CN104263639A - 一种干法发酵系统及其发酵方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干法发酵系统及其使用方法，属于农业生物质利用技术领域。该系统包括发酵库体，进口位于发酵库体顶部一侧，出料口位于发酵库体底部的一端，发酵库体底部装有螺旋输送机，进口上方装有进料装置；进料装置含有弯管状活塞筒，活塞筒的垂向段下端与进口连通，水平段内装有往复运动机构驱动的活塞。本发明不仅实现了自动进出料作业和连续产气，大大降低沼气工程操作劳动强度，提升其自动化操作功能，而且使得发酵库体浸浴在热水中，受热均匀一致，发酵过程采用沼液强化喷淋作业，在发酵库体内部设有沼液破壳注射装置，实现了破壳与注射沼液增强传质传热功能，因此产气量和产气质量均得到大幅度提升。

Description

一种干法发酵系统及其发酵方法

技术领域

本发明涉及一种发酵设备，尤其是一种干法发酵系统，同时还涉及使用该系统进行发酵的方法，属于农业生物质利用技术领域。

背景技术

相对传统的湿法发酵而言，干发酵的发酵底物干物质浓度TS一般在20%以上，利用厌氧菌对发酵原料进行生物分解产生CH₄的过程。干发酵产生的沼液少、原料粉碎要求低、对原料适应性强、沼渣后处理成本低，因此已经广泛应用于大规模处理畜禽粪便、农作物秸秆以及生活垃圾等固体有机废弃物生产沼气和绿色有机肥，基本上达到零排放，随着农村城镇化以及养殖的集约化发展，沼气干法发酵技术正逐渐向规模化、集成化、模块化方向上发展，已经成为厌氧发酵技术研究的热点。   

据申请人了解，目前干发酵设备均较为简陋，无法实现在封闭状态下进料和出料作业，因此其不仅操作费工费时，而且其操作劳动强度也大，不能实现连续化生产沼气。此外，由于缺乏合理调控发酵过程温度的举措，因此造成其产气效率低、质量差。

现有干发酵装置无法实现自动连续化进出料，发酵采用间歇式发酵作业，影响产气效率，发酵过程原料受热不均、局部物料易产生酸化现象，发酵物料表面易出现结壳现象，喷淋沼液无法进入发酵物料内部，导致其传质传热效果较差，影响整个沼气工程运行质量。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种可以在封闭状态能够自动进料和出料的干法发酵系统，从而实现连续产气。

本发明进一步的目的在于：提出一种可以显著提高产气效率和产气质量的干法发酵系统，同时给出相应的发酵方法。

为了达到以上首要目的，本发明的干法发酵系统包括具有进口、出料口（45）以及出气口的发酵库体（2），所述进口位于发酵库体顶部一侧，所述出料口位于发酵库体底部远离进口的一端，所述发酵库体底部装有自进口下方至出料口的螺旋输送机（43——俗称绞龙），所述进口上方装有进料装置（3）；所述进料装置含有弯管状活塞筒（18），所述活塞筒的垂向段下端与进口连通，所述活塞筒的水平段内装有往复运动机构（23）驱动的活塞（19），所述水平段上方设有漏斗状进料口（20）。

这样，当外界输送设备将发酵原料输入进料口后，启动往复运动机构，在活塞的推送作用下，发酵原料被源源不断地推至发酵库体的进口处落入发酵库体内；发酵结束后，启动螺旋输送机，即可将沼渣源源不断地从出料口输出。由此实现了无需开启发酵库体，即可完成自动连续进料和出料，从而实现连续产气作业。在此过程中，螺旋输送机还同时起到翻料搅拌的作用，有利于产气。

为了达到进一步的目的，所述发酵库体由在内的库体内胆（14）和包套在库体内胆外的水浴库体（12）构成，所述水浴库体顶部一角具有进水口（13），所述水浴库体底部远离进水口的一角具有出水口（15），所述出水口通过经锅炉（11）、热水泵（10）的外部管路通往进水口；所述库体内胆邻近出料口的一端底部具有栅漏板（25）的沼液池（26），所述库体内胆上部装有附着在升降机构上的破壳注射机构（24）；所述破壳注射机构主要由间隔分布在输液管路上的破壳注射喷头（28）构成，所述沼液池通过经沼液输送泵（27）的沼液管路接破壳注射机构的沼液输入口（29）。

