CN205518937U - 一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置及反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置及反应器。包括：一中心轴；一用于轴向推送物料的输送螺旋，同心固定于该中心轴一侧且从轴端向轴中间位置呈渐缩式延伸；以及若干搅拌桨叶，与输送螺旋同轴固定于该中心轴另一侧。基于该搅拌装置，可将其设置于筒体内形成用于固体废弃物的反应器。本实用新型中搅拌桨叶的布设标准为：在旋转过程中不产生沿中心轴轴向的推送力。由此，可在反应器内形成分层发酵体系。该体系能够大大降低新旧物料的混合率，有效控制固体物料在反应器中的停留时间，提高输出物料的降解效率，提升最终产品质量。

Description

一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置及反应器

技术领域

本实用新型属于固体废弃物处理领域，尤其是涉及一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置及反应器。

背景技术

改革开放以来，我国工业化、城镇化快速发展，生产生活固废产生量长期位居世界第一，科学系统的废物管理与安全处置体系尚未形成，累计堆存量超过了200亿吨。特别是当前经济发展进入新常态，固废产生数量激增。如工业固废年产生量超过30亿吨，综合利用率约60%，每年新增10亿吨重污染固废未得到有效处置；城镇固废年产生量超过20亿吨，资源化利用率不到50%，许多城市垃圾已无处可填埋。加快废物资源化可有效降低废物堆存引发的环境污染问题，并将显著降低对原生矿产资源开发的需求，对实现节能减排目标贡献巨大。

垃圾的处理方法很多：堆肥、填埋、焚烧、流化床制燃气、垃圾燃料、垃圾投海、垃圾养殖蚯蚓、垃圾做筑路材料、垃圾制砖、垃圾制石油、纤维糖化 技术、废纤维饲料化技术、垃圾炼钢、垃圾产沼技术等，其中最为常用的处理方式有堆肥、填埋、焚烧。堆肥是在控制垃圾的含水率、温度、通风量、碳氮比等工艺条件下，利用微生物对垃圾中的有机物进行降解，使其成为具有良好稳定性的有机肥料。堆肥可实现垃圾的资源化回收利用，因此是一种具有长远发展前景的垃圾处理方式。

目前，已经研发了一些生物质固体废弃物资源化减量化技术与装备，但存在前期物料与后期物料混合严重，停留时间不可控，出口产品质量差等问题，严重制约其市场化前景。

如公开号为CN99223087.X的专利公开了一种由破碎机构、搅拌机构和筒体组成，其中破碎机构和搅拌机构共用一个主轴，一同安装于带有加热件的筒体内。该装置虽然能够实现堆肥功能，但在实际使用过程中，由于新旧物料都一并堆于反应腔内，因此无法实现层递式发酵，只能用于间断式的发酵。

再如公开号为CN201220237876.4的专利公开了一种封闭式污泥干化制肥机，它的电机、减速器、搅拌机依次相连并安装在封闭壳体内的机架上，搅拌机为双轴搅拌机。尽管该装置能够实现物料的连续推进，但由于双轴搅拌机的使用，新进的物料会被迅速与旧物料混合，再在充分发酵之前即被排出制肥机，由此大大降低了出料的发酵程度。

固体废弃物原位发酵存在的核心难题为物料停留时间长，物料腐熟不均匀，导致此问题产生的主要原因为不同停留时间的物料混合过大，特别是在动态反应器中，发生生物反应时，物料之间轴向混合率较高，导致无法准确控制物料的停留时间。因此，迫切需求开发一种可实现固体废弃物独立可控的层递式生物发酵反应器，有效解决生物质废弃物高效安全资源化利用技术难题。

发明内容

为了克服背景技术中技术或设备的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置及反应器，具有实现固体废弃物大幅度减量资源化利用，物料停留时间长且可控，获得高品质产品等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，包括：一中心轴；一用于轴向推送物料的输送螺旋，同心固定于该中心轴一侧且从轴端向轴中间位置呈渐缩式延伸；以及若干搅拌桨叶，与输送螺旋同轴固定于该中心轴另一侧。搅拌装置固定于反应器内，通过输送螺旋将进入反应器的物料沿渐缩方向进行推送，到达搅拌桨叶所在区域。搅拌桨叶通过对物料进行搅拌，使其充分混匀并发酵。最终将发酵完成的物料输出至反应器外，实现连续处理。

