一种厨余垃圾发酵增效智能预处理系统及工艺的制作方法

本发明涉及厨余垃圾处理，更具体的说涉及一种厨余垃圾发酵增效智能预处理系统及工艺。

背景技术：

1、在厨余垃圾好氧发酵资源化处理过程中，发酵前的物料加热调质与微生物接种是决定发酵成败的核心工序。现有技术中对于厨余垃圾发酵预处理的设备及生产线主要存在以下三类技术缺陷：

2、第一，设备功能单一，工艺适配性差。传统的单段等螺距螺旋输送机无法同时满足加热阶段所需的“强翻滚、高扰动”与接种阶段所需的“低剪切、柔混合”这两种相互矛盾的工艺需求，导致加热不均、菌种活性损伤严重。

3、第二，控制模式粗放，无法响应物料波动。现有生产线普遍采用固定参数运行模式，无法适应厨余垃圾来料量频繁波动的实际工况，会出现“少料过喷”造成资源浪费，“多料欠喷”导致处理品质下降，以及瞬时过载引发的频繁堵料、卡机等稳定性问题。

4、第三，加热控制缺乏精准依据，能耗与碳排高。目前的加热过程中的蒸汽喷淋量多依据人工经验或仅靠流量计反馈调节，未能将物料的初始温度作为关键控制变量。厨余垃圾来料温度受季节、收集运输时间影响显著（15℃-30℃不等），在冬季低温条件下，若仍按标准量供给蒸汽，不仅升温耗时延长、能耗剧增，且难以保证物料在进入接种区前达到最适发酵启动温度（35-40℃），直接影响后续菌种活性与发酵启动效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种厨余垃圾发酵增效智能预处理系统及工艺，其可在保障厨余垃圾发酵预处理品质的前提下，实现大幅节约蒸汽能耗、降低菌剂成本、提升升温精度与发酵效率的综合有益效果。

2、为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

3、一种厨余垃圾发酵增效智能预处理系统，包括有输送皮带和螺旋输送机，输送皮带由驱动电机进行驱动，螺旋输送机包括在输送壳体的两端分别设有进料口和出料口，输送壳体内部沿轴向贯穿设有螺旋轴，输送皮带中的物料经传送后落入进料口，在沿着物料输送方向设有可实时采集输送皮带上的物料的表面温度的远红外温度传感器，输送皮带中靠近进料口一端处设有可实时采集物料瞬时输送量的皮带称量流量计，在进料口处安装有一可监测物料高度的高料位传感器；螺旋轴在变频调速驱动电机的带动下进行转动，螺旋轴划分为前段和后段，输送壳体内部的顶面中，在螺旋轴前段和后段的上方分别对应设有多个蒸汽喷淋口和多个菌剂喷淋口，蒸汽喷淋口和菌剂喷淋口分别通过蒸汽喷淋调节阀和菌剂喷淋调节阀实现流量调节；驱动电机、远红外温度传感器、皮带称量流量计、高料位传感器、变频调速驱动电机以及蒸汽喷淋调节阀、菌剂喷淋调节阀均连接至plc控制器。

4、进一步，螺旋轴形成连续螺旋状的输送叶片，螺旋轴的前段形成短螺距区，后段形成长螺距区，短螺距区中的输送叶片的螺距小于长螺距区中输送叶片的螺距；短螺距区的有效输送长度小于长螺距区的有效输送长度；短螺距区中，输送叶片的螺距为0.4-0.6倍输送叶片的外径；长螺距区中，输送叶片的螺距为1.1-1.4倍输送叶片的外径。

5、进一步，进料口开设在输送壳体中靠近螺旋轴前段的顶部，出料口开设在输送壳体中靠近螺旋轴后段的底部，进料口形成料斗状，进料口上下端具有上开口和下开口，高料位传感器位于下开口处。

6、进一步，还包括有蒸汽发生器，输送壳体内部的蒸汽喷淋口通过蒸汽管路连接至蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的高温蒸汽通过蒸汽喷淋口以高压雾化形式喷淋，蒸汽喷淋调节阀设置在蒸汽管路中以调节蒸汽量。

7、进一步，还包括有菌剂喷淋机和菌剂配置桶，菌剂由菌剂配制桶配制后通过菌剂喷淋机由菌剂喷淋口进行低压雾化喷淋，菌剂喷淋口通过菌剂管路连接至菌剂喷淋机，菌剂喷淋调节阀设置在菌剂管路中以调节菌剂喷淋流量。

8、进一步，还设有发声光警报器连接至plc控制器，声光警报器在皮带称量流量计的瞬时料量超过预设的过载阈值或者高料位传感器触发时发出警报，且plc控制器控制螺旋轴瞬时提速至峰值转速，并强制停止前端输送皮带运行。

