一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备的制作方法

1.本发明涉及热回收装置技术领域，更具体的说是涉及一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备。


背景技术：

2.我国北方农村的产能和用能严重脱节。一方面，北方农村地区供暖以燃烧氮、硫含量高的散煤为主，造成了严重的空气污染，增加了碳排放。另一方面，虽然我国农林废弃物、养殖粪便等含能生物质资源丰富，但是并没有合理利用。例如，我国秸秆年产量高达9亿吨(其能量相当于标准煤4.5亿吨)，但是大量被焚烧或者遗弃在路边。这样不仅是生物质资源的浪费，更造成了严重的环境污染。此外，每年产生的畜牧粪便也高达20亿吨。因此，我国目前面临对清洁能源的迫切需求和含能生物质资源浪费的问题。
3.将秸秆、禽畜粪便等生物质进行好氧堆肥发酵产生的热量进行回收，替代散煤燃烧对农村地区进行供暖，可以同时解决散煤污染和生物质资源浪费的问题。好氧堆肥发酵就是秸秆、禽畜粪便等生物质原料在功能微生物的作用下被分解，此过程中伴随着热量的产生，最终产物为二氧化碳、水和有机肥。研究发现，在大型的好氧发酵过程中，发酵系统可产生50℃以上热源长达几个月。将发酵热通过相应的系统进行回收可对农村地区居民房、蔬菜大棚、养殖场等多种场所进行供暖。发酵产物作为有机肥可以施用到农田促进植物生长。这是一种适用于农村的热-肥联产方式，同时解决了秸秆处理、冬季清洁供暖和增加土壤肥力的问题。
4.目前关于生物质好氧发酵热回收系统的研究大多集中在建设反应槽于室内，依靠反应槽产生的热量散发到空气或土壤中进行供暖。例如，申请号为cn202021591246.8的实用新型专利通过在甘薯苗下方建造发酵系统对植物进行加温；申请号为cn201922128241.5的实用新型专利利用在温室大棚内一侧建造发酵池对其进行供暖。但是这类好氧发酵反应槽不能批量生产、机械化程度较低且基建成本较高，大规模应用有一定技术难度。而好氧发酵热回收设备具有安装简便、可移动和易于产业化推广等优点。目前关于好氧发酵热回收设备的研究也存在热利用效率低、内部供氧不足、产热和用热之间不平衡等一系列问题。例如，申请号为cn202020606940.6的实用新型专利公开的堆肥热利用回收系统对显热的利用仅为发酵系统边缘的热量，对于反应系统内部多余的热量并没有加以利用。
5.因此，如何提供一种回收热量效率高且结构简单、安装简便、可移动的农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种回收热量效率高且结构简单、安装简便、可移动的农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备，包括：
9.发酵罐；
10.第一换热器，所述第一换热器设置在所述发酵罐内部，所述第一换热器的进水口连接有第一进水管，第一换热器的出水口连接有第一出水管；
11.第一蓄热水箱，所述第一蓄热水箱设置在所述发酵罐内部，所述第一蓄热水箱的进水口与所述第一出水管远离所述第一换热器的管口连通，所述第一蓄热水箱的出水口连接有第二出水管，所述第二出水管远离所述第一蓄热水箱的管口伸出所述发酵罐；
12.用热系统，所述用热系统位于所述发酵罐外部，且通过第一管路与所述第一进水管、所述第二出水管连接。
13.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备，该设备通过热传导对发酵系统内部的换热器和蓄热水箱内的水进行加热，即低温水通过第一进水管以一定流速流过第一换热器和第一蓄热水箱，取得热量后以高温水状态通过第二出水管流出至用热系统，供用热系统使用。该热回收设备的第一换热器和第一蓄热水箱均位于发酵罐内，不仅能最大程度的回收热量、储存热量，还方便安装、利用推广使用。此外，该设备中采用第一换热器和第一蓄热水箱进行热量回收，其中，第一换热器、第一蓄热水箱内的水同时与发酵罐内的物料进行换热加热，而第一换热器中加热后的热水会再进入到第一蓄热水箱内，对第一蓄热水箱内的水再加热，使得经第一蓄热水箱流出的热水热量较高，使得发酵罐内的热量回收效率最大化。
14.进一步的，还包括：
