CN104893964A - 一种高含固厌氧发酵罐用射流搅拌装置及厌氧发酵罐 - Google Patents

一种高含固厌氧发酵罐用射流搅拌装置及厌氧发酵罐 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置及厌氧发酵罐，该装置包括：循环破碎泵，其进料口连接吸料管，出料口连接供料管，吸料管上设有吸料闸阀，该吸料管前端安装在厌氧发酵罐内下部；液液射流搅拌器，其液液射流管路后端与循环破碎泵的供料管连接，液液射流管路前端的液液射流器安装在厌氧发酵罐内下部；气液射流搅拌器，其气液射流管路前端的气液射流器安装在厌氧发酵罐内上部，连在气液射流器上端的沼气管道前端连接在厌氧发酵罐顶部，与厌氧发酵罐内连通。该射流搅拌装置不仅能够实现厌氧发酵的混合搅拌作用，也具有破浮渣功能，该搅拌装置将大大提高产气率；同时该装置大大降低了引流压力，节省能耗，适用于高含固厌氧发酵罐内。

Description

一种高含固厌氧发酵罐用射流搅拌装置及厌氧发酵罐
技术领域
本发明涉及厌氧发酵用的搅拌装置，特别是涉及一种适用于高含固有机废弃物厌氧发酵用的射流搅拌装置及厌氧发酵罐。
背景技术
在厌氧发酵过程中，尤其在高含固发酵物料中，搅拌尤为重要，搅拌的目的使发酵原料分布均匀，增加原料与微生物基质的接触，使发酵后的沼气及时分离，从而提高产气量。浮渣是厌氧发酵过程中的一大难题，高效的搅拌方式同时也可以起到破除浮渣层的作用。
目前厌氧发酵罐内的搅拌形式主要分为三类：机械搅拌、水力回流搅拌和沼气回流搅拌。机械搅拌设备简单，安装形式较多，操作方便灵活，但是检修困难而且机械磨损较高。水力回流搅拌能耗较大，搅拌效果不好，不能打破浮渣，一般只适用于小型消化池，在畜禽粪便领域应用较多。沼气搅拌设备少结构简单维修方便，但是附属设备多，工艺较为复杂，安装中所使用的沼气管件和安全措施有特殊的要求。而目前并没有用射流搅拌器对厌氧发酵罐内的物料进行搅拌的，而且现有的射流搅拌器一般为文丘里管设计，也存在产生的负压效果不够好，需要能耗较高的问题，也并不适用于对厌氧发酵罐内的高含固发酵物料的搅拌。
发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种高含固厌氧发酵罐用射流搅拌装置及厌氧发酵罐，能对含固率高达8％～15％的厌氧发酵罐内发酵物料进行有效搅拌，破除厌氧发酵罐中的浮渣，提高水解反应效率，从而提高沼气产气效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，其特征在于，包括：循环破碎泵，其进料口连接吸料管，出料口连接供料管，所述吸料管上设有吸料闸阀，该吸料管前端安装在厌氧发酵罐内下部；
液液射流搅拌器，由液液射流管路、设在该液液射流管路上的液液射流闸阀和该液液射流管路前端设置的液液射流器组成，所述液液射流管路后端与所述循环破碎泵的供料管连接，所述液液射流管路前端的液液射流器安装在所述厌氧发酵罐内下部；
气液射流搅拌器，由气液射流管路、设在该气液射流管路上的气液射流闸阀、该气液射流管路前端设置的气液射流器、连接在所述气液射流器上端的沼气管道和设在所述沼气管道上的蝶阀组成，所述气液射流管路前端的气液射流器安装在所述厌氧发酵罐内上部，所述连接在所述气液射流器上端的沼气管道前端连接在所述厌氧发酵罐顶部，与所述厌氧发酵罐内连通。
本发明实施例还提供一种高含固厌氧发酵罐，包括：厌氧发酵罐和本发明所述的射流搅拌装置；
所述射流搅拌装置安装在所述厌氧发酵罐外，所述射流搅拌装置中循环破碎泵的吸料管前端安装在所述厌氧发酵罐内下部；
所述射流搅拌装置中的液液射流器安装在所述厌氧发酵罐内下部；
所述射流搅拌装置中的气液射流器安装在所述厌氧发酵罐内上部，所述气液射流搅拌器的沼气管道前端连接在所述厌氧发酵罐顶部，与所述厌氧发酵罐内连通。
