CN106190815A - 一种厌氧发酵罐及其在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用 - Google Patents

一种厌氧发酵罐及其在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种厌氧发酵罐及其在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用，厌氧发酵罐包括罐体、进料主管和布料缓冲罐，所述的布料缓冲罐安装在罐体的顶部中间位置，进料主管与布料缓冲罐顶部连通，布料缓冲罐底部连通有两路以上的布料支管，布料支管与罐体连通；还包括反冲洗主管，布料支管均通过反冲洗支管与反冲洗主管连通，罐体的底部连接有排渣管；反冲洗主管下端分成两个支路，分别为第一支路、第二支路，第一支路与进料主管连通，第二支路与排渣管连通；还包括渗滤液排出管和渗滤液回流管，罐体底部设置有增温组件，罐体底部连接有渗滤液排出管；渗滤液排出管与渗滤液回流管连接，渗滤液回流管与罐体顶部连接。

Description

一种厌氧发酵罐及其在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃 气中的应用
技术领域
本发明属于能源领域，具体涉及一种厌氧发酵罐及其在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用。
背景技术
秸秆是成熟农作物茎叶 ( 穗 ) 部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中， 秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等， 是一种具有多用途的可再生的生物资源，农作物秸秆具有资源广、成本低和营养物质丰富等特点。长期以来，秸秆是我国农村居民主要生活燃料、大牲畜饲料和有机肥料，少部分作为工业原料和食用菌基料。 近年来，随着新型能源的研究开发应用，农作物秸秆类已成为制备生物质燃气的主要原料之一，而利用秸秆厌氧发酵生产生物质燃气是秸秆综合利用的有效途径之一。
《生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺》（重庆市农业科学CN102191281A ），该发明提供了一种生物质秸秆厌氧发酵生产沼气的工艺，加快了有机固体的降解率，缩短了厌氧发酵的启动时间，并且使沼液得到了充分的利用。但这种进料方式要求秸秆进料为1.5-2.5cm 的柔软丝条，采用秸秆切碎揉搓机处理，耗能较高；《竖向推流式秸秆沼气发酵方法》（农业部沼气科学研究所，CN 102260717A），该发明解决了两个问题：上浮结壳和出料难，该工艺上部进料，但如何实现均匀布料，没有具体的措施体现，且该工艺为低浓度发酵。
发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧发酵罐及其在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种厌氧发酵罐，包括厌氧发酵罐罐体、进料主管和布料缓冲罐，所述的布料缓冲罐安装在厌氧发酵罐罐体的顶部中间位置，进料主管与布料缓冲罐顶部连通，布料缓冲罐底部连通有两路以上的布料支管，布料支管与厌氧发酵罐罐体连通；还包括反冲洗主管，布料支管均通过反冲洗支管与反冲洗主管连通，厌氧发酵罐罐体的底部连接有排渣管；反冲洗主管下端分成两个支路，分别为第一支路、第二支路，第一支路与进料主管连通，第二支路与排渣管连通；还包括渗滤液排出管和渗滤液回流管，厌氧发酵罐罐体底部设置有增温组件，厌氧发酵罐罐体底部连接有渗滤液排出管；渗滤液排出管的进液口位于厌氧发酵罐罐体内且渗滤液排出管的进液口位于增温组件的下方，渗滤液排出管与渗滤液回流管连接，渗滤液回流管与厌氧发酵罐罐体顶部连接。
所述进料主管上设置有进料主管阀门，每个布料支管上均设置有第一布料支管阀门、第二布料支管阀门，反冲洗主管上设置有反冲洗主管阀门，第一支路上设置有第一支路阀门，第二支路上设置有第二支路阀门。
布料支管与反冲洗支管的连接处位于第一布料支管阀门、第二布料支管阀门之间。
所述排渣管上设置有第一排渣管阀门和第二排渣管阀门，第二支路与排渣管的连通处位于第一排渣管阀门和第二排渣管阀门之间。
进料主管阀门位于进料主管与第一支路相通处、进料主管与布料缓冲罐连通处之间。
渗滤液排出管的进液口所处的高度高于排渣管所处的高度。
所述增温组件包括热水进水管和热水出水管，热水进水管和热水出水管之间并联有若干个散热管组，散热管组由交替串联的热水支管组和热水主管组成，热水支管组由若干根并联的热水支管组成。
