CN108315237B - 重力推流式干发酵气肥联产装置及其方法 - Google Patents

重力推流式干发酵气肥联产装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重力推流式干发酵气肥联产装置及其联产方法，包括立式设置的发酵罐体，发酵罐体的顶部设置有进料仓，进料仓内设置有混合推进器，发酵罐体的顶部还设置有与发酵罐体内连通的导气管，发酵罐体内上部设置有搅拌器，搅拌器下部的搅拌轴上连接有气体导流机构，气体导流机构用于将发酵罐体内的物料中产生的沼气带动到发酵罐体顶部，发酵罐体底部设置有出料管。本发明运行操作简单，能耗低，生产效率高，占地面积小，适用于高固体浓度有机废弃物资源化利用。

Description

重力推流式干发酵气肥联产装置及其方法
技术领域
本发明属于固体废物的处理领域，具体涉及一种重力推流式厌氧干发酵生产沼气和有机肥的装置及其方法。
背景技术
现有厌氧干发酵装置较少，且为卧式反应器，物料从一侧利用螺旋输送机或柱塞泵输入，从另一侧采用负压输出，内部设有螺旋推进兼有搅拌作用的设备。这种进出料及推进搅拌方式造成了装置运行能耗高；且由于厌氧发酵原料成分的复杂性，长距离的螺旋输送或柱塞进料设备极易损坏；负压出料方式容易造成装置内部负压过大而损坏；内部推进搅拌设备的作业面由于无法实现全截面覆盖，使得装置四周形成死角，减少了有效发酵容积，影响反应效率。另外，现有装置采用卧式安置的形式，造成占地面积大，难适应农村地势的复杂性。
为了解决上述问题，现有技术出现了采用立式反应器的厌氧干发酵装置，例如，中国专利公开号CN107653180A公开了一种立式连续干发酵装置，公开日为2018年02月02日，包括搅拌升温调节罐、多点分布式进料、立式连续干发酵反应器和熟料回流混合过程，形成一种高固体浓度有机废弃物制取生物燃气的工艺方法及其发酵系统。在中国专利公开号106434763A中公开了一种立式连续厌氧干发酵方法与装置，其公开日为2017年02月22日，其包括如下顺序进行的步骤及相应的装置：高含固率废物与接种物在匀质罐充分混合形成混合原料；混合物料经过连续进料装置进入厌氧发酵罐；混合物料在厌氧发酵罐内发生厌氧发酵反应生成沼气；厌氧发酵完成后的残余物料通过发酵罐底部的螺旋出料装置连续输出发酵罐；发酵剩余物同时在螺旋出料装置进行固液分离成沼渣和沼液；部分沼渣回流至匀质罐作为接种物；部分沼液依次通过沼液泵、沼液缓冲罐和喷淋泵重新喷淋到发酵罐内。
但现有采用立式反应器的厌氧干发酵装置还存在如下不足：
复杂的发酵装置外部设施：如CN107653180A的搅拌升温调节罐、出料泵等，106434763A的匀质罐、螺旋出料机等。
CN107653180A具有熟料回流系统，106434763A具有沼渣回流和沼液喷淋（回流）设施，大量文献和试验表明多次回流会使发酵物料中氨氮浓度不断增高，抑制甚至终止厌氧发酵过程，且目前尚无可行的恢复手段。
现有立式罐在没有搅拌设备的情况下，由于罐内物料及罐体设计压力的作用，中下层发酵物料产生的沼气很难释放，会随物料一起排出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种重力推流式干发酵气肥联产装置及其方法。本发明运行操作简单，能耗低，生产效率高，占地面积小，适用于高固体浓度有机废弃物资源化利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：包括立式设置的发酵罐体，发酵罐体的顶部设置有进料仓，进料仓内设置有混合推进器，发酵罐体的顶部还设置有与发酵罐体内连通的导气管，发酵罐体内上部设置有搅拌器，搅拌器下部的搅拌轴上连接有气体导流机构，气体导流机构用于将发酵罐体内的物料中产生的沼气带动到发酵罐体顶部，发酵罐体底部设置有出料管。
