CN107177483B - 发酵设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发酵设备，包括:发酵罐，用于盛装发酵物料并作为发酵物料的反应容器；至少一个喷射组件，喷射组件穿过发酵罐的罐壁，可摆动设于所述发酵罐罐壁的第一高度处，喷射组件位于发酵罐外部的一端与发酵罐在第二高度处连通，第一高度的高度值大于发酵罐内物料面的高度值，第二高度的高度值小于发酵罐内物料面的高度值。通过对对物料面扫描式的物料喷射，形成均匀地水力搅动，使得发酵罐中底部的物料和上部的物料不断混合，物料中的发酵菌种和有机固废不断混合，使得发酵菌种在各层中较为均匀的分布，促进了发酵过程的顺利进行。同时，也避免了物料发酵不均匀、不彻底的现象，大大提高了发酵效率、有机固废的利用率以及清洁能源气体的产生量。

Description

发酵设备

技术领域

本发明涉及发酵设备技术领域，尤其涉及一种发酵设备。

背景技术

工业生产中，往往会遇到大尺寸的罐状设备内需要均匀喷射液体的情况，这种罐状设备的直径从几米到几十米不等，这种喷射有时是以搅拌为目的，有时是以冲洗为目的。如果罐内采用传统的固定喷嘴来实现此功能，有时需要安装多个喷嘴，喷嘴数量过多会导致设计与施工都存在问题，检查与维修也很困难，同时投资与维修费用也会明显增加。本发明可应用于大型沼气发酵及其它相关领域。沼气发酵是一种能够将污染废弃物变为洁净能源的技术,沼气生产工艺和技术研究的重要性因此受到越来越多的关注。

沼气生产工艺过程中,如果发酵菌种与发酵原料接触的不好，或发酵物料受热不均，沼气产量会明显下降。另外，对于以秸秆为主的发酵技术，罐内的浮渣层容易出现结壳的现象，结壳的出现极大的影响了发酵的产气率和运行的稳定性。为解决上述存在的问题，沼气工程的发酵罐往往配有搅拌设施。

目前其搅拌设施以机械搅拌器为主，其缺点是搅拌设备投资大、功耗大、故障频率较高、维修困难。另外，如果实际运行的物料与设计工况差别较大则会出现搅拌不均匀，进而同样影响发酵产气率。并且现有的具有搅拌器的发酵设备，由于搅拌效果不佳，极易出现物料发酵不均匀、不彻底的现象，严重影响发酵效果和产气效率。

发明内容

有鉴如此，本发明提供一种能够对物料实现有效水力搅拌，促进发酵效果的发酵设备，以解决现有技术中存在的问题。

根据本发明提供的发酵设备，包括:

发酵罐，用于盛装发酵物料并作为发酵物料的反应容器；

至少一个喷射组件，所述喷射组件穿过所述发酵罐的罐壁，可摆动设于所述发酵罐罐壁的第一高度处，所述喷射组件位于所述发酵罐外部的一端与所述发酵罐在第二高度处连通，所述第一高度的高度值大于所述发酵罐内物料面的高度值，所述第二高度的高度值小于所述发酵罐内物料面的高度值，

来自所述发酵罐第二高度处的发酵物料经所述喷射组件喷射入所述发酵罐内的物料面上，所述喷射组件摆动，使得来自所述发酵罐第二高度处的发酵物料对所述物料面进行扫描式喷射，从而对发酵物料进行水力搅拌。

