CN109970475A - 一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器 - Google Patents

一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其包括：发酵滚筒、曝气***、尾气回收***、尾气利用***、动力***和监控***；发酵滚筒安装在底座上，其进料端和出料端分别与原料预处理***和后续处理装置相连；曝气***的排气端通过发酵滚筒的进料端与发酵滚筒内部连通；尾气回收***通过发酵滚筒的出料端与发酵滚筒内部连通；尾气利用***用于对发酵滚筒内的尾气进行回收利用；动力***安装在发酵滚筒中部下方的底座上，用于为发酵滚筒运转提供动力；监控***通过通信网络与发酵滚筒、尾气回收***、尾气利用***、曝气***和动力***连接。本发明可以广泛应用于堆肥领域。

Description

一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器
技术领域
本发明涉及一种堆肥反应器，具体涉及一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器。
背景技术
堆肥技术是实现畜禽粪便无害化处理和资源化利用的重要手段之一，符合农业绿色生产发展方向，是实现农业种养循环的重要举措。现有的畜禽粪便堆肥技术主要有条垛式、槽式以及反应器式三种，其中反应器式堆肥装置具有操作方便、处理效率高、占地面积小、适应范围广等优点，得到越来越广泛的应用。而反应器式堆肥装置中，滚筒式堆肥反应器具有堆肥过程连续、搅拌均匀、运行能耗低、处理效率高等优点，受到越来越广泛的应用。
畜禽粪便堆肥过程中会产生大量的含有硫化氢、氨气、甲硫醇、乙硫醇、甲基氨等恶臭物质的尾气，不仅给人们嗅觉器官带来不适，还危害人们的健康和生命。现有的堆肥反应器尾气净化装置多采用分体式结构，即在堆肥反应器末端或前端引出一根管道，将反应器内的臭气排出，输送到专门的除臭装置进行除臭。存在建设运行成本高、占地面积大等缺陷，同时难以实现堆肥尾气中热量及氮素回收利用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，能够实现堆肥尾气余热回收利用和氮素等营养物质回收。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其包括：发酵滚筒、曝气***、尾气回收***、尾气利用***、动力***和监控***；所述发酵滚筒安装在底座上，所述发酵滚筒的进料端与原料预处理***相连，出料端与后续处理装置相连；所述曝气***安装在所述发酵滚筒进料端下方的所述底座上，且所述曝气***的排气端通过所述发酵滚筒的进料端与所述发酵滚筒内部连通；所述尾气回收***安装在所述发酵滚筒出料端下方的所述底座上，且所述尾气回收***通过所述发酵滚筒的出料端与所述发酵滚筒内部连通；所述尾气利用***安装在所述发酵滚筒内部，用于对所述发酵滚筒内的尾气进行回收利用；所述动力***安装在所述发酵滚筒中部下方的底座上，用于为所述发酵滚筒运转提供动力；所述监控***通过通信网络与所述发酵滚筒、尾气回收***、尾气利用***、曝气***和动力***连接。
进一步的，所述发酵滚筒包括内筒壁、外筒壁、滚筒外壳、进料端盖和出料端盖；所述滚筒外壳套设在所述外筒壁外侧，所述滚筒外壳通过所述动力***可转动地设置在所述底座上，所述滚筒外壳外表面覆盖有外保温层；所述内筒壁通过均匀分布在所述外筒壁内侧的支撑板同轴插设在所述外筒壁内部，且所述内筒壁的外表面与所述外筒壁内表面之间形成筒壁隔层；所述筒壁隔层分为前筒壁隔层和后筒壁隔层；所述前筒壁隔层内填充有保温材料，所述保温材料的后侧面、后筒壁隔层以及所述出料端盖内壁之间形成密闭的尾气利用腔体；所述进料端盖和出料端盖分别密封安装在所述内筒壁和外筒壁的前后两端，且所述进料端盖和出料端盖通过支架固定设置在所述底座上，不随所述内筒壁和外筒壁的转动而转动；所述进料端盖作为所述发酵滚筒的进料端，其上设置有用于与原料预处理***相连的进料口和用于与所述曝气***相连的排气口；所述出料端盖作为所述发酵滚筒的出料端，其上设置有用于与所述尾气回收***相连的尾气出气口、尾气送风口以及用于与所述后续处理装置相连的出料口。
