一種臭氣換熱冷凝系統及方法與流程

2023-10-23 10:40:17 2

本發明屬於汙染治理技術領域，具體涉及一種有機廢棄物發酵臭氣換熱冷凝系統及方法。

背景技術：

在工農業生產、汙水處理、垃圾處理和堆肥等過程中，會產生大量的臭氣和有機廢氣，不但對周圍環境造成汙染，同時對人體健康和生態環境造成嚴重危害，臭氣和有機廢氣的治理越來越受到人們的關注。

在有機廢棄物發酵過程中，微生物通過代謝活動，把其中一部分有機物氧化成簡單的無機物，為生物生命活動提供所需的能量，另一部分有機物轉化為生物體所需的營養物質，形成新的細胞體，使微生物不斷增殖，在此過程中，放出大量能量，除小部分為細胞質合成提供能量外，其餘均以熱量的形式放出，據文獻介紹，在有機廢棄物高溫發酵階段，微生物氧化分解有機廢棄物平產生的熱量約420 kJ/kg，這些熱能隨臭氣排出，使臭氣溫度最高可達60~70℃，同時，由於物料堆體溫度升高，導致物料水分蒸發速度加快，大量水分也隨臭氣排出。

礦質原料如煤炭、柴油等在燃燒過程中不可避免地產生煙塵等顆粒物、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)等有毒有害氣體，同時，燃燒尾氣也會帶走大量熱量，而這部分熱量未經利用，造成熱能的浪費，加劇對環境的汙染。

治理臭氣和有機廢氣的技術有很多，如吸收吸附、焚燒法、化學轉化法、冷凝法及生物法等，但在這些方法中，最為經濟有效的是生物除臭法，生物除臭法是一種無臭化、無害化的工藝方法，即利用具有除臭功能的微生物菌群轉化廢氣中的硫化氫、還原硫化物等臭氣物質，具有去除率高，運轉費用低，操作管理簡單，不產生二次汙染等優點，但是，生物除臭法除臭效果依賴除臭微生物的活性，除臭進氣溫度過高或過低都會影響微生物的生長繁殖，進而降低除臭效果，當除臭進氣溫度高於40℃或低於15℃時，除臭微生物生長繁殖受到抑制；當除臭進氣溫度高於60℃時，除臭微生物大量死亡，喪失除臭效果。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：解決上述現有技術存在的問題，而提供一種臭氣換熱冷凝系統及方法，滿足生物除臭裝置對於臭氣溫度控制在10℃~40℃的要求，避免溫度過高或過低影響微生物的生長繁殖，降低除臭效果，本發明的系統及方法換熱比表面積大，換熱效率高，檢測控制裝置智能化程度高，新鮮空氣經換熱冷凝器加熱後還可作為有機廢棄物進行好氧發酵 的熱源和其他熱能負載的部分熱能，本發明既節能，又環保，真正實現汙染治理與能源循環利用和諧統一。

本發明採用的技術方案是：

一種臭氣換熱冷凝系統，包括換熱冷凝器、溫度傳感器、生物除臭裝置、檢測控制裝置、臭氣收集管道和臭氣排氣管道，所述的換熱冷凝器包括依次連接固定的上端蓋、罐體、下端蓋，上端蓋的上端具有臭氣進氣法蘭，臭氣收集管道與臭氣進氣法蘭連接固定；在罐體側壁上，下部設有新鮮空氣進氣法蘭，上部設有熱空氣排氣法蘭；熱空氣排氣法蘭通過熱空氣引風機及熱空氣管道連接熱能負載；在罐體上部安裝有上管板，下部安裝下管板，上、下管板上均勻布置有若干孔，穿過上、下管板的對應孔之間用換熱管連接，換熱管兩端分別固定在上、下管板上，使上、下管板、換熱管外側和罐體外壁之間形成一個密閉腔體，並通過新鮮空氣進氣法蘭和熱空氣排氣法蘭與外界連通；在下管板上均勻固定多根拉杆，在罐體內的新鮮空氣進氣法蘭和熱空氣排氣法蘭之間的空間內均勻布置有多塊隔板，隔板固定在拉杆上；換熱管內腔連通上、下端蓋；下蓋板底部設置有U形管；下端蓋的側壁上設有臭氣排氣法蘭，臭氣排氣法蘭與臭氣排氣管道連接固定，臭氣排氣管道連接引風機進氣口，引風機排氣口連接生物除臭裝置；在臭氣收集管道與引風機進氣口之間還連接有旁通支路及旁通支路電磁閥；臭氣收集管道末端安裝有臭氣進氣電磁閥，在臭氣排氣口或臭氣排氣管道內安裝有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出連接檢測控制裝置的信號輸入端，而檢測控制裝置輸出的控制信號連接臭氣進氣電磁閥或旁通支路電磁閥。