优选地，所述喷射组件包括第一喷射组件和第二喷射组件，所述第一喷射组件和第二喷射组件相对的设于所述发酵罐两侧的罐壁上。

优选地，所述喷射组件包括喷管和喷嘴，所述喷嘴设于所述喷管位于所述发酵罐内的端头上，并与所述喷管连通。

优选地，所述喷嘴的数目为多个，多个所述喷嘴之间成预设角度分布。

优选地，还包括摆动承载部件，用于安装并承载所述喷嘴组件，

所述摆动承载部件包括沿着轴向依次连接的防尘套、球套和第一扩口套，以及球体，所述球体可转动安装于所述球套内。

优选地，所述防尘套由弹性密封材料制成，所述球体上开设有通孔，用于喷射组件的穿过。

优选地，所述第一扩口套的外径自小端到大端依次增大，其中，所述第一扩口套经其小端连接于所述球套上。

优选地，所述发酵罐的罐壁上设有与所述发酵罐连通的第二扩口套，用于与所述第一扩口套连接，

所述第二扩口套的外径自小端到大端依次增大，所述第二扩口套经其小端与所述第一扩口套的大端连接，经其大端连接于所述发酵罐的外壁上。

优选地，还包括用于驱动所述喷射组件摆动的驱动器，所述驱动器与所述喷射组件连接。

优选地，所述喷射组件位于所述发酵罐外部的一端与所述发酵罐在第二高度处连通的连通管路上设有循环泵，用于将所述发酵罐内第二高度处的发酵物料泵入各个所述喷射组件内，

所述循环泵的出料端口设有三通阀门，用于控制物料在导入所述第一喷射组件和导入第二喷射组件之间切换，

其中，所述三通阀门的第一端口与所述循环泵的出料端口连通，第二端口与所述第一喷射组件连通，第三端口与所述第二喷射组件连通。

本发明提供的发酵设备，通过对对物料面扫描式的物料喷射，形成均匀地水力搅动，使得发酵罐中底部的物料回流，和上部的物料不断混合，物料中的发酵菌种和有机固废不断混合，使得发酵菌种在各层中较为均匀的分布，促进了发酵过程的顺利进行，大大提高了反应速率。同时，也避免了物料发酵不均匀、不彻底的现象，大大提高了发酵效率、有机固废的利用率以及清洁能源气体的产生量。并且，该发酵设备功耗小，故障率低，维修简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的发酵设备的结构示意图。

图2-3分别示出了根据本发明实施例的第一喷射组件和第二喷射组件的物料喷射范围示意图。

图4示出了根据本发明实施例的发酵设备的摆动承载部件的结构示意图。

图5示出了根据本发明实施例的发酵设备的喷射组件的球体和球套结合的结构示意图。

图中：物料面100、物料200、发酵罐1、第一喷射组件201、第二喷射组件202、喷管21、第一喷嘴22、第二喷嘴23、第三喷嘴24、摆动承载部件3、防尘套31、球套32、插孔321、第一扩口套33、球体34、限位孔341、、限位销35、第二扩口套4、驱动器5、三通阀门6、循环泵7、第一喷射死区81、第二喷射死区82、软管9、通孔200。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-5所示，本发明提供一种发酵设备，包括发酵罐1以及至少一个喷射组件。其中，发酵罐1用于盛装发酵物料200并作为发酵物料200的反应容器；所述喷射组件穿过所述发酵罐1的罐壁，可摆动设于所述发酵罐1罐壁的第一高度处，所述喷射组件位于所述发酵罐1外部的一端与所述发酵罐1在第二高度处连通，所述第一高度的高度值大于所述发酵罐1内物料面100的高度值，所述第二高度的高度值小于所述发酵罐1内物料面100的高度值。来自所述发酵罐1第二高度处的发酵物料200经所述喷射组件喷射入所述发酵罐1内的物料面100上。该实施例中，第二高度位于发酵罐1的底部侧壁处。

所述喷射组件摆动，使得来自所述发酵罐1第二高度处的发酵物料200对所述物料面100进行扫描式喷射，从而对发酵物料200进行水力搅拌。该实施例中，发酵物料200为发酵菌种与有机固废，例如粪便和秸秆等的固液混合物，通过发酵过程来产生再生清洁能源气体，例如沼气。

该实施例中，所述喷射组件包括第一喷射组件201和第二喷射组件202，所述第一喷射组件201和第二喷射组件202相对的设于所述发酵罐1两侧的罐壁上，即第一喷射组件201和第二喷射组件202之间成180°角分布于发酵罐1上。