进一步的，所述发酵滚筒在所述底座上倾斜设置，倾角范围为0.5-5°。
进一步的，所述进料端盖和出料端盖与所述内筒壁和外筒壁两端通过迷宫密封的形式连接，所述迷宫密封的材料分别选用第一密封填料和第二密封填料，且所述第二密封填料需满足70℃以上温度环境下的使用需求。
进一步的，所述内筒壁内表面安装有升举式平行抄板；所述内筒壁上开设有排液槽。
进一步的，所述尾气回收***包括尾气集风管、尾气导气管、尾气送风管和尾气鼓风机；所述尾气集风管固定安装在所述出料端盖上，且恒位于物料上方；所述尾气集风管一端悬空，另一端与插设在所述出料端盖上尾气出气口内的所述尾气导气管相连，所述尾气导气管另一端与所述尾气鼓风机的进风口相连；所述尾气送风管一端通过设置在所述出料端盖上的尾气送风口与所述后筒壁隔层相连通，另一端与所述尾气鼓风机的出风口端相连；所述尾气鼓风机将所述发酵滚筒内的尾气抽出后经由所述尾气送风管进入所述尾气利用***，经所述尾气利用***后重新通入堆体内。
进一步的，所述尾气利用***包括若干翅板、尾气通风管和尾气曝气管；各所述翅板螺旋交错固定安装在位于所述后筒壁隔层的内筒壁外表面；所述尾气曝气管通过若干支撑柱固定安装在所述发酵滚筒内筒壁的内表面，并随发酵滚筒的转动而转动；所述尾气曝气管的侧壁通过若干贯穿所述内筒壁的尾气通风管与所述后筒壁隔层连通。
进一步的，所述尾气利用***还包括设置在所述尾气利用腔体内的除臭介质、一个以上温度传感器和pH传感器；各所述温度传感器固定安装在所述尾气利用腔体内，各所述温度传感器的探头顶端***所述除臭介质内，实时监测所述除臭介质的温度，并发送到所述监控***；所述pH传感器固定安装在所述尾气利用腔体内，实时监测所述除臭介质的酸碱度，并发送到所述监控***；所述尾气利用腔体上设置有除臭进料口和除臭出料口，用于所述除臭介质的快速加入和取出。
进一步的，所述曝气***包括曝气管、鼓风机、送风管和旋转接头；所述鼓风机与所述送风管一端相连；所述送风管另一端通过设置在所述进料端盖上的排气口以及所述旋转接头与固定设置在所述内筒壁内表面的所述曝气管相连；所述曝气管上开设有曝气孔；位于所述内筒壁后段的所述曝气管通过所述内筒壁上设置的连接管与所述后筒壁隔层连通。
进一步的，所述动力***包括电动机、齿轮箱、转轴和两托轮；所述电动机通过所述齿轮箱带动所述转轴转动，所述转轴插设在两所述托轮之间，用于带动两所述托轮转动，进而带动与所述拖轮相连的所述发酵滚筒转动。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明实现堆肥尾气中的热量回收，通过将尾气导入尾气回收***，实现对尾气中的热量收集，收集后的热量用于加热滚筒反应器进料端物料，实现物料预热，提升堆肥升温速率，促进微生物繁殖，缩短发酵周期，进而提升堆肥效率。2、本发明实现堆肥和尾气净化同步，通过将尾气导入固定在滚筒上的尾气净化装置，实现堆肥和尾气净化同步，避免堆肥尾气污染环境。3、本发明实现余热回收、尾气净化和堆肥一体化设计，将尾气回收***和尾气利用***集成安装在发酵滚筒上，减少单独配置各个功能模块带来的投资成本和占地面积增加问题。
附图说明
图1是本发明带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器的结构示意图；
图2是图1中B处的剖面图；
图3是图1中A处的局部放大图；
