梯度余热回收式有机废弃物分段发酵烘干系统的制作方法

本发明属于有机废弃物资源化无害化处理，具体涉及厨余垃圾、畜禽粪便、中药渣、河道淤泥、秸秆等有机固废的分段式好氧发酵与梯度余热回收烘干技术。

背景技术：

1、现有多级发酵烘干设备在工艺匹配、余热利用、物料处理逻辑上存在诸多本质缺陷，严重制约设备节能性与工艺稳定性：

2、第一，冬季时，发酵罐体以及待发酵物料的温度低，发酵启动时间长，单独将容积巨大的发酵烘干罐体及内部物料加热至发酵无害化温度，需要耗费大量能源。

3、第二，现有设备无法实现中段发酵剧烈产热、同步前置脱水的耦合工艺，大多将发酵与烘干工序机械分割，发酵余热未能用于脱除物料游离水，必须依赖大功率电加热或燃气加热设备，运行能耗居高不下。

4、第三，传统余热利用方案存在致命工艺矛盾：要么将发酵高温湿热废气直接通入烘干仓，水汽直接混入物料，大幅抬高物料含水率、抵消烘干效果；要么完全放空湿热介质，造成大量潜热、显热双重浪费，能源利用率极低。

5、综上，目前行业内缺乏一种可实现“中段剧烈发酵加脱水、外侧整体换热烘干、冷凝水闭环回收、干热气内外分流复用、物料逐级转运腐熟烘干”的一体化分段处理方案，是本领域长期存在的技术空白。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种梯度余热回收式有机废弃物分段发酵烘干系统，通过三级独立罐体梯度分工，实现预发酵起热、中段剧烈发酵同步前置脱水、末段外侧换热深度烘干的递进式工艺；将中段全部高温湿热介质集中输送至末段罐体外围管路进行间接换热，从外部整体加热末段罐体，彻底杜绝水汽接触物料增湿问题；换热冷凝水闭环回收复用，换热后的干燥热气实现外供和罐内预热双路分配，最大化梯度余热利用率，大幅降低烘干能耗，稳定产出低含水率腐熟有机肥。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种梯度余热回收式有机废弃物分段发酵烘干系统，其特征在于，包括多级独立发酵烘干罐体、余热间接换热分配机构、发酵物料转运控制装置、总控单元；

4、所述多级独立发酵烘干罐体沿物料流向依次独立布设预发酵罐体、中段发酵罐体、末段烘干罐体，各罐体相互独立且预留检修间隙、无贴合式固体导热结构，三者容积呈梯度递增；所述预发酵罐体用于有机废弃物快速升温预发酵、构建发酵菌增殖热源基底；所述中段发酵罐体以剧烈好氧发酵、前置同步脱水为双核心功能，发酵反应最为剧烈，可稳定持续产出大量高温湿热介质；所述末段烘干罐体以深度烘干为核心、辅以少量后置弱发酵，用于对中段预处理后的物料完成最终脱水腐熟；

5、所述发酵物料转运控制装置被配置为：预发酵罐体预处理物料转运至中段发酵罐体完成剧烈发酵与前置脱水，中段发酵罐体发酵、前置脱水后的湿物料整体转运投入末段烘干罐体内部，实现物料分段逐级发酵、逐级脱水烘干；

6、所述余热间接换热分配机构包括湿热介质收集管路a、末段罐体外围环绕换热管路a、冷凝水回收管路、干热气分流输送组件；所述中段发酵罐体顶部连通湿热介质收集管路a，将中段产生的高温湿热介质整体输送至环绕布置在末段烘干罐体外侧的环绕换热管路a内部，通过介质间接换热方式从罐体外部对末段烘干罐体整体加热，为末段深度烘干提供稳定核心热源；

7、所述高温湿热介质在末段外侧换热管路a内降温换热，介质中水汽冷凝析出液态冷凝水，冷凝水通过冷凝水回收管路统一回收，回收的冷凝水中有一部分回流至预发酵罐体循环利用；换热脱除水分后形成的低温干燥余热热气通过干热气分流输送组件分为两路：第一路对外输送，为系统外其他供热设备提供热源；第二路通过增压气泵加压后输送至末段烘干罐体左侧进料区域，对新进罐内的湿物料进行预热辅助烘干，提升末段整体烘干效率；

