一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法。废水厌氧处理中产生沼气，本发明专利技术利用薄壁管式换热器将沼气燃烧后产生的热能传递给导热流体，加热后的导热流体根据工艺要求对目标物进行加热，实现热能回收与利用。该方法根据沼气成分组成设置助燃空气/燃气比和配风压力，保证沼气充分燃烧，减少燃烧尾气污染物排放量，导热性能良好的薄壁换热管系统将燃烧产热高效传递给导热流体，使废水厌氧发酵产物沼气热能综合回收利用率达80‑90%，远高于沼气发电的30%。该方法适用于各种有机废水厌氧发酵产物燃烧热能回收利用，具有热能回收利用率高、操作安全简便、尾气污染物排放少，在回收利用废水中有机污染物能源方面有应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法
本专利技术属于环境保护与能源
，具体涉及一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法。
技术介绍
随着经济高速发展和国家对环境治理要求的提高，我国废水处理量逐年提高，2017年我国废水处理量达到465.49亿立方米。废水中含有高浓度有机污染物，目前在常规好氧生化处理前采用厌氧生物处理已成为废水处理组合工艺的必要组成部分。含有机污染物废水经过厌氧发酵后可产生大量主要成分为甲烷的沼气等能源性物质，燃烧利用废水厌氧处理过程中产生的沼气回收热能，可节约大量煤炭、石油等不可再生能源，同时可实现二氧化碳减排，符合国家“节能减排”政策要求。现有从废水的厌氧处理过程中能源回收利用设备主要是沼气发电机，但存在以下问题：（1）运行稳定性差，现有的沼气发电机主要均为500kw以上功率的高转速柴油发电机改型而来，常见的厌氧塔产生的沼气流量和压力不足以满足沼气发电机运转要求，一旦废水厌氧处理产生的沼气受进水流量、有机污染物浓度、处理效果等因素制约，沼气产量和压力出现波动，极易导致沼气发电机运行不稳定甚至停机。（2）能量利用率低，现有沼气发电机的化学能-电能转换率不超过30%，沼气发电机会释放高温尾气，但尾气中的热量难以回收利用，造成大量能源浪费。（3）设备腐蚀严重，由于沼气中含有氨气、硫化氢和含磷元素的杂质，沼气在发电机的气缸中燃烧时会产生氮、硫、磷的氧化物，而且沼气燃烧过程中会产生大量水分子，氮、硫、磷的氧化物与水分子结合均呈强酸性，会严重腐蚀气缸壁和活塞导致其生锈，破坏汽缸内壁和活塞表面的光滑度，极易造成活塞抱死发电机停车。（4）由于燃烧稳定性差，容易导致沼气中部分组分燃烧不彻底，易产生VOCs、氮、磷氧化物等污染物，造成二次污染。（5）发电机结构精密，运行维护管理难度大，故障率高，不适用于环境相对恶劣的废水处理站或废水处理厂使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据废水厌氧处理过程中产生沼气的物理化学特点，提供一种从废水厌氧处理过程中回收热能的装置和方法，可提高热能回收利用效率、显著减少尾气污染物排放量。本专利技术的目的至少通过如下之一的技术方案实现。本专利技术提供的一种从废水厌氧处理过程中高效回收热能的装置，包括燃烧换热器本体、沼气净化系统、阻火器、导热流体储箱、回收热量利用系统、炉头、点火器和助燃空气管路；燃烧换热器本体为空心筒体结构，燃烧换热器本体包括上部的换热器和下部的燃烧室，燃烧室中从下往上依次设有燃气输送管路、空气输送管路、炉头和点火装置，炉头包括内层的燃气通道和外层的助燃空气通道，沼气净化系统、阻火器和燃气输送管路依次连接，燃气输送管路与炉头的燃气通道连接；废水厌氧处理后的沼气经沼气净化系统和阻火器沿燃气输送管路进入炉头的燃气通道，空气输送管路连接至炉头的助燃空气通道；导热流体储箱、换热器和回收热量利用系统通过管路依次连接，且回收热量利用系统连接至导热流体储箱从而使换热介质循环流动。进一步地，所述燃烧换热器本体为空心筒体结构，高径比为3-6:1。