新型好氧堆肥装置的设计

前言

新型好氧堆肥装置是一种实用新型涉及农业有机肥的制备技术，具体是利用作物茎杆等农业废料堆制农业有机肥的有机肥堆肥装置。该装置包括有一个可封闭的容器，在容器内分层排布有多根相互连通的布气管，布气管上排布有多个排气孔；布气管的总进气口与容器外部的进排气管道连接，本实用新型的装置其发酵温度与气体可以控制、发酵速度快、劳动强度低、可以选择进行进行厌氧发酵与有氧发酵。利用ANSYS软件对装置搅拌机构进行受力仿真，计算出装置的使用寿命与危险区域处于桨叶与搅拌轴的连接处，在实际加工过程中对相应部位进行加固处理，降低危险区域。

关键词：好氧堆肥；布气管；仿真

目录

1 概述 (1)

1.1 本课题来源及研究的目的和意义 (1)

1.2 本课题所涉及的问题在国内外研究现状及分析 (1)

2 堆肥装置的主要结构及工作原理 (2)

2.1 堆肥装置的主要结构 (2)

2.2 装置工作原理 (2)

3 新型好氧堆肥装置的设计 (3)

3.1 装置仓体的设计 (3)

3.2 搅拌轴及搅拌桨的设计 (3)

3.3 基于有限元对搅拌轴进行仿真分析 (4)

4 传动部分的设计 (8)

4.1 电动机机选择 (8)

4.2 电动机支架的设计 (9)

4.3 减速器的选择 (9)

4.4 减速器支架的设计 (10)

4.5 带轮的设计 (11)

4.6 风机的选择 (13)

4.7 其他零件的选择 (13)

总结............................................................................................... 错误！未定义书签。致谢............................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献....................................................................................... 错误！未定义书签。

工程概况

本文首先介绍了国内外堆肥技术的现状及所需解决的问题，描述了新型好氧堆肥的生化反应机理，将堆肥过程所需的外部条件都说明了一下。随后，就新型好氧堆肥的工作原理，基本结构进行讲解。重点讲述的是新型好氧堆肥装置的反应仓体机架的设计和搅拌轴桨叶的设计计算和有限元仿真分析，其次就是大小带轮的设计计算和标准件的选择。

1概述

1.1本课题来源及研究的目的和意义

随着城市人口急剧增加，中国每年有大量的有机固体废弃物产生，主要种类包括畜禽粪便、作物秸秆、污泥和城市垃圾等。这些有机固体废弃物很大一部分没有得到妥善处理，对中国城乡环境正形成巨大的压力。而近年来，各地环境日趋严峻，这些废弃物的处理问题越来越引起人们的重视，如何有效的利用这些废物使之变废为宝成为现在首要解决的问题。

随之就出现了堆肥技术。即在受控制条件下，利用微生物的作用和酶活性加速有机物的生物降解和转化,最终使有机物达到腐熟化和稳定化的过程。堆肥一般采用在好氧条件下，利用微生物将污泥中的有机质分解、转化成腐殖质的过程，并杀灭其中的病原微生物和寄生虫。

堆肥过程不仅可以减少有机固体废弃物的体积、重量、臭味, 杀灭病原菌、虫卵、植物种子等，同时会产生大量的腐殖质[2]。生产出来的堆肥品，可以作为土壤调理剂和植物营养源,，能有效地改善土壤结构、提高土壤肥力，是一种无害化、减量化和稳定化的综合处理技术。好氧堆肥是实现城市污泥无害化、减量化和资源化的有效方法，处理后的污泥垃圾进行土地利用是很有前景的一种处理方式[1]。