15.第二换热器，所述第二换热器设置在所述发酵罐内部，所述第二换热器的进水口连接有第二进水管，所述第二换热器的出水口连接有第三出水管；
16.第二蓄热水箱，所述第二蓄热水箱设置在所述发酵罐内部，所述第二蓄热水箱的进水口与所述第三出水管远离所述第二换热器的管口连通，所述第二蓄热水箱的出水口连接有第四出水管，所述第四出水管远离所述第二蓄热水箱的管口伸出所述发酵罐，且所述第二进水管、所述第四出水管通过第二管路与所述用热系统连接；
17.其中，所述用热系统设有流量阀且设有冷水总管和热水总管，所述冷水总管连接有第一冷水支管和第二冷水支管，所述第一冷水支管通过第一管路的第一进水管路与所述第一进水管连接，所述第二冷水支管通过第二管路的第二进水管路与所述第二进水管连接，所述热水总管连接有第一热水支管和第二热水支管，所述第一热水支管通过第一管路的第一出水管路与所述第二出水管连接，所述第二热水支管通过第二管路的第二出水管路与所述第四出水管连接。
18.采用上述技术方案产生的有益效果是，用热系统的冷水总管连接第一换热器和第二换热器，而热水总管连接第一蓄热水箱和第二蓄热水箱，使得用热系统的低温水进入到第一换热器、第一蓄热水箱、第二换热器、第二蓄热水箱与发酵罐内物料产生的高温热量进行热交换，低温水被加热变为高温水，高温水经热水总管流出进入到用热系统中，供用热系统使用，从而实现了发酵热量回收利用的功能。并且还可通过相应的流量阀控制整个系统的循环水的流量大小，进而可调节取热量的大小，进而满足不同用户的需求。
19.进一步的，所述第一换热器包括：
20.第一换热管单元，所述第一换热管单元的进水口与所述第一进水管连通；
21.第二换热管单元，所述第二换热管单元的进水口通过第一连通管与所述第一换热
管单元的出水口连通；
22.第三换热管单元，所述第三换热管单元的进水口与所述第二换热管单元的出水口通过第二连通管连通，所述第三换热管单元的出水口与所述第一出水管连通；
23.所述第二换热器包括：
24.第四换热管单元，所述第四换热管单元的进水口与所述第二进水管连通；
25.第五换热管单元，所述第五换热管单元的进水口通过第三连通管与所述第四换热管单元的出水口连通；
26.第六换热管单元，所述第六换热管单元的进水口通过第四连通管与所述第五换热管单元的出水口连通，所述第六换热管单元的出水口与所述第三出水管连通。
27.进一步的，所述第一换热管单元、所述第二换热管单元和所述第三换热管单元呈半包围设置在所述第一蓄热水箱一侧，且所述第一换热管单元与所述第三换热管单元呈120～150
°
布置；所述第四换热管单元、所述第五换热管单元和所述第六换热管单元呈半包围设置在所述第二蓄热水箱一侧，且所述第四换热管单元与所述第六换热管单元呈120～150
°
布置。
28.采用上述技术方案产生的有益效果是，上述换热管的排布，使得换热管的比表面积较大，能够充分导出发酵罐内部的热量。并且换热管占用发酵罐内部的空间较紧凑，可以在发酵罐内部布置较多的管路，充分导出热量，提高热量回收效率；此外两组换热管之间还有足够的空隙来方便进出物料。
29.进一步的，所述第一换热管单元、所述第二换热管单元、所述第三换热管单元、所述第四换热管单元、所述第五换热管单元、所述第六换热管单元的结构相同，且其上的换热管均呈螺旋状排布。
30.进一步的，所述换热管呈相互连通的多排布置。
31.采用上述技术方案产生的有益效果是，提高换热管在发酵罐内布置的面积，回收热量效率高。
32.进一步的，还包括换热器支架，所述换热器支架包括：
33.支撑立板，所述支撑立板底端固定在所述发酵罐内底壁上；
34.承托板，所述承托板为间隔布置的多个，且其一侧与所述支撑立板一侧固定连接，所述换热管置于相邻两个所述承托板之间，所述承托板上设有用于固定所述换热管的卡环。
35.采用上述技术方案产生的有益效果是，可将换热管进行稳固固定在发酵罐内，使其不易倒塌。
36.进一步的，所述第一进水管、所述第二进水管、所述第二出水管和所述第四出水管上均设有温度传感器。
37.进一步的，所述发酵罐的罐盖上设有管口朝下的排气弯管，所述发酵罐内部固定有物料放置板，所述物料放置板上开设有多个透气孔，所述物料放置板底端面与所述发酵罐内底壁之间具有空隙，所述空隙内布置有通风管，所述通风管的两端延伸出所述发酵罐，且端部设有管口朝下的弯头，所述通风管的管壁上开设有出风口。
