CN107760585A - 一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，包括安装在搅拌轴上的中心搅拌单元、安装在发酵罐内壁的循环喷淋单元和上部浮渣切割单元；中心搅拌单元第一层搅拌器处于液位下面，旋桨式搅拌叶片为上翻式推动物料向上流动打散物料并破壳，下面多层搅拌器旋桨式搅拌叶片为下压式推动物料由下而上流动形成对流的循环流场；循环喷淋单元喷嘴口设置在液面上方并倾斜，喷嘴喷射冲击液面上物料破壳；上部浮渣切割单元切割头喇叭口设置在液面处，切割头切割液面结壳物料，喇叭口吸入浮渣排出罐体外。本发明集厌氧发酵搅拌、切割、喷淋破壳三种功效于一体，适合大型厌氧发酵罐，高效处理畜禽粪便秸秆混合原料，产气率高，节能排减。
Description
技术领域
本发明涉及一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统, 属于生物发酵技术领域。
背景技术
农村规模化畜禽养殖成为优势产业，同时也产生了严重的污染问题，畜禽养殖场废弃物污染治理直接影响到农村生态平衡及生活环境，将畜禽粪便废弃物污染变废为宝及资源再利用是最有效解决办法，沼气工程具有能源、生态和经济等较好的综合效益，是在广大农村积极推广和大量应用的工程。
农村大量种植农作物水稻、玉米、小麦产生大量的秸秆，农作物秸秆长期成为农村面源污染的源头，在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，影响农村及城市生态环境，提高农作物秸秆的综合开发利用，其一，积极推动秸秆再生能源，特别是生物燃料，其二，应用于生产生物质肥料，其三，可以针对农村沼气发酵中畜禽粪便原料的不足，提高沼气池利用率，为弥补沼气发酵原料单一及不足，将秸秆与畜禽粪便混合作为发酵原料，这样可以解决当前厌氧发酵原料问题。
沼气工程是指采用厌氧消化技术处理各类有机废弃物降解并制取清洁能源沼气的系统工程设备，厌氧消化技术利用厌氧微生物活动将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水，使物料得到减量化、稳定化、资源化的处理处置。
现有沼气工程以小型发酵罐居多，畜禽粪便秸秆混合原料处理量低，混合原料厌氧发酵实际运行过程中，普遍存在着原料浓度低、发酵温度低、原料破壳低、产气率低等问题，关键在于厌氧发酵设备现有搅拌方式、搅拌结构及破壳粉碎的装置结构问题，由于畜禽粪便、秸秆混合原料含有较高的纤维类物质，在厌氧发酵过程中易在反应器上部形成浮渣层并硬化结壳，如不及时处理解决，原料搅拌不充分均匀，导致沼气无法顺利进入储气装置中，影响发酵系统正常运行，严重影响产气率，能耗大，严重结壳还会造成反应器罐爆裂，危及人身安全。
而且，沼气工程设备结构限制，发酵罐体偏小物料容量低，原料发酵处理量较低，沼气产气率低，同时，立式搅拌厌氧发酵，罐体高径比较小，输送原料高度低，罐内搅拌轴相应短，设置在搅拌轴上的搅拌器层数相对较少，搅拌轴上搅拌叶片剪切能转换不够，厌氧发酵过程中易在反应器上部形成浮渣层并硬化结壳，搅拌轴上搅拌叶片很难及时完成破壳处理，原料搅拌不充分均匀，沼气产气率明显降低，且沼气无法顺利进入储气装置中，影响发酵系统正常运行。
发明内容