8、所述预发酵罐体仅配置系统启动阶段专用加热组件，仅开机初期短时通电升温，稳态运行完全依靠生物发酵产热与余热复用；各罐体外壁包覆保温层，所述换热管路a位于末段烘干罐体外壁与保温层之间；

9、所述总控单元电性连接各罐体检测传感器、介质输送电控阀、分流输送组件、气泵、物料转运机构，被配置为根据各级罐体温度、物料含水率、湿热介质温度，动态调控湿热介质输送流量、干热气分流比例、物料转运节奏，实现分段发酵、梯度换热、余热多级分配利用的全自动闭环控制。

10、进一步，所述预发酵罐体、中段发酵罐体、末段烘干罐体的容积梯度配比为1:4:15，预发酵罐体容积3m³，中段发酵罐体容积12m³，末段烘干罐体容积45m³。

11、进一步，有机废弃物分为高发热易发酵a类物料、低热慢发酵b类物料；a类物料为厨房食物废弃物，接种枯草芽孢杆菌后快速剧烈发酵，发酵峰值温度65~70℃，使中段发酵罐体稳定产出60~64℃高温湿热介质；b类物料为中药渣、河道淤泥、秸秆，发酵产热弱，仅作为中段、末段物料配比辅料；系统启动阶段仅向预发酵罐体投加a类物料构建基础发酵热源。

12、进一步，配套物料分选分配装置，所述物料分选分配装置包含物料识别传感件、双缓存料仓、多路分流阀；总控单元根据中段发酵剧烈程度、末段烘干温度及出料含水率，动态调节a类、b类物料投放比例，稳定维持中段罐体高强度发酵产湿产热能力。

13、进一步，所述余热间接换热分配机构还包括湿热介质收集管路b和换热管路b，所述中段发酵罐体外侧布置有所述换热管路b和保温层，所述换热管路b位于中段发酵罐体外壁与保温层之间，所述湿热介质收集管路b的一端与预发酵罐体的内侧顶部联通、另一端与换热管路b的一端联通；所述换热管路a和换热管路b为螺旋环绕的管路结构，紧密贴合罐体外壁布置，增大换热接触面积。

14、进一步，所述干热气分流输送组件包括分流三通、两路独立输送电控阀、增压气泵、热风布风管路；两路输送管路独立可控，总控单元根据系统供热需求与末段烘干负荷，动态调节外供热气与罐内预热热气的分配比例，实现余热按需分配。

15、进一步，系统配套多层同步无损取样监测装置，各级罐体均预埋负压取样探管，实时检测物料碳氮比、有机质、含水率、腐熟度参数，检测数据实时反馈总控单元，动态调整物料转运速度、湿热介质输送流量、干热气分流比例。

16、进一步，当中段、末段罐内温度低于52℃阈值时，总控单元间歇式短时启动预发酵罐体加热组件补热，单次补热时长不超过10min，稳态工况完全依靠中段高温湿热介质换热余热维持系统温度，无需持续电加热。

17、进一步，末段烘干罐体出料端设置筛分回流组件，用于筛分未完全腐熟大块物料并回流至预发酵罐体进行二次发酵；中段罐体通过剧烈发酵与前置脱水脱去物料70%以上游离水，末段罐体深度去除物料结合水，成品有机肥出料绝对含水率稳定控制在25%~29%。

18、进一步，中段发酵罐体、末段烘干罐体内部均设置变频轴向螺旋搅拌推送组件；中段发酵罐体搅拌转速0.8r/min，物料停留72h，同步完成剧烈好氧发酵与前置游离水脱除；末段烘干罐体搅拌转速0.5r/min，物料停留48h，完成深度烘干与后置弱发酵；预发酵罐体配套湿度维持组件，将罐内发酵湿度稳定维持在55%~65%最优发酵区间。