38.采用上述技术方案产生的有益效果是，空隙便于收集渗滤液以及放置通风管，外部的自然风通过通风管进入到发酵罐内，以便对发酵罐内的物料进行自然通风，利于物料
发酵，而排气弯管可排放发酵过程中产生的水蒸气和二氧化碳，另外，排气弯管和管口朝下的弯头可防止积雪等进入发酵罐和通风管。
39.进一步的，所述出风口开设在所述通风管的侧壁上。
40.采用上述技术方案产生的有益效果是，避免因出风口开设在通风管管壁的上方而使物料堵塞出风口，保证出风顺畅。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
42.图1附图为本发明提供的一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备的结构框图。
43.图2附图为发酵罐的结构示意图。
44.图3附图为发酵罐的俯视结构示意图。
45.图4附图为第一换热器、第一蓄热水箱、第二换热器、第二蓄热水箱的三维结构示意图。
46.图5附图为图4的俯视结构示意图。
47.图6附图为换热管的结构示意图。
48.图7附图为换热器支架的结构示意图。
49.图8附图为物料放置板的结构示意图。
50.图9附图为通风管的结构示意图。
51.图10附图为本发明提供的一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备的结构示意图。
具体实施方式
52.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.参见图1-图10，本发明实施例公开了一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备，包括：
54.发酵罐1；
55.第一换热器2，第一换热器2设置在发酵罐1内部，第一换热器2的进水口连接有第一进水管3，第一换热器2的出水口连接有第一出水管4；
56.第一蓄热水箱5，第一蓄热水箱5设置在发酵罐1内部，第一蓄热水箱5的进水口与第一出水管4远离第一换热器2的管口连通，第一蓄热水箱5的出水口连接有第二出水管6，第二出水管6远离第一蓄热水箱5的管口伸出发酵罐1；
57.用热系统7，用热系统7位于发酵罐1外部，且通过第一管路8与第一进水管3、第二
出水管6连接。
58.一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备还包括：
59.第二换热器9，第二换热器9设置在发酵罐1内部，第二换热器9的进水口连接有第二进水管10，第二换热器9的出水口连接有第三出水管11；
60.第二蓄热水箱12，第二蓄热水箱12设置在发酵罐1内部，第二蓄热水箱12的进水口与第三出水管11远离第二换热器9的管口连通，第二蓄热水箱12的出水口连接有第四出水管13，第四出水管13远离第二蓄热水箱12的管口伸出发酵罐1，且第二进水管10、第四出水管13通过第二管路14与用热系统7连接；
61.其中，用热系统7为居民房供暖，其设有相应的流量阀、流量计、水泵、暖气片等(未标出)且设有冷水总管71和热水总管72，冷水总管71连接有第一冷水支管73和第二冷水支管74，第一冷水支管73通过第一管路8的第一进水管路81与第一进水管3连接，第二冷水支管74通过第二管路14的第二进水管路141与第二进水管10连接，热水总管72连接有第一热水支管75和第二热水支管76，第一热水支管75通过第一管路8的第一出水管路82与第二出水管6连接，第二热水支管76通过第二管路14的第二出水管路142与第四出水管13连接。
62.参见图10，目前居民房大多采用热水散热器供暖系统，可将发酵系统内进水管与出水管分别与居民房内现有供暖系统连接，利用水泵带动水在热回收系统和供暖系统之间循环，通过现有的散热器(暖气)对居民房进行供暖。热回收系统有两套为并联关系，且其于居民房内现有热源(锅炉)也为并联关系，这样可以充分保证供暖系统的可靠性。
63.第一换热器2包括：
64.第一换热管单元21，第一换热管单元21的进水口与第一进水管3连通；
65.第二换热管单元22，第二换热管单元22的进水口通过第一连通管23与第一换热管单元21的出水口连通；
66.第三换热管单元24，第三换热管单元24的进水口与第二换热管单元22的出水口通过第二连通管25连通，第三换热管单元24的出水口与第一出水管4连通；