使用该系统的发酵方法包括以下步骤：

第一步、输送进料——启动进料装置的往复运动机构，将输入进料口的发酵原料输入发酵库体的库体内胆中；

第二步、控温发酵——启动锅炉和热水泵进行热交换，保持库体内胆浸浴在所需发酵温度的热水中，均匀加热库体内胆，使发酵原料发酵，由出气口输出沼气；

第三步、喷淋促酵——启动沼液输送泵，对库体内胆中的发酵原料进行喷淋，形成沼液循环，促进充分发酵；

第四步、表面破壳——启动升降机构，使破壳注射机构的破壳注射喷头刺入发酵原料的表层，将沼液喷洒注射到发酵原料内，进一步促进充分发酵；

第五步、输出沼渣——充分发酵后，启动螺旋输送机，将库体内胆底部发酵后的沼渣源源不断从出料口输出。

总之采用本发明后，与现有技术相比，具有如下显著优点：

1）系统结构紧凑、布局合理、占地面积较小，节省空间。

2）实现了干发酵连续化进出料作业，使产气连续化，同时大大降低沼气工程操作劳动强度，提升其自动化操作功能。

3）省去干发酵进出料大门及其密封机构，降低了沼气工程建造成本，使沼气工程生产更安全、可靠。

4）发酵过程中整个库体内胆浸浴在热水中，受热均匀、稳定，加之沼液喷淋采用强化破壳举措，将沼液均匀分布到发酵物料中，大大提高了其传质传热的效果，避免了发酵物料区部酸化现象的发生，使整个干发酵工程产气稳定、可靠、安全。

附图说明

    下面结合附图对本发明作进一步的说明。

    图1为本发明一个实施例的结构示意图。图中包括1水浴增温系统；2发酵库体；3进料装置；4进料输送机构；5沼液强化喷淋系统；6出料装置；7储气罐；8沼气输送泵；9出料输送机构。

    图2为图1实施例的水浴增温系统结构示意图。图中包括10热水泵；11锅炉；12水浴库体；13进水口；14库体内胆；15出水口。

图3为图1实施例的干发酵装置结构示意图。图中包括16内保温层；17外保温层。

图4为图1实施例的进料装置结构示意图。图中包括18活塞筒；19活塞；20进料口；21链轮装置；22电机1；23曲柄连杆往复运动机构。

图5为图1实施例的沼液强化喷淋系统结构示意图。图中包括24沼液破壳注射机构；25沼液池盖板；26沼液池；27沼液输送泵。

图6为图1实施例的沼液破壳注射装置结构示意图。图中包括28破壳注射喷头；29沼液输入口；30喷淋注射驱动装置。

图7为图1实施例的沼液破壳注射驱动装置结构示意图。图中包括31电机；32转动手柄；33带轮装置；34多齿轮单齿条驱动装置。

图8为图1实施例的升降机构驱动装置结构示意图。图中包括35齿条导轨；36主动齿轮；37齿条；38从动齿轮一；39夹具；40从动齿轮二；41从动齿轮三；42从动齿轮四。

图9为图1实施例的出料装置结构示意图。图中包括43螺旋输送机；44电机3；45出料口；46带轮装置二。

具体实施方式

实施例一

本实施例的干法发酵系统基本结构主要如图1所示，并参见图2至图9，包括具有进口、出料口45以及出气口的发酵库体2，出气口通过管路接至储气罐7。进口位于发酵库体2顶部一侧，出料口45位于发酵库体2底部远离进口的一端。参见图9，发酵库体2底部装有自进口下方至出料口的螺旋输送机43，进口上方装有进料装置3。

进料装置3的具体结构参见图4，含有弯管状活塞筒18，活塞筒18的垂向段下端与进口连通，水平段内装有曲柄连杆往复运动机构23驱动的活塞19，水平段上方设有漏斗状进料口20。

发酵库体2的具体结构参见图2、图3，由在内的库体内胆14和包套在库体内胆外的水浴库体12构成，水浴库体12顶部一角具有进水口13，水浴库体12底部远离进水口13的一角具有出水口15，该出水口15通过锅炉11、热水泵10的外部管路通往进水口13，形成热交换循环系统。水浴库体12内表面和库体内胆14外表面分别装有内、外保温层16、17，因此具有理想的保温和控温性能。

