CN101348765B - 三级恒温沼气生产系统 - Google Patents

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Abstract

三级恒温沼气生产系统，其特点是包括有高温厌氧发酵器1，高温厌氧发酵器1通过第二电磁阀1-2与中温厌氧发酵器2相连，中温厌氧发酵器2通过第三电磁阀1-3与常温恒温厌氧发酵器3相连，高温厌氧发酵器1和中温厌氧发酵器2分别通过第三阀门4-3和第二阀门4-2与换热器4相连，常温恒温厌氧发酵器3与换热器4相连，换热器4通过第一电磁阀1-1与高温厌氧发酵器1相连，高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3上均设有沼气采样计、温度传感器和压力传感器，高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3分别与第一阀门4-1相连通。其实现了热水能量的梯级利用，产气量大，产气稳定。

Description

三级恒温沼气生产系统
技术领域
本发明涉及太阳热能与生物质能等可再生能源利用技术领域，特别是涉及一种三级恒温沼气生产系统。
背景技术
沼气是一种优质、高效、绿色、环保的燃料，替代传统能源的前景非常广阔。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。
然而，目前我国农村一般采用的沼气系统多为常温自然发酵，厌氧发酵系统内温度受时间、季节、气候变化影响比较大，沼气产气量很不稳定。大部分农村厌氧发酵系统冬、春两季无法使用。这些问题严重影响了沼气技术的利用和推广。
研究发现生物质在10～60℃的范围内均可厌氧发酵生产沼气。一般温度愈高，微生物活动愈旺盛，产气量愈高。低于10℃或高于60℃都严重抑制微生物生存、繁殖，影响产气，而在37℃和53℃附近生物质厌氧发酵各存在一个产沼气高峰点。
为了充分利用沼气生产随温度变化的特点，进一步推广应用沼气技术，一些专利设计了一些恒温沼气发酵系统。
中国实用新型专利“沼气池用增温恒温装置”(专利号200620024503.3；授权公告号CN 2853799Y)，设计了一种沼气池用增温恒温装置，通过沼气池与安装在沼气池底部的盘管内热水的间接换热实现沼气池的恒温发酵。该专利解决了现有技术中沼气池由于温度不稳定造成的冬季不能正常产气而影响沼气技术推广的问题。
中国实用新型专利“锅炉余热加热沼气池装置”(申请号200520021874.1；公开号CN 2835887Y)设计了一种锅炉余热加热沼气池装置。民用锅炉将排出的余热(烟气)经T状单管分为二路，其一路接至设置高给水箱中的排烟管相通，使高位水箱中的水被加热充分利用余热，另一路与缠绕沼气池外壁设置多道环状管路相接，通过环状管路发热使沼气池内气温升高，沼气池内发酵物受热迅速发酵，使沼气池在冬季也能继续产生沼气。
中国发明专利“大中型太阳能沼气发酵罐”(申请号200610047456.9；公开号CN 1908151A)设计了一种大中型太阳能沼气发酵罐设备，它利用太阳能房为罐体储热保温并在罐体内装置热水加热器，实现中温发酵工艺。
中国发明专利“连续自动进排料沼气干发酵装置、工艺及增保温方法”(申请号200610077501.5；公开号CN 1896219A)涉及一种连续自动进排料沼气干发酵装置、工艺及增保温方法，首先在地面挖深坑，将沼气干发酵装置放入地下的深坑内；地下深坑大于沼气干发酵装置的部分即为隔离层，当北方冬季时在其保温材料上再填入玉米秸杆密封后，进行厌氧和好氧发酵增温保温；在好氧增温池的1/3处铺设好氧发酵通气管道。上面覆盖多重式太阳能温室集热器。
中国发明专利“撬装组合式高温恒温沼气综合利用系统”(申请号200610064949.3；公开号CN1868934A)涉及一种撬装组合式高温恒温沼气综合利用系统，包括预混罐、污泥泵、发酵装置、发电机组、废热锅炉、发酵物压滤机和沼渣造粒机；多个撬装式发酵罐并联组成发酵装置，每个发酵罐设原料入口、沼气出口和底部出料口，沼气出口经恒压缓冲罐连接到发电机组的内燃机燃料入口，原料入口与预混罐出口连接，发酵罐出料口与压滤机入口连接；系统配套沼渣造粒机生产粒状有机肥，上述各个设备均安装于同一平面。发电余热分两部分，一是燃烧发电内燃机组的冷却水所产生55℃热水；另一部分是燃烧发电内燃机组所产生的650℃-850℃的高温烟气，高温烟气通过一个高效换热器首先将热载质水汽化，水蒸气再与55℃的发电机组冷却水通过直接传热方式转化为90℃热水，用于恒温发酵罐作为热补偿的热载质，高效利用余热，保证了该装置在北方冬季的正常工作。
中国发明专利“连续式自排渣沼气发生罐”(专利号200610008462.3；授权公告号CN 1840649A)公开了一种新型高效太阳能沼气发生器，该发明设置有太阳能集蓄热室、密封进料口、发酵反应室、料液循环搅动系统、储气供气系统、出料水压室、有压拍门出料口和出料池。当太阳能集热储蓄热室捕获太阳热能后，通过吸热管将热能输送给发酵反应室，使反应室的水温达到发酵要求的温度。