67.第二换热器9包括：
68.第四换热管单元91，第四换热管单元91的进水口与第二进水管10连通；
69.第五换热管单元92，第五换热管单元92的进水口通过第三连通管93与第四换热管单元91的出水口连通；
70.第六换热管单元94，第六换热管单元94的进水口通过第四连通管95与第五换热管单元92的出水口连通，第六换热管单元94的出水口与第三出水管11连通。
71.第一换热管单元21、第二换热管单元22和第三换热管单元24呈半包围设置在第一蓄热水箱5一侧，且第一换热管单元21与第三换热管单元24呈120～150
°
布置；第四换热管单元91、第五换热管单元92和第六换热管单元94呈半包围设置在第二蓄热水箱12一侧，且第四换热管单元91与第六换热管单元94呈120～150
°
布置。
72.第一换热管单元21、第二换热管单元22、第三换热管单元24、第四换热管单元91、第五换热管单元92、第六换热管单元94的结构相同，且其上的换热管15均呈螺旋状排布。
73.换热管15呈相互连通的多排布置。
74.一种农林废弃物耦合养殖粪便好氧发酵热回收利用设备还包括换热器支架16，换热器支架16包括：
75.支撑立板161，支撑立板161底端固定在发酵罐1内底壁上；
76.承托板162，承托板162为间隔布置的多个，且其一侧与支撑立板161一侧固定连接，换热管15置于相邻两个承托板162之间，承托板162上设有用于固定换热管15的卡环163。
77.第一进水管3、第二进水管10、第二出水管6和第四出水管13上均设有温度传感器17。
78.发酵罐1的罐盖上设有管口朝下的排气弯管18，发酵罐1内部固定有物料放置板19，物料放置板19上开设有多个透气孔191，且透气孔的面积不少于物料放置板总面积的50％，物料放置板19底端面与发酵罐1内底壁之间具有空隙20，空隙的高度在10～25cm之间，空隙20内布置有通风管26，通风管26的两端延伸出发酵罐1，且端部设有管口朝下的弯头27，通风管26的管壁上开设有出风口261。通风管内径为50～300mm之间，且通风管外部包设有保温层。
79.出风口261开设在通风管26的侧壁上，出风口的孔径为2～8mm，通风管每隔50～150mm开设一个通风孔。
80.其中，发酵罐整体为圆柱形，体积根据实际的供热面积确定，高径比在0.5～1.5之间。且外部采用保温棉等材料进行保温处理，保温情况根据外界温度和经济性能而定。整体除通风管采用ppr材质外，其余部分均采用不锈钢201或304。发酵罐的罐盖为多块式结构，可分块打开，盖子的宽度为0.7～1.5m。另外，排气弯管可采用4-8个，且与罐盖采用插销或螺纹可拆卸的方式连接。第一蓄热水箱和第二蓄热水箱为圆柱形，内径为300～600mm。
81.放入发酵罐的反应物料包括有秸秆和禽畜粪便等生物质、水、菌剂以及尿素等辅助材料。若使用秸秆进行发酵，需将其进行切割破碎到为5cm左右为宜。反应物料的总碳氮比含量要在25-40之间，含水率要为60％左右。菌剂可以使用市场上售卖的em菌等，添加量和使用方法要遵照说明书。各种材料可以按照上述要求混合后放入发酵罐中，也可一层层的放入。当分层放入时，先放入秸秆等生物质，每层高度以20-40cm为宜，然后依次放入辅助材料、菌剂，最后均匀喷洒水，使秸秆等生物质的含水率达到60％左右。随着发酵的进行，发酵罐内的物料会逐渐减少，可每隔一个月左右进行补料，操作同上。在发酵罐的中心位置放置温度检测器，可以根据发酵的温度和时间大致判断发酵进程。在好氧发酵初期，堆体温度逐渐由环境温度上升到50℃以上，随后进入高温阶段，在此阶段堆体产生大量热，控制取热系统进行取热。随着物料的不断消耗，开始进入发酵后期，发酵温度逐渐降低，取得的热量也逐渐减少。在好氧发酵热回收利用系统中多处设置传感器，根据温度等参数调节换热系统中的流量，可以实现热回收利用效率最大化。
82.并且该设备可以放置于多种场所环境中，可放置于室外，也可放置于室内；可在地上放置，也可放置于地下。当发酵罐放置于室外地上时，需在其外部包裹保温材料进行保温，保温性能根据整体经济性确定。
83.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
84.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。