上述技術方案中，下端蓋的的容積大於或等於上端蓋的容積。

上述技術方案中，隔板為切邊的圓形結構，隔板的直徑等於罐體的內徑，隔板沿軸線方向錯落、均勻地分布於罐體內，隔板固定在拉杆上，使得新鮮空氣走向為「Z」字型，以增加空氣的路徑，增大空氣與換熱管的接觸面積。

上述技術方案中，所述的下端蓋出水口位於下端蓋的最低處，下端蓋出水口連接U型管的進水口，U型管的最高液位低於臭氣排氣法蘭的最低點。

上述技術方案中，所述的檢測控制裝置設定的換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管道內的溫度控制範圍為10℃~40℃，當換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管內的溫度傳感器檢測到臭氣溫度大於40℃時，檢測控制裝置輸出控制信號打開換熱冷凝器上端蓋上方的臭氣進氣電磁閥，關閉旁通支路電磁閥，使臭氣經換熱冷凝器冷卻後再進入生物除臭裝置；而當換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管內的溫度傳感器檢測到臭氣溫度小於10℃時，檢測控制裝置輸出控制信號關閉換熱冷凝器上端蓋上方的臭氣進氣電磁閥，打開旁通支路電磁閥，使臭氣不進入換熱冷凝器降溫；檢測控制裝置通過溫度傳感器檢測換熱冷凝器的臭氣排氣溫度，檢測控制裝置輸出控制信號控制換熱冷凝器的臭氣進氣電磁閥或旁通支路電磁閥，使生物除臭裝置在10℃~40℃溫度區間工作，既保證除臭效果，又避免生物除臭裝置中微生物的休眠和死亡。

一種臭氣換熱冷凝方法，包括：

（1）設計製造臭氣換熱冷凝器：臭氣換熱冷凝器包括依次連接固定的上端蓋、罐體、下端蓋；上端蓋上端具有臭氣進氣法蘭，臭氣收集管道與臭氣進氣法蘭連接固定，臭氣收集管道下部安裝有臭氣進氣電磁閥，下端蓋底端具有臭氣排氣法蘭，臭氣排氣法蘭與臭氣排氣管道連接固定，換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管道內安裝有溫度傳感器，所述罐體內安裝有空氣換熱器，在罐體側壁上部設有熱空氣排氣法蘭，罐體側壁下部設有新鮮空氣進氣法蘭；

（2）連接臭氣換熱冷凝系統：換熱冷凝器下端臭氣排氣口的溫度傳感器輸出的模擬信號連接至檢測控制裝置輸入端，檢測控制裝置輸出的控制信號連接至臭氣進氣電磁閥或旁通支路電磁閥；臭氣換熱冷凝器下端連接的臭氣排氣管道與引風機進氣口連接，引風機排氣口連接生物除臭裝置，在臭氣收集管道與引風機進氣口之間還連接有旁通支路及旁通支路電磁閥；罐體側壁下部的新鮮空氣進氣法蘭為新鮮冷空氣入口，而罐體側壁上部的熱空氣排氣法蘭通過熱空氣引風機及熱空氣管道連接熱能負載；在換熱冷凝器下端蓋出水口連接U型排水管；

