一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置的制作方法

本实用新型属于餐厨垃圾处理技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置。

背景技术：

随着我国城市化进程的加快，城市餐厨垃圾越来越多，由于餐厨垃圾具有水分高、有机物含量高和油脂含量高等特点，对于集中式的处理，一般以厌氧发酵处理为主，由于考虑建设周期、运输成本和运输过程中产生的遗洒等问题，分布式就地处理成为了餐厨垃圾处理的一种便捷的处理方式。

由于考虑安全等因素，分布式就地处理一般利用生化处理设备采用好氧发酵的方式进行，其设备内有发酵仓，仓内设有搅拌装置，由于场地等因素，生化设备处理效率要求高，一般为高温发酵(一般为50～65℃)，另外由于好氧菌生化过程需要有氧气参与，并且物料干化需要排出水蒸汽，因此需要对生化设备进行大量热量供给和通风。对于常规电加热发酵仓，如图1所示，其发酵仓1的加热和通风结构主要包括进风口1-1、排气口1-2、夹套1-3、电加热元件1-5等，夹套1-3内一般装有导热油，导热油和发酵仓内一般装有温度传感器，进风口1-1或排气口1-2装有风机。其工作过程为，物料进入发酵仓1后，电加热元件1-5会对导热油加热，导热油进而将热量传给垃圾，在适合的温度下，好氧菌种会对垃圾进行分解，同时消耗一定的氧气，空气由进风口1-1进入仓内保持仓内的氧含量，废气由排气口1-2排出经后续处理后排入大气，完成从进风、加热到排气的全部过程。好氧菌适宜的工作温度一般为50～65℃，导热油工作温度一般为80～100℃，物料的水分会被加热成水蒸汽随废气排出，废气温度和垃圾发酵温度几乎相同，即50～65℃。从工作过程可以看出，废气排放会带走大量的热量，整个热量需由电加热来供给，对于无节能措施的设备，其耗电量很高，一般折合一吨垃圾的耗电量约200～300kw·h，造成能源浪费。

综上所述，餐厨垃圾生化设备的特点是发酵温度高、能耗大和通风量大。其通风所排放的气体为废气，具有以下三方面特征：第一，生化过程中会产生少量的恶臭介质随废气排出，对周边居民生活产生不利的影响；搅拌不均匀时会影响臭气组分和含量。第二，菌种会将垃圾分解为絮状物物料，物料最后被干化，因此废气中颗粒物较多，一般以絮状为主，影响周边环境。第三，废气中水蒸汽携带较多的热量被排出，能源损失较多，同时废气含有较多的水蒸汽会给周边居民产生视觉污染。

技术实现要素：

为了解决上述全部或部分问题，本实用新型目的在于提供一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置，能够去除废气中的杂质和臭味、回收废气余热，从而达到降低环境污染、节能减排的效果。

本实用新型提供了一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置，包括除尘单元、余热回收单元和除臭单元，所述除尘单元、余热回收单元和除臭单元通过气体输送管道依次连接，发酵仓产生的废气首先导入所述除尘单元过滤杂质，然后导入所述余热回收单元回收余热，然后导入所述除臭单元去除臭味，然后向外排放。

可选地，所述除尘单元包括多级过滤器和风机，每级所述过滤器的过滤精度逐渐升高，每级所述过滤器设置有压差计。

可选地，所述风机包括主风机和辅助风机，所述主风机的进风口连接最后一级所述过滤器，出风口连接所述余热回收单元，所述辅助风机的进风口连接最后一级所述过滤器，出风口连接所述除臭单元。

可选地，所述余热回收单元包括一级热量回收单元和二级热量回收单元，所述除尘单元输出的废气导入所述一级热量回收单元，经过所述一级热量回收单元换热后排出，所述二级热量回收单元与所述一级热量回收单元构成换热组合，所述一级热量回收单元将从所述废气中回收的热量传递给所述二级热量回收单元，所述二级热量回收单元与所述发酵仓的加热器连接，将热量传递给所述加热器，所述二级热量回收单元中制冷剂的最低温度大于所述加热器中导热油的工作温度。