本发明的有益效果为：通过设置循环破碎泵，能实现破碎物料中大颗粒物质以及对微生物细胞破壁，有效破除厌氧发酵罐中的浮渣，提高水解反应效率，从而提高沼气产气效果，通过设置分别与循环破碎泵连接的液液射流搅拌器和气液射流搅拌器，可以实现液液射流搅拌和气液射流搅拌或两者切换搅拌。该搅拌装置与现有搅拌装置相比具有结构轻巧、降低能耗、成本低廉、安装方便、不易堵塞、本身无运动部件不需维修、不会污染等优点。该搅拌装置的使用，将会提高厌氧发酵的产气效果，提高系统运行稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的设在高含固厌氧发酵罐上的射流搅拌装置示意图；
图2为本发明实施例提供的液液射流器的示意图；
图3为本发明实施例提供的气液射流器的示意图；
图1～3中各标号对应的部件为：15-吸料管；16-吸料闸阀；17-循环破碎泵；18-液液射流器；19-液液射流闸阀；20-气液射流闸阀；21-供料管；22-气液射流器；23-蝶阀；24-沼气供气管；
6-液液射流器的一级锥形喷嘴；7-液液射流器的二级锥形喷嘴；8-液液射流器的混合室；9-液液射流器的引流孔；10-气液射流器的一级锥形喷嘴；11-气液射流器的二级锥形喷嘴；12-气液射流器的二级锥形喷嘴的沼气管接口；13-气液射流器的收缩管；14-气液射流器的扩散管。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，是一种适用于对厌氧发酵罐内含固率高达8％～15％的发酵物料进行有效搅拌，该装置包括：
循环破碎泵，其进料口连接吸料管，出料口连接供料管，吸料管上设有吸料闸阀，该吸料管前端安装在厌氧发酵罐内下部；
液液射流搅拌器，由液液射流管路、设在该液液射流管路上的液液射流闸阀和该液液射流管路前端设置的液液射流器组成，液液射流管路后端与循环破碎泵的供料管连接，液液射流管路前端的液液射流器安装在厌氧发酵罐内下部；
气液射流搅拌器，由气液射流管路、设在该气液射流管路上的气液射流闸阀、该气液射流管路前端设置的气液射流器、连接在气液射流器上端的沼气管道和设在沼气管道上的蝶阀组成，气液射流管路前端的气液射流器安装在厌氧发酵罐内上部，连接在气液射流器上端的沼气管道前端连接在厌氧发酵罐顶部，与厌氧发酵罐内连通。
上述射流搅拌装置中，循环破碎泵内设有粉碎刀组，能实现破碎物料中大颗粒物质、微生物细胞破壁等功能，有效破除厌氧发酵罐中的浮渣，提高水解反应效率，从而提高沼气产气效果。
如图2所示，上述射流搅拌装置中，液液射流搅拌器中液液射流器由一级锥形喷嘴和二级锥形喷嘴构成，一级锥形喷嘴与液液射流管路连接，二级锥形喷嘴罩在一级锥形喷嘴外围，与一级锥形喷嘴之间形成混合室，二级锥形喷嘴的前端为喷射口，该二级锥形喷嘴的上部设有引流孔。该液液射流器在二级锥形喷嘴上开有引流孔，当一级锥形喷嘴内有液体高速通过时，混合室内产生负压会将厌氧发酵罐内的物料吸入二级喷嘴内形成混合液，从而起到抽吸液体和沼气混合搅拌的作用，能够破除厌氧发酵罐内物料顶部的浮渣层。
如图3所示，上述射流搅拌装置中，气液射流搅拌器的气液射流器由一级锥形喷嘴、二级锥形喷嘴、收缩管和扩散管构成，一级锥形喷嘴与气液射流管路连接，二级锥形喷嘴罩在一级锥形喷嘴外围，与一级锥形喷嘴之间形成混合室，二级锥形喷嘴的上部设有沼气管接口，该二级锥形喷嘴的前端经收缩管与扩散管连接，扩散管前端为喷射口。该气液射流器当一级锥形喷嘴内有液体高速通过时，混合室内会产生负压，厌氧发酵罐上部的沼气将被吸入二级喷嘴内，混合液经由收缩管和扩散管喷入厌氧发酵罐内从而起到搅拌混合作用，通过设置所述气液射流器，使得二级锥形喷嘴产生负压的效果好，大大降低了引流压力，降低了能耗。
上述气液射流器中，收缩管为平直管段，扩散管为喇叭形管段。
上述射流搅拌装置中，液液射流搅拌器在厌氧发酵罐内的安装位置高于循环破碎泵的吸料管的安装位置；气液射流搅拌器的气液射流器在厌氧发酵罐内的安装位置高于液液射流搅拌器的液液射流器在厌氧发酵罐内的安装位置。即气液射流器的喷嘴和液液射流器的喷嘴安装在厌氧发酵罐内不同高度，在保证罐内物料混合均匀的前提下，能起到破浮渣的功能。
上述搅拌装置中，各管路上的阀门均可以采用自动控制阀，以方便自动控制两种射流搅拌方式的切换。其中，吸料管上的吸料闸阀可以采用手动阀，便于手动控制。
