CN108165474A - 一体化城市沼气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化城市沼气系统，其包括预处理系统、沼气罐、沼气脱硫系统和沼气加热保温系统，预处理系统包括原料粉碎机和预处理罐；沼气加热保温系统包括地热泵、空气源热泵、保温层和沼气发电机；沼气脱硫系统包括沼气脱硫装置，沼气脱硫装置包括湿法脱硫层和干法脱硫层。发酵前将生活垃圾经过原料粉碎机进行粉碎，再进入预处理罐进行厌氧菌等微生物接种，接种好的原料通过螺杆泵进入沼气罐进行沼气发酵。发酵产生的沼气经过沼气脱硫系统进行沼气脱硫。沼气加热保温系统可实现对沼气发酵的加热和保温。
Description
技术领域
本发明涉及沼气生产技术领域，具体涉及一种一体化城市沼气系统。
背景技术
沼气技术在我国可持续发展战略中占据着很重要的地位，沼气生产技术也在发展中逐步成熟，在我国现阶段，城市居民的生活中的用气，大都是使用天然气，天然气是一种不可再生能源，而沼气这种可再生能源的技术大都运用在我国一些偏远地区的农村，或者一些地质和气候条件及其恶劣的地区；在城市中运用沼气技术不仅可以解决能源问题，人们在生活中产生的一些生活垃圾也可作为生产沼气的原料，这样人们生活垃圾所带来的环境污染问题也可以得到解决。
由于人们快节奏的城市生活，沼气需求量远比农村大，这就需要源源不断的高效率的生产沼气；沼气发酵是一种厌氧发酵，高效率的生产沼气需要对发酵的温度得以控制，沼气发酵原料中含有相当数量的有机硫或无机硫，在厌氧消化过程中被转化成硫化氢，而随沼气排除，因此，沼气中都含有一定数量的硫化氢。硫化氢不仅对燃烧动力设备和金属管道具有很强的腐蚀作用，并且还会引发润滑油的变质从而加速发动机的磨损。沼气经过燃烧后，硫化氢会转化为硫的氧化物(SOx)并释放到空气中，造成大气污染。硫化氢还具有极强的急性毒性，硫化氢含量达0.6mg/L时可使人在0.5～1h内致死，含量在1.2～2.8mg/L时可使人立即致死。因此，为了达到安全利用和环境保护的目标，必须在使用前对沼气进行人工脱硫处理。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了能高效生产清洁沼气的一体化城市沼气系统。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种一体化城市沼气系统，其包括预处理系统、沼气罐、沼气脱硫系统和沼气加热保温系统，预处理系统包括原料粉碎机和预处理罐，原料粉碎机与预处理罐之间安装有输送带，预处理罐内设置有搅拌装置，沼气罐与预处理罐之间设置有螺杆泵；沼气加热保温系统包括地热泵、空气源热泵、保温层和沼气发电机，地热泵分别与设置于沼气罐内的螺旋加热盘管和埋设于地面下的地热盘管连接，保温层设置于沼气罐外表面中下端，沼气发电机上设置有废水收集箱，废水收集箱通过导管与保温层连通，空气源热泵与设置于保温层内的加热盘管连接；沼气脱硫系统包括沼气脱硫装置，沼气脱硫装置包括湿法脱硫层和干法脱硫层，湿法脱硫层与沼气罐上设置的沼气出口连接，湿法脱硫层与干法脱硫层连接，干法脱硫层分别与沼气发电机和用户屋内连接。
进一步地，沼气罐内设置有搅拌杆，搅拌杆上设置有“U”形搅拌叶片，搅拌杆与搅拌电机连接。
进一步地，沼气脱硫系统包括两个沼气脱硫装置，两个沼气脱硫装置均与沼气出口导管连接，两个沼气脱硫装置的沼气进口处的导管上均设置有控制阀。
进一步地，预处理系统包括多个预处理罐，多个预处理罐均与沼气罐连接。
进一步地，湿法脱硫层内装有脱硫液，湿法脱硫层上连接有补液装置与废液收集装置。
进一步地，沼气罐与预处理系统的连接管道上设置有原料控制阀。
进一步地，湿法脱硫层设置于干法脱硫层的下端。
本发明的有益效果为：本方案是一种建设于城市中的一体化沼气系统，沼气发酵原料采用城市生活垃圾，可有效减小城市生活垃圾所带来的环境污染问题；发酵前将生活垃圾经过原料粉碎机进行粉碎，再通过输送带进入预处理罐进行厌氧菌等微生物接种，接种好的原料通过螺杆泵进入沼气罐进行沼气发酵。粉碎后的原料可增加与发酵液的接触面积，使发酵更加充分；在发酵前先进行生物接种，可缩短发酵周期，增加产气率和产气效率。