所述混合推进器包括减速电机、连接器、传动轴、锯齿形混合桨和螺旋推进叶片，减速电机通过连接器与传动轴连接，锯齿形混合桨和螺旋推进叶片设置在传动轴上，螺旋推进叶片位于锯齿形混合桨下方。
所述锯齿形混合桨为一片，螺旋推进叶片的上端与锯齿形混合桨配合，下端延伸到传动轴端部。
所述混合推进器还包括壳体，壳体与进料仓连通，或壳体与进料仓壳体为同一壳体。
所述气体导流机构包括气体导流棒和螺旋上升片，气体导流棒一端与搅拌轴连接，另一端延伸到发酵罐体底部，气体导流棒上设置有螺旋上升片。
所述出料管为两根，其中一根出料管的设置高度高于另一根出料管。
所述发酵罐体内壁上设置有管式换热器，发酵罐体外壁上设置有测温计。
所述搅拌器的搅拌轴上端与发酵罐体顶部连接，连接处设置有机械密封结构或水密封结构。
所述进料仓通过连接管道与发酵罐体内腔连通，连接管道上设置有电动阀或手动阀门。
所述出料管上设置有电动阀或手动阀门。
所述发酵罐体的筒体部分的高径比大于3:1。
一种重力推流式干发酵气肥联产装置的联产方法，其特征在于：发酵原料进入进料仓内，在混合推进器的作用下，原料经混合后进入发酵罐体内；新进原料在搅拌器的作用下，在发酵罐体内物料上层与富含厌氧微生物的老物料混合均匀；进料前或进料同时，开启出料管的阀门，与新进原料等量排出罐体底层完成发酵的物料；上部原料在重力推流作用下，从发酵罐体上部往下移动，直至发酵完成从罐底排出；在搅拌器工作的同时，带动气体导流棒一起转动，由于气体导流棒上的螺旋上升片，发酵罐体中下部物料中产生的沼气在导流棒和螺旋上升片的带动下，与上部直接释放的沼气一起通过导气管输出。
采用本发明的优点在于：
（1）本发明通过罐体较大的高径比，利用重力推流的作用，实现高固体发酵原料自动出料，降低装置运行能耗，减少占地面积。
（2）本发明通过仅设置于罐内上部的搅拌器，实现新进物料与老物料的混合，在提高物料与微生物传质的同时，实现了破壳的作用。
（3）本发明通过罐体较大的高径比和仅设置于罐内上部的搅拌器，在实现搅拌、出料功能的同时，避免了发酵物料短流现象，保证物料在装置内的水力滞留期，从而保证物料充分发酵，提高反应效率。
（4）本发明通过设置于进料仓内的混合推进器，实现高固体浓度物料或干物料的混合和进料双重功能，同时该混合推进器具有轴长短的特点，降低了能耗，减少了设备故障率。
（5）本发明可直接处理畜禽粪便、餐厨垃圾及经简单预处理的秸秆等高固体浓度有机废弃物，实现高效的生物燃气和有机肥联产，显著提升生产效率。
因此，本发明克服了现有厌氧干发酵装置运行能耗高，装置及配套设备容易损坏，反应效率不高，占地面积大的技术缺陷。提供的重力推流式干发酵气肥联产装置，具有运行操作简单，能耗低，生产效率高，占地面积小等优点，适用于高固体浓度有机废弃物资源化处理。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明混合推进器结构示意图；
图3为本发明混合推进器锯齿形混合桨的平面结构示意图。
图中标记为：1.发酵罐体；2.混合推进器；3.进料仓；4.导气管；5.搅拌器；6.气体导流棒；7.换热器；8.测温计；9.出料管；10.减速电机；11.连接器；12.传动轴；13.锯齿形混合桨；14.螺旋推进叶片；15.壳体。
具体实施方式
实施例1
本发明的重力推流式干发酵气肥联产装置，主要由发酵罐体1构成，发酵罐体1为立式罐体，发酵罐体1筒体部分的高径比应大于3:1，罐顶一侧设有进料仓3，进料仓3内设混合推进器2，罐顶设导气管4，罐内上部设搅拌器5，搅拌器5的搅拌轴下部连接气体导流棒6，罐内设换热器7，发酵罐体1的筒体上设预埋管安装测温计8，发酵罐体1底部和底部偏上位置设出料管9。
上述方案中，所述搅拌器5的搅拌轴与罐顶连接处应做机械密封和水密封；进料仓3与罐体连接管道上设电动阀或手动阀门，罐内进料管设水密封；气体导流棒6上设较窄的螺旋钢片；出料管9上设电动阀或手动阀门。
