70％)湿物料进，40t(50％)干物料出，26.7t水蒸发，物料面积S＝66.7*1000/(ρ_b×h)＝770m²，As＝26.7×1000/24/770＝1.436[kg水/m²·h]通过迭代风速ua和尾气湿度x2来校核As与x2

设通过物料层的风速ua＝0.02m/s

尾气湿度x2＝0.0281kg水/kg干气

根据已知空气条件，得空气的平均状态为50℃、x＝0.0159kg水/kg干气，此时空气的湿球温度，tw＝28.6℃，xw＝0.0253kg水/kg干气

60℃时湿空气密度ρ_湿气＝1.02kg/m³，干空气密度ρ_干气＝1.06kg/m³

空气粘度取料层的空气平均温度和湿球温度的平均值45℃为定性温度，查得

μ_a＝19.5×10^-6Pa·s

G_(干气)＝u_a×3600×ρ_干气＝0.02×3600×1.06＝76..32kg/m²·h

$\mathrm{Re}=\frac{d_p{G}_a}{{\mathrm{\&mu;}}_a}=\frac{0.012*78/3600}{19.5*{10}^{-6}}=13.25<350$

(K/Ga)＝2.516×(Re)-0.51＝0.673

K＝78×0.673＝52.2kg/m²·h

$a=\frac{6(1-\mathrm{\&epsiv;})}{d_p}=\frac{6\&times;(1-0.42)}{0.012}=290m^2/m^3$

Ka＝K×a＝52.2×290＝15142.7kg/m³·h

${\mathrm{\&xi;}}_L=\frac{K_a}{G}h=\frac{15142.7}{78}*0.07=13.9$

迭代基本吻合。

风速ua＝0.02m/s，和尾气湿度x2＝0.0253kg/kg

风速可以通过室内安装风扇来实现，阳光房出口空气状态为60℃，20％。

阳光房热泵干燥工艺设计

湿物料处理量：

Gdw＝66670/24＝2777.9kg/h

干物料产量：

$G_{\mathrm{dc}}=G_{\mathrm{dw}}\frac{1-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{1-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{mout}}}=2777.9\&times;\frac{1-70\%}{1-50\%}=1666.7\mathrm{kg}/h$

水分蒸发量：

$W_{\mathrm{de}}=G_{\mathrm{dc}}\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\min }-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{mout}}}{1-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}=1666.67\&times;\frac{70\%-50\%}{1-70\%}=1111.11\mathrm{kg}/h$

空气参数确定

①设循环空气温度为ta＝15℃，相对湿度为ψa＝60％，查的相应饱和蒸汽压为1705.27Pa，设环境大气压为P＝101325Pa，

焓值为：

h_a＝(1.01+1.88H_a)t_a+2500H_a＝(1.01+1.88×0.0063)×15+2500×0.0063＝31.19kJ/kg绝干气

②设阳光房出口温度为taout＝60℃，相对湿度ψaout＝20％，查的相应饱和蒸汽压为19910Pa，设环境大气压为P＝101325Pa，污泥出泥温度等于湿球温度，计算的t′mout＝38.6℃

则

焓值：

h_aout＝(1.01+1.88H_aout)t_aout+2500H_aout＝(1.01+1.88×0.0254)×60+2500×0.0254＝127.08kJ/kg绝干气

③阳光房内需要绝干气的流量：

④预换热器计算

将阳光房出口的热湿空气与循环空气换热，来降低热泵蒸发器的热负荷。因为换的热量越多，蒸发器的热负荷就会越小，热泵压缩机的耗功量也就会越小，所以预换热器要尽可能多的换热。此时热湿空气中会有水冷凝出，假设冷凝水的温度与热湿空气出口温度相同t’w＝tH2。

换热器能量守恒有：QH＝QL

即Vam(hH1-hH2)-Vam(HH1-HH2)cwt’w＝Vam(1.01×1.88HL)(tL2-tL1)

其中hH1＝haout，HH1＝Haout，HL1＝HL2＝Ha，tL1＝ta，假设tH2，得到hH2和HH2，从而算出tL2，且tL2最大值不可以超过tH1＝60℃，我们取tL2接近40℃，换热器换热效率为0.9。

