申请日2018.09.03
公开(公告)日2018.12.18
IPC分类号C02F11/12; C02F11/14; C10L5/46
摘要
为了实现污泥的资源化利用，本发明记载了一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，包括预处理装置、干化装置和控制装置，所述预处理装置设置在干化装置的上部，所述预处理装置和干化装置分别与控制装置连接;本发明还记载了一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化方法，将污泥粉末与干化剂、助燃剂按一定比例加入预处理装置后，搅拌均匀后，通过控制装置控制搅拌后的混合物自动下料至干化装置，利用太阳光能的温室效应和烟囱的抽吸效应，实现污泥的干化过程。本发明属于污泥处理技术领域，实现污泥的燃料化利用及资源化处理，取代了一部分化石能源，具有巨大的经济效益。
权利要求书
1.一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：包括预处理装置(1)、干化装置(2)和控制装置(3)，所述预处理装置(1)设置在干化装置(2)的上部，所述预处理装置(1)和干化装置(2)分别与控制装置(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：所述预处理装置(1)包括壳体Ⅰ(11)、盖板(12)、电机Ⅰ(13)、搅拌器(14)、挡板(15)、挡板转轴(16)、电机Ⅱ(17)、继电器(18);所述壳体Ⅰ(11)上部设置有盖板(12)，所述盖板(12)上面安装有电机Ⅰ(13)，所述电机Ⅰ(13)与控制装置(3)电连接，所述电机Ⅰ(13)的输出轴穿过盖板(12)设有的中心孔与搅拌器(14)连接，所述搅拌器(14)的下方设置有挡板(15)，所述挡板(15)通过挡板转轴(16)转动连接在所述壳体Ⅰ(11)一侧内壁上，所述挡板转轴(16)与电机Ⅱ(17)的输出轴连接，所述电机Ⅱ(17)设置在壳体Ⅰ(11)外部，所述电机Ⅱ(17)与控制装置(3)电连接;所述挡板(15)上远离挡板转轴(16)的一端安装有继电器(18)，所述继电器(18)与控制装置(3)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：所述干化装置(2)包括壳体Ⅱ(21)、菲涅尔聚光镜(22)、传送带总成(23)、电机Ⅲ(24)、烟囱(25);所述传送带总成(23)包括传送带(231)和两根转轴(232);所述壳体Ⅱ(21)内分为物料输送区、排气区、太阳能温室区，所述物料输送区、排气区、太阳能温室区相互连通，所述物料输送区设置在壳体Ⅰ(11)的下部，所述排气区的上部连通设置有烟囱(25)，所述太阳能温室区的顶部设有敞口，所述敞口处安装有菲涅尔聚光镜(22);所述壳体Ⅱ(21)内水平且平行设置有两个转轴(232)，所述两个转轴(232)均与壳体Ⅱ的两个相对侧壁转动连接，两个转轴(232)通过传送带(231)传动连接，所述传送带(231)贯穿于物料输送区、排气区和太阳能温室区;其中一根所述转轴(232)与电机Ⅲ(24)的输出轴连接，所述电机Ⅲ(24)设置在壳体Ⅱ的外壁上，电机Ⅲ(24)与控制装置(3)电连接;所述壳体Ⅱ(21)远离壳体Ⅰ(11)的一端为开口端。
4.根据权利要求3所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：所述干化装置(2)还包括电加热装置(26)和光敏元件(27);所述电加热装置(26)设置在传送带(231)上下表面的中间，所述光敏元件(27)安装在壳体Ⅱ(21)的太阳能温室区，所述光敏元件(27)用于检测光照强度，所述电加热装置(26)和光敏元件(27)均与所述控制装置(3)电连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：所述烟囱(25)内安装有抽吸风扇(28)和活性炭吸附装置(29)，所述活性炭吸附装置(29)位于抽吸风扇(28)的上方;所述抽吸风扇(28)与控制装置(3)电连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于太阳能温室的污泥 自动燃料化装置，其特征在于：所述控制装置(3)为单片机。