参见图5，库体内胆14邻近出料口的一端底部具有栅漏板25的沼液池26，库体内胆14上部装有附着在升降机构上的破壳注射机构24。破壳注射机构参见图6，主要由间隔分布在输液管路上的破壳注射喷头28构成。升降机构参见图7和图8，库体内胆14的两端分别固定与垂向齿条37构成移动副的齿条导轨35以及可与齿条37啮合且相互啮合的垂向排列齿轮组——主动齿轮36以及从动齿轮一至从动齿轮四38、40、41、42，构成多齿轮单齿条驱动装置34。齿条37通过夹具39与破壳注射机构24的输液管路固连，主动齿轮36通过带轮装置33与电机31传动连接，该带轮装置具有与带轮同轴的转动手柄32，因此既可以电动升降，也可以手动升降。

沼液池26通过经沼液输送泵27的沼液管路接破壳注射机构的沼液输入口29。

阅读下文可以对本实施例的结构及工作原理进一步理解。从系统分解角度看，本实施例采用水浴增温的干法发酵系统可以分为五个各具特色的部分，分别是： 

1）水浴增温部分——由锅炉、热水循环泵、进水和出水管道、水温检测及控制器等组成。热水通过循环泵在发酵库和保温层之间间隙层内循环流动，并进行热量交换，在干发酵过程中，整个发酵库浸浴在空间热水中保持干发酵温度，这样使其受热均匀，利于发酵。热交换后的水再次进入锅炉加热，温度由水温检测仪和控制器调节与控制。

2）进料装置——由进料斗、进料筒、活塞连杆机构、电机以及动力传动机构等组成。进料时，由输送机构将发酵原料源源不断地送至进料口处，原料在重力的作用下进入进料筒内，活塞在活塞连杆机构和动力传动机构的共同作用下，将原料推送到发酵库内。当进料作业完成时，停止活塞驱动，此时进料斗和进料筒内仍存放大量原料，并将其充满，起到自动密封作用。

3）干发酵部分——由发酵库体、保温层及其防水机构、保温层间的热水循环系统、支撑架等组成。发酵库体上部设有活塞式进料机构，下端设有螺旋出料机构，内墙顶部设有沼液破壳注射机构，以满足干发酵工艺要求为宗旨。

4）沼液强化喷淋部分——由沼液池、沼液循环泵、喷淋管道、沼液破壳注射装置（包括注射器、齿轮、齿条、固定槽、动力传动机构、主轴及其支架、轴承、主轴电机、手动操作机构）等构成。沼液池设在发酵库体底部，可收集其上面的发酵物料渗漏下来的沼液，加热后的沼液通过沼液强化喷淋系统进行传质传热循环作业。沼液破壳注射装置中的主轴电机将动力通过动力传动机构带动主轴转动，主轴通过发酵库两端的内外轴承及轴承支架支撑在发酵库两端的墙壁上（轴承与发酵库墙壁及其保温层采用机械密封），主轴转动带动主轴上齿轮转动，齿轮再带动齿条沿固定槽作上下运动，固定槽固定在发酵库内墙壁上，伸入发酵库内部的喷淋管道连接一定长度的喷淋软管，喷淋软管另一端与注射器上的管道相连，注射器上的管道均匀分布在发酵库内的物料上端，每条管道下端均匀设置注射头，注射器上的管道与齿条固定，可作上下运动。当注射头插入发酵物料后，一定压力的沼液就被连续不断地注射进入物料，沼液通过物料中的空隙向下渗透，直至流进集液池内再加热、再循环。

6）出料部分——由旋转绞龙、轴承、支撑架、绞龙罩壳、电机及动力传动机构等组成。绞龙一端通过轴承固定在发酵库内墙壁上，另一端固定在发酵库外部的支撑架上，绞龙罩壳固定在谷温层的外壁上，当出料时，电机通过动力传动机构带动绞龙转动，发酵后的物料（沼渣）在旋转绞龙的作用下被不断地运送至发酵库出料口处，落入其下方的出料输送机构运走。

