CN105349409A - 一种连续式固态发酵产沼气的装置 - Google Patents

一种连续式固态发酵产沼气的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连续式固态发酵产沼气的装置，属于有机废弃物厌氧处理技术领域。本发明所提供的装置包括发酵罐和集气罐。其中，发酵罐的上部设有进料口，下部设有出料口，中部沿罐体轴向设有搅拌轴。搅拌轴上垂直于搅拌轴轴向平行设有多个支撑板，用于承载发酵物料，每个支撑板上设有一个开口，以便于发酵物料在不同层支撑板上转移。在搅拌轴上垂直于支撑板平面设有刮板，刮板可随搅拌轴在支撑板平面上转动，发酵罐顶部设有第一出气口，通过管道与集气罐连接，以实现对沼气的收集。本发明的装置可实现长时间的连续发酵，同时可以有效降低搅拌功率，提高整个反应装置的经济性。

Description

一种连续式固态发酵产沼气的装置
技术领域
本发明涉及一种连续式固态发酵产沼气的装置，属于有机废弃物厌氧处理技术领域。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭，以及大量使用化石能源带来的空气质量恶化问题，开发研制可再生清洁能源并实现能源替代已成为我国政府能源发展的重要战略。其中，沼气已确定为我国可再生能源重点发展产品之一。以环境有机废弃物为底物，通过厌氧消化技术将其转化为生物沼气，可以显著减轻环境污染、改善环境质量，并提供大量可再生清洁能源，是目前处理环境有机废弃物最有效、前景最广阔的手段之一。
按照有机废弃物进料的固体浓度，厌氧发酵产沼气方式可分为液体发酵、高浓度物料发酵和固体发酵。固体发酵产沼气技术因具有水耗低、单位容积处理量大、容积产气率高、出肥量多，几乎无废水产生等特点，成为近二三十年来厌氧消化技术发展的新趋势。欧洲已有多家固态发酵产沼气技术提供商，涉及工艺主要技术及装备包括：车库型间歇式干发酵厌氧反应器及系统(Garage)、圆柱式生物气回流厌氧反应器(Valorga)、高浓度立式连续式厌氧反应器(Dranco)以及卧式栓塞流式厌氧反应器BTAendKompogas工艺等。沼气工程所采用的发酵罐容积通常在1000～2000m3，最高可达5000m3。其中，以车库式干发酵系统最为成熟，应用也最为广泛。
目前，成熟的固态发酵产沼气装备与技术主要被欧洲国家所垄断，采用的工艺多为间歇型工艺，不利于工业化的连续稳定生产。此外，在间歇性进出料操作时需要用空气对系统内参与的沼气进行吹脱，带来空气污染隐患。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多层连续式固态发酵产沼气的装置，所采取的技术方案如下：
本发明的目的在于提供一种连续式固态发酵产沼气的装置，该装置包括发酵罐1、调节罐7、液体收集罐8和集气罐13，各罐体通过管道彼此连接，其中，发酵罐1的中心设有沿轴向固定的搅拌轴4，在发酵罐1内壁上设有多层与搅拌轴4垂直的支撑板16，每层支撑板16上设有以搅拌轴4轴向为中心的可调整角度的扇形开口，在每层支撑板4平面上方设有垂直固定于搅拌轴4轴向并与支撑板16呈一定角度的刮板15，可随搅拌轴4转动，以推动发酵底物移动。
优选地，所述发酵罐1，上部设有进料口2和第一出气口10，分别用于添加发酵底物和收集沼气，下部设有出料口3，用于排除发酵肥料。
优选地，所述扇形开口，开口的角度为22.5-30度。
优选地，所述支撑板16的数量为3-4块，层数为6-8层，在支撑板16的表面上设有贯通的表面的沼液渗滤孔17。
优选地，所述沼液渗滤孔17的形状为圆锥或棱锥形，承接发酵底物的底面直径小于不承接发酵底物的地面，以避免沼液渗滤孔17的堵塞。