（3）檢測控制裝置控制開啟換熱冷凝器的進氣管道上的臭氣進氣電磁閥，啟動引風機，臭氣經臭氣收集管道引入換熱冷凝器的換熱管內，啟動熱能負載前端的引風機，新鮮空氣經新鮮空氣進氣口進入換熱冷凝器的換熱管外周，換熱管內含熱臭氣與管外的新鮮空氣在換熱冷凝器內形成對流，通過換熱管管壁進行充分的熱交換；

（4）臭氣經換熱冷凝器換熱、冷卻後經臭氣排氣口排出，再經引風機引至生物除臭裝置內，臭氣經生物除臭裝置吸收、轉化，達標後排放；另外，將經換熱冷凝器加熱的新鮮空氣從熱空氣排氣口排出，引入熱能負載中，為熱能負載提供新鮮的熱空氣；

（5）臭氣經換熱冷凝器降溫後產生的冷凝水匯集在換熱冷凝器的下端蓋中，當下端蓋中的冷凝水液位達到一定值時，由於壓差作用，冷凝水自動從U型管排水口排至溝渠中；

（6）當換熱冷凝器臭氣排氣口的溫度傳感器所檢測的臭氣溫度大於40度時，檢測控制裝置輸出控制信號打開換熱冷凝器進氣管道上的臭氣進氣電磁閥，關閉旁通支路電磁閥，使進入生物除臭濾裝置的臭氣在換熱冷凝器內冷卻；而當溫度傳感器所檢測的臭氣溫度小於10度時，檢測控制裝置輸出控制信號關閉換熱冷凝器的臭氣進氣電磁閥，打開旁通支路電磁閥，使臭氣不進入換熱冷凝器內降溫，使生物除臭裝置在10°C至40°C溫度區間工作，既保證除臭效果，又使生物除臭裝置中的微生物不至於休眠和死亡。

有益效果：

本發明充分考慮有機廢棄物發酵臭氣熱量高、溼度大的特點，創造性地設計一種換熱冷凝器，換熱冷凝器內均勻豎直排列中若干個換熱管，換熱管內含熱臭氣與管外的新鮮空氣對流，通過換熱管進行充分地熱交換，該方式與傳統換熱方式相比，換熱比表面積大，換熱效率高，同時，新鮮空氣經換熱冷凝器加熱成熱空氣，熱空氣可以作為有機廢棄物的熱源，對有機廢棄物進行加熱、供氧，縮短有機廢棄物發酵升溫時間，提高發酵效率。

由於有機廢棄物發酵臭氣溼度大，在經換熱冷凝器降溫的同時，也產生了大量大量冷凝水，這些冷凝水經換熱管自然匯集到換熱冷凝器的下端蓋內，當冷凝水液位達到一定高度時，由於壓差的作用，冷凝水隨U型管自然外排至溝渠中，這種方式操作簡單易行，同時利用冷凝水密封下端蓋冷凝水排水口，防止冷凝後的臭氣經下端蓋冷凝水排水口排向大氣造成二次汙染。

當在冬季進行有機廢棄物的好氧發酵，以及好氧發酵伊始，排出的臭氣溫度低時，無需換熱冷凝，本發明創新設計，在換熱冷凝器管路上設置旁通支路，當在冬季進行有機廢棄物的好氧發酵，以及好氧發酵伊始，排出的臭氣溫度低時，低溫臭氣經過旁通支路進入生物除臭裝置，以避免低溫臭氣經過換熱冷凝器再次降溫；而當在有機廢棄物的好氧發酵的高溫階段，排出的臭氣溫度高、溼度大，此時關閉旁通支路，臭氣通過換熱冷凝器降溫，使生物除臭濾塔內物料溫度始終保持在限定的範圍內，既保證除臭效果，又使生物除臭濾塔中的微生物不至於休眠和死亡。