沼气罐内的螺旋加热盘管通过地热泵与埋设于地面下的地热盘管连接，并通过水作为循环介质，地热泵提供循环动力，在冬季可实现运用地热能对沼气发酵进行加热和保温，在夏季可实现对沼气发酵进行降温和保温，确保沼气罐内的温度处于合理范围。沼气罐外还设置有与沼气发电机连接的保温层，保温层内设置有与空气源热泵连接的加热盘管，沼气用于沼气发电所产生的余热可排入保温层，对沼气罐进行加热和保温，空气源热泵可利用空气中的热能，进一步强化保温层的保温效果。
沼气罐内生产的沼气携带有大量的硫化物，沼气先要经过沼气脱硫系统进行脱硫，沼气排入沼气脱硫装置的湿法脱硫层内，实现对沼气进行粗脱硫，粗脱硫后的沼气再进入干法脱硫层内进行精脱硫，得到纯净的沼气；湿法脱硫层上连接有脱硫液的补液装置和废液收集装置，用来补充脱硫液和收集饱和的脱硫液，饱和的脱硫液含有大量的硫，可作为工业原料。两个沼气脱硫装置在进行更换脱硫液时，可交替的进行沼气脱硫，导管上设置的控制阀用于在更换脱硫液时切断沼气通路。这样就可源源不断的生产清洁的沼气。
沼气罐内的搅拌杆上设置有搅拌叶片，用于对沼气罐内的发酵液进行搅拌，防止在发酵时发酵原料沉底和结块，而影响产气。沼气罐与多个预处理罐连接，可源源不断的向沼气罐内提供发酵原料，提高沼气产量。
附图说明
图1为一体化城市沼气系统的示意图。
其中，1、地热盘管，2、螺杆泵，3、加热盘管，4、保温层，5、地热泵，6、空气源热泵，7、沼气发电机，8、沼气脱硫装置，9、废液收集装置，10、居民用气，11、干法脱硫层，12、补液装置，13、湿法脱硫层，14、控制阀，15、电机，16、搅拌叶片，17、锥齿轮，18、搅拌杆，19、螺旋加热盘管，20、沼气罐，21、原料控制阀，22、预处理罐，23、原料粉碎机，24、输送带，25、搅拌装置。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一体化城市沼气系统包括大型的沼气罐20、预处理系统、沼气加热保温系统和沼气脱硫系统，预处理系统包括原料粉碎机23和预处理罐22，原料粉碎机23和预处理罐22之间设置有传送带，预处理罐22内安装有搅拌装置25，搅拌装置25通过设置于预处理罐22底部的电机15带动进行搅拌；沼气罐20与多个预处理罐22连接，并且多个预处理罐22与沼气罐20之间均设置有螺杆泵2。
在进行沼气发酵之前，将在城市垃圾站收集的生活垃圾在原料粉碎机23进行粉碎，作为发酵原料，并通过传送带输送至预处理罐22，发酵原料在预处理罐22内用沼气发酵的厌氧菌等微生物进行接种，接种后的发酵原料通过螺杆泵2输送入沼气罐20内进行发酵，生产沼气。发酵原料使用生活垃圾，不仅能给人们提供大量的沼气，而且解决了生活垃圾所带来的环境污染问题；粉碎后的发酵原料增加了原料与发酵液的接触面积，使得沼气发酵的效率更高，提高产气率；原料在进入沼气罐20前进行生物接种，缩短了沼气发酵的周期，进一步提高了产气效率。
沼气加热保温系统包括地热泵5、空气源热泵6和沼气发电机7，沼气罐20内安装有螺旋加热盘管19，并且螺旋加热盘管19通过地热泵5与埋设于地面下的地热盘管1连接，螺旋加热盘管19与地热盘管1内装有水作为导热介质，地热泵5为水循环提供动力。在冬季由于地面上的气温较低，沼气罐20内的气温较低，地热盘管1吸收地面下的温度来对沼气发酵进行加热；但是在夏季，由于地表温度较高，又由于沼气发酵会产生自热效果，沼气罐20内往往会是一个较高温的环境，这时地热盘管1又可将热量扩散在地面下，实现对沼气罐20内进行降温和保温；这样就使得沼气发酵常年处于一个合适的温度范围，源源不断的高效率的生产沼气。
从沼气脱硫装置8排出的沼气一部分输送入用户屋内使用，另一部分还可用于沼气发电，沼气发电机7发电排出的冷却水中的热量通过废水收集箱进行回收，并通过导管排入设置于沼气罐20外部的保温层4内，加强保温层4的保温效果。保温层4内还设置有加热盘管3，加热盘管3与空气源热泵6连接，空气源热泵6利用空气中的热能，可进一步增加保温层4的保温效果。