图中各标记如下：1、进料口；2、排气口；3、前筒壁隔层；4、外保温；5、内筒壁；6、外筒壁；7、滚筒外壳；8、后筒壁隔层；9、翅板；10、尾气集风管；11、出料端盖；12、尾气送风管；13、尾气鼓风机；14、尾气导气管；15、集料斗；16、电动机；17、支撑板；18、齿轮箱；19、抄板；20、尾气通风管；21、底座；22、转轴；23、托轮；24、曝气管；25、支撑柱；26、尾气曝气管；27、进料端盖；28、鼓风机；29、送风管；30、第一密封填料；31、第二密封填料；32、出料口；33、旋转接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～图3所示，本发明提供的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，包括发酵滚筒、曝气***、尾气回收***、尾气利用***、动力***和监控***。其中，发酵滚筒安装在底座21上，发酵滚筒的进料端与现有原料预处理***相连，出料端与现有后续处理装置相连；曝气***安装在发酵滚筒进料端下部的底座上，曝气***的排气端通过发酵滚筒的进料端与发酵滚筒内部连通；尾气回收***安装在发酵滚筒出料端下部的底座上，尾气回收***通过发酵滚筒的出料端与发酵滚筒内部连通；尾气利用***安装在发酵滚筒内部，用于对发酵滚筒内的尾气进行回收利用；动力***安装在发酵滚筒中部下方的底座上，用于为发酵滚筒运转提供动力；监控***通过通信网络与发酵滚筒、尾气回收***、尾气利用***、曝气***和动力***相连，对各***进行监测和控制。
进一步的，发酵滚筒包括内筒壁5、外筒壁6、滚筒外壳7、进料端盖27和出料端盖11。其中，滚筒外壳7套设在外筒壁6外侧，滚筒外壳7与动力***机械连接，滚筒外壳7外表面上覆盖有用于减少发酵过程中的热量损失，维持高温发酵的外保温层4，且外保温层4上预留有用于与动力***机械连接的间隙。内筒壁5通过均匀分布在外筒壁6内壁的支撑板17同轴插设在外筒壁6内部，内筒壁5的外表面与外筒壁6内表面之间形成筒壁隔层，该筒壁隔层分为前筒壁隔层3和后筒壁隔层8，前筒壁隔层3内填充有用于保证发酵滚筒前段的保温需求并阻断后筒壁隔层8尾气扩散的保温材料，保温材料后侧面、后筒壁隔层8以及出料端盖11内壁之间形成相对密闭的尾气利用腔体，用于进行尾气的输送以及热量的回收利用。进料端盖27和出料端盖11分别密封安装在内筒壁5和外筒壁6的前后两端，且进料端盖27和出料端盖11通过支架固定设置在底座21上，不随内筒壁5和外筒壁6的转动而转动。进料端盖27上设置有用于与原料预处理***相连的进料口1、用于与尾气净化处理装置相连的排气口2以及用于与曝气***相连的曝气口。出料端盖11上设置有用于与尾气回收***相连的尾气出气口、尾气送风口以及用于与后续处理装置相连的出料口32，且该出料口32仅在出料时开启。
进一步的，发酵滚筒在底座21上倾斜设置，发酵滚筒的倾角(即发酵滚筒与水平线的夹角)范围为0.5-5°。倾角越大，物料轴向移动速度越大，同时过大的倾角会导致滚筒的支撑结构受力不均匀且不利于回转运动的实现，且会使尾端物料会受到的挤压力随倾角的增大而增大，具体取值可通过具体的设备尺寸以及物料填充系数来选定。
进一步的，前筒壁隔层3和后筒壁隔层8的长度根据发酵滚筒内降温期物料含量确定，降温期物料占总物料的比重即后筒壁隔层占滚筒长度的比重，其余为前筒壁。
进一步的，如图2所示，进料端盖27和出料端盖11与内筒壁5和外筒壁6两端通过迷宫密封的形式连接，以保证整体设备的密封性以及自身运动的独立性。其中，迷宫密封分别选用第一密封填料30和第二密封填料31，第二密封填料31需满足70℃以上温度环境下的使用需求，例如第一密封填料和第二密封填料可以选用聚四氟乙烯。
进一步的，发酵滚筒内筒壁5内表面安装有升举式平行抄板19，用于滚筒回转时带动物料上扬，实现物料翻抛和前移；发酵滚筒内筒壁5上开设有排液槽(图中未示出)，用于收集发酵过程中产生的渗滤液。
进一步的，滚筒外壳7采用耐腐蚀材料制成。
进一步的，尾气回收***包括尾气集风管10、尾气导气管14、尾气送风管12和尾气鼓风机13。其中，尾气集风管10固定安装在出料端盖11上，且恒位于物料上方；尾气集风管10一端悬空，另一端通过旋转接头33与插设在出料端盖11上尾气出气口内的尾气导气管14相连，尾气导气管14另一端与尾气鼓风机13的进风口相连；尾气送风管12一端通过设置在出料端盖11上的尾气送风口与后筒壁隔层8相连通，另一端与尾气鼓风机13的出风口端相连；尾气鼓风机13将发酵滚筒内的尾气抽出后经由尾气送风管12经过尾气利用***后重新通入堆体内。