7.根据权利要求3所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：所述干化装置(2)的壳体Ⅱ(21)侧壁上开有通风口(30)。
8.根据权利要求3所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，其特征在于：所述基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置还包括托盘(4)，所述托盘(4)置于所述传送带(231)上，用于物料的运输。
9.根据权利要求3-8中任一一个权利要求所述的装置实现基于太阳能温室的污泥自动燃料化的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：将污泥粉末与干化剂、助燃剂按5～10:1～3:0.1～2的质量比加入到预处理装置(1)后，控制装置(3)控制电机Ⅰ(13)的运转，电机Ⅰ(13)带动搅拌器(14)高速旋转，使污泥与助燃剂、干化剂充分混合，达到设定的搅拌时间后，所述控制装置(3)断开驱动搅拌器(14)的电机Ⅰ(13)和固定挡板(15)的继电器(18);挡板(15)在自身与污泥的重力下绕挡板转轴(16)转动，挡板(15)打开，污泥落入托盘(4)中，实现下料;待污泥完全落下后，控制装置(3)启动电机Ⅱ(17)驱动挡板转轴(16)旋转，将挡板(15)转回原位，同时开启继电器(18)，将挡板(15)固定。
步骤二：在下料完成后，控制装置(3)启动电机Ⅲ(24)通过转轴(232)带动传送带(231)运转，控制装置(3)监测电机Ⅲ(24)码盘转数以确定传送带(231)所走距离，传送带(231)带动托盘(4)运送至太阳能温室区;在托盘(4)完全进入太阳能温室区后传送带(231)停止运动，控制装置(3)根据光敏元件(27)检测光照强度的反馈决定是否启动电加热装置(26)进行干化，在干化过程中，控制装置(3)检测污泥的干化时间和失重率，在相同的时间间隔内，连续两次测定污泥的失重率之差小于5%时，干化过程结束，控制装置(3)再次启动电机Ⅲ(24)，由电机Ⅲ(24)带动传送带(231)运动，将干化完成的混合物送出干化装置(2)，完成污泥的燃料化过程。
10.根据权利要求9所述的一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化的方法，其特征在于：所述干化剂为硫酸铁、聚丙烯酰胺和氧化钙的任意一种或多种的组合。
说明书
一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置和方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体而言，涉及一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置和方法。
背景技术
近年来，我国的城市污水排放量不断增加。根据《2017年中国污泥处理行业发展现状分析及未来发展前景预测》，我国在2017年的城镇污水排放总量为510亿吨，伴随着污水总量的增加，其副产物污泥的产量也逐渐增加，预计到2020年，我国的污泥产量为8382万吨/年。现阶段，国内的大多数污水处理厂通过填埋处理污泥，既浪费土地资源，又可能对土地造成二次污染，不符合可持续发展的理念。寻求一种合适的污泥处理方法已经迫在眉睫。
污泥的固体成分是以有机成分为主的复杂的混合物。近年来的研究方向多集中在利用污泥中的有益物质，即实现污泥的资源化。现阶段的污泥资源化的方式有以下几种：污泥土地利用(堆肥)、污泥建筑材料利用、热解碳化利用等。这些技术需要较长的周期并且技术过程复杂。而近年来污泥燃料化逐渐兴起，这种方式处理过程简单，有很大的实用价值，既实现了化石燃料的节约，又实现了污泥的减量化处理，一举两得。
由于污泥中的水分大，污泥一般表现出不易燃烧的特性。有效利用其中有机物，提高污泥热值的最直接方法就是污泥干化。以往采用电烘干、热烘干浪费了大量的能量。而太阳能作为一种取之不尽用之不竭的能源，具有能量密度大、环保等特点，更适合作为污泥干化的能量来源。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置和方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置，包括预处理装置、干化装置和控制装置，所述预处理装置设置在干化装置的上部，所述预处理装置和干化装置分别与控制装置连接。
