CN108373964A - 一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备 - Google Patents

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Abstract

一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备是沼液预热池与沼液缓存池为一竖直筒体结构，在竖直筒体结构内两侧轴对称垂直分布有重力热管簇群，搅拌器位于轴线位置，中间焊接有分隔钢板将竖直筒体结构分隔为两段独立的密闭空间；在上设置的进料沼液预热池设有进料口、沼液回流口和预热池出料口与厌氧发酵罐连通；在下的沼液缓存池设置有缓存池进料口与厌氧发酵罐连通，设有缓存池出料口与沼液暂存池连通。本设备利用发酵罐排料余热作为热源，通过重力热管簇群将热量传递给沼液原料，利用重力热管的传热性能，实现对沼液排料的余热回收利用。

Description

一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备
技术领域
本发明涉及一种沼液预热缓存一体化设备，具体是一种基于重力热管簇群的沼气余热为进料沼液增温的沼液预热一体化设备。
背景技术
沼气作为农村常用的一种生物质能源，开发利用是解决农村能源供应紧张的有效措施，也备受人们的欢迎。
沼气的生产与温度密切相关，沼气发酵有低温发酵、中温发酵、高温发酵三种模式，低温发酵效率低，而高温发酵由于要求温度较高，一般在50-60℃，实际操作不易达到，因此大多数沼气工程采用中温发酵模式，控制发酵池温度为35℃，在寒冷季节，由于环境温度过低，发酵微生物的活性降低，沼气池产气量很少，甚至不产气，严重制约了沼气在农村的使用推广。
现有公开号为CN 102851202 A公开了“一种暖通系统、沼气池及为沼气池增温的方法”，暖通系统包括地源热泵，将地源热泵末端与沼气池相连，在沼气池底部设置暖盘管、池壁缠绕毛细管，通过末端向沼气池输送热量，实现为沼气池增温。
现有公开号为CN 101775355 A公开了“一种空气能热泵沼气池”，在气态转化为液态的过程中将热量传递给水，水通过循环管加热厌氧发酵池促进厌氧发酵。
现有公开号为CN 101775355 A公开了“一种用地源/空气源热泵途径加温沼气池的系统和控制方法”，地源热泵、空气源热泵既可以单独使用，也可以联合使用，以温度传感器控制机组运行，该专利适用于中等规模沼气工程。
现有公开号为CN 105907635 A公开了“恒温发酵沼气池的太阳能一热泵联合加热系统”，是一种太阳能一热泵联合加热、酸化池、废液池和水箱联合储热、相变材料模块保温的恒温发酵系统，体积小、热效率高。
上述公开的专利文献从不同的方面提出了为沼气厌氧发酵池增温的加热系统和装置，然而均未曾考虑如何高效利用排料沼液余热的问题，事实上，沼气工程每天都会排出大量的沼渣沼液，排出的沼渣沼液温度大约在35℃左右，十分接近沼气厌氧发酵所需温度，余热利用潜力巨大。
发明内容
本发明基于现有沼气设备进料沼液预热池与排料沼液缓存池分置，不仅不利于工程管理，也不利用排料沼液的余热回收的问题，解决现有排料沼液余热高效利用的问题。
为此，本发明提供一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备，以排料沼液作为低位热源，运用重力热管簇群技术快速高效传热特性，为进料沼液增温，具体技术方案如下。
一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备，包括预重力热管簇群、分隔钢板、辅助热源、搅拌器、沼液预热池、沼液缓存池、沼液暂存池和厌氧发酵罐；其特征在于：
设置一圆型或矩型竖直筒体结构，所述竖直筒体结构内轴对称垂直分布有重力热管簇群，轴线位置设置有搅拌器，中间焊接有分隔钢板，将竖直筒体结构分隔为进料沼液预热池与排料沼液缓存池两段独立的上下密闭空间结构；