可选地，所述一级热量回收单元中流通的为低温制冷剂，最高温度达到60～70℃；所述二级热量回收单元中流通的为高温制冷剂，最高温度达到130～140℃。

可选地，所述除臭单元包括气液分离罐和水洗塔，所述余热回收单元输出的废气导入所述气液分离罐，所述气液分离罐分离所述废气中含有的液体，然后将所述废气导入所述水洗塔，分离出的液体通过冷凝水泵排出至废水处理装置。

可选地，所述水洗塔的内部从上至下设置有除雾填料层、第二喷嘴、第二水洗填料层、第一喷嘴和第一水洗填料层，所述第一水洗填料层的下方设置有储水室，所述除雾填料层的上方在所述水洗塔的顶部设置有出气口，经过处理的废气通过所述出气口向外排放。

可选地，所述储水室设置有进气口、进水口和两个出水口，所述进气口位于所述储水室的上部侧壁，所述进水口位于所述储水室的中部侧壁，所述出水口位于所述储水室的下部侧壁。

可选地，所述进气口分别连接所述除尘单元和所述气液分离罐，所述进水口连接外部水源，定期向所述储水室补充新鲜水；

两个所述出水口分别连接有循环泵和塔底排污泵，所述循环泵的出水口连接所述喷嘴，所述储水室底部的水经过所述循环泵输送至所述喷嘴进行喷淋，所述塔底排污泵的出水口连接至废水处理装置，定期排放所述储水室底部的水。

可选地，所述出气口连接uv光解设备和活性炭箱，废气通过所述uv光解设备进行uv照射，然后通过所述活性炭箱吸附，最后向外排放。

可选地，所述除雾填料层采用多面空心球填料，所述第一水洗填料层、第二水洗填料层采用拉西环填料或鲍尔环填料，所述活性炭箱内装有蜂窝活性炭。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置，具有以下优点：

本装置采用“除尘+余热回收+除臭”的工艺对餐厨垃圾生化设备的废气进行处理，可实现达标排放的要求，同时废气中的余热得到回收，实现了节能的效果，另外可以消除废气中水蒸汽形成的视觉污染。

采用复叠式热泵进行余热回收，废气排放温度低，回收的热量多，同时热输出温度高，不会影响发酵仓的生化效果，另外具有更低温度的废气对水洗除氨的效果更为理想。

除臭过程采用水洗和活性炭吸附，除臭的同时可以进一步除去废气的微量颗粒物，更利于废气颗粒物的达标排放。

附图说明

图1为现有技术中餐厨垃圾生化处理设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中除臭单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中废气处理装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中余热回收单元的结构示意图。

附图标记说明：1、发酵仓；1-1、进风口；1-2、排气口；1-3、夹套；1-4、温度传感器；1-5、电加热元件；1-6、温度传感器；1-7、加热器；

2、余热回收单元；2-1、一级压缩机；2-2、蒸发冷凝器；2-3、一级开关阀；2-4、一级膨胀阀；2-5、蒸发器；2-6、二级压缩机；2-7、二级开关阀；2-8、二级膨胀阀；2-9、三级开关阀；2-10、三级膨胀阀；2-11、经济器；

3、废气处理装置；

4、除臭单元；4-1、气液分离罐；4-2、冷凝水泵；4-3、循环泵；4-4、水洗塔；4-5、塔底排污泵；4-6、第一水洗填料层；4-7、第一喷嘴；4-8、第二水洗填料层；4-9、第二喷嘴；4-10、除雾填料层；4-11、uv光解设备；4-12、活性炭箱；

5、除尘单元；5-1、一级过滤器；5-2、压差计；5-3、二级过滤器；5-4、压差计；5-5、三级过滤器；5-6、压差计；5-7、辅助风机；5-8、主风机。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置做进一步详细的描述。