进一步地，所述燃烧换热器本体包含上部的集束式换热管系统和下部的燃烧室两部分，采用碳钢或不锈钢材质。燃烧室高度占燃烧换热器本体高度的30-40%。燃烧换热器本体内从下往上依次设有燃气输送管路及控制阀、空气输送管路及控制阀、不锈钢炉头、点火装置和薄壁管式换热器系统。优选地，所述燃气输送管路管径为100-300毫米，空气输送管路管径为200-600毫米。燃气输送管路将经过净化脱水的废水厌氧处理过程中产生的沼气输送至不锈钢炉头燃烧，通过控制阀调节燃气压力为2-5kPa；空气输送管路将一定流量和压力的助燃空气输送至不锈钢炉头外围支持燃气燃烧，空气燃气流量比为10-20:1；不锈钢炉头包含10-100个圆形气孔，孔径为4-10毫米。进一步地，所述沼气净化单元包括杂质成分去除单元和沼气脱水罐，沼气净化单元采用分离式圆柱形结构，杂质成分去除单元和沼气脱水罐均为圆柱形结构，高径比均为2-3:1；杂质成分去除单元包括气体扩散管和吸收液槽，气体扩散管设置于吸收液槽底部，经过吸收液净化后的沼气通过杂质成分去除单元顶部的导管进入沼气脱水罐；沼气脱水罐中设置螺旋导流板，实现沼气脱水。进一步地，所述沼气净化单元包含杂质成分去除装置和沼气脱水装置两部分。沼气净化系统可采用箱式一体化或分离式圆柱形结构，箱式一体化结构外形尺寸比例为：长：宽：高=1.0：0.4-0.6：0.6-0.9，分离式圆柱形结构中沼气净化/水封罐和沼气脱水罐均为圆柱形结构，高径比均为2-3:1；杂质成分去除装置内包含气体扩散管和吸收液槽两个部分，气体扩散管浸没于吸收液槽底部，来自于废水厌氧处理系统的沼气通过气体扩散管以微小气泡形式快速分散于吸收液槽吸收液内，吸收液pH范围6-12；溶于水的气体组分和粉尘被吸收液截留，酸性组分与吸收液内碱性物质反应被吸收，剩余组分从吸收液中溢出，集于杂质成分去除装置上方空间，并经导管进入沼气脱水装置；当发生回火时，吸收液自然形成阻绝气体的屏障，杜绝了火焰的继续传播，可有效保护生产设备。所述沼气脱水装置内设螺旋导流装置，螺旋导流装置内壁外侧为喇叭口状结构，倾角为30-60度当沼气以一定的压力从上部的进气口进入后，水滴在离心力作用下旋转与脱水装置内壁发生碰撞，使水滴失去动能与沼气相分离，达到脱水的目的，水滴沿脱水装置内壁向下流动，存于装置底部，定期排除。进一步地，气体扩散管采用树枝形均布式穿孔管结构，所述穿孔管结构是间隔40-50毫米设置直径为2-3毫米的圆形气孔；沼气脱水罐为圆柱形结构，导流板的倾角为30-60°。进一步地，所述阻火器包括耐高压高温壳体和滤芯；所述滤芯采用16~22目金属网或波纹板滤芯，均为4~12层；所述燃烧换热器本体的高径比为3-6:1，燃烧换热器本体采用碳钢或不锈钢材质，燃烧室高度占燃烧换热器本体高度的30-40%；换热器采用集束式细管状薄壁换热管，换热器中的换热管采用铜、铝或不锈钢材质，管壁0.6-1.5毫米，管壁内径为8-80毫米，整体呈平行束装分布。进一步地，所述阻火器的耐高压高温壳体具有足够的强度，可承受爆炸产生的冲击压力和温度；滤芯采用金属网滤芯或波纹型滤芯，能阻止爆燃的猛烈火焰，并能承受相应的机械和热力作用，阻火器滤芯采用16~22目金属网或波纹板，均为4~12层。所述导热流体储箱为耐高温密闭箱体结构，用于存储导热流体，其特征在于导热流体为软水或导热油，可满足不同导热循环要求，导热流体储箱出口设置热流体循环泵，用于强化导热流体循环速度，导热流体流速范围为0.4-1.0m/s，从而保证导热流体在薄壁管式换热器系统内高效吸收沼气燃烧热量。