所述厌氧发酵罐在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用包括以下步骤：①在搅拌接种进料池中将粉碎后的秸秆（长度为6cm以下）和从沼液池回流的沼液混合，搅拌成均匀的混合料液（混合料液的总固体浓度为12%-18%）；②通过输送装置将混合料液输送至进料主管，通过进料主管输送至布料缓冲罐中，通过布料支管进入厌氧发酵罐中；③在发酵罐得到的渗滤液一部分作为沼液经渗滤液排出管送至沼液暂存池、一部分作为回流液经渗滤液回流管回流至厌氧发酵罐顶部；沼液暂存池中的沼液送入沼液池，沼液池中的沼液回流至搅拌接种进料池中，与秸秆混合。
使用时，本发明的进料主管连接“流量和扬程可调节的大粒径秸秆生产沼气的密封输送装置”（中国专利CN201520500164.0）作为动力（输送装置），后经布料缓冲罐将料液多方位均匀的输送到发酵罐内，通过阀门控制实现排渣管、进料分管等的堵塞处理。
本发明产生的有益效果是，利用“流量和扬程可调节的大粒径秸秆生产沼气的密封输送装置”作为动力，减少能耗及设备投入；本发明的发酵罐结构科学，操作相对简单；渗滤液具有良好的热传导性，且提高增温组件内热水温度，渗滤液温度很快得到较大的提高；鉴于秸秆物料或高浓有机废弃物层层堆积，传热系数低，故通过调整泵的功率，控制渗滤液流速，渗滤液低速流经层层堆积的秸秆或高浓有机废弃物物料，提高热量的传质效率，使发酵物料维持在中温发酵温度，提高了秸秆的发酵效率。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1的结构平面图（省略了渗滤液排出管和渗滤液回流管等部件）；
图3为实施例1中增温组件的结构示意图。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1－3所示，一种厌氧发酵罐，包括厌氧发酵罐罐体1、进料主管2和布料缓冲罐3，所述的布料缓冲罐3安装在厌氧发酵罐罐体1的顶部中间位置，进料主管2与布料缓冲罐3顶部连通，布料缓冲罐3底部连通有四路布料支管（该四路的布料支管分别为第一布料支管4-1、第二布料支管4-2、第三布料支管4-3和第四布料支管4-4），布料支管与厌氧发酵罐罐体1连通；还包括反冲洗主管7，布料支管均通过反冲洗支管与反冲洗主管7连通（第一布料支管4-1、第二布料支管4-2、第三布料支管4-3和第四布料支管4-4分别通过第一反冲洗支管8-1、第二反冲洗支管8-2、第三反冲洗支管8-3、第四反冲洗支管8-4与反冲洗主管7连通），厌氧发酵罐罐体1的底部连接有排渣管5；反冲洗主管7下端分成两个支路，分别为第一支路6-1、第二支路6-2，第一支路6-1与进料主管2连通，第二支路6-2与排渣管5连通；还包括渗滤液排出管11和渗滤液回流管10，厌氧发酵罐罐体1底部设置有增温组件9，厌氧发酵罐罐体1底部连接有渗滤液排出管11；渗滤液排出管11的进液口1101位于厌氧发酵罐罐体1内且渗滤液排出管的进液口1101位于增温组件9的下方，渗滤液排出管11与渗滤液回流管10连接，渗滤液回流管10与厌氧发酵罐罐体1顶部连接，渗滤液排出管11上设置有泵12。
所述进料主管2上设置有进料主管阀门2-1，每个布料支管上均设置有第一布料支管阀门、第二布料支管阀门（第一布料支管4-1上设置有第一布料支管阀门4-1-1、第二布料支管阀门4-1-2；第三布料支管4-3上设置有第一布料支管阀门4-3-1、第二布料支管阀门4-3-2；第二布料支管4-2、第四布料支管4-4上所设置的布料支管阀门在图中未标出），反冲洗主管7上设置有反冲洗主管阀门7-1，第一支路6-1上设置有第一支路阀门6-1-1，第二支路6-2上设置有第二支路阀门6-2-1。
布料支管与反冲洗支管的连接处位于第一布料支管阀门、第二布料支管阀门之间。
所述排渣管5上设置有第一排渣管阀门5-1和第二排渣管阀门5-2，第二支路6-2与排渣管的连通处位于第一排渣管阀门5-1和第二排渣管阀门5-2之间。
进料主管阀门2-1位于进料主管2与第一支路6-1相通处、进料主管2与布料缓冲罐3连通处之间。
渗滤液排出管的进液口1101所处的高度高于排渣管5所处的高度。
所述增温组件9包括热水进水管9-1和热水出水管9-4，热水进水管9-1和热水出水管9-4之间并联有两个散热管组，散热管组由交替串联的热水支管组和热水主管9-3组成，热水支管组由四根并联的热水支管9-2组成。
所述厌氧发酵罐在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用包括以下步骤：①在搅拌接种进料池中将粉碎后的秸秆（长度为5cm以下）和从沼液池回流的沼液混合，搅拌成均匀的混合料液（混合料液的总固体浓度为18%）；②通过输送装置将混合料液输送至进料主管，通过进料主管输送至布料缓冲罐中，通过布料支管进入厌氧发酵罐中；③在发酵罐得到的渗滤液一部分作为沼液经渗滤液排出管送至沼液暂存池、一部分作为回流液经渗滤液回流管回流至厌氧发酵罐顶部；沼液暂存池中的沼液送入沼液池，沼液池中的沼液回流至搅拌接种进料池中，与秸秆混合。