本发明要解决的问题是现有厌氧发酵设备结构不合理，未能有效处理原料在反应器液面上部形成浮渣结壳，原料搅拌不充分均匀，沼气产气率低的问题，提供一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，集厌氧发酵搅拌、切割、喷淋破壳三种功效于一体，同时提高搅拌率、破壳率，降低含固率，使原料搅拌更均匀，产气率高，节能排减、节约成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，包括发酵罐，发酵罐内中心纵向安装搅拌轴，发酵罐底部设置有抽液管，其特征在于：该破壳集成系统安装在发酵罐内，它包括安装在搅拌轴上的中心搅拌单元、安装在发酵罐内壁的循环喷淋单元和上部浮渣切割单元。
作为优选，所述中心搅拌单元包括上部中心搅拌器和下部中心搅拌器且均布安装在搅拌轴上；
其中，所述上部中心搅拌器为第一层搅拌器处于液位下面，所述上部中心搅拌器包括可拆的旋桨式搅拌叶片一和轴套一，并安装在搅拌轴上，旋桨式搅拌叶片一为上翻式与水平面成倾角，旋桨式搅拌叶片一推动物料流动轨迹是向上打散物料并破壳。
作为优选，所述下部中心搅拌器为第一层下面多层搅拌器，下部中心搅拌器包括可拆的旋桨式搅拌叶片二和轴套二，并安装在搅拌轴上，旋桨式搅拌叶片二为下压式与水平面成倾角，旋桨式搅拌叶片二推动物料由下而上流动形成对流的循环流场，并将物料分散搅拌均匀。
作为优选，所述循环喷淋单元包括发酵罐体圆周内壁纵向均布安装的喷淋管和喷淋管顶部安装的喷嘴，所述喷嘴口设置在液面上方且与液面成15～25°，所述喷淋管底部设置在发酵罐体外并与螺杆泵连接。
作为优选，所述上部浮渣切割单元包括发酵罐内壁圆周纵向均布安装的吸渣管和吸渣管顶部安装的喇叭口切割头，所述切割头喇叭口内设有吸口并与吸渣管连通，所述切割头喇叭口呈扁平状并设置在液面逆着搅拌轴旋转方向，所述切割头切割液面的结壳物料，同时喇叭口吸入浮渣进入吸渣管并排出发酵罐体外。
作为优选，所述螺杆泵接抽液管并将发酵罐料液循环压入喷淋管。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明厌氧发酵的高效破壳集成系统，在发酵罐内集中心搅拌破壳、循环喷淋破壳、上部浮渣切割破壳三个功能为一体，多重破壳技术手段整体协调，同时解决畜禽粪便秸秆混合原料在厌氧发酵过程中在发酵罐液面形成浮渣层并硬化结壳问题，使破壳效果达到最佳，原料搅拌充分均匀，利于发酵使沼气顺利进入储气装置中，发酵系统正常运行，提高沼气产气率，其一，解决了由于畜禽粪便秸秆混合原料的物料粘性大，且含固率高，发酵液内易结壳堵塞混合效果会有所下降的问题，其二，从根本上解决了现有湿式厌氧发酵存在的发酵设备管道堵塞，处理工艺先进，自动化程度高，产气率较低问题。
2、本发明厌氧发酵的高效破壳集成系统，由于发酵罐内在搅拌轴上安装中心搅拌单元，并且使上部中心搅拌器的第一层搅拌器处于液位下面，通过旋桨式搅拌叶片上翻与水平面成45°倾角，旋桨式搅拌叶片推动物料向上流动轨迹，旋桨式搅拌叶片打散物料并起到破壳作用；由于发酵罐体直径加大其处理容量增大，并将发酵罐制作成高径比为1.2:1，通过发酵罐内设置多层搅拌轴及搅拌器，便于在搅拌轴上设置至少三层搅拌器，搅拌器的层间距小，旋桨式搅拌叶片推动物料由下而上流动形成对流的循环流场，每层搅拌器的旋桨式叶片充分搅拌物料，达到混匀效果的时间更短，有效处理发酵物料，起到搅拌器的旋桨式叶片搅拌物料的破壳作用，提高产气率。
3、本发明厌氧发酵的高效破壳集成系统，由于在发酵罐内壁圆周纵向均布安装循环喷淋破壳单元，调整喷淋管的喷嘴在液面上方且与液面成15～25°，使压力水喷射冲击液面上物料起到对结壳物料的破壳作用，在发酵罐内壁圆周一圈均布喷淋管，整体液面上部破壳效果好，同时采用螺杆泵将发酵罐底部的发酵液抽至喷淋管循环使用，既可以节约成本，又可将发酵液再次搅拌均匀，达到循环使用、充分搅拌均匀双重功效。
