CN105462821A - 大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备 - Google Patents

大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备 Download PDF

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CN105462821A CN201610026008.4A CN201610026008A CN105462821A CN 105462821 A CN105462821 A CN 105462821A CN 201610026008 A CN201610026008 A CN 201610026008A CN 105462821 A CN105462821 A CN 105462821A
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张一维
赵恒�
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Abstract

本发明公开一种大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，属于高温干式发酵技术领域。该设备包括在设备基础上固定的隧道窑内腔体,带蒸汽加热管的换热板安装在圆弧外腔,隧道窑内腔体和隧道窑内腔体支撑墙体外部带有保温层；隧道窑内腔体内安装有低速旋转的搅拌推料主轴、并带动安装在轴外圆的径向面并沿轴线方向数十个按螺线轨迹分布的搅拌推料浆叶旋转,将混合有沼液的反应物料经进料固体泵和带有螺旋状物料预加热盘管的进料管进入隧道窑内腔体一端并沿轴向向沼渣沼液上出料口、沼渣沼液下出料口推进,通过出料固体泵送入固液分离机。本发明具备干式发酵工艺优势，反应物料可连续进料，能获得大量沼气，适合处理城市垃圾中的粘稠有机物料。

Description

大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备
技术领域
本发明属于干式厌氧沼气发酵技术和工艺领域，适用于城市生活垃圾中有机物垃圾、养殖类粪便、农作物秸秆和污泥等沼气生产领域。特别涉及一种大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备。
背景技术
中国当前的环境污染源中，城市垃圾是巨大污染源之一，中国每年城市生活垃圾产量约4亿吨左右，还有餐厨垃圾1000万吨左右，占全世界总量的三分之一左右。随着我国城镇化进程的加快以及人民生活水平的提高，城镇生活垃圾还在以每年5%-8%左右的速度递增。垃圾围城正在给中国的城市敲响了警钟，
全国有三分之二城市被垃圾山包围。垃圾污染空气、传播病毒和细菌、毁坏农田、影响食品安全、污染我们赖以生存的地下水。同时，中国每年养殖类粪便有8亿吨多吨，各种农作物秸秆废弃物有7吨左右。
从循环经济角度来看，垃圾中蕴含大量的可再利用的资源，可以说垃圾是待开发的宝贵财富，在资源全球性日益紧张的今天，有效回收垃圾资源，可以大幅度降低自然资源开采量，有效保护自然环境，提升全社会人民的生活质量，保护人们的生态环境和生命健康。
针对中国城市生活垃圾处理的现状，除堆积和填埋方法外，在处理复杂城市生活垃圾时普遍采取单一焚烧的方式，而无法对生活垃圾中的有机物进行更加环保、科学、经济的精细化综合处理方法。如何将生活垃圾有机部分进行高效率沼气生产属于本专利的一个重要部分。
不同沼气生产工艺的特点以及优缺点的对比：
当前厌氧发酵沼气生产分两大类工艺形式：1.湿式厌氧发酵沼气生产工艺；2.干式厌氧发酵沼气生产工艺。
湿法发酵的特征:
1）发酵温度：通常为32°C-38°C范围属中温发酵。
2）发酵液浓度：通常干物质含量TS＜12%。