进一步的，尾气利用***包括若干翅板9、尾气通风管20和尾气曝气管26。其中，各翅板9螺旋交错固定安装在位于后筒壁隔层8的内筒壁5外表面，用于收集尾气热量实现对发酵滚筒后段的保温及加热；尾气曝气管26通过若干支撑柱25固定安装在发酵滚筒内筒壁5的内表面，并随发酵滚筒的转动而转动；尾气曝气管26的侧壁通过若干贯穿内筒壁5的尾气通风管20与后筒壁隔层8连通。
进一步的，翅板9采用换热性能良好的耐腐蚀金属片制成。
进一步的，尾气利用***还包括设置在尾气利用腔体内的除臭介质、一个以上温度传感器和pH传感器。其中，各温度传感器固定安装在尾气利用腔体内，温度传感器的探头顶端***除臭介质内，能够实时监测除臭介质温度，并发送到监控***；pH传感器固定安装在尾气利用腔体内，能够实时监测除臭介质的酸碱度，并发送到监控***；尾气利用腔体为耐腐蚀材料制成的环状封闭腔体，腔体上设置有除臭进料口和除臭出料口，能够实现除臭介质的快速加入和取出。
进一步的，除臭介质包括除臭微生物、微生物载体等，其中，除臭微生物对氨气、硫化氢臭气具有较好的脱除性能，微生物载体能够为除臭微生物生长和繁殖提供良好的环境，如生物炭等。
进一步地，曝气***包括曝气管24、鼓风机28、送风管29和旋转接头33。其中，鼓风机28与送风管29一端相连，送风管29另一端通过设置在进料端盖27上的曝气口以及旋转接头33与固定设置在内筒壁5内表面的曝气管24相连，且曝气管24上开设有曝气孔；位于发酵滚筒内筒壁5后段的曝气管24通过内筒壁5上设置的连接管与后筒壁隔层8连通。作为优选，鼓风机28采用高压风机，用于将环境中的空气加压后输送到发酵滚筒内。
进一步的，动力***包括电动机16、齿轮箱18、转轴22和两托轮23。其中，电动机16通过齿轮箱18带动转轴22转动，转轴22插设在两托轮23之间，转轴22带动两托轮23转动，进而带动与拖轮23相连的发酵滚筒转动。其中，电动机16优选变频电机，能够带动滚筒沿一个方向，并按堆肥设计转速运转。
进一步的，出料口下端还设置有集料斗15。
本发明的工作原理为：工作时，经预处理后的畜禽粪便等堆肥原料通过发酵滚筒进料口1进入发酵滚筒内部腔体，滚筒在动力***驱动下缓慢转动，物料在抄板19作用下向出料口32移动；在此过程中，曝气***启动，根据堆肥过程对空气的需求，将定量空气鼓入滚筒内部腔体，产生的高温尾气通过尾气出气口收集，经管路输送至尾气回收***螺旋通道，高温尾气在通过螺旋状通道过程中与四周的翅板9换热，实现冷却和热量收集，收集的热量用于加热滚筒进料端物料，冷却后的气体进入尾气利用***，在除臭微生物和载体的综合作用下，脱除尾气中的氨气、硫化氢等恶臭物质，净化后的空气通过末端排出，监控***能够实时监测温度、pH、气体流量和压力参数，并根据参数实时调控各阀门和气泵开闭，保证畜禽粪便等原料处于最佳堆肥状态。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于其包括：发酵滚筒、曝气***、尾气回收***、尾气利用***、动力***和监控***；
所述发酵滚筒安装在底座上，所述发酵滚筒的进料端与原料预处理***相连，出料端与后续处理装置相连；
所述曝气***安装在所述发酵滚筒进料端下方的所述底座上，且所述曝气***的排气端通过所述发酵滚筒的进料端与所述发酵滚筒内部连通；
所述尾气回收***安装在所述发酵滚筒出料端下方的所述底座上，且所述尾气回收***通过所述发酵滚筒的出料端与所述发酵滚筒内部连通；
所述尾气利用***安装在所述发酵滚筒内部，用于对所述发酵滚筒内的尾气进行回收利用；
所述动力***安装在所述发酵滚筒中部下方的底座上，用于为所述发酵滚筒运转提供动力；
所述监控***通过通信网络与所述发酵滚筒、尾气回收***、尾气利用***、曝气***和动力***连接。
2.如权利要求1所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述发酵滚筒包括内筒壁、外筒壁、滚筒外壳、进料端盖和出料端盖；
所述滚筒外壳套设在所述外筒壁外侧，所述滚筒外壳通过所述动力***可转动地设置在所述底座上，所述滚筒外壳外表面覆盖有外保温层；