本發明既節能，又環保，真正實現汙染治理與能源循環利用的和諧統一。

附圖說明：

圖1為本發明原理示意圖；

圖2為換熱冷凝器結構示意圖；

圖3 上端蓋與罐體連接結構示意圖；

圖4 下端蓋與罐體連接結構示意圖；

圖5為圖4中I局部放大圖。

附圖標記說明：

201A—臭氣進氣電磁閥，202—換熱冷凝器，203—熱空氣引風機，204—熱能負載，205—引風機，206—生物除臭裝置，207—溫度傳感器，208—檢測控制裝置，201B—旁通支路電磁閥，101—上端蓋，102—上管板，103—換熱管，104—隔板，105—拉杆，106—新鮮空氣進氣法蘭，107—下端蓋，108—臭氣排氣法蘭，109—臭氣進氣法蘭，110—熱空氣排氣法蘭，111—罐體，112—下管板，113—U型管。

具體實施方式：

參見圖1、圖2、圖3和圖4，本發明的一種臭氣換熱冷凝系統，包括換熱冷凝器、溫度傳感器、生物除臭裝置、檢測控制裝置、臭氣收集管道和臭氣排氣管道，所述的換熱冷凝器包括依次連接固定的上端蓋、罐體、下端蓋，上端蓋的上端具有臭氣進氣法蘭，臭氣收集管道下端與臭氣進氣法蘭連接固定，下端蓋的下端具有臭氣排氣法蘭，臭氣排氣法蘭與臭氣排氣管道連接固定，臭氣排氣管連接引風機進氣口，引風機排氣口連接生物除臭裝置；在臭氣收集管道與引風機進氣口之間還連接有旁通支路及旁通支路電磁閥；所述換熱冷凝器的罐體側壁下部設有新鮮空氣進氣法蘭，換熱冷凝器的罐體側壁上部設有熱空氣排氣法蘭，熱空氣排氣法蘭通過熱空氣引風機及熱空氣管道連接熱能負載；在換熱冷凝器的罐體內安裝空氣換熱器；臭氣收集管道下部安裝有臭氣進氣電磁閥，在換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管道內安裝有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出連接檢測控制裝置的信號輸入端，而檢測控制裝置輸出的控制信號連接至臭進氣電磁閥或旁通支路電磁閥，所述換熱冷凝器罐體內安裝的空氣換熱器為列管式熱交換器，具體結構為：在罐體內上部安裝上管板，在罐體內下部安裝下管板，上管板上和下管板上均勻布置很多氣孔，上管板和下管板的對應氣孔間用換熱管連接，換熱管內腔與臭氣連通，換熱管外側空間與新鮮空氣連通，在下管板上固定多根拉杆，在罐體內的新鮮空氣進氣和熱空氣排氣之間的空間內均勻布置有多塊切邊的隔板，隔板的直徑等於罐體的內徑，隔板沿軸線方向錯落地固定在拉杆上，所述的下端蓋出水口連接U型管的進水口，U型管的排水口位置低於下端蓋，所述的檢測控制裝置設定的換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管道內的溫度控制範圍為10℃~40℃，當換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管內的溫度傳感器檢測到臭氣溫度大於40℃時，檢測控制裝置輸出控制信號打開換熱冷凝器上端蓋上方的臭氣進氣電磁閥，關閉旁通支路電磁閥，使臭氣經換熱冷凝器冷卻後再進入生物除臭裝置；而當換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管內的溫度傳感器檢測到臭氣溫度小於10℃時，檢測控制裝置輸出控制信號關閉換熱冷凝器上端蓋上方的臭氣進氣電磁閥，打開旁通支路電磁閥，使臭氣不進入換熱冷凝器降溫；檢測控制裝置通過溫度傳感器檢測換熱冷凝器的臭氣排氣溫度，檢測控制裝置輸出控制信號控制換熱冷凝器的臭氣進氣電磁閥或旁通支路電磁閥，使生物除臭裝置在10℃~40℃溫度區間工作，既保證除臭效果，又避免生物除臭裝置中微生物的休眠和死亡。