3）进料形式为间歇，并需要进行预处理搅拌。
4）反应物滞留时间在20天-40天。
5）由于反应浓度低，需要厌氧反应罐总容积大。
6）反应液面易形成浮渣结壳现象。
7）出料口容易堵塞。
8）冬季对厌氧罐加温耗能较大。
干法发酵的特征:
1）发酵温度：通常为45°C-55°C范围属高温发酵。
2）发酵液浓度：通常干物质含量TS＞20%。
3）反应物滞留时间在20天左右。
4）传统车库进料形式为间歇进料。
5）反应浓度高，厌氧反应罐总容积需用小，总项目投资少。
6）没有浮渣结壳的问题。
7）不存在出料口堵塞。
8）高有机干物质-相比于混合法容积负荷较大。
9）可处理结构性物料，较高比例城市绿化垃圾，如树枝、树叶、果品和蔬菜废料等。
发明内容
本发明专利的目的针对上述湿式厌氧发酵和常规的干式厌氧发酵沼气生产工艺存在的技术上的不足之处而提供大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备。
本发明的目的可通过以下技术措施来实现的：
本发明大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备包括安装在设备基础上的厌氧反应隧道窑，所述厌氧反应隧道窑是由隧道窑内腔体和以密闭方式封堵在隧道窑内腔体前、后端的前、后端盖共同构成，且所述隧道窑内腔体横截面的下半部呈半圆形结构、半部呈矩形结构；在所述半圆形结构的外壁两侧分别安装一排带有蒸汽加热管的换热板，可使反应物料发酵温度维持在55°C±3°C；在所述隧道窑内腔体内安装有搅拌推料主轴，沿所述搅拌推料主轴轴线方向、环绕轴面安装有若干个按螺线轨迹分布的搅拌推料浆叶；位于隧道窑内腔体后端的沼渣沼液上出料口和沼渣沼液下出料口分别通过连接管道与反应物进料器相应进料口相连通，所述反应物进料器的沼渣沼液上出料管、沼渣沼液下出料管通过沼渣沼液混合管、出料固体泵、沼渣沼液管单向阀与固液分离机相连，所述反应物进料器的底部通过依次相连的进料器进料管、进料固体泵、进料单向阀、进料管与设置在隧道窑内腔体前端的反应物进料管口相连通；在所述厌氧反应隧道窑顶部设置有沼液回流管，以及若干个与沼气管相连接的顶部沼气出气口。
本发明所述厌氧反应隧道窑通过隧道窑内腔体下垫块安装在设备基础上,在隧道窑上部和隧道窑内腔体支撑墙体外表面贴附有隧道窑保温层。
本发明所述隧道窑内腔体下部半圆形结构半径范围为4米-6米,隧道窑内腔体长度范围为30米-45米，容积范围为1750立方-3300立方。所述隧道窑内腔体的内底面为水平结构，或采用进料端高、出料端底的方式设置,坡度范围为0.1%-0.5%。
本发明所述搅拌推料主轴为空芯轴的结构，搅拌推料浆叶按10°-18°的螺旋升角分布,从隧道窑内腔体前端盖内面到隧道窑内腔体后端盖内面之间的距离是螺距的整倍数,螺距范围为5米-9米,每段螺距内安装有5个-8个搅拌推料浆叶，每个搅拌推料浆叶外端面和隧道窑内腔体内壁之间的距离为7cm-12cm；搅拌推料主轴通过装在传动支座上的变速箱与电机相结合；搅拌推料主轴转速范围为2分钟～4分钟转动一圈。
本发明中所述进料管外壁安装有一层螺旋状物料预加热盘管，在螺旋状物料预加热盘管的其外部附有进料管外保温层,可将反应物料升温至50°C-55°C；
本发明中所述所述的隧道窑内腔体支撑墙体上部与隧道窑内腔体连接，下部与基础连接；所述前端盖和后端盖外面安装有保温层并开有检修门，隧道窑内腔体支撑墙体和隧道窑内腔体之间为设备检修通道。
本发明中所述所述螺旋状物料预加热盘管和蒸汽加热管的热源来自沼气发电机在发电过程中产生的余热。所述反应物进料器顶部设置有沼液回流进料管。
本发明中所述隧道窑内腔体整体可采用钢板焊接,或者采用内外面为不锈钢中间为碳钢的复合钢板焊接建造,钢板的厚度范围为10毫米-14毫米;也可采用下部半圆为金属钢板,上部和隧道窑内腔体支撑墙体采用钢结构或钢砼形式建造。
本发明中所述搅拌推料主轴两端分别安装在前端盖和后端盖的轴承座中，转动处均安装有轴承并采用机械密封形式进行密封。
