一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备

1.本发明属于农牧废弃物能源化利用领域，特别是涉及一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备。


背景技术：

2.散煤燃烧过程中易对环境造成污染，碳排放量巨大。目前倡导散煤清零，利用清洁能源供暖的方式。另一方面，北方农村农牧有机固体废弃物资源量极其丰富，但是生物质资源化利用受限。
3.发酵热是生物质在微生物作用下通过好氧发酵产生的热能，是一种清洁、低碳的能源，这些能量可以替代煤炭满足作为农用简易房或者冬季温室大棚供暖的能源需求。但是这些热能绝大部分都以废能形式释放到周围环境，难以回收利用。国内学者们主要关注于有机废弃物的高效转化及肥堆的肥效提升，对发酵产生的热能关注较少，因此目前国内市场上缺乏利用发酵热进行清洁供暖的设备。
4.在发酵热回收利用上，有三种方法可用于从发酵过程中提取热量：最简单的方法是直接利用堆肥蒸气，温室是这些系统的标志性用途，它们可以从堆肥废气中的热量和二氧化碳中直接受益，但是发酵产生的热空气显然并不直接适用于居民房屋的暖供热；第二种方法是通过桩内换热水管的传导进行加热，但由于水管位于发酵系统内部阻碍进出料，所以需要经常对换热管进行安装和拆解，操作繁琐；第三种是利用堆肥蒸汽和冷水在外置换热器内换热来捕获潜热，之后再进行用热，但以水为蓄热介质，换热用热过程涉及到多次热交换，导致整体热转换效率不高，因此简化发酵热利用工艺中的多次换热过程意义重大。
5.同时，在北方寒区，外界温度低，由热传导造成的热量损失多，一般热回收工艺和设备不足以抵抗外界低温。由此，对于发酵热利用系统的保温设计必不可少，需要开发设计全方面高效保温的热回收系统。