优选地，还包括调节罐7、液体收集罐8、第二出气口11和第三出气口12，其中，调节罐7通过管道与发酵罐1的沼液流通通道连接，通过第二出气孔11和管道与集气罐13连接，同时，还通过管道与液体收集罐8连接或者通过泵14与发酵罐1连接；液体收集罐8上设有第三出气口12，第三出气口12通过管道与集气罐13连接，同时液体收集罐8的一端通过管道与调节罐7连接，另一端通过管道与发酵罐1连接。
更优选地，所述发酵罐1的侧壁设有循环水保温层18，在循环水保温层中设有温度控制装置，可对循环水的温度进行控制；同时，还包括喷淋系统9，喷淋系统9位于发酵罐1内部第一层支撑板16的上部，通过管道与调节罐7或液体收集罐8连接，以将回收的沼液喷淋到发酵罐1中。
优选地，所述刮板15，包括板体151，设置在板体151一面的呈鱼骨式布置的加强筋152，连接块153，固定法兰154，固定螺栓155，调节螺栓156和位于连接块153上的调节螺孔，其中，板体151的一端与通过固定法兰154与调节螺栓156，与连接块153上的中心螺孔连接，固定螺栓155穿过固定法兰154上的螺孔与连接块153的调节螺孔157固定连接，连接块153两侧设有凸棱用于与搅拌轴4上的沟槽配合连接。
优选地，所述刮板15，每一层管板的数量为12-16块，且所有刮板15沿搅拌轴4径向圆周均匀分布。
更优选地，相邻刮板15形成的锐角角度与支撑板16的扇形开口的角度相同，且每一层支撑板16的扇形开口角度都相同，相邻的下一层支撑板16的扇形开口位于上一层支撑板16的扇形开口的相邻的与刮板15旋转方向相反的位置。
优选地，还包括与搅拌轴4连接的自动控制装置或变速齿轮5，以实现搅拌轴4的自动或手动控制。
本发明获得的有益效果如下：
本发明对底物种类具有良好的适应性。可以采用餐厨垃圾、禽畜粪便、剩余活性污泥和农业废弃物等作为发酵底物。同时，本发明对底物的粉碎度要求较低，降低了原料的粉碎能耗，尤其是秸秆类底物。另外，本发明通过变速齿轮连接电机和搅拌轴，可以有效降低搅拌功率，提高整个反应装置的经济性。
附图说明
图1为本发明连续式固态发酵产沼气的装置的整体结构示意图。
图2为本发明装置中发酵罐剖视结构示意图。
图3为本发明装置中发酵罐刮板的正视结构示意图。
图4为本发明装置中发酵罐刮板的俯视结构示意图。
图5为本发明装置中发酵罐刮板的右视结构示意图。
图6为本发明装置中发酵罐刮板连接块的结构示意图。
图7为图2沿A向的俯视结构示意图。
图8为发酵罐支撑板的剖视结构示意图。
图9为发酵罐发酵第一阶段时支撑板和管板的位置图。
图10为发酵罐发酵第十一阶段时支撑板和管板的位置图。
图11为图10中支撑板下一层的支撑板的位置图。
图中：1，发酵罐；2，进料口；3，出料口；4，搅拌轴；5，变速齿轮；6，电机；7，调节罐；8，液体收集罐；9，喷淋系统；10，第一出气口；11，第二出气口；12，第三出气口；13，集气罐；14，泵；15，刮板；16，支撑板；17，沼液渗滤孔；18，保温层；151，板体；152，加强筋；153，连接块；154，固定法兰；155，固定螺栓；156，调节螺栓；157，调节螺孔；158，第一刮板；161，沼液渗滤孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明一种优选方案中的连续式固态发酵产沼气的装置的结构示意图。从图1可知，该装置主要由发酵罐1，调节罐7，液体收集罐8和集气罐13组成。其中，集气罐13通过管道与发酵罐1上部的第一出气口10连接。发酵罐1的上部除与集气罐13连接外，还有一个连接内部喷淋系统9的管道分别于液体收集罐8和泵14连接，而泵14的另一端与调节罐7连接。液体收集罐8还通过通道与调节罐7连接，同时，在液体收集罐8上还设有第三出气口12，通过管道与集气罐13连接。调节罐7设有第二出气孔11，通过管道与集气罐13连接。调节罐7除了与液体收集罐8，泵14连接并设有第二出气口11外，还通过管道与发酵罐1的沼液流出通道连接。