4、本发明厌氧发酵的高效破壳集成系统，由于在发酵罐内壁圆周纵向均布上部浮渣切割破壳单元，调整切割头喇叭口方向逆着搅拌轴旋转方向，利于切割头喇叭口对发酵过程中形成的结壳物料进行切割破壳，通过吸口将浮渣吸入吸渣管排出发酵罐外，浮渣切割破壳效果好，同时完成切割破壳与收集浮渣，及时处理发酵罐内结壳物料，能够使发酵罐内无结壳，防止发酵设备管道堵塞，搅拌充分均匀，提高发酵效率，提高产气率。
附图说明
图1是本发明厌氧发酵的高效破壳集成系统的结构示意图；
1-发酵罐，2-抽液管，3-螺杆泵，4-搅拌轴，5-中心搅拌单元，6-上部中心搅拌器，7-旋桨式搅拌叶片一，8-轴套一，9-下部中心搅拌器，10-旋桨式搅拌叶片二，11-轴套二，12-循环喷淋单元，13-喷淋管，14-喷嘴，15-上部浮渣切割单元，16-吸渣管，17-切割头，18-吸口。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述。
参见图1，本发明提供一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统。大型湿式发酵罐，电机减速传动装置机械式搅拌，发酵罐直径18m，发酵罐体高径比为1:1，发酵罐1内畜禽粪便秸秆混合原料容量5000～5500m³，采用恒温连续投料或半连续投料，物料温度35～38℃，发酵罐1内物料浓度达10%，罐内料液温度达35～40℃。
发酵罐1上安装电机减速传动装置，发酵罐1内中心纵向安装有搅拌轴4，电机减速传动装置驱动搅拌轴，搅拌轴4底端安装在发酵罐1内底部，并通过底轴承安装在支撑架上。破壳集成系统安装在发酵罐1内，破壳集成系统包括中心搅拌单元5、循环喷淋单元12和上部浮渣切割单元15。
中心搅拌单元5安装在搅拌轴4上，由上部中心搅拌器6和下部中心搅拌器9组成，共安装有5层搅拌器，上部中心搅拌器6有1层和下部中心搅拌器9有4层均布安装在搅拌轴4上。上部中心搅拌器6为第一层搅拌器，第一层搅拌器安装在搅拌轴4上处于液位下面，上部中心搅拌器6由旋桨式搅拌叶片一7安装在轴套一8上，轴套一8安装在搅拌轴4上，旋桨式搅拌叶片一7为上翻式与水平面成45°倾角，旋桨式搅拌叶片一7推动物料向上流动并打散物料并破壳；下部中心搅拌器9为第一层下面的4层搅拌器，下部中心搅拌器9由旋桨式搅拌叶片二10安装在轴套二11，轴套二11安装在搅拌轴4上，旋桨式搅拌叶片二10为下压式与水平面成40°倾角，旋桨式搅拌叶片二10推动物料由下而上流动形成对流的循环流场，并将物料分散搅拌均匀，旋桨式搅拌叶片一7、旋桨式搅拌叶片二10是可拆式的，便于磨损替换。
循环喷淋单元12由20根喷淋管13组成并安装在发酵罐1内壁，每根喷淋管13纵向均布安装在发酵罐1圆周内壁，喷淋管13头部安装有喷嘴14，喷嘴14口调整设置在液面上方且与液面成20°，喷淋管13底部伸出发酵罐1体外并与螺杆泵3连接，发酵罐1底部设置有抽液管2，螺杆泵3接抽液管2，螺杆泵3将发酵罐1底部液体抽出压入喷淋管13的喷嘴14，喷嘴14喷射循环液冲击液面上物料并破壳。
上部浮渣切割单元15由15根吸渣管16组成安装在发酵罐1内壁，每根吸渣管16纵向均布安装在发酵罐1圆周内壁，吸渣管16头部安装喇叭口切割头17，切割头17喇叭口内设有吸口18并与吸渣管16连通，切割头17喇叭口加工成呈扁平状并设置在液面处，切割头17切割液面的结壳物料，其喇叭口逆着搅拌轴4旋转方向，便于收集浮渣进入吸渣管16并排出发酵罐1外。