技术实现要素：

6.针对上述问题及需求，本发明提供了一种保温型的发酵热利用供热系统，对系统各设备进行了保温设计，以空气为蓄热介质，利用发酵热加热空气，对室内空气进行循环，以此开发一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖的设备，该设备添料出料操作方便，能耗低，易于推广。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，包括引风机、空气换热管、进气管、暖气供气管、发酵系统和阀门，所述发酵系统外一端连接进气管，另一端连接暖气供气管，所述进气管上设置有阀门和引风机，所述发酵系统内的发酵物上方安装有空气换热管，所述空气换热管与进气管和暖气供气管连通，所述进气管和暖气供气管连接供热区域。
8.更进一步地，所述发酵系统为发酵罐，所述发酵罐的前端安装有前固定板，后端安装有后固定板，所述前固定板和后固定板与发酵罐壳体润滑，互不干扰，所述前固定板和后
固定板通过中间横着的固定杆进行固定，所述前固定板上设置有进料口，所述后固定板上设置有出料口，所述发酵罐外周安装有转动带7，所述转动带通过驱动装置驱动。
9.更进一步地，所述发酵罐外安装有物料传送带，所述物料传送带位于进料口前方，往发酵罐内送料。
10.更进一步地，所述发酵系统可更换为发酵池，所述发酵池内设置有若干层抽屉式物料容器，所述物料容器通过把手能够拉出，每层物料容器内装有发酵堆，每层物料容器的上方均安装有空气换热管。
11.更进一步地，所述发酵池顶部安装有若干排气管，所述排气管上方封闭，在管壁处开孔通风。
12.更进一步地，所述空气换热管上下均安装有多孔承压板。
13.更进一步地，所述物料容器底部为网状结构。
14.更进一步地，所述多孔承压板和物料容器与发酵池之间采用滑轨衔接。
15.更进一步地，所述发酵池底部留有间隙作通风层，在通风层四侧设置若干通气孔，上方设置多孔承压板，多孔承压板和发酵池底部设置若干支撑柱。
16.更进一步地，所述进气管和暖气供气管外包有橡塑管套、聚氨酯发泡管或气凝胶毡作为保温材料，厚度不小于30mm。
17.与现有技术相比，本发明所述的一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备的有益效果是：
18.(1)本发明以发酵热为能源进行北方农村冬季室内清洁供暖设计。以发酵热为能源对导出的室内空气进行加热，再循环通入到室内进行供热，实现了北方农村冬季清洁低碳供暖，同时发酵后的固态产物进一步脱水后能够作为有机肥或再生垫料，为农牧有机废弃物的处理提供了一条清洁高效的途径。
19.(2)本发明简化了发酵热利用工艺中的取热-用热过程。本发明在发酵罐内设计了发酵产热耦合气-汽换热的结构，以空气为蓄热介质对发酵热进行回收利用，提供了一种更加简便直接的发酵余热回收方式，有效降低了取热用热过程中的热损失，提高了热利用效率。
20.(3)本发明提供了一种寒区发酵热利用设备的保温设计方案，能够有效降低发酵罐自身的热散失，确保了低温条件下发酵的正常启动。
21.(4)本发明结构、工艺简单，可灵活变动，可进行大规模推广。
附图说明
22.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明的具体实施方式一的暖气产生装置的结构示意图；
24.图2为本发明的发酵罐内空气换热结构的示意图；
25.图3为本发明的具体实施方式一的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备的整体工艺流程示意图；
26.图4为本发明的具体实施方式二的发酵池的内部结构示意图；
27.图5为本发明的具体实施方式二的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖
设备的结构示意图；
28.图6为本发明的具体实施方式二的空气换热管的结构示意图；
29.图7为本发明的具体实施方式二的物料容器的结构示意图；
30.图8为本发明的具体实施方式二用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备的整体工艺流程示意图；
31.图中：1-引风机；2-空气换热管；3-进气管；4-固定杆；5-前固定板；6-发酵罐；7-转动带；8-暖气供气管；9-物料传送带；10-进料口；11-驱动装置；12-后固定板；13-出料口；14-支撑柱；15-通气孔；16-排气管；17-金属网；18-发酵堆；19-把手；20-多孔承压板；21-阀门；22-发酵池；23-供热区域。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.一、具体实施方式一，参见图1-3说明本实施方式，一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，包括引风机1、空气换热管2、进气管3、暖气供气管8、发酵罐6和阀门21，所述发酵系统外一端连接进气管3，另一端连接暖气供气管8，所述进气管3上设置有阀门21和引风机1，所述发酵罐6内的发酵物上方安装有空气换热管2，所述空气换热管2与进气管3和暖气供气管8连通，所述进气管3和暖气供气管8连接供热区域23。
34.所述发酵罐6的前端安装有前固定板5，后端安装有后固定板12，所述前固定板5上设置有进料口10，所述后固定板12上设置有出料口13，所述前固定板5和后固定板12间横向固定有固定杆4。
35.所述发酵罐6外周安装有转动带7，所述转动带7通过驱动装置11驱动。
36.所述发酵罐6外安装有物料传送带9，所述物料传送带9位于进料口10前方，往发酵罐6内送料。
37.本发明在发酵罐6内利用空气换热管2进行发酵热蒸汽和室内循环空气间的汽-气换热，进行高效换热的同时，不妨碍连续进出料过程，进出料的同时进行自然通风。引风机将室内空气导出，通过系统加热后作为暖气直接循环通入室内进行供热。