一種臭氣換熱冷凝方法，包括：

（1）設計製造臭氣換熱冷凝器：臭氣換熱冷凝器包括依次連接固定的上端蓋、罐體、下端蓋；上端蓋上端具有臭氣進氣法蘭，臭氣收集管道與臭氣進氣法蘭連接固定，臭氣收集管道下部安裝有臭氣進氣電磁閥，下端蓋底端具有臭氣排氣法蘭，臭氣排氣法蘭與臭氣排氣管道連接固定，換熱冷凝器下端臭氣排氣口或臭氣排氣管道內安裝有溫度傳感器，所述罐體內安裝有空氣換熱器，在罐體側壁上部設有熱空氣排氣法蘭，罐體側壁下部設有新鮮空氣進氣法蘭；

（2）連接臭氣換熱冷凝系統：換熱冷凝器下端臭氣排氣口的溫度傳感器輸出的模擬信號連接至檢測控制裝置輸入端，檢測控制裝置輸出的控制信號連接至臭氣進氣電磁閥或旁通支路電磁閥；臭氣換熱冷凝器下端連接的臭氣排氣管道與引風機進氣口連接，引風機排氣口連接生物除臭裝置，在臭氣收集管道與引風機進氣口之間還連接有旁通支路及旁通支路電磁閥；罐體側壁下部的新鮮空氣進氣法蘭為新鮮冷空氣入口，而罐體側壁上部的熱空氣排氣法蘭通過熱空氣引風機及熱空氣管道連接熱能負載；在換熱冷凝器下端蓋出水口連接U型排水管；

（3）檢測控制裝置控制開啟換熱冷凝器的進氣管道上的臭氣進氣電磁閥，啟動引風機，臭氣經臭氣收集管道引入換熱冷凝器的換熱管內，啟動熱能負載前端的引風機，新鮮空氣經新鮮空氣進氣口進入換熱冷凝器的換熱管外周，換熱管內含熱臭氣與管外的新鮮空氣在換熱冷凝器內形成對流，通過換熱管管壁進行充分的熱交換；

（4）臭氣經換熱冷凝器換熱、冷卻後經臭氣排氣口排出，再經引風機引至生物除臭裝置內，臭氣經生物除臭裝置吸收、轉化，達標後排放；另外，將經換熱冷凝器加熱的新鮮空氣從熱空氣排氣口排出，引入熱能負載中，為熱能負載提供新鮮的熱空氣；

（5）臭氣經換熱冷凝器降溫後產生的冷凝水匯集在換熱冷凝器的下端蓋中，當下端蓋中的冷凝水液位達到一定值時，由於壓差作用，冷凝水自動從U型管排水口排至溝渠中；

（6）當換熱冷凝器臭氣排氣口的溫度傳感器所檢測的臭氣溫度大於40度時，檢測控制裝置輸出控制信號打開換熱冷凝器進氣管道上的臭氣進氣電磁閥，關閉旁通支路電磁閥，使進入生物除臭濾裝置的臭氣在換熱冷凝器內冷卻；而當溫度傳感器所檢測的臭氣溫度小於10度時，檢測控制裝置輸出控制信號關閉換熱冷凝器的臭氣進氣電磁閥，打開旁通支路電磁閥，使臭氣不進入換熱冷凝器內降溫，使生物除臭裝置在10°C至40°C溫度區間工作，既保證除臭效果，又使生物除臭裝置中的微生物不至於休眠和死亡。