9、一种厨余垃圾发酵增效智能预处理工艺，基于上述的厨余垃圾发酵增效智能预处理系统执行，所述工艺中，螺旋轴转速、蒸汽喷淋调节阀开度、菌剂喷淋调节阀开度与物料瞬时质量流量及物料初始温度和工艺目标温度的实时温度差进行联动自适应调节，具体包括有以下步骤：

10、步骤1，实时感知物料温度与负荷判定：远红外温度传感器实时采集输送皮带上物料的表面温度t0，皮带称量流量计实时采集物料瞬时质量流量q(t)，t0及q(t)均传输至plc控制器；

11、步骤2，喷淋量联动自适应调节：plc控制器根据物料初始温度t0与工艺目标温度ttarget的实时温差δt=ttarget-t0，结合物料瞬时质量流量q(t)，依据热量平衡模型实时计算所需蒸汽喷淋量，并输出控制信号至蒸汽喷淋调节阀，线性调节其开度；

12、步骤3，菌剂千分比精确配比喷淋：plc控制器根据皮带称量流量计实时采集的物料瞬时质量流量q(t)，按照预设的1‰的精确质量配比，实时计算所需菌剂喷淋流量qagent(t)=q(t)×1‰；plc控制器根据计算结果实时输出控制信号至菌剂喷淋调节阀，线性调节其开度，使菌剂喷淋组的实时喷淋量严格追踪qagent(t)；

13、步骤4，螺旋轴转速与防堵协同调控：plc控制器同步根据物料负荷q(t)动态调节螺旋轴的转速，且输送皮带在高料位传感器触发时停止进料。

14、进一步，步骤1中，plc系统控制器将物料瞬时质量流量q(t)与预设的低负荷阈值qlow、高负荷阈值qhigh、过载阈值qover进行比较，判定当前物料瞬时质量流量工况：低负荷为q(t)

15、步骤4中，物料瞬时质量流量为低负荷工况下，pcl控制器控制螺旋轴以基准低速vlow运行；

16、中负荷工况下，pcl控制器控制螺旋轴以标准转速vstd运行；

17、高负荷或过载工况下，pcl控制器控制螺旋轴瞬时提速至峰值转速vhigh；当高料位传感器被触发时，plc控制器执行高料位联锁保护流程：

18、（1）立即发出声光警报。

19、（2）控制驱动电机停止工作，强制停止前端输送皮带的运行切断来料；

20、（3）维持或提升螺旋轴的转速至峰值转速vhigh，直至高料位传感器信号消失且q(t)回落至安全范围后，再逐步恢复前端输送皮带的运行。

21、进一步，步骤2中，工艺目标温度ttarget预设为35-40℃，当δt较大时，plc控制器自动增大蒸汽喷淋调节阀开度；

22、当δt较小时plc控制器自动减小蒸汽喷淋调节阀开度；

23、当t0≥ttarget时，plc控制器自动将蒸汽喷淋调节阀开度调至最低维持开度或完全关闭；

24、当q(t)=0的断料工况时，完全关闭蒸汽喷淋调节阀，停止喷淋；

25、步骤2中，依据螺旋输送机内物料稳定工作时的热量平衡原理，实时计算所需蒸汽喷淋量，

26、plc控制器内蒸汽喷量的计算简化为线性比例关系，如下：

27、；

28、为蒸汽喷量，k为比例系数，为物料流量；

29、比例系数 k的计算方法为：

30、

31、其中，cp为厨余垃圾的定压比热容，η为换热效率，γ为蒸汽的汽化潜热。

32、进一步，步骤3中，plc控制器控制菌剂喷淋量根据物料瞬时质量流量q(t)的数值变化同比等比例增加或者减小；

33、在q(t)=0的断料工况时，完全关闭菌剂喷淋调节阀，停止喷淋；

34、菌剂为厨余专用复合发酵菌剂，采用芽孢杆菌、酵母菌或者乳酸菌复合菌群。

35、采用上述方案后，本发明通过引入远红外温度传感器与皮带称量流量计，构建物料“温度+重量”双维度实时感知体系，在螺旋轴前段的短螺距区加热工序中，以物料初始温度与目标发酵温度的差值作为核心调控依据，实现蒸汽热量的精准按需供给，确保物料出料温度稳定在最佳的35-40℃发酵窗口；在螺旋轴后段的长螺距区接种工序中，以物料实时质量流量为基础，按千分之一（1‰）的精确质量比联动控制菌剂喷淋量，在保证充足接种量的同时避免菌剂过度浪费。最终实现大幅节约蒸汽能耗、降低菌剂成本、提升升温精度与发酵效率的综合有益效果。