本发明的工作原理如下：
一部分沼液经沼液回流进料管和反应物进料器内的物料混合后,依次通过进料固体泵、进料单向阀、进料管、反应物进料管口进入隧道窑内腔体前端，另一部分沼液经沼液回流管直接进入隧道窑内腔体前端；并在搅拌推料浆叶作用下向沼渣沼液上出料口和沼渣沼液下出料口推进,通过出料固体泵经沼渣沼液管单向阀和沼渣沼液混合管送入固液分离机。
本发明的有益效果如下：
1、本发明专利属于干式厌氧发酵工艺，首先具备传统干式发酵工艺特点和优势。
2、与传统的车库式干式厌氧发酵工艺比较主要区别在于本发明可使得反应物料连续进料。
3、发酵过程在55°C±3°C的高温环境中进行，反应物料经在搅拌推料主轴上安装的数十个沿螺线轨迹分布搅拌推料浆叶从发酵罐的一端经过约20天缓慢地推动到另一端。通过这一过程，实现了在获得最大沼气产量的同时，也确保物料已按生物废料条例在发酵罐中完成了消毒处理。
4、处理干物质浓度约30%-35%范围，特别适合从城市生活垃圾中分检出的粘稠有机物物料。
5、本设备可进行模块化组合，每组设备可处理80吨/天-150吨/天的城市生活垃圾中的有机物物料，根据城市人口的数量可进行模块拼装组合。
附图说明
图1为本发明的主剖图。
图2为厌氧反应隧道窑的内部结构图。
图3为轴向A-A剖面图。
图4为图1中C处放大图。
图5为图1中D处放大图。
图6为图1中B处放大图。
图中序号：1－电机，2－变速箱，3－传动支座，4－反应物进料管口，5－顶部沼气出气口，6－沼气管，7－搅拌推料浆叶，8－沼气管端口，9－沼渣沼液上出料口，10－反应物进料器，11－沼渣沼液上出料管，12－沼渣沼液下出料管，13－沼渣沼液混合管，14－固液分离机料斗，15－沼渣出料管，16－沼液出料管，17－固液分离机，18－沼渣沼液管单向阀，19－出料固体泵，20－进料固体泵，21－进料器进料管，22－进料单向阀，23－沼渣沼液下出料口，24－反应物料，25－进料管，26－搅拌推料主轴，27－保温层，28－设备基础，29－螺旋状物料预加热盘管，30－进料管外保温层，31－隧道窑内腔体，32－换热板，33－检修门，34－蒸汽加热管，35－隧道窑内腔体下垫块，36－沼液回流进料管,37-前端盖,38-后端盖，39-沼液回流管，40-隧道窑内腔体支撑墙体。
具体实施方式
本发明以将下结合实施例（附图）作进一步描述：
如图1、图2、图3所示，本发明的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备包括安装在设备基础28上的厌氧反应隧道窑，所述厌氧反应隧道窑是由隧道窑内腔体31和以密闭方式封堵在隧道窑内腔体前、后端的前、后端盖37、38共同构成，且所述隧道窑内腔体31横截面的下半部呈半圆形结构、上半部呈矩形结构；在所述半圆形结构的外壁两侧分别安装一排带有蒸汽加热管34的换热板32，可使反应物料24温度维持在55°C±3°C；在所述隧道窑内腔体31内安装有搅拌推料主轴26，沿所述搅拌推料主轴26轴线方向、环绕轴面安装有若干个按螺线轨迹分布的搅拌推料浆叶7；位于隧道窑内腔体31后端的沼渣沼液上出料口9和沼渣沼液下出料口23分别通过连接管道与反应物进料器10相应进料口相连通，所述反应物进料器10（参见图4）的沼渣沼液上出料管11、沼渣沼液下出料管12通过沼渣沼液混合管13、出料固体泵19、沼渣沼液管单向阀18与固液分离机17相连（参见图5），所述反应物进料器10的底部通过依次相连的进料器进料管21、进料固体泵20、进料单向阀22、进料管25与设置在隧道窑内腔体31前端的反应物进料管口4相连通；在所述厌氧反应隧道窑顶部设置有沼液回流管39，以及若干个与沼气管6相连接的顶部沼气出气口5。
本发明中所述厌氧反应隧道窑通过隧道窑内腔体下垫块35安装在设备基础28上,在隧道窑上部和隧道窑内腔体支撑墙体40外表面贴附有隧道窑保温层27。