作为优选，所述的中心轴为空心轴。空心轴可大大减轻搅拌装置的重量。

作为优选，所述的若干搅拌桨叶的布设标准为：在旋转过程中不产生沿中心轴轴向的推送力。进料过程中，若停止进料，则输送螺旋将不会对反应器内的物料堆体产生推送力，而被推送至搅拌桨叶仅收到搅拌桨叶的圆周向搅动，但不会进一步被向外推送。因此，同一批次进入的物料都会集中于某一固定区域内，而不会与其他批次的物料混合。当前一批次进入的物料被发酵至一定程度时，可进一步向输送螺旋中添加物料，利用新的物料将已发酵的物料向外推送，在反应器内形成分层发酵体系。该体系能够大大降低新旧物料的混合率，有效控制固体物料在反应器中的停留时间，提高输出物料的降解效率，提升最终产品质量。

而为了增加搅拌桨叶的提高桨叶搅拌刚性，提高抗扰强度刚度，作为进一步的优选，所述的搅拌桨叶横截面呈菱形，且菱形长轴与中心轴轴向平行。搅拌时，搅拌桨叶以最大面接触物料，充分搅动桨叶周边的物料，使其发酵均匀。

作为搅拌桨叶的一种优选实现方式，所述的若干搅拌桨叶布设于中心轴的不同径向平面上，且每个平面上的搅拌桨叶形成的桨型均为平直叶开启涡轮式。该形式分布的桨叶使填料呈径向流动，几乎不会有轴向流，因此尽量的减少了新旧物料间的轴向混合。

而作为上述实现方式的进一步优选，不同径向平面上的搅拌桨叶数量相等且沿中心轴轴线方向投影重合。即不同径向平面上的搅拌桨叶的设置于中心轴上的姿态相同，桨叶之间没有错位。存在错位的桨叶也会导致物料被非连续的跳跃式推进，增加物料的轴向混合率。

而作为上述实现方式的另一种进一步优选，所述的不同径向平面之间等距。这使物料能以相对稳定的速率进料，各段的反应较为均匀，便于控制。

本实用新型的另一目的在于基于上述搅拌装置，提供一种可实现固体废弃物层递式发酵的反应器。反应器包括筒体和前述任一优选方式下的搅拌装置，中心轴同心设置于筒体中，筒体靠近输送螺旋一侧设进料口，靠近搅拌桨叶一侧设有出料口。该反应器能够通过特殊结构的搅拌装置实现形成分层发酵体系，提高出口产品质量。

作为该反应器的一种优选，所述的筒体两侧由可拆卸式的封盖进行密封。封盖的使用可便于反应器的安装、清理和检修。

作为该反应器的另一种优选，所述的中心轴两端通过支撑件进行支撑，中心轴一侧与驱动装置相连实现旋转。中心轴为间歇性旋转，转速为3~7 r/min。

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型涉及的反应器中的转子是反应器中的核心组件，除了搅拌能力强，换热能力强等优点外，最显著的优点是在渐缩式螺旋和搅拌桨叶，以及新鲜物料的共同作用下，可实现反应器中物料层递式前进，不同时段物料混合较少，有效控制固体物料在反应器中的停留时间，提高物料的降解效率，提升最终产品质量。

附图说明

图1是一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置的结构示意图；

图2是一种可实现固体废弃物层递式发酵的反应器的示意图。

图中：1、进料口，2、出料口，4、封盖，5、筒体，6、支撑件，7、搅拌桨叶，8、输送螺旋，9、搅拌桨叶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。需要说明的是，本实用新型中提到的技术特征在没有相互冲突的前提下均可进行自由组合，不对本实用新型构成限制。

