餐廚垃圾殘渣烘干設備的設計

王發(fā)生

（江蘇派沃能源發(fā)展有限公司蘭州分公司，蘭州 730050）

餐廚垃圾殘渣堆肥工藝過程中，常常添加鋸末和秸稈等粗纖維物質。添加這些纖維物質不僅可以補充碳源以調節(jié)碳氮比，而且可降低含水率且控制其在55%左右，同時可增加物料的透氣性，以滿足好氧堆肥的工藝要求。實際生產(chǎn)測算時，1m3的殘渣需要添加3～4m3的添加物，最終物料堆體體積為4～5m3，即堆肥空間擴大了3～4倍。龐大的堆肥體積擴大了堆肥占地面積，增加了堆肥的投資和運行成本，難以實現(xiàn)堆肥設備化。而烘干設備利用工廠自產(chǎn)的沼氣，對預處理出來的殘渣采用火焰和煙氣進行直接烘干，完成了對餐廚殘渣的脫水、殺菌、微量碳化以及干燥處理。本設備的熱效率高，可直接收集尾氣，且滅菌徹底。此外，它縮小了物料體積，可將紙張和抹布等木質素碳化充當碳源，以保證碳氮比為30:1～25:1，同時可將餐廚殘渣中金屬、陶瓷以及玻璃等作為透氣支撐物。在后續(xù)的堆肥工藝中，采用純減法進行處理，相當于沒有添加堆肥所需的輔助支撐物，實現(xiàn)了設備堆肥小型化。因為餐廚殘渣前期預處理中不進行分揀工序，所以餐廚垃圾殘渣中會含有玻璃、陶瓷、紙巾、木筷、塑料以及金屬塊等。經(jīng)過烘干設備處理后，在340℃左右的沼氣火焰作用下，其中的紙巾、木筷以及塑料部分發(fā)生碳化，以彌補堆肥碳源的不足。此外，玻璃、陶瓷以及金屬塊在烘干滾筒和堆肥滾筒的轉動中相互沖擊，可破碎餐廚固體廢棄物中的有機物，使有機物的體積再次減小。通過封閉式篩分裝置，可分離出大塊的無機物，而篩下的較小顆粒有機物進入后續(xù)堆肥設備中繼續(xù)進行好氧堆肥。熟化后的有機肥顆粒經(jīng)過重力篩剔除沙石，然后進入造粒、包裝以及銷售系統(tǒng)[1]。

1 烘干設備的結構設計

烘干設備由進料裝置、上筒體及導料葉片、下筒體及導料葉片、出料裝置、驅動機構、熱風爐、余熱利用裝置、預熱混風裝置以及機架組成，如圖1所示[2]。

機架上安裝有轉動加熱脫水部和恒溫脫水部，且恒溫脫水部位于加熱脫水部的下方。機架上安裝有用于帶動加熱脫水部轉動的第一轉動驅動機構和用于帶動恒溫脫水部轉動的第二轉動驅動機構。加熱脫水部的一端安裝有上筒進料部，另一端安裝有上筒導料部。恒溫脫水部的一端安裝有下筒進料部，且位于上筒導料部的下方。它的進料口與上筒導料部的出料口相接。恒溫脫水部的一端安裝有出料部，其進料口與恒溫脫水部的出料口相接。上筒導料部上連接有加熱脫水的熱源部，上筒進料部上連接有用于回收余熱利用部。下筒進料部上連接有用于收集恒溫脫水部內的尾氣，并將收集的尾氣通入熱源部的尾氣收集部[3]。

2 烘干設備的工作原理

初始物料由加熱脫水部的進料螺旋輸送至上筒體內，從右至左依次經(jīng)過上筒快速導料段、預熱蒸發(fā)段和微量碳化段，被筒體內壁上的多個抄料板抄起下落形成料幕。原始物料與熱源部產(chǎn)生的高熱空氣經(jīng)預熱處理后，與尾氣收集的風機形成了負壓熱氣流，并利用負壓熱氣流進行充分熱交換，將物料中的水分蒸發(fā)帶走。物料行進方向與熱風氣流方向相反。以上工作采用了逆向交叉換熱蒸發(fā)原理。