实施例1

如图2、图3所示，为本实用新型实施例1的一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置，包括除尘单元5、余热回收单元2和除臭单元4，除尘单元5、余热回收单元2和除臭单元4通过气体输送管道依次连接，发酵仓1产生的废气首先导入除尘单元5过滤杂质，然后导入余热回收单元2回收余热，然后导入除臭单元4去除臭味，然后向外排放。

本实施例中的废气处理装置采用“除尘+余热回收+除臭”的工艺对餐厨垃圾生化设备的废气进行处理，可实现达标排放的要求，同时废气中的余热得到回收，实现了节能的效果，另外可以消除废气中水蒸汽形成的视觉污染。

下面分别对除尘单元5、余热回收单元2和除臭单元4的结构和功能进行详细说明。

一、除尘单元

由于发酵仓1内排放的气体含有一定的杂质，直接排放会对大气造成污染，而且余热回收单元2内的换热设备(蒸发器)对气体的杂质含量有要求，杂质含量高容易堵塞换热设备，因此需设有气体净化设备。如图3所示，除尘单元5包括多级过滤器和风机，每级过滤器的过滤精度逐渐升高，每级过滤器设置有压差计。如图3中所示，一级过滤器5-1设置有压差计5-2，二级过滤器5-3设置有压差计5-4，三级过滤器5-5设置有压差计5-6。

从第一个过滤器至最后一个过滤器所设置滤网的孔径越来越小，精度逐渐增高，例如：第一个1～2mm，第二个100～150目，同时可根据气体的颗粒物情况通过更换滤网规格来调整过滤精度或增设过滤器数量。压差计信号可以传送至控制系统，当任意一个压差增大到设定值时，说明该过滤器需要清理，以维持废气预处理单元能够正常工作。如需在线清理，可将每级过滤器前后管线设置阀门，同时设置旁路管线和旁路阀，关闭需要清理的过滤器前后阀门，让废气从旁路管线和旁路阀通过，避免了生化设备停机。

优选地，风机包括主风机5-8和辅助风机5-7，主风机5-8的进风口连接最后一级过滤器，出风口连接余热回收单元2，辅助风机5-7的进风口连接最后一级过滤器，出风口连接除臭单元4。

当发酵仓1温度低于设定值时(如55℃)自动启动主风机5-8，可将废气排入余热回收单元2进行降温以回收余热，辅助风机5-7出口管线跨过余热回收单元2直接排入除臭单元4，辅助风机5-7的目的是防止主风机5-8较长时间不开启时对发酵菌供氧量不足，保持发酵仓1有合适的氧气供给，其控制方式为主风机5-8停止时间超过一定数值时自动开启，如果发酵仓1内装有监测氧气浓度的仪表也可根据氧含量进行自动开启。

本实施例中的除尘单元5，提高了废气纯净度，保证余热回收单元2内换热设备能够正常工作，延长了换热设备的使用寿命。

二、余热回收单元

如图3所示，余热回收单元2包括一级热量回收单元和二级热量回收单元，发酵仓1产生的废气导入一级热量回收单元，经过一级热量回收单元换热后排出，二级热量回收单元与一级热量回收单元构成换热组合，一级热量回收单元将从废气中回收的热量传递给二级热量回收单元，二级热量回收单元与发酵仓1的加热器1-7连接，将热量传递给加热器1-7，二级热量回收单元中制冷剂的最高温度大于加热器1-7中导热油的工作温度。

由于为发酵仓1加热的导热油温度高，废气无法直接将热量传给导热油，需进行提温后才可实现为发酵仓1加热，所以本实施例中的余热回收单元2采用了热泵技术，将废气中低品位的热源转化高品位的热源而为发酵仓加热使用，从而实现废气热量高效回收，达到节能减排的效果。

为了实现不同阶梯热源之间的热量循环，一级热量回收单元中流通的为低温制冷剂，最高温度达到60～70℃；二级热量回收单元中流通的为高温制冷剂，最高温度达到130～140℃。发酵仓1工作时，加热器1-7内导热油温度可达到100～110℃，高温制冷剂的最高温度大于加热器1-7中导热油的工作温度。