所述喷射组件包括喷管21和喷嘴，所述喷嘴设于所述喷管21位于所述发酵罐1内部的端头上，并与所述喷管21连通。所述喷嘴的数目为多个，多个所述喷嘴之间成预设角度分布。该实施例中，喷嘴的数目选为三个，并且相邻的喷嘴之间成40°角分布。三个喷嘴包括第一喷嘴22、第二喷嘴23和第三喷嘴24，第一喷嘴22与喷管21之间同轴连接，第二喷嘴23和第三喷嘴24分设于第一喷嘴22的两侧。三个喷嘴的截面积之和小于等于喷管21的截面积，以此来保证出口的流速。该实施例中，三个喷嘴的截面积之和为喷管21的截面积的20％-30％，以此来保证发酵物料200自喷嘴喷出的喷射力。

喷嘴组件的三个喷嘴与喷管21之间可设计为可拆卸结构，例如螺纹连接结构，以便于检修。另外，可将喷管和三个喷嘴做成不同喷射口径，即截面的多个系列，以便于根据不同发酵设备，例如根据不同尺寸以及工艺要求选用合适的喷嘴，还可在同一喷射组件上搭配不同喷射口径的喷嘴，以调节出最好的喷射效果。该实施例中，第一喷嘴22和第二喷嘴23的直径稍大于第三喷嘴24的直径，通过实践可知，如此设置可达到三个喷嘴流量基本一致。

发酵罐1的外壁上连接有摆动承载部件3，用于安装并承载所述喷嘴组件。摆动承载部件3的轴线与发酵罐1的轴线成一定角度，选为40°-50°，以便于实现更好的喷射效果，从而达到较佳的水力搅拌效果。该实施例中该角度选为45°。

所述摆动承载部件3包括沿着轴向依次连接的防尘套31、球套32和第一扩口套33，以及球体34，所述球体安装于所述球套32内。所述防尘套31由弹性密封材料，例如工业用橡胶材料制成。在防尘套31上可设置褶皱结构，以便于喷嘴组件的摆动。球套32为可拆卸结构，由两个部分相互扣合并经各自部分上配对的法兰连接而成，以便于检修以及球体34的安装。所述球体34上开设有穿过球心的通孔200，用于喷射组件的穿过。喷管21穿过该通孔并固定于通孔200内，例如经卡接、焊接等方式固定于通孔200内。球体34的球面上开设有限位孔341，用于限位销35的插入。球套32上开设有插孔321，限位销35用于穿过球套32上的插孔321，并插入限位孔341内，使得喷管21与水平面之间成预设角度，并以限位销35为转轴转动。作为优选方案，可在球体34上开设多个限位孔341，当限位销35插入不同的限位孔341中时，可使喷管21与水平面之间成不同角度，例如35°、45°、55°。所述第一扩口套33的外径自小端到大端依次增大，其中，所述第一扩口套33经其小端连接于所述球套32上。

进一步地，所述发酵罐1的罐壁上设有与所述发酵罐1连通的第二扩口套4，用于与所述第一扩口套33连接。所述第二扩口套4的外径自小端到大端依次增大，所述第二扩口套4经其小端与所述第一扩口套33的大端连接，经其大端连接于所述发酵罐1的外壁上。第二扩口套4的小端与第一扩口套33的大端外径相同，当第一扩口套33与第二扩口套4连接后，形成喇叭状结构，以便于喷组组件最大幅度的摆动。

该实施例中，为便于发酵设备，尤其是喷射组件以及摆动承载部件3的检修，摆动承载部件3设计为拆卸结构。球套32沿着轴向的两端面分别设有法兰，防尘套31的一个端面上设有法兰，第一扩口套33大端和小端的端面上也分别设有法兰，第二扩口套4朝向外部的端面上也设有法兰。防尘套31、球套32和第一扩口套33之间经法兰连接为整体结构，摆动承载部件3经法兰整体连接于第二扩口套4上。