对于这种大型沼气罐20进行沼气生产时，产生的沼气往往携带有大量的硫化氢等硫化物质，大量的硫化物排出不仅对环境造成污染，而且危害人体健康。
本方案在沼气罐20排出的沼气需经过沼气脱硫系统进行脱硫处理，沼气脱硫系统包括两个沼气脱硫装置8，两个沼气脱硫装置8与沼气罐20并联，沼气脱硫装置8包括湿法脱硫层13和干法脱硫层11，并且湿法脱硫层13设置于干法脱硫层11的下方，优选湿法脱硫层13为碳酸钠或氢氧化钠溶液，干法脱硫层为氧化铁和活性炭的混合物，湿法脱硫层13与沼气罐20上开设的沼气出口通过导管连接，在沼气脱硫装置8的沼气进口处设置有控制阀14，干法脱硫层11上与用户屋内连通。
沼气罐20产出的沼气先经过湿法脱硫层13进行初脱硫，初脱硫后的沼气再经过干法脱硫层11进行精脱硫，这样用户就能使用到较为纯净的沼气。湿法脱硫层13内装有脱硫液，并且湿法脱硫层13上连接有废液收集装置9；在脱硫液达到饱和后，需要将废液进行收集，收集到的废液含有大量的硫，可作为工业原料；湿法脱硫层13上连接有脱硫液补充装置，在废液排出后对脱硫液进行补充。在进行脱硫液更换的时候需关闭控制阀14，这时另一个并联的沼气脱硫装置8上的控制阀14打开，来代替进行沼气脱硫。
本方案优选在沼气罐20内设置有搅拌杆18，搅拌杆18上设置有“U”形的搅拌叶片16，电机15设置于沼气罐20的侧面，并且搅拌杆18与电机15通过锥齿轮17配合连接。电机15带动搅拌杆18进行低速转动，搅拌叶片16对发酵液进行搅拌，防止发酵原料沉底而影响发酵，同时使发酵液内的温度均匀。电机15设置于沼气罐20侧面，方便工作人员对沼气罐20进行清理。
Claims (7)
1.一体化城市沼气系统，其特征在于，包括预处理系统、沼气罐(20)、沼气脱硫系统和沼气加热保温系统，所述预处理系统包括原料粉碎机(23)和预处理罐(22)，所述原料粉碎机(23)与预处理罐(22)之间安装有输送带(24)，所述预处理罐(22)内设置有搅拌装置(25)，所述沼气罐(20)与预处理罐(22)之间设置有螺杆泵(2)；所述沼气加热保温系统包括地热泵(5)、空气源热泵(6)、保温层(4)和沼气发电机(7)，所述地热泵(5)分别与设置于沼气罐(20)内的螺旋加热盘管(19)和埋设于地面下的地热盘管(1)连接，所述保温层(4)设置于沼气罐(20)外表面中下端，所述沼气发电机(7)上设置有废水收集箱，所述废水收集箱通过导管与保温层(4)连通，所述空气源热泵(6)与设置于保温层(4)内的加热盘管(3)连接；所述沼气脱硫系统包括沼气脱硫装置(8)，所述沼气脱硫装置(8)包括湿法脱硫层(13)和干法脱硫层(11)，所述湿法脱硫层(13)与沼气罐(20)上设置的沼气出口连接，所述湿法脱硫层(13)与干法脱硫层(11)连接，所述干法脱硫层(11)分别与沼气发电机(7)和用户屋内连接。
2.根据权利要求1所述的一体化城市沼气系统，其特征在于，所述沼气罐(20)内设置有搅拌杆(18)，所述搅拌杆(18)上设置有“U”形搅拌叶片(16)，所述搅拌杆(18)与搅拌电机(15)连接。
3.根据权利要求1所述的一体化城市沼气系统，其特征在于，所述沼气脱硫系统包括两个沼气脱硫装置(8)，两个所述沼气脱硫装置(8)均与沼气出口导管连接，两个所述沼气脱硫装置(8)的沼气进口处的导管上均设置有控制阀(14)。
4.根据权利要求1所述的一体化城市沼气系统，其特征在于，所述预处理系统包括多个预处理罐(22)，多个所述预处理罐(22)均与沼气罐(20)连接。
5.根据权利要求1所述的一体化城市沼气系统，其特征在于，所述湿法脱硫层(13)内装有脱硫液，所述湿法脱硫层(13)上连接有补液装置(12)与废液收集装置(9)。
6.根据权利要求1所述的一体化城市沼气系统，其特征在于，所述沼气罐(20)与预处理系统的连接管道上设置有原料控制阀(21)。
7.根据权利要求1所述的一体化城市沼气系统，其特征在于，所述湿法脱硫层(13)设置于干法脱硫层(11)的下端。
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