优选地，低温制冷剂采用r134a，高温制冷剂采用r245fa。

如图3所示，一级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的一级压缩机2-1、蒸发冷凝器2-2、一级开关阀2-3、一级膨胀阀2-4、蒸发器2-5；废气导入蒸发器2-5与制冷剂进行换热，一级热量回收单元通过蒸发冷凝器2-2将回收的热量传递给二级热量回收单元。

蒸发器2-5的内部设置有换热管路，外壳上设置有制冷剂输入口和制冷剂输出口，制冷剂输入口连接一级膨胀阀2-4的输出口，制冷剂输出口连接一级压缩机2-1的输入口。

蒸发冷凝器2-2的内部设置有换热管路，外壳上设置有低温输出口、低温输入口、高温输出口、高温输入口。低温输入口连接一级压缩机2-1的输出口，低温输出口连接一级开关阀2-3的输入口。

二级热量回收单元包括通过制冷剂输送管道依次连接的二级压缩机2-6、二级开关阀2-7、二级膨胀阀2-8；二级膨胀阀2-8的输出口连接蒸发冷凝器2-2的高温输入口，蒸发冷凝器2-2的高温输出口连接二级压缩机2-6的输入口，二级压缩机2-6的输出口连接发酵仓1的加热器1-7。

加热器1-7包括夹套1-3、电加热元件1-5等装置，还需要设置结构为u形管形式的换热管道，其管程与二级热量回收单元的制冷剂输送管道连接，而且该换热管道能够伸入夹套1-3内部与导热油进行换热。该换热管道具有输入口和输出口，高温制冷剂从输入口流入换热管道，与导热油换热后从输出口流出换热管道。

上述的一级开关阀2-3、二级开关阀2-7均可以采用电磁阀，以实现自动控制。

如图3所示，蒸发器2-5的外壳上还设置有废气输入口、废气输出口、冷凝水输出口；废气输入口连接发酵仓1的排气口1-2，废气输出口连接后续处理装置，经过热量回收降温后的废气在后续处理装置中做进一步优化处理，主要进行除臭、除尘等处理；冷凝水输出口连接废水处理装置，对冷凝水做进一步利用，无二次污染产生。

从蒸发器2-5排出的废气的温度达到15℃以下。由此可见，如不考虑传热效率，本实施例中的余热回收单元2可实现全部回收加热器1-7通过导热油所传出的热量。

本实施例中的余热回收单元2的热量回收工作过程详细说明如下：

一级压缩机、蒸发冷凝器、一级开关阀、一级膨胀阀、蒸发器构成了一级升温循环，二级压缩机、二级膨胀阀、蒸发冷凝器、发酵仓加热器以及经济器构成了二级升温循环，即蒸发冷凝器为两循环共用设备。如一级循环选用r134a制冷剂、二级循环选用r245fa制冷剂，则一级制冷剂在蒸发器内吸收废气热量后发生等温蒸发，利用一级压缩机将制冷剂压缩温度升高进入蒸发冷凝器，其温度会达到60～70℃，在蒸发冷凝器内发生等压冷凝，将热量传给约50～60℃二级循环的制冷剂，放出热量的废气温度会由50～65℃降至15℃以下去后续处理后排出，放出热量的一级制冷剂进入一级膨胀阀进行节流降温后进入蒸发器吸收热量气化后进行下一个循环。二级循环制冷剂进入蒸发冷凝器吸收热量后由液态变为气态，进入二级压缩机压缩可达到130～140℃继而进入发酵仓的加热器等压冷凝放热，将热量传给导热油，最终为物料加热，导热油温度可达到100～110℃，可以满足加热物料的目的。经冷凝放热的二级制冷剂进入二级膨胀阀进行节流降温，去蒸发冷凝器吸收热量进行下一个循环。

现以日处理量为5吨的餐厨垃圾设备进行举例说明，其24小时减量化率一般要求达到90％。经计算和实际测算，此设备物料需要发酵仓经气相排出的水约为2吨/天，如果24小时连续运转，考虑通入的空气加热及热量损耗等，采用电加热方式进行加热实际功率为60～70kw左右，按70kw进行计算。