下面結合附圖，對本發明作進一步具體說明：

本發明所涉及的換熱冷凝器結構示意圖如圖2所示，換熱冷凝器從上到下依次由上端蓋101、上管板102、罐體111、下管板112、下端蓋107和U型管113構成，上管板102和下管板112上均勻布置很多氣孔，上管板102和下管板112對應氣孔間用換熱管103連接，在下管板112上固定多根拉杆105，且在空氣進、出口之間錯落、均勻地布置有多塊切邊的 隔板104，隔板104固定在拉杆105上，隔板104的直徑小於罐體111的內徑，上端蓋101上設置有臭氣進氣法蘭109，下端蓋107的上部設置有臭氣排氣法蘭108，罐體111側壁下部設置有冷空氣進氣法蘭106，罐體111側壁上部設置有熱空氣排氣法蘭110，U型管113的進水口固定在下端蓋107的底部，U型管113的最高液位低於臭氣排氣法蘭108的最低點。

本發明所涉及的臭氣換熱冷凝方法示意圖如圖1所示，一種臭氣換熱冷凝裝置及方法主要包括換熱冷凝器202、電磁閥201A和201B、引風機203和205、熱能負載204、生物除臭裝置206、溫度傳感器207、檢測控制裝置208、以及臭氣輸送管道等，換熱冷凝器202的臭氣進氣法蘭109連接臭氣收集管道，臭氣排氣法蘭108經排氣管道連接引風機205的進氣口，在臭氣排氣口安裝有溫度傳感器207，引風機205的排氣口經管道連接生物除臭裝置206的進氣口，在換熱冷凝器202進氣管道上設置有電磁閥201A，並設有旁通支路，臭氣換熱冷凝器202旁通支路設置有電磁閥201B，換熱冷凝器202的熱空氣排氣法蘭110經管道連接引風機203的進氣口，引風機203的排氣口經管道連接熱能負載204的進氣口。

本發明的臭氣換熱冷凝方法中，所述步驟（3）—（6）結合附圖具體描述如下：

（3）檢測控制裝置控制208開啟臭氣換熱冷凝器的進氣管道上的電磁閥201A，啟動引風機205，臭氣經臭氣進氣法蘭109引入換熱冷凝器202的換熱管103內，啟動熱能負載204前段的引風機203，新鮮空氣經新鮮空氣進氣法蘭106進入換熱冷凝器202的換熱管103外，換熱管103內含熱臭氣與換熱管103管外的新鮮空氣在換熱冷凝器202內形成對流，通過換熱管202管壁進行充分地熱交換；

（4）臭氣經換熱冷凝器202換熱、冷卻後經臭氣排氣法蘭108排出，再經生物除臭裝置206的進氣口引至生物除臭裝置206內，臭氣經生物除臭裝置206吸收、轉化，達標後排放；將經換熱冷凝器202加熱的空氣從熱空氣排氣法蘭110排出，經引風機203引入熱能負載204中，為熱能負載204提供新鮮的熱空氣；

（5）臭氣經換熱冷凝器202降溫後產生的冷凝水匯集在換熱冷凝器202的下端蓋107中，當下端蓋107中的冷凝水液位達到一定值時，由於壓差作用，冷凝水自動從U型管113排水口排至溝渠中；

（6）當檢測控制裝置208檢測安裝在換熱冷凝器202臭氣排氣口的溫度傳感器207檢測到臭氣溫度大於40度時，檢測控制裝置208打開臭氣換熱冷凝器202的進氣管道上的電磁閥201A，關閉旁通支路電磁閥201B，使進入生物除臭裝置206的臭氣經臭氣換熱冷凝器202冷卻；而當檢測控制裝置208檢測安裝在換熱冷凝器202臭氣排氣口的溫度傳感器207檢測到生物除臭裝置206內除臭填料的溫度小於10度時，控制系統208關閉換熱冷凝器202的進氣管道上的電磁閥201A，打開旁通支路電磁閥201B，使臭氣不進入換熱冷凝器202降溫，使生物除臭裝置206在10°C~40°C溫度區間工作，既保證除臭效果，又使生物除臭裝置206中的微生物不至於休眠和死亡。