19、本发明还一种梯度余热回收式有机废弃物分段发酵烘干控制方法，采用上述梯度余热回收式有机废弃物分段发酵烘干系统，具体包括如下步骤：

20、s1 分选预发酵启动：分选装置区分a类高热厨余物料与b类低热物料，系统启动阶段仅向预发酵罐体投加a类物料并接种枯草芽孢杆菌，自动维持罐内发酵湿度55%~65%，预发酵罐体升温至55℃无害化温度后关闭启动加热组件；

21、s2 逐级物料转运：预发酵完成物料定量转运至中段发酵罐体，配合原生物料完成配比投料；中段罐体持续剧烈好氧发酵，同步完成前置脱水，脱去物料大部分游离水；中段发酵脱水完成的湿物料整体转运投入末段烘干罐体；

22、s3 中段湿热介质集中换热：中段剧烈发酵产生的全部高温湿热介质统一通过管路输送至末段罐体外围螺旋环绕换热管路a，从罐体外侧对末段整体间接加热，为末段深度烘干提供核心热源，湿热介质不与罐内物料直接接触；

23、s4 冷凝回收与干热气二次分配：湿热介质在换热管路a内降温换热，水汽冷凝形成冷凝水，全部回收至预发酵罐体循环补水使用；换热除湿后的干燥余热热气经分流组件分为两路，一路外供外部用热设备，另一路经气泵增压送入末段罐体左侧进料端，对新进湿物料提前预热、辅助烘干；

24、s5 末段深度烘干后置发酵：末段罐体依托外侧管路持续换热保温、内侧干热风预热辅助，对中段来料进行深度脱水，配合后置弱发酵进一步腐熟物料，物料逐级烘干腐熟，出料含水率低于30%；

25、s6 全自动闭环调控：系统实时采集各级罐温、介质温度、物料含水率与腐熟度，动态调控湿热介质输送流量、干热气分流比例、物料转运速度与物料配比，稳定维持中段高强度发酵产热、末段高效烘干的梯度工艺状态。

26、进一步，将预发酵罐体内物料发酵产生的湿热介质通过湿热介质收集管路b输送至中段发酵罐体外侧的换热管路b内降温换热，从而对中段发酵罐体进行加热，实现中段发酵罐体内物料发酵的快速启动。

27、本发明的有益效果在于：

28、1. 分段工艺高度匹配物料腐熟脱水规律：中段罐体聚焦剧烈发酵加前置同步脱水，利用发酵高热强力蒸发物料游离水，提前脱去70%以上游离水分，极大降低末段深度烘干负荷，从工艺源头降低烘干能耗。

29、2. 彻底解决因湿热介质增湿物料难以利用的问题：中段高温湿热介质全部在末段罐体外侧管路完成换热，与罐内物料完全物理隔离，利用介质潜热、显热加热罐体，杜绝水汽接触物料，保证烘干持续脱水效果。

30、3. 余热多级梯级利用，能源利用率最大化：湿热介质先通过外侧换热为主烘干核心热源，冷凝水资源闭环回收，换热除湿后的干燥热气再分两路复用，既可以对外供能，又可以预热新进物料，实现余热阶梯式、多层次利用。

31、5. 全自动闭环调控、运行稳定：根据发酵强度、烘干温度、物料含水率动态调节介质流量、热气分配比例与物料转运速度，自适应不同品类废弃物处理工况，无需人工频繁干预。

32、6. 实现了冬季低能耗快速启动发酵的目的：在低温环境下，整个发酵烘干过程中仅在启动阶段短时对预发酵罐体内物料进行电加热，利用预发酵罐体内物料易快速发酵快速升温的特点，使得后期发酵稳态仅依靠生物余热运行，且中段发酵罐体内物料发酵产生的高温高湿气体介质用于对中段发酵罐体进行加热，使得中段发酵罐体在发酵启动阶段无需耗费额外电源，从而达到了节能的目的；冷凝水全部回收后一部分用于预发酵补水、另一部分用于生活用水，实现了节水的目的。

33、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。