采用本实施例中的余热回收单元2进行热量回收核算用电功率如下：

对于一级循环，制冷剂选用r134a，蒸发温度按10℃，冷凝温度按65℃，则通过选用合适的压缩机，一级循环制热系数(coph1)＝3.588。

对于二级循环，制冷剂选用r245fa，蒸发温度按60℃，冷凝温度按115℃，则通过选用合适的压缩机，二级循环制热系数(coph2)＝3.664。

根据以上两循环的制热系数，可计算总制热系数cop总＝2.1，即发酵仓加热器所得到的热量是压缩机的2.1倍，因此两个循环压缩机的总功率为70/2.1＝33.3kw，没有其它主要用电设备。

通过以上数据可以看出，与直接电加热相比，此系统会节电50％以上。

本实施例中的余热回收单元2，采用复叠式热泵进行热量回收，可将50～65℃的废气降至15℃以下，废气中大量的热量可以进行回收，同时热输出温度高。与同等规模的电加热的发酵仓相比，本装置总功率不到电加热发酵仓功率的50％，可以节约大量的电能。

热量回收时冷凝了大部分的水蒸汽，从而使得废气中的水蒸汽大量减少，起到对废气的“消白”的作用，使得排放的废气对附近居民区不会产生视觉污染。

三、除臭单元

如图2、图3所示，除臭单元4包括气液分离罐4-1和水洗塔4-4，余热回收单元2输出的废气导入气液分离罐4-1，气液分离罐4-1分离废气中含有的液体，然后将废气导入水洗塔4-4，分离出的液体通过冷凝水泵4-2排出至废水处理装置。

如图2所示，水洗塔4-4的内部从上至下设置有除雾填料层4-10、第二喷嘴4-9、第二水洗填料层4-8、第一喷嘴4-7和第一水洗填料层4-6，第一水洗填料层4-6的下方设置有储水室，除雾填料层4-10的上方在水洗塔4-4的顶部设置有出气口，经过处理的废气通过出气口向外排放。设置两层水洗填料层，可以提高废气净化效果，能够大部分去除废气中所含有的臭气和颗粒物。

储水室设置有进气口、进水口和两个出水口，进气口位于储水室的上部侧壁，进水口位于储水室的中部侧壁，出水口位于储水室的下部侧壁。

进气口分别连接除尘单元5(连接辅助风机5-7)和气液分离罐4-1，进水口连接外部水源，定期向储水室补充新鲜水；

两个出水口分别连接有循环泵4-3和塔底排污泵4-5，循环泵4-3的出水口连接喷嘴4-7，储水室底部的水经过循环泵4-3输送至喷嘴4-7进行喷淋，塔底排污泵4-5的出水口连接至废水处理装置，定期排放储水室底部的水。

如图2所示，出气口连接uv光解设备4-11和活性炭箱4-12，废气通过uv光解设备4-11进行uv照射，然后通过活性炭箱4-12吸附，最后向外排放。uv光解设备4-11和活性炭箱4-12可以做成相同横截面尺寸进行组合安装，可使设备更加紧凑同时节省设备占地。