混合推进器的工作原理为：减速电机10的转速调至10-30转/分钟，将扭力通过连接器11传递给传动轴12，传动轴12带动锯齿形混合桨13和螺旋推进叶片14转动，锯齿形混合桨13可将进入壳体15的物料进行混合，并与螺旋推进叶片14一起向下推动物料，达到高浓度物料混合推进进料的目的。
实施例2
本实施例结合附图对本发明做进一步说明。
如图所示，主要由发酵罐体1构成，发酵罐体1为立式罐体，罐顶一侧设有进料仓3，进料仓3内设混合推进器2，罐顶设导气管4，罐内上部设搅拌器5，搅拌轴下部连接气体导流棒6，罐内设换热器7，罐体筒体上设预埋管安装测温计8，罐体底部和底部偏上位置设出料管9。
本例中，所述发酵罐体1的筒体部分高径比应大于3:1。
本例中，所述搅拌器5的搅拌轴与罐顶连接处应做机械密封和水密封。
本例中，所述进料仓3与罐体连接管道上设电动阀或手动阀门，罐内进料管设水密封。
本例中，所述气体导流棒6上设较窄的螺旋上升片，螺旋上升片为钢片。
本例中，所述出料管9上设电动阀或手动阀门。
下面通过工作过程进一步阐释本发明：
工作时，发酵原料通过机械输送或倾倒的方式进入进料仓3内，在混合推进器2的作用下，原料经混合后进入发酵罐体1内。新进原料在搅拌器5的作用下，在罐内物料上层与富含厌氧微生物的老物料混合均匀，达到原料与微生物充分传质的目的。进料前或进料同时，开启出料管9的阀门，与新进原料等量排出罐体底层完成发酵的物料。采用这种间歇式的序批进出料方式，原料在重力推流作用下，从罐体上部一层层往下移动，直至发酵完成从罐底排出，既保证了进出料顺畅，也避免了原料因短流、未充分发酵而直接排出。在搅拌器5工作的同时，带动气体导流棒6一起转动，由于气体导流棒6上设较窄的螺旋上升钢片，罐体中下部物料中产生的沼气在导流棒和螺旋上升钢片的带动下，很容易得以释放，并与上部直接释放的沼气一起通过导气管4输出利用，解决了由于罐体高径比较大，中下部沼气不易释放的问题。换热器7与测温计8实现物料恒温发酵和温控的要求。
实验结果显示，本发明重力推流式干发酵气肥联产装置具有运行操作简单，能耗低，生产效率高，占地面积小等优点。适用于高固体浓度有机废弃物，尤其是粪便、餐厨垃圾或秸秆与粪便混合物的资源化处理，实现高效生物燃气和有机肥联产。
实施例3
一种重力推流式干发酵气肥联产装置，包括立式设置的发酵罐体1，发酵罐体1的顶部设置有进料仓3，进料仓3内设置有混合推进器2，发酵罐体1的顶部还设置有与发酵罐体1内连通的导气管4，发酵罐体1内上部设置有搅拌器5，搅拌器5下部的搅拌轴上连接有气体导流机构，气体导流机构用于将发酵罐体1内的物料中产生的沼气带动到发酵罐体顶部，发酵罐体1底部设置有出料管9。
所述混合推进器包括减速电机10、连接器11、传动轴12、锯齿形混合桨13和螺旋推进叶片14，减速电机10通过连接器11与传动轴12连接，锯齿形混合桨13和螺旋推进叶片14固定设置在传动轴12上，螺旋推进叶片14位于锯齿形混合桨13下方。
所述锯齿形混合桨13为一片，位于传动轴12最上端，螺旋推进叶片14的上端与锯齿形混合桨13配合，下端延伸到传动轴12端部。
所述混合推进器2还包括壳体15，壳体15与进料仓3连通，或壳体15与进料仓壳体为同一壳体。
所述气体导流机构包括气体导流棒6和螺旋上升片，气体导流棒6一端与搅拌轴连接，另一端延伸到发酵罐体1底部，气体导流棒6上设置有螺旋上升片。
所述出料管9为两根，其中一根出料管的设置高度高于另一根出料管。
所述发酵罐体1内壁上设置有管式换热器7，发酵罐体1外壁上设置有测温计8。
所述搅拌器5的搅拌轴上端与发酵罐体1顶部连接，连接处设置有机械密封结构或水密封结构。
所述进料仓3通过连接管道与发酵罐体1内腔连通，连接管道上设置有电动阀或手动阀门。
所述出料管9上设置有电动阀或手动阀门。
所述发酵罐体1的筒体部分的高径比大于3:1。