如图1所示，一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，包括：一中心轴8；一用于轴向推送物料的输送螺旋7，同心固定于该中心轴8一侧，以中心轴为轴线对称分布。输送螺旋7从轴端向轴中间位置呈渐缩式延伸。输送螺旋7靠近进料端一侧直径大，而靠近搅拌桨叶9一侧的直径小。中心轴8另一侧环绕轴体固定有若干搅拌桨叶9，搅拌桨叶9与输送螺旋7同轴。使用时，该中心轴8固定于反应器内，物料由输送螺旋7推送至搅拌桨叶9所在处。搅拌桨叶9通过对物料进行搅拌，使其充分混匀并发酵。最终将发酵完成的物料输出至反应器外，实现连续处理。本实施方式中，为了减小搅拌装置的重量，中心轴8采用空心轴。

传统的反应器在使用过程中，最大的问题在于新旧物料混合率过高，尽管反应器内部分物料的发酵腐熟程度很高，但是由于搅拌过程中将新物料与该部分物料混合在一起，因此在输出产品无不可避免地同时输出了一部分尚未完成发酵过程的物料。因此，为了解决该技术问题，搅拌桨叶9的布设标准为：在旋转过程中不产生沿中心轴8轴向的推送力。搅拌桨叶9仅用于圆周向对物料进行搅拌，新的物料不会被推送至旧物料所在区域，反应器内形成分层发酵体系。该体系能够大大降低新旧物料的混合率，有效控制固体物料在反应器中的停留时间，提高输出物料的降解效率，提升最终产品质量。

而在此过程中，考虑到充分搅拌的需求，搅拌桨叶9横截面设置为呈菱形状，且菱形长轴与中心轴8轴向平行。且菱形桨叶的使用也能大大增加其刚度和稳定性，减少桨叶断裂的风险。

上述条件的搅拌桨叶有多种布局方式，本实施方式中采用了下述方式：搅拌桨叶9布设于中心轴8的不同径向平面上，且每个平面上的搅拌桨叶9形成的桨型均为平直叶开启涡轮式。具体来说，即所以搅拌桨叶分成若干组，每组均分布在一个与中心轴8轴线垂直的平面上。桨叶均采用平直叶，且绕轴呈环形阵列的开启涡轮式分布。搅拌桨叶与中心轴夹角为90°，保证物料在搅拌装置后端使填料呈径向流动，几乎不会有轴向流，大幅度降低轴向混合比例，保证不同发酵时间物料腐熟度。

尽管平直叶开启涡轮式的桨叶分布能大大减少轴向混合，但在实际测试过程中，不同平面上桨叶的数量不同或设置角度不同仍然会引起跳跃式的轴向推动效应。因此，本实施方式中，不同径向平面上的搅拌桨叶9数量相等且沿中心轴8轴线方向投影重合。即不同径向平面上某一角度的搅拌桨叶9均处于中心轴8的一个轴向平面上，其余角度的桨叶也均相同设计。由此，在搅拌过程中，反应器内不同径向平面上的物料均在搅拌桨叶9的驱动下，呈相同的运移规律运动，轴向位移被降至最低。

搅拌桨叶设置的不同径向平面之间距离可根据实际需求进行调整，本实施例中，为了便于操作人员的调控，不同径向平面之间等距。

而基于上述搅拌装置，将其安装于筒体5中，便形成了一种可实现固体废弃物层递式发酵的反应器。如图2所示，搅拌装置的中心轴8沿筒体5的轴线设置，筒体5靠近输送螺旋7一侧设进料口1，靠近搅拌桨叶9一侧设有出料口2。输送螺旋7和搅拌桨叶9轴向长度比1/5~1/8。进料口1落下的物料通过输送螺旋7进行输送。筒体5两侧由可拆卸式的封盖4进行密封。中心轴8两端通过支撑件6进行支撑。本实施方式中，支撑件6采用轴承。中心轴8一侧伸出筒体的封盖4外侧并与减速电机相连实现旋转。中心轴8为间歇性旋转，转速为3~7 r/min。