上述专利各从不同角度提供了一种生物质恒温厌氧发酵的方法或系统装置，然而没有一种方法充分利用生物质厌氧发酵在37℃和53℃附近生物质厌氧发酵分别存在一个产沼气高峰点的特征，将高温、中温、常温恒温三级厌氧发酵集合成一体，在保证三级恒温厌氧发酵的顺利进行的同时，实现能源的综合梯级利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷而提供一种三级恒温沼气生产系统，从而有效克服了背景技术所述存在的一系列问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的三级恒温沼气生产系统，其特点是包括有高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3，高温厌氧发酵器1通过第二电磁阀1-2与中温厌氧发酵器2相连，中温厌氧发酵器2通过第三电磁阀1-3与常温恒温厌氧发酵器3相连，高温厌氧发酵器1和中温厌氧发酵器2分别通过第三阀门4-3和第二阀门4-2与换热器4相连，常温恒温厌氧发酵器3与换热器4相连，换热器4通过第一电磁阀1-1与高温厌氧发酵器1相连，高温厌氧发酵器1上设有第一温度传感器3-1，中温厌氧发酵器2上设有第二温度传感器3-2，常温恒温厌氧发酵器3上设有第三温度传感器3-3，高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3分别与第一阀门4-1相连通；所述的高温厌氧发酵器1上的第一温度传感器3-1温控范围为50～56℃；所述的中温厌氧发酵器2上的第二温度传感器3-2温控范围为32～42℃；所述的常温恒温厌氧发酵器3上的第三温度传感器3-3控制温度为低于37℃。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：所述的高效三级恒温沼气生产装置，其三级发酵均为恒温发酵罐，根据厌氧发酵在37℃左右和53℃左右时沼气产量出现峰值的现象，第一和第二个发酵罐温度分别控制在这两个范围。热水梯级加热这两个发酵罐，出水的剩余热量可以加热常温发酵罐，实现了热水能量的梯级利用，产气量大，产气稳定。
本发明充分利用生物质厌氧发酵在53℃和37℃附近存在两个产沼气高峰的特点，将高温厌氧发酵器、中温厌氧发酵器和常温恒温厌氧发酵器串联，实现生物质高效厌氧发酵生产沼气。相对应地，高效沼气生产装置系统主要包括三个生物质恒温发酵罐和温度控制装置，其中，高温发酵罐温度控制在53℃，中温发酵罐控制在37℃，常温恒温发酵罐温度控制在37℃以下的设定温度。三个发酵罐按高、中、常温恒温排列，热媒依次进入三个发酵罐，使三个发酵罐稳定在自己的发酵温度。保证三级发酵的正常运行，实现了能量的综合利用，高效产沼气。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述的三级恒温沼气生产系统，其特点是包括有高温厌氧发酵器1，高温厌氧发酵器1通过第二电磁阀1-2与中温厌氧发酵器2相连，中温厌氧发酵器2通过第三电磁阀1-3与常温恒温厌氧发酵器3相连，高温厌氧发酵器1和中温厌氧发酵器2分别通过第三阀门4-3和第二阀门4-2与换热器4相连，常温恒温厌氧发酵器3与换热器4相连，换热器4通过第一电磁阀1-1与高温厌氧发酵器1相连，高温厌氧发酵器1上设有第一沼气采样计2-1、第一温度传感器3-1和第一压力传感器5-1，中温厌氧发酵器2上设有第二沼气采样计2-2、第二温度传感器3-2和第二压力传感器5-2，常温恒温厌氧发酵器3上设有第三沼气采样计2-3、第三温度传感器3-3和第三压力传感器5-3，高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3分别与第一阀门4-1相连通。
所述的第一压力传感器5-1、第二压力传感器5-2和第三压力传感器5-3分别设在高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3与第一阀门4-1相连通的沼气输出管道上。高温厌氧发酵器1上的第一温度传感器3-1温控为53℃；所述的中温厌氧发酵器2上的第二温度传感器3-2温控为37℃；所述的常温恒温厌氧发酵器3上的第三温度传感器3-3温控为小于37℃。高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温厌氧发酵器3都设有进料口和出料口。
所述的三级恒温沼气生产系统，其工作原理为：启动时，开启第一电磁阀1-1、第二电磁阀1-2、第三电磁阀1-3，关闭第二阀门4-2和第三阀门4-3，从换热器4获得热量后的热水依次进入高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温发酵器3。第一温度传感器3-1、第二温度传感器3-2和第三温度传感器3-3分别监测高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温发酵器3内的温度。当常温恒温发酵器3中的温度达到设定温度时，关闭第三电磁阀1-3同时开启第二阀门4-2；当常温恒温发酵器3中的温度低于设定温度时，关闭第二阀门4-2同时开启第三电磁阀1-3。通过切换第二阀门4-2和第三电磁阀1-3的开闭，从而控制常温恒温发酵器3内的温度。相类似地，当中温厌氧发酵器2中的温度达到37℃时，关闭第二电磁阀1-2同时开启第三阀门4-3；当中温厌氧发酵器2中的温度低于37℃时，关闭第三阀门4-3同时开启第二电磁阀1-2。通过切换第三阀门4-3和第二电磁阀1-2的开闭，从而控制中温厌氧发酵器2在37℃运行。当高温厌氧发酵器1中的温度达到53℃时，关闭第一电磁阀1-1；当高温厌氧发酵器1中的温度低于53℃时，开启第一电磁阀1-1。通过第一电磁阀1-1的开闭，从而控制高温厌氧发酵器1在53℃运行。通过系统中阀门的关闭和开启，最终会实现高温厌氧发酵器1、中温厌氧发酵器2和常温恒温发酵器3稳定运行。最后，从常温恒温发酵器3中流出的冷水收集后进入冷媒加热系统，加热为热水后循环使用。沼气产生后反应罐内压力增大，采用压力传感器采集发酵罐内压力，当达到设定的压力值时限压第一阀门4-1开启，收集沼气。