一种重力推流式干发酵气肥联产装置的联产方法，包括：发酵原料进入进料仓内，在混合推进器的作用下，原料经混合后进入发酵罐体内；新进原料在搅拌器的作用下，在发酵罐体内物料上层与富含厌氧微生物的老物料混合均匀；进料前或进料同时，开启出料管的阀门，与新进原料等量排出罐体底层完成发酵的物料；上部原料在重力推流作用下，从发酵罐体上部往下移动，直至发酵完成从罐底排出；在搅拌器工作的同时，带动气体导流棒一起转动，由于气体导流棒上的螺旋上升片，发酵罐体中下部物料中产生的沼气在导流棒和螺旋上升片的带动下，与上部直接释放的沼气一起通过导气管输出。

Claims (9)

1.一种重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：包括立式设置的发酵罐体（1），发酵罐体（1）的顶部设置有进料仓（3），进料仓（3）内设置有混合推进器（2），发酵罐体（1）的顶部还设置有与发酵罐体（1）内连通的导气管（4），发酵罐体（1）内上部设置有搅拌器（5），搅拌器（5）下部的搅拌轴上连接有气体导流机构，气体导流机构用于将发酵罐体（1）内的物料中产生的沼气带动到发酵罐体（1）顶部，发酵罐体（1）底部设置有出料管（9）；所述气体导流机构包括气体导流棒（6）和较窄的螺旋上升片，气体导流棒（6）一端与搅拌轴连接，另一端延伸到发酵罐体（1）底部，气体导流棒（6）上设置有螺旋上升片，螺旋上升片为钢片；搅拌器工作的同时带动气体导流棒转动，发酵罐体中下部物料中产生的沼气在导流棒和螺旋上升片的带动下，与上部直接释放的沼气一起通过导气管输出。
2.根据权利要求1所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述混合推进器（2）包括减速电机（10）、连接器（11）、传动轴（12）、锯齿形混合桨（13）和螺旋推进叶片（14），减速电机（10）通过连接器（11）与传动轴（12）连接，锯齿形混合桨（13）和螺旋推进叶片（14）设置在传动轴（12）上，螺旋推进叶片（14）位于锯齿形混合桨（13）下方。
3.根据权利要求2所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述锯齿形混合桨（13）为一片，螺旋推进叶片（14）的上端与锯齿形混合桨（13）配合，下端延伸到传动轴（12）端部。
4.根据权利要求3所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述混合推进器（2）还包括壳体（15），壳体（15）与进料仓（3）连通，或壳体（15）与进料仓（3）壳体为同一壳体。
5.根据权利要求4所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述出料管（9）为两根，其中一根出料管的设置高度高于另一根出料管。
6.根据权利要求5所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述发酵罐体（1）内壁上设置有管式换热器（7），发酵罐体（1）外壁上设置有测温计（8）。
7.根据权利要求6所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述搅拌器（5）的搅拌轴上端与发酵罐体（1）顶部连接，连接处设置有机械密封结构或水密封结构。
8.根据权利要求7所述的重力推流式干发酵气肥联产装置，其特征在于：所述出料管（9）上设置有电动阀或手动阀门。
9.根据权利要求1所述的重力推流式干发酵气肥联产装置的联产方法，其特征在于：发酵原料进入进料仓内，在混合推进器的作用下，原料经混合后进入发酵罐体内；新进原料在搅拌器的作用下，在发酵罐体内物料上层与富含厌氧微生物的老物料混合均匀；进料前或进料同时，开启出料管的阀门，与新进原料等量排出罐体底层完成发酵的物料；上部原料在重力推流作用下，从发酵罐体上部往下移动，直至发酵完成从罐底排出。
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