使用时，具体步骤为：

第一步、输送进料——启动进料装置的曲柄连杆往复运动机构，将输入进料口的发酵原料输入发酵库体的库体内胆中；

第二步、控温发酵——启动锅炉和热水泵进行热交换，保持库体内胆浸浴在所需发酵温度的热水中，均匀加热库体内胆，使发酵原料发酵，由出气口输出沼气至储气罐；

第三步、喷淋促酵——启动沼液输送泵，对库体内胆中的发酵原料进行喷淋，形成沼液循环，促进充分发酵；

第四步、表面破壳——启动升降机构，使破壳注射机构的破壳注射喷头刺入发酵原料的表层，将沼液喷洒注射到发酵原料内，进一步促进充分发酵；

第五步、输出沼渣——待发酵原料充分发酵后，启动螺旋输送机，将库体内胆底部发酵后的沼渣源源不断从出料口输出。

实验证明，采用本实施例的干发酵系统后，实现了进出料的自动化作业和连续发酵供气，其中的水浴增温系统不仅可以使发酵库体受热均匀、利于发酵，而且确保了冬季正常运行。而沼液强化喷淋系统可以破坏发酵物料上层的结壳，保证沼液进入发酵原料内部，增强传质传热功效，与现有技术相比，供气产量和质量同时得到显著提升。

同时，避免了发酵物料区部酸化现象的发生，使整个干发酵工程产气稳定、可靠、安全。

Claims (7)

1.一种干法发酵系统，包括具有进口、出料口（45）以及出气口的发酵库体（2），所述进口位于发酵库体顶部一侧，所述出料口位于发酵库体底部远离进口的一端，其特征在于：所述发酵库体底部装有自进口下方至出料口的螺旋输送机（43），所述进口上方装有进料装置（3）；所述进料装置含有弯管状活塞筒（18），所述活塞筒的垂向段下端与进口连通，所述活塞筒的水平段内装有往复运动机构（23）驱动的活塞（19），所述水平段上方设有漏斗状进料口（20）。

2.根据权利要求1所述的干法发酵系统，其特征在于： 所述发酵库体由在内的库体内胆（14）和包套在库体内胆外的水浴库体（12）构成，所述水浴库体顶部一角具有进水口（13），所述水浴库体底部远离进水口的一角具有出水口（15），所述出水口通过经锅炉（11）、热水泵（10）的外部管路通往进水口；所述库体内胆邻近出料口的一端底部具有栅漏板（25）的沼液池（26），所述库体内胆上部装有附着在升降机构上的破壳注射机构（24）；所述破壳注射机构主要由间隔分布在输液管路上的破壳注射喷头（28）构成，所述沼液池通过沼液输送泵（27）的沼液管路接破壳注射机构的沼液输入口（29）。

3.根据权利要求2所述的干法发酵系统，其特征在于：所述升降机构包括固定在库体内胆端部与垂向齿条（37）构成移动副的齿条导轨（35）以及与所述齿条（37）啮合且相互啮合的垂向排列齿轮组（36、38、40、41、42），所述齿条（37）通过夹具（39）与破壳注射机构（24）的输液管路固连，所述齿轮组中的主动齿轮（36）与通过传动装置（33）与电机（31）传动连接。

4.根据权利要求3所述的干法发酵系统，其特征在于：所述传动装置具有同轴的转动手柄（32）。

5.根据权利要求4所述的干法发酵系统，其特征在于：所述往复运动机构为曲柄连杆往复运动机构（23）。

6.根据权利要求5所述的干法发酵系统，其特征在于：所述水浴库体（12）内表面和库体内胆（14）外表面分别装有保温层（16、17）。

7.使用权利要求2至6任一所述干法发酵系统的发酵方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、输送进料——启动进料装置的往复运动机构，将输入进料口的发酵原料输入发酵库体内；

第二步、控温发酵——启动锅炉和热水泵进行热交换，保持库体内胆浸浴在所需发酵温度的热水中，均匀加热库体内胆，使发酵原料发酵，由出气口输出沼气；

第三步、喷淋促酵——启动沼液输送泵，对库体内胆中的发酵原料进行喷淋，形成沼液循环，促进充分发酵；

第四步、表面破壳——启动升降机构，使破壳注射机构的破壳注射喷头刺入发酵原料的表层，将沼液喷洒注射到发酵原料内，进一步促进充分发酵；

第五步、输出沼渣——充分发酵后，启动螺旋输送机，将库体内胆底部发酵后的沼渣源源不断从出料口输出。