进一步地，所述炉头的燃气通道和助燃空气通道的端部均设置呈同心圆形均布的10-100个圆形气孔，气孔孔径为4-10毫米；燃气输送管路管径为100-300毫米，空气输送管路管径为200-600毫米；空气燃气流量比为10-20:1；炉头在燃烧换热器本体内的高度可调，调节范围为距离换热器底部200-1000毫米，以保证换热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从废水厌氧处理过程中高效回收热能的装置，其特征在于，包括燃烧换热器本体（8）、沼气净化系统（201）、阻火器（2）、导热流体储箱（4）、回收热量利用系统（501）、炉头（302）、点火器（308）和助燃空气管路（403）；燃烧换热器本体（8）为空心筒体结构，燃烧换热器本体（8）包括上部的换热器（301）和下部的燃烧室，燃烧室中从下往上依次设有燃气输送管路（303）、空气输送管路（403）、炉头（302）和点火装置（308），炉头（302）包括内层的燃气通道和外层的助燃空气通道，沼气净化系统（201）、阻火器（2）和燃气输送管路（303）依次连接，燃气输送管路（303）与炉头（302）的燃气通道连接；空气输送管路（403）连接至炉头（302）的助燃空气通道；导热流体储箱（4）、换热器（301）和回收热量利用系统（501）通过管路依次连接，且回收热量利用系统（501）连接至导热流体储箱（4）从而使换热介质循环流动。/n

【技术特征摘要】
1.一种从废水厌氧处理过程中高效回收热能的装置，其特征在于，包括燃烧换热器本体（8）、沼气净化系统（201）、阻火器（2）、导热流体储箱（4）、回收热量利用系统（501）、炉头（302）、点火器（308）和助燃空气管路（403）；燃烧换热器本体（8）为空心筒体结构，燃烧换热器本体（8）包括上部的换热器（301）和下部的燃烧室，燃烧室中从下往上依次设有燃气输送管路（303）、空气输送管路（403）、炉头（302）和点火装置（308），炉头（302）包括内层的燃气通道和外层的助燃空气通道，沼气净化系统（201）、阻火器（2）和燃气输送管路（303）依次连接，燃气输送管路（303）与炉头（302）的燃气通道连接；空气输送管路（403）连接至炉头（302）的助燃空气通道；导热流体储箱（4）、换热器（301）和回收热量利用系统（501）通过管路依次连接，且回收热量利用系统（501）连接至导热流体储箱（4）从而使换热介质循环流动。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沼气净化单元（201）包括杂质成分去除单元和沼气脱水罐（202），沼气净化单元采用分离式圆柱形结构，杂质成分去除单元和沼气脱水罐（202）均为圆柱形结构，高径比均为2-3:1；杂质成分去除单元包括气体扩散管（204）和吸收液槽（203），气体扩散管（204）设置于吸收液槽（203）底部，经过吸收液净化后的沼气通过杂质成分去除单元顶部的导管进入沼气脱水罐（202）；沼气脱水罐（202）中设置螺旋导流板，实现沼气脱水。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，气体扩散管（204）采用树枝形均布式穿孔管结构，所述穿孔管结构是间隔40-50毫米设置直径为2-3毫米的圆形气孔；沼气脱水罐（202）为圆柱形结构，导流板的倾角为30-60°。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻火器（2）包括耐高压高温壳体和滤芯；所述滤芯采用16~22目金属网或波纹板滤芯，均为4~12层；所述燃烧换热器本体（8）的高径比为3-6:1，燃烧换热器本体（8）采用碳钢或不锈钢材质，燃烧室高度占燃烧换热器本体（8）高度的30-40%；换热器（301）采用集束式细管状薄壁换热管，换热器（301）中的换热管采用铜、铝或不锈钢材质，管壁0.6-1.5毫米，管壁内径为8-80毫米，整体呈平行束装分布。


5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉头的燃气通道和助燃空气通道的端部均设置呈同心圆形均布的10...

【专利技术属性】
技术研发人员：万金泉，马邕文，闫志成，刘仰臣，王艳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44