除雾填料层4-10采用多面空心球填料，材质为pp；第一水洗填料层4-6、第二水洗填料层4-8采用拉西环填料或鲍尔环填料，材质为pp。

活性炭箱4-12内装有蜂窝活性炭。蜂窝活性炭的优势是基材结构为立体三维状结构，可增加气体与活性炭的接触时间和接触面积，提高吸附效率，同时其风阻小。

餐厨垃圾生化设备废气以空气和水蒸汽为主，含有一定的臭气组分，通过检测，其臭气组分总体含量不高，正常时以氨气为主，其次会有微量的二硫化碳，如果搅拌通风不理想，形成厌氧环境可能会产生硫化氢，除尘单元5的辅助风机5-7是专为调节发酵仓内氧含量而设置的，除上述气体组分外废气中可能有其它微量的臭气组分。氨气为极易溶于水的气体，且在废气中含量不高，硫化氢为可溶于水的气体，其它组分不易溶于水，但含量极少。除臭单元4采用“水洗+uv光解+活性炭吸附”的方式进行除臭，水洗在水洗塔内进行，其可除去绝大部分氨气和少量硫化氢，未除去的氨气、硫化氢、二硫化碳和其它组分进入uv光解设备，uv光解设备装有uv灯管，uv灯管可以释放出高能uv紫外线光束，此光束一方面可以将废气组分的化学键断裂，使之形成游离态的原子或基团，另一方面可以将废气中的氧气裂解，然后组合产生臭氧，臭氧参与到反应中，使臭气组分最终被裂解和氧化气为简单的稳定化合物。废气经过uv光解设备后中可能仍会含有极微量的臭气组分，最后将其引入活性炭箱进行处理，活性炭箱内装有活性炭，依靠其强大的比表面积可以吸附剩余的臭气组分。

除臭单元4的工作过程详细说明如下：

经除尘和余热回收含有大量的冷凝水的废气先进入气液分离罐4-1中，分离出的冷凝水由冷凝水泵4-2排出进行污水处理，分离掉冷凝水的气体进入水洗塔4-4进行水洗除臭，在第一水洗填料层4-6和第二水洗填料层4-8，由循环水泵4-3分别输送到第一喷嘴4-7和第二喷嘴4-9的循环水与废气逆向接触用除去氨气和少量硫化氢气体，洗涤用的新鲜水由界外定期排入补充，同时循环一定时间后经塔底排污泵4-5将污水排出以保证水洗效果，被吸收氨气和部分硫化氢的气体继续进入除雾填料层4-10，除去气体中携带的液滴，接下来气体依次进入uv光解设备4-11和活性炭箱4-12，通过uv光解设备4-11可除去剩余的氨气、硫化氢和微量的其它臭气组分，极少量未被处理的臭气组分在活性炭箱4-12进行吸附，最终完成除臭过程。从除臭过程可以看出，在水洗塔4-4中不仅除去了臭气组分，气体中含有的微量颗粒物也会在水洗填料层中被同时除去，因此最后排出气体更容易达标排放。

本实施例中的废气处理装置，采用“除尘+余热回收+除臭”的工艺对餐厨垃圾生化设备的废气进行处理，可实现达标排放的要求，同时废气中的余热得到回收，实现了节能的效果，另外可以消除废气中水蒸汽形成的视觉污染。

采用复叠式热泵进行余热回收，废气排放温度低，回收的热量多，同时热输出温度高，不会影响发酵仓的生化效果，另外具有更低温度的废气对水洗除氨的效果更为理想。

根据废气中臭气组分，除臭过程采用“水洗+uv光解+活性炭吸附”组合的方式，除臭彻底，同时通过水洗还可以进一步除去废气的微量颗粒物，更利于废气颗粒物的达标排放。

实施例2

如图4所示，为本实用新型实施例2的一种餐厨垃圾生化处理设备中使用的废气处理装置，与实施例1所不同的是：

余热回收单元2的二级热量回收单元还包括经济器2-11、三级开关阀2-9、三级膨胀阀2-10；发酵仓1的加热器1-7的输出口连接两条制冷剂回流路径，第一条冷剂回流路径经过经济器2-11、二级开关阀2-7、二级膨胀阀2-8、蒸发冷凝器2-2回流至二级压缩机2-6，第二条冷剂回流路径经过三级开关阀2-9、三级膨胀阀2-10、经济器2-11回流至二级压缩机2-6。

第二条冷剂回流路径构成补气增焓管路，通过补气增焓可以使二级循环的蒸发温度更低，可实现一、二级循环都达到最佳的工作的温度，达到整体的最大工作效率，即总cop最大。

上述的三级开关阀2-9可以采用电磁阀，以实现自动控制。

在本实施例中废气处理装置的其他结构与实施例1中相同，此处不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。