参考图2-3，该实施例中，每个喷射组件的喷射覆盖角度为120°，若接一个喷嘴，则主管朝向两边转动的转动角度各为60°才可满足覆盖角度要求，对于实际采用的球体34，由于其尺寸的限制，转动此角度有一定困难。如果设为两个喷嘴，两喷嘴夹角为60°，则喷管21朝向两边转动角度各为30°也可满足覆盖角度要求，但此角度也偏大。因此，采用了三个喷嘴，相邻喷嘴之间的夹角为40°，则喷管21朝向两边转动的转动角度为20°，可以达到喷射覆盖角度为120°的要求。

第一喷射组件201具有第一喷射死区81，第二喷射组件具有第二喷射死区，经过同时设置第一喷射组件201和第二喷射组件202，可消除喷射死区的存在。

进一步地，该发酵设备还包括用于驱动所述喷射组件摆动的驱动器5，所述驱动器5与所述喷射组件连接。该实施例中，驱动器5选为电动推杆。电动推杆的外筒安装于设于发酵罐1外壁上的支架(图中未示)上。电动推杆沿着水平方向安装，即电动推杆安装时使其外筒和伸缩杆沿着水平方向延伸。其中，电动推杆的外筒经第一铰接轴(图中未示)铰接于所述支架上，电动推杆的伸缩杆与喷管21位于发酵罐1外部的端头经第二铰接轴(图中未示)相铰接，第一铰接轴和第二铰接轴均竖直设置。当喷管21处于中位时，即处于摆动位置的中间角度位置时，电动推杆的延伸方向垂直于图1的纸面。电动推杆的伸缩杆伸缩时，驱动喷管21以球体34为支点，以限位销为转轴在水平面内往复摆动，进而实现对应喷管组件的往复摆动。喷管组件往复摆动时，喷管21扫出一个平面，即喷管21的轨迹线形成一个平面，该平面与水平方向之间成预设角度。

各个喷射组件位于所述发酵罐1外部的一端与所述发酵罐1在第二高度处连通的连通管路上设有循环泵7，用于将所述发酵罐1内第二高度处的发酵物料200泵入各个所述喷射组件内。循环泵7经电机(图中未示)驱动，通过控制电机的转动频率，例如通过电机的变频器控制电机的转速，可控制循环泵7的物料200输出量。

所述循环泵7的出料端口设有三通阀门6，用于控制物料200在导入所述第一喷射组件201和导入第二喷射组件之间切换。其中，所述三通阀门6的第一端口与所述循环泵7的出料端口连通，第二端口与所述第一喷射组件201连通，第三端口与所述第二喷射组件连通。第二端口与第一喷射组件之间以及第三端口与第二喷射组件之间均连接有软管9，用于补偿喷射组件摆动时连接管路的变形量。该实施例中，三通阀门6选为电磁阀，通过控制电磁阀的通断电，可控制来自循环泵7的物料200流向第一喷射组件201或者第二喷射组件202。由于喷管21与电动推杆相连，设置电动推杆的合适的行程，使主管按预设角度转动，以满足喷嘴按上述覆盖角度的要求喷射。

该发酵设备使用时，首先控制三通阀6，使得其第二端口与第一喷射组件201连通，启动循环泵7和驱动器5，驱动器5带动第一喷射组件201以球体34为支点，以限位销35为转轴往复摆动。循环泵7将发酵罐底部的物料200抽取到第一喷射组件201，并经第一喷射组件201喷出，喷射于物料面100上。在物料200喷射过程中，不断调节循环泵7的电机的转动频率，从而控制泵的物料200输出量，使得第一喷射组件201喷嘴喷出的物料200自距离喷嘴的远端朝向近端喷射，形成多个弧形的喷射轨迹线。该处所指的远端可为紧贴罐体内壁的部分。参考图2-3，在物料200自距离喷嘴的远端朝向近端喷射的过程中，由于喷管组件不断摆动，实际上是喷出的自距离喷嘴的远端朝向近端的多条轨迹线，第一喷射组件201摆动半个周期，形成一条轨迹线。依次往复循环，依靠第一喷射组件201的摆动，以及对物料200喷射量的控制，对发酵罐1内的物料面100形成扫描式喷射，覆盖住自喷管21与发酵罐1外壁接触位置点处辐射成的120°角的物料200喷射覆盖范围。至于如图2空白处所示的第一喷射死区81，可经第二喷射组件来覆盖解决。具体地，当第一喷射组件201喷射预设时长且完成所喷射范围全覆盖的整数倍后，切换至第二喷射组件202，该实施例中可选为至少2小时切换一次，将三通阀6切换到其第三端口与第二喷射组件202连通，通过第二喷射组件的喷射来解决。第二喷射组件202的喷射过程，可参考第一喷射组件201的喷射过程，此处不再赘述。