所述内筒壁通过均匀分布在所述外筒壁内侧的支撑板同轴插设在所述外筒壁内部，且所述内筒壁的外表面与所述外筒壁内表面之间形成筒壁隔层；所述筒壁隔层分为前筒壁隔层和后筒壁隔层；所述前筒壁隔层内填充有保温材料，所述保温材料的后侧面、后筒壁隔层以及所述出料端盖内壁之间形成密闭的尾气利用腔体；
所述进料端盖和出料端盖分别密封安装在所述内筒壁和外筒壁的前后两端，且所述进料端盖和出料端盖通过支架固定设置在所述底座上，不随所述内筒壁和外筒壁的转动而转动；
所述进料端盖作为所述发酵滚筒的进料端，其上设置有用于与原料预处理***相连的进料口和用于与所述曝气***相连的曝气口；
所述出料端盖作为所述发酵滚筒的出料端，其上设置有用于与所述尾气回收***相连的尾气出气口、尾气送风口以及用于与所述后续处理装置相连的出料口。
3.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述发酵滚筒在所述底座上倾斜设置，倾角范围为0.5-5°。
4.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述进料端盖和出料端盖与所述内筒壁和外筒壁两端通过迷宫密封的形式连接，所述迷宫密封的材料分别选用第一密封填料和第二密封填料，且所述第二密封填料需满足70℃以上温度环境下的使用需求。
5.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述内筒壁内表面安装有升举式平行抄板；所述内筒壁上开设有排液槽。
6.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述尾气回收***包括尾气集风管、尾气导气管、尾气送风管和尾气鼓风机；
所述尾气集风管固定安装在所述出料端盖上，且恒位于物料上方；
所述尾气集风管一端悬空，另一端与插设在所述出料端盖上尾气出气口内的所述尾气导气管相连，所述尾气导气管另一端与所述尾气鼓风机的进风口相连；
所述尾气送风管一端通过设置在所述出料端盖上的尾气送风口与所述后筒壁隔层相连通，另一端与所述尾气鼓风机的出风口端相连；
所述尾气鼓风机将所述发酵滚筒内的尾气抽出后经由所述尾气送风管进入所述尾气利用***，经所述尾气利用***后重新通入堆体内。
7.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述尾气利用***包括若干翅板、尾气通风管和尾气曝气管；
各所述翅板螺旋交错固定安装在位于所述后筒壁隔层的内筒壁外表面；
所述尾气曝气管通过若干支撑柱固定安装在所述发酵滚筒内筒壁的内表面，并随发酵滚筒的转动而转动；
所述尾气曝气管的侧壁通过若干贯穿所述内筒壁的尾气通风管与所述后筒壁隔层连通。
8.如权利要求7所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述尾气利用***还包括设置在所述尾气利用腔体内的除臭介质、一个以上温度传感器和pH传感器；
各所述温度传感器固定安装在所述尾气利用腔体内，各所述温度传感器的探头顶端***所述除臭介质内，实时监测所述除臭介质的温度，并发送到所述监控***；
所述pH传感器固定安装在所述尾气利用腔体内，实时监测所述除臭介质的酸碱度，并发送到所述监控***；
所述尾气利用腔体上设置有除臭进料口和除臭出料口，用于所述除臭介质的快速加入和取出。
9.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述曝气***包括曝气管、鼓风机、送风管和旋转接头；
所述鼓风机与所述送风管一端相连；
所述送风管另一端通过设置在所述进料端盖上的曝气口以及所述旋转接头与固定设置在所述内筒壁内表面的所述曝气管相连；
所述曝气管上开设有曝气孔；
位于所述内筒壁后段的所述曝气管通过所述内筒壁上设置的连接管与所述后筒壁隔层连通。
10.如权利要求2所述的一种带堆肥尾气余热回收和净化功能的滚筒式堆肥反应器，其特征在于：所述动力***包括电动机、齿轮箱、转轴和两托轮；所述电动机通过所述齿轮箱带动所述转轴转动，所述转轴插设在两所述托轮之间，用于带动两所述托轮转动，进而带动与所述拖轮相连的所述发酵滚筒转动。
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