38.本发明对整体热回收系统进行了严格保温设计，有效避免了热损失。同时，发酵后产生的固体腐熟物具有非常高的养分，简单处理后可作为有机肥进行还田。本发明在实现北方农村冬季清洁低碳供暖的同时，实现了农牧业有机固体废弃物的清洁处理及生物质能的循环利用。
39.本发明公开了一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖的设备。其第一种实施方式如上所述：
40.采用该系统为东北地区某农户住宅(85m2)进行供暖，住宅自身围护结构具有一定隔热性，门窗先前经过简易处理，进一步减少热散失。系统采用发酵罐容积为60m3，内径2.5m左右，户外环境温度-25～0℃，室内空气初始温度不高于8℃。
41.将预处理后的玉米秸秆和牛粪按一定比例混合，控制物料比例，调节碳氮比在25～40之间，测量平均值30.3，含水率控制在60％～65％范围内，测量平均值63.5％。之后均
匀播撒一定量的发酵菌剂、麸皮和过磷酸钙等，经传送带将物料送入发酵罐内进行发酵产热，利用空气换热管2进行热蒸汽和空气间的换热，对系统整体进行保温处理。该系统对该农户住宅进行了4个月的供暖。
42.在发酵高温期进行室内供暖的过程中，室内温度升高12℃以上，测量平均值18.7℃，室温长期处于16～22℃范围内。该系统采用到的换热结构介质间传热系数≤120w/(m2·
℃)，系统中获取的热能利用率75％以上。
43.本发明所述的一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖的设备的工作原理如下：
44.将预处理(粉碎、混匀等)后的待发酵物料(玉米秸秆、牛粪和猪粪等有机固体废弃物)中播撒混合发酵菌剂，同时控制物料比例，调节碳氮比在25～40之间，含水率控制在60％～65％范围内，之后经传送带送入发酵罐。物料在发酵罐内通过罐自身转动进行混合和不断向前缓慢传动，通过控制罐体转速，使得物料在罐内停留7～30天，进行充分发酵腐熟，期间进行自然通风和少量补水。
45.在发酵高温期，通过上方放置的空气换热管2进行汽-气换热，引风机1将需要供暖的房屋内的空气经过进气管3通入空气换热管2。发酵过程产生大量湿热蒸汽，高温期罐内温度可达到60～70℃，含有大量潜热。在湿热蒸汽上升与空气换热管2的管外壁接触时，蒸汽冷凝释放大量热能和空气换热管2内空气进行高效传热，同时空气换热管2设置在罐体内部，罐体进行了严格保温设计，热损失大幅较少，热回收效率提高。热回收后空气温度升高到28℃以上，不低于日常冬季室内空调供应的暖风，同时该加热过程空气介质之间不接触，可直接利用。
46.所述发酵罐6为可以通过自身转动来混合、运输物料的卧旋式发酵罐，配置驱动装置11，外壳设置有保温层，内径1.5～3m，罐体长度根据发酵规模确定，一般罐体容积≥30m3。发酵罐6分为外部转动的壳体和内部固定的换热结构。外壳上设置转动带，通过配置的驱动装置进行转动，转速可调。发酵罐6前后分别设置固定板，板上开有进料和出料口。外壳和固定板之间润滑，互不干扰。发酵罐6内部，物料堆积高度为罐内径长度的80％以下，空气换热管2与上方发酵罐6的内壁结构保持一定间距，不妨碍罐体的转动。
47.所述前、后固定板之间，通过固定杆4进行连接固定，固定杆可用水性金属漆等防腐漆涂刷进行防腐处理。在固定杆处盘有可拆卸的空气换热管，管内径为30～200mm，管外部材质为疏水防腐材质。空气换热管2和前端进气管3、后端暖气供气管8连通。
48.系统各部位进行了保温设计，需根据具体环境温度进行调节。在环境温度不低于-25℃的情况下，发酵罐6外壳采用橡塑板、聚苯板等保温材料进行保温，总传热系数控制在0.25～0.35w/(m2·
℃)。进气管3和暖气供气管8采用橡塑管套、聚氨酯发泡管或气凝胶毡等保温材料，厚度不小于30mm。
49.发明点主要包括以下几点：
50.1、气-汽换热耦合发酵产热结构设计。本发明在发酵罐6内部进行了换热结构设计，在进行空气循环过程中，利用发酵产生的热能加热空气，大大简化了热回收利用流程，降低了热损失。
51.2、以发酵热为能源进行室内供暖设计。本发明以发酵热为能源对导出的室内空气进行加热，再将其循环通入室内进行供热，实现了清洁低碳供暖。
52.二、具体实施方式二，参见图4-8说明本实施方式，一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，包括引风机1、空气换热管2、进气管3、暖气供气管8、发酵池22和阀门21，所述发酵系统外一端连接进气管3，另一端连接暖气供气管8，所述进气管3上设置有阀门21和引风机1，所述发酵池22内的发酵物上方安装有空气换热管2，所述空气换热管2与进气管3和暖气供气管8连通，所述进气管3和暖气供气管8连接供热区域23。
53.所述发酵池22内设置有若干层抽屉式物料容器，所述物料容器通过把手19能够拉出，每层物料容器内装有发酵堆18，每层物料容器的上方均安装有空气换热管2。
54.第二种实施方案在第一种实施方案上进行改动：
55.将发酵罐6替换为发酵池22，进行静态堆肥。该发酵池22采用抽屉式进出料方式，发酵堆整体分成多层，每层物料上方放置有多孔承压板20保护的空气换热管22，平板材质为高强度防腐材料，空气换热管2为螺旋盘管。
56.物料(发酵堆18)放置于抽屉式物料容器内，底部为网状结构用于通气承重，上方放置上述多孔承压板20及空气换热管2。其中，多孔承压板20、物料容器与发酵池22之间采用滑轨衔接，可从左侧拉出进行检修、进出料。
57.采用自然通风的方式对发酵池22进行通风，发酵池22底部留有间隙作通风层。在通风层四侧设置通气孔12，上方设置多孔承重平板，多孔承重平板和发酵池底部设置支撑柱14。
58.发酵池22顶部设置多个排气管16，排气管上方封闭，在管壁处开孔通风。