Claims (2)

1.三级恒温沼气生产系统，其特征是包括有高温厌氧发酵器(1)、中温厌氧发酵器(2)和常温恒温厌氧发酵器(3)，高温厌氧发酵器(1)通过第二电磁阀(1-2)与中温厌氧发酵器(2)相连，中温厌氧发酵器(2)通过第三电磁阀(1-3)与常温恒温厌氧发酵器(3)相连，高温厌氧发酵器(1)和中温厌氧发酵器(2)分别通过第三阀门(4-3)和第二阀门(4-2)与换热器(4)相连，常温恒温厌氧发酵器(3)与换热器(4)相连，换热器(4)通过第一电磁阀(1-1)与高温厌氧发酵器(1)相连，高温厌氧发酵器(1)上设有第一温度传感器(3-1)，中温厌氧发酵器(2)上设有第二温度传感器(3-2)，常温恒温厌氧发酵器(3)上设有第三温度传感器(3-3)，高温厌氧发酵器(1)、中温厌氧发酵器(2)和常温恒温厌氧发酵器(3)分别与第一阀门(4-1)相连通；所述的高温厌氧发酵器(1)上的第一温度传感器(3-1)温控范围为50～56℃；所述的中温厌氧发酵器(2)上的第二温度传感器(3-2)温控范围为32～42℃；所述的常温恒温厌氧发酵器(3)上的第三温度传感器(3-3)控制温度为低于37℃。
2.根据权利要求1所述的三级恒温沼气生产系统，其特征在于：所述的高温厌氧发酵器(1)、中温厌氧发酵器(2)和常温恒温厌氧发酵器(3)均设有进料口和出料口。
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