本实用新型反应器的工作原理和过程如下：

收集到的固体废弃物通过进料口1进入反应器，物料由输送螺旋7推送至搅拌桨叶9所在处。在搅拌桨叶9所在区域通过控温、控制通风量，进行原位发酵，发酵过程中通过搅拌桨叶9的间歇式作用，实现物料在圆周方向的强力搅拌，但轴向混合效果较弱，从而实现层递式发酵，有效控制发酵物料的停留时间。

固体废弃物原位发酵存在的核心难题为物料停留时间长，物料腐熟不均匀，导致此问题产生的主要原因为不同停留时间的物料混合过大，特别是在动态反应器中，发生生物反应时，物料之间轴向混合率较高，导致无法准确控制物料的停留时间。目前，市场上已有的双轴式反应器通常在反应器内部设置两条并排的搅拌轴。为了形成对比，将本实用新型的单轴式反应器与双轴式反应器，通过运用EDEM离散元建模对其轴向混合率进行了计算模拟。模拟过程中不同形状的颗粒代表不同批次的物料，其结果显示了经过搅拌轴推送后的物料混合状态。通过模拟发现，双轴式反应器在实现物料平推流的同时，轴向混合率达到42%以上；而单轴式反应器通过模拟发现，轴向混合率仅为17%，明显优于双轴式反应器。有效实现反应器中物料的层递式发酵尤为适合分层发酵，不同时段物料混合比率小，同时保证同一时段充分混合，与介质、微生物充分接触，精确控制各段物料的停留时间，提高发酵效能，保证产品质量。相较于双轴式反应器，单轴式反应器获得产品腐熟度（种子发芽率）是双轴式反应器的两倍以上，可达到50%以上。

本实用新型的附图及具体实施方式均仅用于本领域技术人员更好地理解实用新型的实质，不对实用新型保护范围构成限制。任何属于本实用新型精神之内的技术方案均属于保护范围。

Claims (10)

1.一种可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，包括：

一中心轴(8)；

一用于轴向推送物料的输送螺旋(7)，同心固定于该中心轴(8)一侧且从轴端向轴中间位置呈渐缩式延伸；以及

若干搅拌桨叶(9)，与输送螺旋(7)同轴固定于该中心轴(8)另一侧。

2.如权利要求1所述的可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，所述的中心轴(8)为空心轴。

3.如权利要求1所述的可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，所述的若干搅拌桨叶(9)的布设标准为：在旋转过程中不产生沿中心轴(8)轴向的推送力。

4.如权利要求3所述的可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，所述的搅拌桨叶(9)横截面呈菱形，且菱形长轴与中心轴(8)轴向平行。

5.如权利要求3所述的可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，所述的若干搅拌桨叶(9)布设于中心轴(8)的不同径向平面上，且每个平面上的搅拌桨叶(9)形成的桨型均为平直叶开启涡轮式。

6.如权利要求5所述的可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，不同径向平面上的搅拌桨叶(9)数量相等且沿中心轴(8)轴线方向投影重合。

7.如权利要求5所述的可实现固体废弃物层递式发酵的搅拌装置，其特征在于，所述的不同径向平面之间等距。

8.一种可实现固体废弃物层递式发酵的反应器，其特征在于：包括筒体(5)和权利要求1～7中任一所述的搅拌装置，中心轴(8)同心设置于筒体(5)中，筒体(5)靠近输送螺旋(7)一侧设进料口(1)，靠近搅拌桨叶(9)一侧设有出料口(2)。

9.如权利要求8所述的可实现固体废弃物层递式发酵的反应器，其特征在于：所述的筒体(5)两侧由可拆卸式的封盖(4)进行密封。

10.如权利要求8所述的可实现固体废弃物层递式发酵的反应器，其特征在于：所述的中心轴(8)两端通过支撑件(6)进行支撑，中心轴(8)一侧与驱动装置相连实现旋转；中心轴(8)为间歇性旋转，转速为3～7r/min。