设tH2＝35.5，相对湿度ψH2＝100％，查的相应饱和蒸汽压psH2为5780kPa

H_H2＞Haout，所以H_H2＝Haout＝0.0254kg水/kg绝干气

h_H2＝(1.01+1.88H_H2)t_H2+2500H_H2＝(1.01+1.88×0.0254)×33+2500×0.0254＝101.16kJ/kg绝干气带入能量守恒式有：

58174.6×(127.08-101.16)×0.9＝58174.6×(1.01×1.88×0.0106)×(tL2-15)

tL2＝40℃

HL1＝HH2＝Ha＝0.0063kg水/kg绝干气

hL2＝(1.01+1.88×0.0063)×40+2500×0.0063＝56.65kJ/kg绝干气QH＝QL＝418.8kW

所以阳光房进口温度为td＝40，湿度Hd＝Ha＝0.0063kg水/kg绝干气

⑤计算阳光房所需额外热量：

阳光房内能量衡算：(白天)

Gdccmtmin+Wdecwtmin+Vamhd+Q太阳+Q热泵＝Gdccmt’mout+Vamhaout+Q散总

又污泥比热容估算式Cm＝[0.1151+0.008449ω×100]×4.18kJ/kg

则cm1＝4.18×(0.1551+0.008449×70)＝3.121kJ/kg

cm2＝4.18×(0.1551+0.008449×50)＝2.414kJ/kg

取cm＝(cm1+cm2)/2＝2.76kJ/kg

则上式为

1666.67×2.76×15+1111.1×4.18×15+58174.6×56.65+303.6*3600+Q热＝1666.67×2.76×36.1+58174.6×127.08+(10.4+4.4+11.7)*3600

Q热1＝3122040kJ＝867.2kW

(晚上)无太阳能

Q热2＝1170.9kW

甲烷燃烧量计算

设定阳光房所需要的额外热量全部由厌氧发酵产生的生物气来提供。回收能量中的热损失假定为10％，则需要甲烷提供的总热量为Q热1＝867.2×1.1＝954kW，Q热2＝1170.9×1.1＝1287.9kW。查得甲烷的燃烧热为882.58kJ/mol，则甲烷的需求量为

n1＝Q1×3600/882.56＝954×3600/882.56＝3891.1mol

V1＝3891.1×22.4/1000＝87.2m3/h(标况下)

n2＝Q2×3600/882.56＝1287.9×3600/882.56＝5253.4mol

V2＝5253.4×22.4/1000＝117.7m3/h(标况下)

按照理论计算，每克VS可以产生1.867L沼气。

有关资料显示，效率高的沼气发电机可以把沼气总能量的30％左右转化为电能，其余总能量的30％左右可以余热的形势回收。阳光房前的厌氧发酵工艺设计沼气经过预处理后直接进行发电，一方面满足本身系统的供电需要，有盈余可以向外提供。因为沼气发电机在沼气发电的过程中还有30％能量通过余热的方式加以回收。则可以回收的余热量为

Q＝30％×1058.3×1000/22.4×882.6/3600＝3474.9kW

此结果远大于阳光房所需要的能量(1100～1200kW)，所以回收沼气发电余热足以满足阳光房工艺。

Claims (6)

1.一种大型湿沼渣干燥装置，包括阳光房(1)、热管(2)、散热器1(3)、散热器2(4)、主加热器(5)和辅加热器(6)，其特征在于所述热管(2)两端分别设有热管放热装置(7)和热管吸热装置(8)，热管放热装置连接空气管道(9)接入所述阳光房(1)入口端，阳光房出口端连接空气管道(9)后连接所述热管吸热装置(8)，所述阳光房内设有散热器1(3)和散热器2(4)，所述主加热器(5)连接散热器1(3)，所述辅加热器(6)连接散热器2(4)，所述主加热器(5)和辅加热器(6)分别连接甲烷管道(10)。

2.如权利要求1所述的一种大型湿沼渣干燥装置，其特征在于所述阳光房进口与出口之间连接预换热器。

3.如权利要求1所述的一种大型湿沼渣干燥装置，其特征在于所述阳光房内设有风扇。

4.如权利要求1所述的一种大型湿沼渣干燥装置，其特征在于所述阳光房侧壁材料选用8mm厚度双层中空PC板。

5.如权利要求1所述的一种大型湿沼渣干燥装置，其特征在于所述阳光房地面选用厚度10cm厚度的泡沫玻璃。

6.如权利要求1所述的一种大型湿沼渣干燥装置，其特征在于所述阳光房顶角为10°。