本发明中所述隧道窑内腔体31下部半圆形结构半径范围为4米-6米,隧道窑内腔体31长度范围为30米-45米，容积范围为1750立方-3300立方。所述隧道窑内腔体31的内底面为水平结构，或采用进料端高、出料端底的方式设置,坡度范围为0.1%-0.5%。
本发明中所述搅拌推料主轴26为空芯轴的结构，搅拌推料浆叶7按10°-18°的螺旋升角分布,从隧道窑内腔体前端盖37内面到隧道窑内腔体后端盖38内面之间的距离是螺距的整倍数,螺距范围为5米-9米,每段螺距内安装有5个-8个搅拌推料浆叶7，每个搅拌推料浆叶7外端面和隧道窑内腔体31内壁之间的距离为7cm-12cm；搅拌推料主轴26通过装在传动支座3上的变速箱2与电机1相结合；搅拌推料主轴26转速范围为2分钟～4分钟转动一圈。
本发明中所述进料管25外壁安装有一层螺旋状物料预加热盘管29，在螺旋状物料预加热盘管（29）的外部附有进料管外保温层30,可将反应物料24升温至50°C-55°C；
本发明中所述隧道窑内腔体支撑墙体40上部与隧道窑内腔体31连接，下部与基础28连接；所述前端盖37和后端盖38外面安装有保温层并开有检修门33，隧道窑内腔体支撑墙体40和隧道窑内腔体31）之间为设备检修通道。
本发明中所述螺旋状物料预加热盘管29和蒸汽加热管34的热源来自沼气发电机在发电过程中产生的余热。所述反应物进料器10顶部设置有沼液回流进料管36。
本发明中所述隧道窑内腔体31整体可采用钢板焊接,或者采用内外面为不锈钢中间为碳钢的复合钢板焊接建造,钢板的厚度范围为10毫米-14毫米；也可采用下部半圆为金属钢板,上部和隧道窑内腔体支撑墙体40采用钢结构或钢砼形式建造。
本发明中所述搅拌推料主轴26两端分别安装在前端盖37和后端盖38的轴承座中，转动处均安装有轴承并采用机械密封形式进行密封。
本发明中所述反应物料和卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备各种参数如下：
1、反应物料：反应物料是将收集的城市生活垃圾经筛选分离出的占总垃圾量30%-50%的有机物，粉碎机将其粉碎成长度小于8公分的物料。
2、物料的干物质含量：30%-40%干物质的粘稠物料。
3、干式厌氧发酵设备内反应温度：温度保证在55°C±3°C范围。
4、物料反应时间：物料从干式厌氧发酵设备的一端进入，在连续的搅拌推料浆叶旋转推动下，从另一端出料，物料在隧道窑内部停留时间约为20天。
5、单个干式厌氧发酵设备：下部半径为5米，上部宽度为10米，长35米，容量2250m3。
6、年处理生活有机垃圾超过3万吨，约100吨／天。
具体工作方式如下：
粉碎后长度小于8公分的城市生活垃圾中有机物构成的反应物料24和一部分沼液出料管16出来的沼液经沼液回流进料管36和反应物进料器10内的物料混合后,依次通过进料固体泵20、进料单向阀22、进料管25、反应物进料管口4进入隧道窑内腔体31前端，另一部分沼液经沼液回流管39也直接进入隧道窑内腔体31前端，以便对反应物料24进行接种。
电机1是通过安装在传动支座3上的变速箱2带动搅拌推料主轴26不停地连续旋转，转速为每三分钟转动一圈，搅拌推料主轴26带动其安装在轴外圆的径向面并沿轴线方向数十个按螺线轨迹分布的搅拌推料浆叶7旋转并将反应物料24沿轴向向沼渣沼液上出料口9和沼渣沼液下出料口23推进,通过出料固体泵19经沼渣沼液管单向阀18和沼渣沼液混合管13送入固液分离机17进行固液分离。
螺旋状物料预加热盘管29、换热板32中蒸汽加热管34热源均由本设备生产的沼气通过沼气管端口8输送到沼气发电机在发电过程中产生的余热提供。

Claims (9)