上述搅拌装置中，通过设置气液射流搅拌器，产生的气泡会带走厌氧发酵罐内酸性气体CO2，使得系统的运行稳定性更强。液液射流搅拌与气液射流搅拌之间可以通过阀门的开关控制切换，不仅能实现沼气和发酵原料的混合搅拌，也能实现回流物料和罐内物料的混合搅拌。
如图1所示，本发明实施例还提供一种带搅拌装置的高含固厌氧发酵罐，包括：厌氧发酵罐和上述的射流搅拌装置；
射流搅拌装置设在厌氧发酵罐外，射流搅拌装置的循环破碎泵的吸料管前端安装在厌氧发酵罐内下部；
射流搅拌装置中的液液射流器安装在厌氧发酵罐内下部；
射流搅拌装置中的液液射流器安装在厌氧发酵罐内上部，气液射流搅拌器的沼气管道前端连接在厌氧发酵罐顶部，与厌氧发酵罐内连通。
上述高含固厌氧发酵罐，通过在搅拌装置中设置气液射流搅拌器，产生的气泡会带走厌氧发酵罐内酸性气体CO2，使得系统的运行稳定性更强。液液与气液射流搅拌器之间可以通过阀门之间的开关切换实现液液或气液搅拌的切换，不仅能实现沼气和发酵原料的混合搅拌，也能实现回流物料和罐内物料的混合搅拌。
下面结合具体实施例对本发明的射流搅拌装置作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供的是一种厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，该搅拌装置包括：循环破碎泵17，与循环破碎泵17相连接的吸料管15和供料管21、与供料管21连接的液液射流搅拌器和气液射流搅拌器22，与气液射流搅拌器的气液射流器22连接的沼气供气管25；在循环破碎泵17出料口的供料管21上，与液液射流器18连接的液液射流管路上安装液液射流闸阀19，该液液射流闸阀可以是自动控制阀，与气液射流器22连接的气液射流管路上安装气液射流闸阀20，该气液射流闸阀可以是自动控制阀，在吸料管15上安装手动阀16，在沼气供气管上安装蝶阀24，共四个阀门。
如图2所示，上述搅拌装置的液液射流搅拌器中，液液射流器18由一级锥形喷嘴6、二级锥形喷嘴7、混合室8和引流孔9构成，其中，二级锥形喷嘴7内径大于一级锥形喷嘴6，罩在一级锥形喷嘴6外围，与一级锥形喷嘴6之间形成混合室8，一级锥形喷嘴6与供料管21连接，二级锥形喷嘴上部设有引流孔9，液液射流器18沿厌氧发酵罐直径切线方向安装且与水平方向呈20°左右角度，将会形成三维混合搅拌模式，提升搅拌效果。
如图3所示，上述搅拌装置的气液射流搅拌器中，气液射流器22前部的结构与液液射流器类似，由一级锥形喷嘴10、二级锥形喷嘴11连接而成，一、二级锥形喷嘴10、11之间为混合室，一级锥形喷嘴10与供料管21连接，二级锥形喷嘴11上设有沼气管接口12，二级锥形喷嘴11前端经收缩管13与扩散管14连接，当一级锥形喷嘴中有流体高速通过时产生负压，抽吸厌氧发酵罐顶部的沼气，与液体形成混合液。通过收缩管和扩散管喷入厌氧发酵罐内产生混合搅拌效果。
本实施例搅拌装置中采用的循环破碎泵17，具有切碎和抽送功能，内部设有粉碎刀组，对于发酵原料中的大块颗粒或浮渣，可以在其抽送过程将其切碎。该泵还具有使发酵原料中微生物细胞破壁功能，使得细胞的有机质(如多糖、蛋白质和脂肪等)释放并水解为小分子有机物，提高物料厌氧可生化性能，加快厌氧消化速率。
该射流搅拌装置可以实现液液射流搅拌或气液射流搅拌的切换，如吸料闸阀16和蝶阀24常开，液液射流闸阀19关闭、气液射流闸阀20打开时，为沼气和发酵原料的混合搅拌；液液射流闸阀19打开、气液射流闸阀20关闭时，为回流发酵原料和罐体内物料的混合搅拌。气液射流搅拌的状态为：当气液射流器22的一级锥形喷嘴10中有发酵原料液体高速流过时，在一级锥形喷嘴10和二级锥形喷嘴11之间的混合室内形成负压，沼气在负压抽吸作用下经沼气管接口12进入混合室，与液体混合形成强烈的紊流，经过收缩管13进入厌氧发酵罐内。池内发酵物料在射流作用下，形成流场，达到搅拌混合作用，使得厌氧发酵罐内物料以及温度均匀分布。同时由于气液喷射的强烈紊流与水平和垂直方向存在一定的角度(约20°)，会将发酵液表层浮渣击碎或者击落入池底，然后进入循环破碎泵，实现了破浮渣的功能，从而提高厌氧发酵罐内的产气效果。气体和液体的均匀混合，将会增大微生物与原料的接触面积，增加产气效率，增加CH4浓度。另外，本发明可以通过调节气液比来实现搅拌罐内的混合搅拌程度调节，以适应物料的浓度变化。
