立式粪肥发酵罐尾气废热回收利用及净化除臭嫁接改造技术

辛守帅，张宝珣，刘宗正，杨世红，刘迎春

（青岛市畜牧兽医研究所，山东 青岛 266100）

立式粪肥发酵罐在有氧的情况下通过微生物有氧发酵和有氧碳化降解粪肥有机质产生热量，通过蒸发的方法排出粪肥中的水分和降解粪肥有机质产生的水分、氨气、硫化氢和二氧化碳等物质，以混合水蒸气的方式排出发酵罐体，达到粪肥无害化降解、干燥及肥料化的目的。该技术的特点是罐体封闭、占地面积少及自动化程度高，主要缺点是能耗较大，低温环境下必须利用辅助加热系统。罐体内含有大量水蒸气、氨、硫化氢和二氧化碳等物质的高温尾气（65°C左右）源源不断排出，大部分直接排入大气或者通过各种除臭设备处理，成本高、耗能大、噪音高，严重影响周边环境。同时罐体发酵碳化粪肥需要大量热能，利用锅炉或电加热供热不但需要大量的人力、物力和财力，还有可能污染环境。

本技术通过对尾气管路嫁接改造，通过热交换器不仅回收尾气大量的热能返回发酵罐再利用，提高发酵罐内温度，同时提高粪肥处理效率，通过热交换器的冷凝作用，回收尾气中的氨和硫化氢等物质除臭并肥料化利用，减少大气污染。

1 原理

立式粪肥发酵罐产生的尾气温度一般在60～65℃之间，以高温废气的形式排到室外，造成环境污染并产生较大的噪音。

本技术就是通过嫁接改造尾气排气管路与热交换器相连接，形成尾气排放通路：高温高湿的尾气自上而下通过热交换器，其内能通过尾气热交换列管传递到热交换器的水中，使排出的高温尾气通过热交换器自上而下逐渐降温，并从热交换器底部排到室外，达到热交换器水自下而上逐渐加温的目的；热交换器顶部加温后的新风出口与鼓风机连接形成新风通路：新风自下而上通过热交换器，其水中的内能通过新风热交换列管逐渐传递到新风中，使进入的新风自下而上逐渐加温，从热交换器顶部加温后新风出口进入连接的高压风机给发酵罐粪肥供氧，热交换器出来较高温度的新风叠加高速高压鼓风机进一步压缩，产生更高温度的新风，输送到粪肥发酵罐中。以上过程周而复始，提高发酵罐内温度，缩短粪肥处理时间，提高粪肥处理效率，节约能源。由于热交换器的冷凝作用，使冷凝尾气中的氨气和硫化氢等物质肥料化利用；风机与热交换器串联，热交换器起到了消音器的作用，进而大幅度降低高速风机产生的噪音。

2 独立单立式粪肥发酵罐热交换器嫁接流程

独立单立式粪肥发酵罐热交换器嫁接流程，见图1。

图1 独立单立式粪肥发酵罐热交换器嫁接流程图

3 热交换器的制作

以100 m3单罐立式粪肥发酵罐 （高度8.5 m左右）为例热交换器的制作，见图2、图3。

图2 单罐立式粪肥发酵罐热交换器示意图

图3 热交换器横断面示意图

3.1 制作材料

选择或制作一根内径500～550 mm、壁厚2～3 mm、长度6.5 m左右的镀锌铁管（最好是不锈钢管）作为热交换器外壁；两个直径略大于热交换器直径的热交换液封堵，厚度5 mm左右；两个直径略大于热交换器直径的尾气和新风隔离封堵，厚度1.2 mm左右；一个直径大于热交换器直径200 mm的底座；一个直径略大于热交换器直径尾气室上封盖；长度6 m左右、直径50 mm、管壁厚度1.2～1.5 mm 304不锈钢换热管20根；外径200 mm PVC连接管约20 m及相应的连接配件；外径25 mm喷淋管约10 m，喷淋头一个及相应管件；外径200 mm与热交换器外壁相应材料的法兰4个（进出风口）；量程0～100°C温度传感器及显示控制器1套；其他如水箱、冷凝液排出管和冷凝液收集储存管等配件若干。

3.2 制作参数

尾气上气室高度300 mm左右，尾气下气液分离室高度400 mm左右，上下新风气室高度300 mm左右，冷凝液排出口在尾气下气液分离室底部，直径50 mm左右（便于清理）；尾气热交换管长度600 mm左右，新风热交换管长度540 mm左右；热交换器气液上下封盖及尾气、新风上下隔离封开口直径与热交换管相适应，开口布局按附图2，热交换管按照附图2所示进行制作焊接；上下各气室进出口按照附图3相应的位置大小进行开口焊接；其他按照附图2进行安装焊接等。

3.3 试压

把热交换器灌满水，通水试压对有渗漏的地方进行补焊，试压成功后把两端堵头焊接密封或者法兰密封。

3.4 保温

把整个热交换器外壁附加厚度大于50 mm高密度聚氨酯保温层进行保温处理。

4 设备的嫁接安装

热交换器直立安装在底座平台上并固定牢固，上部可与发酵罐连接固定确保安全；发酵罐尾气通过排风机用PVC管道与热交换器尾气入口相连，并做保温处理；热交换器新风出口用PVC管道与增压风机相连，并作保温处理；热交换器尾气排出口通过PVC管道相连，高于发酵罐排入大气；热交换器新风进口最好与空气过滤器相连，这样能够更好地保护增压泵；冷凝液排放口与液体粪肥收集罐相连；其他热交换液加注、喷淋管道及传感器等安装连接。

5 应用效果

本热交换器高温尾气通过热交换管自上而下温度逐渐降低，新风通过热交换管自下而上温度逐渐增高，新风通过热交换出口温度接近尾气入口温度，热回收效率相对新风入口温度超过80%。换热后的新风再通过加压风机进一步提高入发酵罐吹风温度，可去掉发酵罐加热设施，降低能耗，提高粪肥处理效率。

本热交换器具有冷凝尾气的作用，可将尾气中的氨气和硫化氢气体通过冷凝的方法变成碳酸铵及硫酸铵等以液体形式分流出来，肥料化利用，减少大气污染。风机的噪音通过热交换器中水的吸收可比原来降低80%以上。

6 注意事项

通过本热交换器大幅度提高发酵罐温度，预防发酵罐温度超温，可通过加大投料和增加放料的方法解决。冬季温度较低时，如果设备停用，要放净热交换器内的水，以防冻结损坏热交换器。可添加防冻液预防。