进一步的，所述预处理装置包括壳体Ⅰ、盖板、电机Ⅰ、搅拌器、挡板、挡板转轴、电机Ⅱ、继电器;所述壳体Ⅰ上部设置有盖板，所述盖板上面安装有电机Ⅰ，所述电机Ⅰ与控制装置电连接，所述电机Ⅰ的输出轴穿过盖板设有的中心孔与搅拌器连接，所述搅拌器的下方设置有挡板，所述挡板通过挡板转轴转动连接在所述壳体Ⅰ一侧内壁上，所述挡板转轴与电机Ⅱ的输出轴连接，所述电机Ⅱ设置在壳体Ⅰ外部，所述电机Ⅱ与控制装置电连接;所述挡板上远离挡板转轴的一端安装有继电器，所述继电器与控制装置电连接。
进一步的，所述干化装置包括壳体Ⅱ、菲涅尔聚光镜、传送带总成、电机Ⅲ、烟囱;所述传送带总成包括传送带和两根转轴;所述壳体Ⅱ内分为物料输送区、排气区、太阳能温室区，所述物料输送区、排气区、太阳能温室区相互连通，所述物料输送区设置在壳体Ⅰ的下部，所述排气区的上部连通设置有烟囱，所述太阳能温室区的顶部设有敞口，所述敞口处安装有菲涅尔聚光镜;所述壳体Ⅱ内水平且平行设置有两个转轴，所述两个转轴均与壳体Ⅱ的两个相对侧壁(通过轴承)转动连接，两个转轴通过传送带传动连接，所述传送带贯穿于物料输送区、排气区和太阳能温室区;其中一根所述转轴与电机Ⅲ的输出轴连接，所述电机Ⅲ设置在壳体Ⅱ的外壁上，电机Ⅲ与控制装置电连接;所述壳体Ⅱ远离壳体Ⅰ的一端为开口端。
进一步的，所述干化装置还包括电加热装置和光敏元件;所述电加热装置设置在传送带上下表面的中间，所述光敏元件安装在壳体Ⅱ的太阳能温室区，所述光敏元件用于检测光照强度，所述电加热装置和光敏元件均与所述控制装置电连接。
进一步的，所述烟囱内安装有抽吸风扇，所述抽吸风扇与控制装置电连接。
进一步的，所述烟囱内设置有活性炭吸附装置，所述活性炭吸附装置位于抽吸风扇的上方。
进一步的，所述控制装置为单片机。
进一步的，所述干化装置的壳体Ⅱ侧壁上开有通风口。
进一步的，所述基于太阳能温室的污泥自动燃料化装置还包括托盘，所述托盘置于所述传送带上，用于物料的运输。
一种基于太阳能温室的污泥自动燃料化方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：将污泥粉末与干化剂、助燃剂按5～10:1～3:0.1～2的质量比加入预处理装置后，控制装置控制电机Ⅰ的运转，电机Ⅰ带动搅拌器的高速旋转，使污泥与助燃剂、干化剂充分混合，达到设定的搅拌时间后，所述控制装置断开驱动搅拌器的电机Ⅰ和固定挡板的继电器;挡板在自身与污泥的重力下绕挡板转轴转动，挡板打开，污泥落入托盘中，实现下料;待污泥完全落下后，控制装置启动电机Ⅱ驱动挡板转轴旋转，将挡板转回原位，同时开启继电器，将挡板固定。
步骤二：在下料完成后，控制装置启动电机Ⅲ通过转轴带动传送带运转，控制装置监测电机Ⅲ码盘转数以确定传送带所走距离，传送带带动托盘运送至太阳能温室区;在托盘完全进入太阳能温室区后传送带停止运动，控制装置根据光敏元件检测光照强度的反馈决定是否启动电加热装置进行干化，在干化过程中，控制装置检测污泥的干化时间和失重率，在相同的时间间隔内，连续两次测定污泥的失重率之差小于5%时，干化过程结束，控制装置再次启动传送带，将干化完成的混合物送出干化装置，完成污泥的燃料化过程。
进一步的，所述干化剂为硫酸铁、聚丙烯酰胺和氧化钙的任意一种或多种的组合。
进一步的，干化剂比例不高于混合物总体质量的10%。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本装置结构简单，组成部件少，一体三区的设计可以使装置的管理与维护更加轻松，便于实现模块化。
2、本装置以太阳能温室技术为核心，利用太阳能这一清洁能源，通过降低污泥含水量提升污泥热值，使其达到燃料标准，实现污泥的燃料化利用及资源化处理，取代了一部分化石能源，具有巨大的经济效益。
3、本装置结合了烟囱抽吸技术、菲涅尔透镜聚光技术，并与太阳能有机结合，使污泥得到干化处理，节省了电能等二次能源，提高了能量的利用率。
4、本装置通过单片机对处理过程进行控制，从下料到获得产品不需要人为控制，实现了污泥处理过程的自动化，节省了大量的人力，具有一定的经济价值。
5、本装置处理后的污泥产物可以作为一种低品位燃料，用于替代燃煤以减少煤耗，而且与其它低品位化石燃料相比(煤矸石等)，产物热值高，具有良好的利用价值。
6、本发明公开的基于太阳能温室的污泥自动燃料化方法简单高效，有效实现了污泥的减量化、资源化;相对原有的填埋处理法，此方法可节约大量的土地资源，有巨大的环境效益。