本实施例的进料主管连接“流量和扬程可调节的大粒径秸秆生产沼气的密封输送装置”（中国专利CN201520500164.0）作为动力，由其为物料进料及管道反冲洗提供动力。
若在不进料情况下，排渣管排渣过程中如出现管道堵塞，首先确保进料主管阀门2-1、反冲洗主管阀门7-1处于关闭状态，然后打开第一支路阀门6-1-1及第二支路阀门6-2-1，同时关闭第一排渣管阀门5-1，利用“流量和扬程可调节的新型秸秆生产沼气的密封输送装置”作为动力，将管道内堵塞的沼渣不断冲洗到沼渣池内（排渣管5与后续沼渣池相接）；或关闭第二排渣管阀门5-2，将管道内堵塞的沼渣冲洗到发酵罐内，待管道畅通后，关闭第一支路阀门6-1-1及第二支路阀门6-2-1，同时打开第一排渣管阀门5-1和第二排渣管阀门5-2，继续排渣。
若进料过程中出现管道堵塞，此时，首先关闭进料主管阀门2-1，同时打开第一支路阀门6-1-1及反冲洗主管阀门7-1，根据现场反馈情况，第一布料支管4-1堵塞为例，需将第二布料支管阀门4-1-2关闭，同时关闭其余的第一布料支管阀门4-2/3/4-1，利用“流量和扬程可调节的新型秸秆生产沼气的密封输送装置”作为动力，将布料支管4-1内堵塞的物料冲洗至布料缓冲罐3内，由此实现管道通畅，同理，其他支管堵塞处理方式依此类推。
厌氧发酵罐罐体产生的沼气经沼气管进入储气柜，然后进入后续的沼气净化提纯系统，完成沼气的净化提纯，供沼气使用区域使用。
本实施例可以很方便的解决发酵后残留在沼渣中短的纤维聚集缠绕，产生结块，出现进料难、罐内结壳及排渣难等问题；渗滤液排出管的进液口1101所处的位置为渗滤液层，含固率为3%左右，此处的渗滤液具有良好的热传导性，可以解决秸秆料液和加热盘管接触热量传质差的现象，又能解决秸秆层层发酵，秸秆与秸秆本身热量传质的问题，有利于秸秆厌氧发酵。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种厌氧发酵罐，包括厌氧发酵罐罐体、进料主管和布料缓冲罐，所述的布料缓冲罐安装在厌氧发酵罐罐体的顶部中间位置，进料主管与布料缓冲罐顶部连通，布料缓冲罐底部连通有两路以上的布料支管，布料支管与厌氧发酵罐罐体连通；其特征在于，还包括反冲洗主管，布料支管均通过反冲洗支管与反冲洗主管连通，厌氧发酵罐罐体的底部连接有排渣管；反冲洗主管下端分成两个支路，分别为第一支路、第二支路，第一支路与进料主管连通，第二支路与排渣管连通；还包括渗滤液回流管，厌氧发酵罐罐体底部设置有增温组件，厌氧发酵罐罐体底部连接有渗滤液排出管；渗滤液排出管的进液口位于厌氧发酵罐罐体内且渗滤液排出管的进液口位于增温组件的下方，渗滤液排出管与渗滤液回流管连接，渗滤液回流管与厌氧发酵罐罐体顶部连接。
2.如权利要求2所述厌氧发酵罐，其特征在于：所述进料主管上设置有进料主管阀门，每个布料支管上均设置有第一布料支管阀门、第二布料支管阀门，反冲洗主管上设置有反冲洗主管阀门，第一支路上设置有第一支路阀门，第二支路上设置有第二支路阀门。
3.如权利要求2所述厌氧发酵罐，其特征在于：布料支管与反冲洗支管的连接处位于第一布料支管阀门、第二布料支管阀门之间。
4.如权利要求1所述厌氧发酵罐，其特征在于：所述排渣管上设置有第一排渣管阀门和第二排渣管阀门，第二支路与排渣管的连通处位于第一排渣管阀门和第二排渣管阀门之间。
5.如权利要求1所述厌氧发酵罐，其特征在于：进料主管阀门位于进料主管与第一支路相通处、进料主管与布料缓冲罐连通处之间。
6.如权利要求1所述厌氧发酵罐，其特征在于：渗滤液排出管的进液口所处的高度高于排渣管所处的高度。
7.如权利要求1所述厌氧发酵罐，其特征在于，所述增温组件包括热水进水管和热水出水管，热水进水管和热水出水管之间并联有若干个散热管组，散热管组由交替串联的热水支管组和热水主管组成，热水支管组由若干根并联的热水支管组成。
8.如权利要求1的所述厌氧发酵罐在秸秆高浓固态厌氧发酵生产生物质燃气中的应用。
9.如权利要求8的所述的应用，其特征在于包括以下步骤：①在搅拌接种进料池中将粉碎后的秸秆和从沼液池回流的沼液混合，搅拌成均匀的混合料液；②通过输送装置将混合料液输送至进料主管，通过进料主管输送至布料缓冲罐中，通过布料支管进入厌氧发酵罐中；③在发酵罐得到的渗滤液一部分作为沼液经渗滤液排出管送至沼液暂存池、一部分作为回流液经渗滤液回流管回流至厌氧发酵罐顶部；沼液暂存池中的沼液送入沼液池，沼液池中的沼液回流至搅拌接种进料池中，与秸秆混合。
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