餐厨垃圾残渣烘干设备的设计

2021-03-23王发生

现代制造技术与装备 2021年1期

王发生

（江苏派沃能源发展有限公司兰州分公司，兰州 730050）

餐厨垃圾残渣堆肥工艺过程中，常常添加锯末和秸秆等粗纤维物质。添加这些纤维物质不仅可以补充碳源以调节碳氮比，而且可降低含水率且控制其在55%左右，同时可增加物料的透气性，以满足好氧堆肥的工艺要求。实际生产测算时，1m3的残渣需要添加3～4m3的添加物，最终物料堆体体积为4～5m3，即堆肥空间扩大了3～4倍。庞大的堆肥体积扩大了堆肥占地面积，增加了堆肥的投资和运行成本，难以实现堆肥设备化。而烘干设备利用工厂自产的沼气，对预处理出来的残渣采用火焰和烟气进行直接烘干，完成了对餐厨残渣的脱水、杀菌、微量碳化以及干燥处理。本设备的热效率高，可直接收集尾气，且灭菌彻底。此外，它缩小了物料体积，可将纸张和抹布等木质素碳化充当碳源，以保证碳氮比为30:1～25:1，同时可将餐厨残渣中金属、陶瓷以及玻璃等作为透气支撑物。在后续的堆肥工艺中，采用纯减法进行处理，相当于没有添加堆肥所需的辅助支撑物，实现了设备堆肥小型化。因为餐厨残渣前期预处理中不进行分拣工序，所以餐厨垃圾残渣中会含有玻璃、陶瓷、纸巾、木筷、塑料以及金属块等。经过烘干设备处理后，在340℃左右的沼气火焰作用下，其中的纸巾、木筷以及塑料部分发生碳化，以弥补堆肥碳源的不足。此外，玻璃、陶瓷以及金属块在烘干滚筒和堆肥滚筒的转动中相互冲击，可破碎餐厨固体废弃物中的有机物，使有机物的体积再次减小。通过封闭式筛分装置，可分离出大块的无机物，而筛下的较小颗粒有机物进入后续堆肥设备中继续进行好氧堆肥。熟化后的有机肥颗粒经过重力筛剔除沙石，然后进入造粒、包装以及销售系统[1]。

1 烘干设备的结构设计

烘干设备由进料装置、上筒体及导料叶片、下筒体及导料叶片、出料装置、驱动机构、热风炉、余热利用装置、预热混风装置以及机架组成，如图1所示[2]。

机架上安装有转动加热脱水部和恒温脱水部，且恒温脱水部位于加热脱水部的下方。机架上安装有用于带动加热脱水部转动的第一转动驱动机构和用于带动恒温脱水部转动的第二转动驱动机构。加热脱水部的一端安装有上筒进料部，另一端安装有上筒导料部。恒温脱水部的一端安装有下筒进料部，且位于上筒导料部的下方。它的进料口与上筒导料部的出料口相接。恒温脱水部的一端安装有出料部，其进料口与恒温脱水部的出料口相接。上筒导料部上连接有加热脱水的热源部，上筒进料部上连接有用于回收余热利用部。下筒进料部上连接有用于收集恒温脱水部内的尾气，并将收集的尾气通入热源部的尾气收集部[3]。

2 烘干设备的工作原理

初始物料由加热脱水部的进料螺旋输送至上筒体内，从右至左依次经过上筒快速导料段、预热蒸发段和微量碳化段，被筒体内壁上的多个抄料板抄起下落形成料幕。原始物料与热源部产生的高热空气经预热处理后，与尾气收集的风机形成了负压热气流，并利用负压热气流进行充分热交换，将物料中的水分蒸发带走。物料行进方向与热风气流方向相反。以上工作采用了逆向交叉换热蒸发原理。

初始物料经过上筒逆风推进至高温热风产生段附近，被逐步强制加热脱水，后经由上筒导料部的导料螺旋进入下筒进行恒温蒸发，进一步脱去多余水分，最后从下筒出料部经由出料螺旋排出并输送至下道工序设备中。

图1 烘干设备结构示意图

物料干燥过程中产生的余热通过余热回收部经过换热器进行热交换。充分交换后的新鲜热空气进入下筒恒温蒸发部进行预热再利用，以降低热损耗。下筒尾气回收部将带有余热的湿焓热空气，在混风箱中进行风量补充和闪蒸脱水后，经引风抽入热风炉以接受烧嘴产生的高温火焰的加热。湿焓热空气在热风炉中进行充分混合加热并灭焰后形成高热空气，高热空气再次进入上筒进行初始物料的干燥，如此周而复始以达到节能干燥的目的[3]。

3 烘干设备的技术参数

烘干设备的工艺参数，如表1所示。烘干设备所处位置的气象资料表，如表2所示。烘干设备参数的确定，如表3所示。

表1 烘干设备的工艺参数

表2 烘干设备所处位置的气象资料表

表3 确定的烘干设备参数

4 烘干设备简化模型的计算

本文依据《干燥设备设计手册》《热管节能减排换热器设计与应用》《转筒干燥机》相关理论知识设计计算。利用能量守恒原理，系统中热量和风量能够相对平衡，以最经济的能源投入和消耗，最大限度地使设备发挥效益。烘干设备简化模型的计算，如图2所示[2,4]。图2中各参数符号及单位说明，如表4所示。

5 结论

（1）该设备利用可再生沼气作为燃料对空气进行加热，完成了对餐厨垃圾的脱水、杀菌、微量碳化以及干燥。通过气-气热管换热器对尾气进行循环利用，可有效降低沼气的使用量，相比单筒直排式烘干机可节约40%～50%的沼气使用量，从而满足垃圾处理厂沼气的自给量。此外，剩余沼气可以用来发电和供暖等，以实现多种经济价值。