当运行初期未产气或在运行过程中时，进行液液射流搅拌。该方式原理同气液混合搅拌，其主要功能为混合搅拌，也可一定程度实现破浮渣功能。
由于本发明中的射流搅拌装置设备较少，且都安装在厌氧发酵罐处，因此对于维护及检修都十分方便。该射流搅拌装置中电耗较少，仅有循环破碎泵需要电耗，因此采用该搅拌装置运行成本较低。同时射流喷嘴与循环破碎泵的结合，大大提高了破浮渣能力以及产气效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，其特征在于，包括：
循环破碎泵，其进料口连接吸料管，出料口连接供料管，所述吸料管上设有吸料闸阀，该吸料管前端安装在厌氧发酵罐内下部；
液液射流搅拌器，由液液射流管路、设在该液液射流管路上的液液射流闸阀和该液液射流管路前端设置的液液射流器组成，所述液液射流管路后端与所述循环破碎泵的供料管连接，所述液液射流管路前端的液液射流器安装在所述厌氧发酵罐内下部；
气液射流搅拌器，由气液射流管路、设在该气液射流管路上的气液射流闸阀、该气液射流管路前端设置的气液射流器、连接在所述气液射流器上端的沼气管道和设在所述沼气管道上的蝶阀组成，所述气液射流管路前端的气液射流器安装在所述厌氧发酵罐内上部，所述连接在所述气液射流器上端的沼气管道前端连接在所述厌氧发酵罐顶部，与所述厌氧发酵罐内连通。
2.根据权利要求1所述的一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，其特征在于，所述循环破碎泵内设有粉碎刀组。
3.根据权利要求1所述的一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，所述液液射流搅拌器的液液射流器由一级锥形喷嘴和二级锥形喷嘴构成，所述一级锥形喷嘴与所述液液射流管路连接，所述二级锥形喷嘴罩在所述一级锥形喷嘴外围，与所述一级锥形喷嘴之间形成混合室，所述二级锥形喷嘴的前端为喷射口，该二级锥形喷嘴的上部设有引流孔。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，所述气液射流搅拌器的气液射流器由一级锥形喷嘴、二级锥形喷嘴、收缩管和扩散管构成，所述一级锥形喷嘴与所述气液射流管路连接，所述二级锥形喷嘴罩在所述一级锥形喷嘴外围，与所述一级锥形喷嘴之间形成混合室，所述二级锥形喷嘴的上部设有沼气管接口，该二级锥形喷嘴的前端经收缩管与扩散管连接，所述扩散管前端为喷射口。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，其特征在于，所述液液射流搅拌器的液液射流器沿所述厌氧发酵罐直径切线方向安装且与水平方向呈20°角。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种高含固厌氧发酵罐用的射流搅拌装置，其特征在于，所述液液射流搅拌器的液液射流器在所述厌氧发酵罐内的安装位置高于所述循环破碎泵的吸料管的安装位置；
所述气液射流搅拌器的气液射流器在所述厌氧发酵罐内的安装位置高于所述液液射流搅拌器的液液射流器在所述厌氧发酵罐内的安装位置。
7.一种带搅拌装置的高含固厌氧发酵罐，其特征在于，包括：
厌氧发酵罐和权利要求1至6任一项所述的射流搅拌装置；
所述射流搅拌装置设在所述厌氧发酵罐外，所述射流搅拌装置的循环破碎泵的吸料管前端安装在所述厌氧发酵罐内下部；
所述射流搅拌装置中的液液射流搅拌器的液液射流器安装在所述厌氧发酵罐内下部；
所述射流搅拌装置中的气液射流搅拌器的液液射流器安装在所述厌氧发酵罐内上部，所述气液射流搅拌器的沼气管道前端连接在所述厌氧发酵罐顶部，与所述厌氧发酵罐内连通。
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