59.系统内金属材料必要情况下用水性金属漆等防腐漆涂刷进行防腐处理。
60.发酵池22进行全方面保温设计，采用橡塑板、聚苯板等保温材料进行保温，总传热系数控制在0.25～0.35w/(m2·
℃)。进气管3和暖气供气管8采用橡塑管套、聚氨酯发泡管或气凝胶毡等保温材料，厚度不小于30mm。
61.所述一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备第二种实施方案的具体操作过程为：
62.采用该系统为北方地区某农户住宅(100m2)进行供暖，住宅自身先前经过隔热处理。系统采用发酵规模为60m3，发酵池高度2.8m左右，户外环境温度-10～10℃，室内初始温度不高于15℃。
63.将预处理后的玉米秸秆和猪粪按一定比例混合，控制物料比例，调节碳氮比在25～40之间，测量平均值35.2，含水率控制在60％～65％范围内，测量平均值64.5％。之后均匀播撒一定量的发酵菌剂、麸皮和过磷酸钙等，分三层堆放在抽屉式物料容器内，从下到上依次对物料容器和空气换热管进行叠放，静置进行发酵产热。该系统对住宅室内进行3个月的换气供暖，期间经过2次换料。
64.在发酵高温期进行室内供暖的过程中，室内温度升高，测量平均值24.5℃，室温长期处于20～28℃范围内。该系统采用到的换热结构介质间传热系数≤200w/(m2·
℃)，系统中获取的热能的利用率在75％以上。
65.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：包括引风机(1)、空气换热管(2)、进气管(3)、暖气供气管(8)、发酵系统和阀门(21)，所述发酵系统外一端连接进气管(3)，另一端连接暖气供气管(8)，所述进气管(3)上设置有阀门(21)和引风机(1)，所述发酵系统内的发酵物上方安装有空气换热管(2)，所述空气换热管(2)与进气管(3)和暖气供气管(8)连通，所述进气管(3)和暖气供气管(8)连接供热区域(23)。2.根据权利要求1所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述发酵系统为发酵罐(6)，所述发酵罐(6)的前端安装有前固定板(5)，后端安装有后固定板(12)，所述前固定板(5)和后固定板(12)与发酵罐(6)壳体润滑，互不干扰，所述前固定板(5)和后固定板(12)通过中间横着的固定杆(4)进行固定，所述固定杆(4)处盘有可拆卸的空气换热管(2)，所述前固定板(5)上设置有进料口(10)，所述后固定板(12)上设置有出料口(13)，所述发酵罐(6)外周安装有转动带(7)，所述转动带(7)通过驱动装置(11)驱动。3.根据权利要求2所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述发酵罐(6)外安装有物料传送带(9)，所述物料传送带(9)位于进料口(10)前方，往发酵罐(6)内送料。4.根据权利要求1所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述发酵系统为发酵池(22)，所述发酵池(22)内设置有若干层抽屉式物料容器，所述物料容器通过把手(19)能够拉出，每层物料容器内装有发酵堆(18)，每层物料容器的上方均安装有空气换热管(2)。5.根据权利要求4所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述发酵池(22)顶部安装有若干排气管(16)，所述排气管(16)上方封闭，在管壁处开孔通风。6.根据权利要求4所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述空气换热管(2)上下均安装有多孔承压板(20)。7.根据权利要求4所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述物料容器底部为网状结构。8.根据权利要求6所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述多孔承压板(20)和物料容器与发酵池(22)之间采用滑轨衔接。9.根据权利要求4所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述发酵池(22)底部留有间隙作通风层，在通风层四侧设置若干通气孔(15)，上方设置多孔承压板(20)，多孔承压板(20)和发酵池(22)底部设置若干支撑柱(14)。10.根据权利要求1-9任一项所述的用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，其特征在于：所述发酵系统采用橡塑板或聚苯板保温材料进行保温，总传热系数控制在0.25～0.35w/(m2·
℃)；所述进气管(3)和暖气供气管(8)外包有橡塑管套、聚氨酯发泡管或二氧化硅气凝胶毡作为保温材料，厚度不小于30mm。

技术总结
本发明提出了一种用农牧废弃物发酵余热进行室内空气循环供暖设备，属于农牧废弃物能源化利用领域。能有效解决在北方寒区，外界温度低，由热传导造成的热量损失多，一般热回收工艺和设备不足以抵抗外界低温的问题。它包括引风机、空气换热管、进气管、暖气供气管、发酵系统和阀门，发酵系统外一端连接进气管，另一端连接暖气供气管，进气管上设置有阀门和引风机，发酵系统内的发酵物上方安装有空气换热管，空气换热管与进气管和暖气供气管连通，进气管和暖气供气管连接供热区域。本设备以空气为蓄热介质，利用发酵热加热空气，对室内空气进行循环,同时发酵后的固态产物进一步脱水后能作有机肥或再生垫料，其添料出料操作方便，能耗低，易于推广。易于推广。易于推广。


技术研发人员：于艳玲 贺巍 曹永娜 秦江
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/21