1.一种大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：它包括安装在设备基础（28）上的厌氧反应隧道窑，所述厌氧反应隧道窑是由隧道窑内腔体（31）和以密闭方式封堵在隧道窑内腔体前、后端的前、后端盖（37、38）共同构成，且所述隧道窑内腔体（31）横截面的下半部呈半圆形结构、上半部呈矩形结构；在所述半圆形结构的外壁两侧分别安装一排带有蒸汽加热管（34）的换热板（32）；在所述隧道窑内腔体（31）内安装有搅拌推料主轴（26），沿所述搅拌推料主轴（26）轴线方向、环绕轴面安装有若干个按螺线轨迹分布的搅拌推料浆叶（7）；位于隧道窑内腔体（31）后端的沼渣沼液上出料口（9）和沼渣沼液下出料口（23）分别通过连接管道与反应物进料器（10）相应进料口相连通，所述反应物进料器（10）的沼渣沼液上出料管（11）、沼渣沼液下出料管（12）通过沼渣沼液混合管（13）、出料固体泵（19）、沼渣沼液管单向阀（18）与固液分离机（17）相连，所述反应物进料器（10）的底部通过依次相连的进料器进料管（21）、进料固体泵（20）、进料单向阀（22）、进料管（25）与设置在隧道窑内腔体（31）前端的反应物进料管口（4）相连通；在所述厌氧反应隧道窑顶部设置有沼液回流管（39），以及若干个与沼气管（6）相连接的顶部沼气出气口（5）。
2.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：所述厌氧反应隧道窑通过隧道窑内腔体下垫块（35）安装在设备基础（28）上,在隧道窑上部和隧道窑内腔体支撑墙体（40）外表面贴附有隧道窑保温层（27）。
3.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：隧道窑内腔体（31）下部半圆形结构半径范围为4米-6米,隧道窑内腔体（31）长度范围为30米-45米，容积范围为1750立方-3300立方。
4.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：所述隧道窑内腔体（31）的内底面为水平结构，或采用进料端高、出料端底的方式设置,坡度范围为0.1%-0.5%。
5.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：搅拌推料主轴（26）为空芯轴的结构，搅拌推料浆叶（7）按10°-18°的螺旋升角分布,从隧道窑内腔体前端盖（37）内面到隧道窑内腔体后端盖（38）内面之间的距离是螺距的整倍数,螺距范围为5米-9米,每段螺距内安装有5个-8个搅拌推料浆叶（7），每个搅拌推料浆叶（7）外端面和隧道窑内腔体（31）内壁之间的距离为7cm-12cm；搅拌推料主轴（26）通过装在传动支座（3）上的变速箱（2）与电机（1）相结合；搅拌推料主轴（26）转速范围为2分钟～4分钟转动一圈。
6.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：进料管（25）外壁安装有一层螺旋状物料预加热盘管（29），在螺旋状物料预加热盘管（29）的外部附有进料管外保温层（30）；反应物料（24）高温发酵温度维持在55°C±3°C。
7.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：所述的隧道窑内腔体支撑墙体（40）上部与隧道窑内腔体（31）连接，下部与基础（28）连接；所述前端盖（37）和后端盖（38）外面安装有保温层并开有检修门（33），隧道窑内腔体支撑墙体（40）和隧道窑内腔体（31）之间为设备检修通道。
8.根据权利要求1或6所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：所述螺旋状物料预加热盘管（29）和蒸汽加热管（34）的热源来自沼气发电机在发电过程中产生的余热。
9.根据权利要求1所述的大型卧式隧道窑型螺旋连续干式厌氧发酵设备，其特征在于：所述反应物进料器（10）顶部设置有沼液回流进料管（36）。
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Application publication date: 20160406