图2为本发明一种优选装置中发酵罐剖视结构示意图。从图2中可以看出，发酵罐1整体为圆柱形，上端设有进料口2和第一出气口10，下端设有出料口3，内部沿发酵罐1轴向设有搅拌轴4。搅拌轴4的下端可以通过连接变速齿轮5，变速齿轮5再与电机6连接，以给搅拌轴4的转动提供动力。其中，发酵罐1的外壁上设有用于保持发酵罐1温度的保温层18，内壁上固定连接有相互平行的7层支撑板16。在没有个支撑板16的上方位置设有连接于搅拌轴4上的刮板15。
图3-5分别为本发明发酵罐中刮板部件的正视、俯视和右视结构示意图。从图3-5中可以看出，刮板15包括板体151，位于板体151一面的加强筋152，以增强板体151的强度，防止在刮较厚物料是刮板断裂。板体151的一端通过固定法兰154与调节螺栓156连接。调节螺栓156与连接块153上的中央螺孔连接。连接块153的中央螺孔的圆周方向均匀设有一圈与固定螺栓155配合连接的调节螺孔157。固定螺栓155穿过固定法兰154上的螺孔与调节螺孔157固定连接(图6)。
图7为图2沿A向的俯视结构示意图。从图7中可以看到支撑板16的结构特征。在本方式中，支撑板16共四块，其中三块为90度扇形结构，另一块为60度。这样四块支撑板16形成了一个30度的扇形开口。从图中也可看到，刮板15的数量为12个，每个相邻的刮板形成的角度也为30度。本领域技术人员可以根据实际需要设置支撑板16的开口角度和刮板15的数量。支撑板16的表面上设有正六边形的沼液渗滤孔161。沼液渗滤孔161的孔径大小及形状，使用者可以根据实际情况进行设置。图8为支撑板16的剖面结构示意图。结合图7和图8可知，沼液渗滤孔161的形状为六棱锥形。其中，面积小的底面为承载发酵物料的底面，面积大的底面为支撑板16的底面，以减少发酵底物堵塞沼液渗滤孔161。
下面结合图9-图11对本发明装置的使用过程进行详细说明。
发酵开始时，操作人员将制备好的发酵底物通过进料口2投入到第一层支撑板16上。在每一层支撑板上，相邻的刮板15与支撑板16形成一个独立的发酵空间。第一次投放涂料时，将发酵底物投放到图9中第一刮板158的发酵空间中。在一定条件下经过一段时间发酵后，启动搅拌轴4，使得搅拌轴4带动刮板15刮动发酵底物顺时针转动30度，这样与第一刮板158相邻的刮板转动到第一刮板158原来的位置，同时与第一刮板158及支撑板16形成没有发酵底物的发酵空间。此时操作人员可投入第二批发酵物料。依次类推，这样经过十一阶段的发酵后，第一刮板158转动到了图10中所示的位置，这样在该阶段发酵技术后，第一刮板158再次随搅拌轴4转动时，第一批发酵物料就落入到了下一层支撑板16上。下一层支撑板16的位置如图11所示。从图11中可以看出，第二层支撑板16的第一刮板158中接住落下的发酵底物，继续发酵。依次类推，第一批发酵底物经过7层支撑板以后，在通过位于发酵罐底部的出料口3排出。从而完成整个发酵过程。发酵过程中产生的沼液经管路进入调节罐7。通过泵14将调节罐7中的沼液抽提至立式发酵罐体1顶部，经液体分布器9向发酵罐体1内的物料进行喷淋。
值得注意的是，本领域技术人员可以根据发酵工艺的需要，自行设置刮板和支撑板的数量，或者通过控制搅拌轴的转动控制固态发酵的时间，从而可实现长时间的连续进料，连续发酵。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，包括发酵罐(1)、调节罐(7)、液体收集罐(8)和集气罐(13)，各罐体通过管道彼此连接，其中，发酵罐(1)的中心设有沿轴向固定的搅拌轴(4)，在发酵罐(1)内壁上设有多层与搅拌轴(4)垂直的支撑板(16)，每层支撑板(16)上设有以搅拌轴(4)轴向为中心的可调整角度的扇形开口，在每层支撑板(4)平面上方设有垂直固定于搅拌轴(4)轴向并与支撑板(16)呈一定角度的刮板(15)，刮板(15)可随搅拌轴(4)转动，以推动发酵底物移动。