初始物料經(jīng)過上筒逆風推進至高溫熱風產(chǎn)生段附近，被逐步強制加熱脫水，后經(jīng)由上筒導料部的導料螺旋進入下筒進行恒溫蒸發(fā)，進一步脫去多余水分，最后從下筒出料部經(jīng)由出料螺旋排出并輸送至下道工序設備中。

圖1 烘干設備結構示意圖

物料干燥過程中產(chǎn)生的余熱通過余熱回收部經(jīng)過換熱器進行熱交換。充分交換后的新鮮熱空氣進入下筒恒溫蒸發(fā)部進行預熱再利用，以降低熱損耗。下筒尾氣回收部將帶有余熱的濕焓熱空氣，在混風箱中進行風量補充和閃蒸脫水后，經(jīng)引風抽入熱風爐以接受燒嘴產(chǎn)生的高溫火焰的加熱。濕焓熱空氣在熱風爐中進行充分混合加熱并滅焰后形成高熱空氣，高熱空氣再次進入上筒進行初始物料的干燥，如此周而復始以達到節(jié)能干燥的目的[3]。

3 烘干設備的技術參數(shù)

烘干設備的工藝參數(shù)，如表1所示。烘干設備所處位置的氣象資料表，如表2所示。烘干設備參數(shù)的確定，如表3所示。

表1 烘干設備的工藝參數(shù)

表2 烘干設備所處位置的氣象資料表

表3 確定的烘干設備參數(shù)

4 烘干設備簡化模型的計算

本文依據(jù)《干燥設備設計手冊》《熱管節(jié)能減排換熱器設計與應用》《轉筒干燥機》相關理論知識設計計算。利用能量守恒原理，系統(tǒng)中熱量和風量能夠相對平衡，以最經(jīng)濟的能源投入和消耗，最大限度地使設備發(fā)揮效益。烘干設備簡化模型的計算，如圖2所示[2,4]。圖2中各參數(shù)符號及單位說明，如表4所示。

5 結論

（1）該設備利用可再生沼氣作為燃料對空氣進行加熱，完成了對餐廚垃圾的脫水、殺菌、微量碳化以及干燥。通過氣-氣熱管換熱器對尾氣進行循環(huán)利用，可有效降低沼氣的使用量，相比單筒直排式烘干機可節(jié)約40%～50%的沼氣使用量，從而滿足垃圾處理廠沼氣的自給量。此外，剩余沼氣可以用來發(fā)電和供暖等，以實現(xiàn)多種經(jīng)濟價值。

圖2 簡化模型的計算

表2 圖4中各參數(shù)符號及單位說明

（2）該設備采用無軸螺旋給料機，確保了復雜多樣物質結構的餐廚垃圾的連續(xù)均勻給料，減少了餐廚垃圾中夾雜其他無機材料所造成的卡堵現(xiàn)象，降低了由于堵塞產(chǎn)生的檢修和人工費用，大大降低了運行成本。

（3）該設備在全密閉的設備腔體內完成餐廚殘渣的干燥，后經(jīng)冷凝池生物除臭，不會污染環(huán)境。此外，冷凝水中含有大量的有機質成分，可以作為下道工序制作液態(tài)有機肥的理想原料，符合國家的環(huán)保政策和要求。

（4）該設備能將餐廚垃圾直接進行集中處理，減少了存放時間，緩解了因腐敗發(fā)臭而招致蚊蠅的現(xiàn)象，優(yōu)化了衛(wèi)生環(huán)境，減少了運輸費用和運輸過程中二次污染的可能，并實現(xiàn)了源頭處理和就地利用。肥料轉化率為餐廚垃圾固態(tài)物總量的70%～90%。

（5）餐廚垃圾經(jīng)該烘干設備加工后，所有的病菌被400～800℃的高溫所消滅，并可達到有益菌重新接種前的最佳溫度和濕度。

（6）該設備結構緊湊，比傳統(tǒng)同產(chǎn)能的干燥設備占地面積減少了50%，且操作方便。