1.2本课题所涉及的问题在国内外研究现状及分析

目前，堆肥处理存在很多问题，主要包括：调理剂添加过多、堆肥效率低、能耗较大、堆肥产品质量不稳定、污泥堆肥施用量确定不科学等[1]。在中国,囿于当前的经济现状,高度机械化、自动化的堆肥设备成本太高,不符合中国的国情。所以要在中国发展堆肥产业和堆肥技术,就必须去寻找一个成本较低、操作方便、维护性较好、真正适合中国国情的堆肥工艺和技术[6]。

目前国内外研究的好氧堆肥装置大都采用进料、搅拌、通气、出料同时进行的高效发酵装置,其核心是好氧发酵仓。发酵仓按形状可分为塔式发酵设备、水平式发酵滚筒、料仓式发酵装置、条垛式发酵设备、组合型发酵系统等。但是,高温好氧堆肥装置相关的设计数据十分有限。

在国外,堆肥技术正在向着机械化、自动化的方向发展,而为了防止对环境的二次污染,堆肥也趋向于采用密闭的发酵仓方式[6]。成熟的技术堆肥方法主要有5种，即定期翻堆条垛式、通风静态垛式、被动通风条垛式、反应器式和蠕虫堆肥系统[4]。根据搅拌过程的不同分桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器、螺杆式搅拌器、圆盘锯齿式搅拌器等等。

目前，国外垃圾堆肥厂数量总体呈下降趋势，但垃圾堆肥技术的发展并没有停顿，应用最广的是机械生物技术（MBT)。河北省高碑店市的垃圾处理即采用德国先进的MBT主体技术，对垃圾进行机械分拣、生物处理和后处理，产生生物稳定的堆肥产物，设计每年可处理城市生活垃圾4万余吨[5]。

有关堆肥技术的研究目前仍是国内外的热门课题,不断改进堆肥工艺、设备、降低经济成本、提高堆肥成品质量是研究者们研究的主要方向。

2堆肥装置的主要结构及工作原理

2.1堆肥装置的主要结构

堆肥装置如图2-1主要包括部分、动力部分、传动部分及爆汽、布水和取料等部分。其主要结构有反应仓体及机架、搅拌机构、传动系统以及感应装置。其中仓体的作用是堆肥。堆肥过程中堆体需要一定的湿度、温度、水和空气。反应釜外形设置为圆筒形，结合好氧堆肥工艺对发酵仓的具体尺寸进行设计，堆肥工艺为强制曝气有搅拌好氧堆肥，堆肥物料在反应釜内经搅拌桨叶的翻堆，由入料、中温高温发酵后、出料，形成有机肥料。

1.电机；

2.可编程控制器；

3.减速器；

4.风机；

5.仓体；

6.搅拌轴；

7.桨叶；

8.布水孔；

9.传感器；10.出料口；11.皮带轮；12.联轴器；13.轴套；14.进料口；15.电滑环

图2-1 新型好氧堆肥装置简图

2.2装置工作原理

仓体内有搅拌轴及桨叶，温度和湿度感应器分布于桨叶内，感应堆体温度及湿度变化并将数据传到仓体外的感应装置，感应装置的核心是可编程控制器（PLC），负责接收感应器传出的信号并且翻译再将信号发给相应的控制系统，控制系统再发出相应的指令。

传动系统由搅拌轴、减速器、带轮和电机构成。搅拌轴装在仓体内部，主要作用是搅拌，在堆肥过程中，堆肥化过程常分为两个阶段，第一阶段是高速阶段,第二阶段是熟化阶段。高速阶段的特征是耗氧速率高、温度高、挥发性有机物降解速率高和很浓的臭味，所以在这个阶段需要经常搅拌保证堆体有充足的氧气进行生化反应，同时散去过高的温度，让堆体的坏境有利于好氧菌的生存和发酵。熟化阶段的特征则是温度低、耗氧速率低和很淡的臭味，这时候就可以减少搅拌次数，以免造成温度过低也不利于好氧菌的发酵和生存。

为了保证堆体各部分发酵的均匀性，需要定期对堆体进行搅拌，在搅拌的同时还要布水，布