通过对物料面100扫描式的物料喷射，形成均匀地水力搅动，使得发酵罐1中底部的物料200回流，和上部的物料200不断混合，物料200中的发酵菌种和有机固废不断混合，使得发酵菌种在各层中较为均匀的分布，促进了发酵过程的顺利进行，大大提高了反应速率。同时，也避免了物料200发酵不均匀、不彻底的现象，大大提高了发酵效率、有机固废的利用率以及清洁能源气体的产生量。并且，该发酵设备功耗小，故障率低，维修简单。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种发酵设备，其特征在于，包括:

发酵罐，用于盛装发酵物料并作为发酵物料的反应容器；

至少一个喷射组件，喷射组件穿过发酵罐的罐壁，可摆动设于发酵罐罐壁的第一高度处，喷射组件位于发酵罐外部的一端与发酵罐在第二高度处连通，第一高度的高度值大于发酵罐内物料面的高度值，第二高度的高度值小于发酵罐内物料面的高度值，其中，所述喷射组件包括第一喷射组件和第二喷射组件，第一喷射组件和第二喷射组件相对的设于发酵罐两侧的罐壁上，所述第一喷射组件和第二喷射组件均包括喷管和喷嘴，喷嘴设于喷管位于发酵罐内的端头上，并与喷管连通，喷管与水平面之间成预设角度设置，所述喷嘴的高度大于所述发酵罐内物料面的高度，所述喷嘴包括第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴，所述第一喷嘴与所述喷管之间同轴连接，所述第二喷嘴和所述第三喷嘴分设于所述第一喷嘴的两侧，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴的直径大于所述第三喷嘴的直径；

来自发酵罐第二高度处的发酵物料经喷射组件喷射入发酵罐内的物料面上，喷射组件摆动，使得来自发酵罐第二高度处的发酵物料对物料面进行扫描式喷射，从而对发酵物料进行水力搅拌。

2.根据权利要求1的发酵设备，其特征在于，喷嘴之间成预设角度分布。

3.根据权利要求1的发酵设备，其特征在于，还包括摆动承载部件，用于安装并承载所述喷射组件，

摆动承载部件包括沿着轴向依次连接的防尘套、球套和第一扩口套，以及球体，球体可转动安装于球套内。

4.根据权利要求3的发酵设备，其特征在于，防尘套由弹性密封材料制成，球体上开设有通孔，用于喷射组件的穿过。

5.根据权利要求3的发酵设备，其特征在于，第一扩口套的外径自小端到大端依次增大，其中，第一扩口套经其小端连接于球套上。

6.根据权利要求5的发酵设备，其特征在于，发酵罐的罐壁上设有与发酵罐连通的第二扩口套，用于与第一扩口套连接，

第二扩口套的外径自小端到大端依次增大，第二扩口套经其小端与第一扩口套的大端连接，经其大端连接于发酵罐的外壁上。

7.根据权利要求1的发酵设备，其特征在于，还包括用于驱动喷射组件摆动的驱动器，驱动器与喷射组件连接。

8.根据权利要求1的发酵设备，其特征在于，喷射组件位于发酵罐外部的一端与发酵罐在第二高度处连通的连通管路上设有循环泵，用于将发酵罐内第二高度处的发酵物料泵入各个喷射组件内，

循环泵的出料端口设有三通阀门，用于控制物料在导入第一喷射组件和导入第二喷射组件之间切换，

其中，三通阀门的第一端口与循环泵的出料端口连通，第二端口与第一喷射组件连通，第三端口与第二喷射组件连通。