2.根据权利要求1所述的一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述发酵罐(1)，上部设有进料口(2)和第一出气口(10)，分别用于添加发酵底物和收集沼气，下部设有出料口(3)，用于排除发酵肥料。
3.根据权利要求1所述的一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述扇形开口，开口的角度为22.5-30度。
4.根据权利要求1所述的一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述支撑板(16)的数量为3-4块，层数为6-8层，在支撑板(16)的表面上设有贯通的表面的沼液渗滤孔(17)。
5.根据权利要求4所述的一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述沼液渗滤孔(17)的形状为圆锥或棱锥形，承接发酵底物的底面直径小于不承接发酵底物的地面，以避免沼液渗滤孔(17)的堵塞。
6.根据权利要求1所述一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，还包括调节罐(7)、液体收集罐(8)、第二出气口(11)和第三出气口(12)，其中，调节罐(7)通过管道与发酵罐(1)的沼液流通通道连接，通过第二出气孔(11)和管道与集气罐(13)连接，同时，还通过管道与液体收集罐(8)连接或者通过泵(14)与发酵罐(1)连接；液体收集罐(8)上设有第三出气口(12)，第三出气口(12)通过管道与集气罐(13)连接，同时液体收集罐(8)的一端通过管道与调节罐(7)连接，另一端通过管道与发酵罐(1)连接。
7.根据权利要求6所述一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述发酵罐(1)的侧壁设有循环水保温层(18)，在循环水保温层中设有温度控制装置，可对循环水的温度进行控制；同时，发酵罐(1)还包括喷淋系统(9)，喷淋系统(9)位于发酵罐(1)内部第一层支撑板(16)的上部，通过管道与调节罐(7)或液体收集罐(8)连接，以将回收的沼液喷淋到发酵罐(1)中；发酵罐(1)还包括与搅拌轴(4)连接的自动控制装置或变速齿轮(5)，以实现搅拌轴(4)的自动或手动控制。
8.根据权利要求1所述一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述刮板(15)，包括板体(151)，设置在板体(151)一面的呈鱼骨式布置的加强筋(152)，连接块(153)，固定法兰(154)，固定螺栓(155)，调节螺栓(156)和位于连接块(153)上的调节螺孔，其中，板体(151)的一端与通过固定法兰(154)与调节螺栓(156)，与连接块(153)上的中心螺孔连接，固定螺栓(155)穿过固定法兰(154)上的螺孔与连接块(153)的调节螺孔(157)固定连接，连接块(153)两侧设有凸棱用于与搅拌轴(4)上的沟槽配合连接。
9.根据权利要求1所述一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，所述刮板(15)，每一层管板的数量为12-16块，且所有刮板(15)沿搅拌轴(4)径向圆周均匀分布。
10.根据权利要求9所述一种连续式固态发酵产沼气的装置，其特征在于，相邻刮板(15)形成的锐角角度与支撑板(16)的扇形开口的角度相同，且每一层支撑板(16)的扇形开口角度都相同，相邻的下一层支撑板(16)的扇形开口位于上一层支撑板(16)的扇形开口的相邻的与刮板(15)旋转方向相反的位置。
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