厌氧发酵的高效破壳集成系统工作原理，将秸秆进行加工成粉碎状与畜禽粪便混合，向发酵罐1内输入恒温畜禽粪便秸秆混合原料，原料浓度保持10%，原料液体浸没上部中心搅拌器6即第一层中心搅拌器，发酵罐1顶上部的电机减速传动装置带动发酵罐1内搅拌轴4运转，搅拌轴4带动其上的中心搅拌单元5转动，上部中心搅拌器6的旋桨式搅拌叶片一7推动物料向上流动并打散物料并破壳，下部中心搅拌器9的每层旋桨式搅拌叶片二10推动物料由下而上流动形成对流的循环流场，并将物料分散搅拌均匀；同时，循环喷淋单元12由螺杆泵3将料液循环压入20根喷淋管13内，喷淋管13的喷嘴14喷出液冲击液面上物料打散并破壳；同时，上部浮渣切割单元15的15根吸渣管16上切割头17切割液面的结壳物料，其喇叭口收集浮渣进入吸渣管16并排出发酵罐1体外，该高效破壳集成系统中心搅拌单元5、循环喷淋单元12和上部浮渣切割单元15三个单元同时对发酵罐1内液面物料进行破壳，并通过吸渣管16排出发酵罐1体外。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，包括发酵罐，发酵罐内中心纵向安装搅拌轴，发酵罐底部设置有抽液管，其特征在于：该破壳集成系统安装在发酵罐内，它包括安装在搅拌轴上的中心搅拌单元、安装在发酵罐内壁的循环喷淋单元和上部浮渣切割单元。
2.根据权利要求1所述的一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，其特征在于：所述中心搅拌单元包括上部中心搅拌器和下部中心搅拌器且均布安装在搅拌轴上；
其中，所述上部中心搅拌器为第一层搅拌器处于液位下面，所述上部中心搅拌器包括可拆的旋桨式搅拌叶片一和轴套一，并安装在搅拌轴上，旋桨式搅拌叶片一为上翻式与水平面成倾角，旋桨式搅拌叶片一推动物料流动轨迹是向上打散物料并破壳。
3.根据权利要求1、2所述的一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，其特征在于：所述下部中心搅拌器为第一层下面多层搅拌器，下部中心搅拌器包括可拆的旋桨式搅拌叶片二和轴套二，并安装在搅拌轴上，旋桨式搅拌叶片二为下压式与水平面成倾角，旋桨式搅拌叶片二推动物料由下而上流动形成对流的循环流场，并将物料分散搅拌均匀。
4.根据权利要求1所述的一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，其特征在于：所述循环喷淋单元包括发酵罐体圆周内壁纵向均布安装的喷淋管和喷淋管顶部安装的喷嘴，所述喷嘴口设置在液面上方且与液面成15～25°，所述喷淋管底部设置在发酵罐体外并与螺杆泵连接。
5.根据权利要求1所述的一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，其特征在于：所述上部浮渣切割单元包括发酵罐内壁圆周纵向均布安装的吸渣管和吸渣管顶部安装的喇叭口切割头，所述切割头喇叭口内设有吸口并与吸渣管连通，所述切割头喇叭口呈扁平状并设置在液面逆着搅拌轴旋转方向，所述切割头切割液面的结壳物料，同时喇叭口吸入浮渣进入吸渣管并排出发酵罐体外。
6.根据权利要求1、4所述的一种畜禽粪便秸秆混合原料厌氧发酵的高效破壳集成系统，其特征在于:所述螺杆泵接抽液管并将发酵罐料液循环压入喷淋管。
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- 2017-12-12 CN CN201711312371.3A patent/CN107760585A/zh active Pending
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