在进料沼液预热池一侧设置有进料口，另一侧设置有沼液回流口和预热池出料口，并与厌氧发酵罐通过发酵罐进料管连通，其内一侧增设有辅助热源；
在沼液缓存池一侧设置有缓存池进料口，并通过发酵罐排料管与厌氧发酵罐连通，另一侧设置有缓存池出料口，并通过排料管与沼液暂存池连通。
上述一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备的沼液预热缓存方法是沼液原料从预热池进料口进入沼液预热池与从预热池沼液回流口进入沼液预热池的废弃沼液混合，在搅拌器和重力热管簇群的共同作用下预热升温至发酵温度时，再由预热池出料口排出沼液预热池进入厌氧发酵罐；当沼液预热池中的沼液原料温度达不到发酵温度时，开启辅助热源加热至发酵温度后再由预热池出料口排出沼液预热池进入发酵罐；沼液原料在发酵罐中完全发酵后，一部分废弃沼液由缓存池进料口进入沼液缓存池，在搅拌器和重力热管簇群的共同作用下充分换热，温度下降后再由缓存池出料口排出沼液缓存池；其余部分废弃沼液从预热池沼液回流口进入沼液预热池与沼液原料混合预热；
发酵料液由进料口进入进料沼液预热池中，厌氧发酵灌发酵后排出的沼液通过沼液回收管进入沼液缓存池，并通过热传导方式回收部分排出沼液余热，同时以排料沼液作为热源，利用重力热管簇群将排料沼液的热能快速传递至需要增温的进料沼液，在热管簇群的蒸发段，管内沼液吸热蒸发从中心通道流向热管的冷凝段后放热凝结成液体，同时在重力作用下回流至蒸发段，通过热管簇群工作液体的闭合循环，将热量从排料沼液缓存池回收至进料沼液预热池加热进料沼液。
上述设计的一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备的技术方案，与现有技术相比，该一体化设备一是节约了能源，保护了环境：以排料余热作为热源，而不是传统的煤炭、石油等不可再生的石化燃料直接燃烧来提供热量，既节约了能源，又不会污染环境；二是运用重力热管簇群技术快速传热特性，提高了余热利用效率，且无需消耗额外能源，不仅节约了建设用地，还能节约了运行管理成本，尤其适用于农村家庭现代化。
附图说明
图1是本沼液预热缓存一体设备的结构示意图。
图2是图1沼液预热缓存一体设备的工艺流程图。
图中：1：预热池进料口；2：预热池沼液回流口；3：预热池出料口；4：缓存池进料口；5：缓存池出料口；6：重力热管簇群；7：分隔钢板；8：辅助热源；9：搅拌器；10：沼液预热池；11：沼液缓存池；12：沼液暂存池；13：厌氧发酵罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。
如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种带余热回收的沼液预热缓存一体设备，包括预热池进料口1、预热池沼液回流口2、预热池出料口3、缓存池进料口4、缓存池出料口5、重力热管簇群6、分隔钢板7、辅助热源8、搅拌器9、沼液预热池10、沼液缓存池11、沼液暂存池12和厌氧发酵罐13；
上述的沼液预热池10与沼液缓存池11是一圆型或矩型竖直筒体结构，该竖直筒体结构内轴对称垂直分布设置有重力热管簇群6，在轴线位置设置有搅拌器9，中间位置焊接有分隔钢板7将竖直筒体结构分隔为两段独立的密闭空间，即进料沼液预热池10在上与排料沼液缓存池11在下结构，构成带余热回收的沼液预热缓存一体设备，
上述的进料沼液预热池10一侧设置有进料口1，另一侧设置有沼液回流口2和预热池出料口3，并与厌氧发酵罐13通过发酵罐进料管连通，其内一侧增设有辅助热源8。
上述的沼液缓存池11一侧设置有缓存池进料口4，并通过发酵罐排料管与厌氧发酵罐13连通，另一侧设置有缓存池出料口5，并通过排料管与沼液暂存池12连通。
实施上述沼液预热缓存一体化设备的沼液预热缓存方法是沼液原料从预热池进料口1进入沼液预热池10，与从预热池沼液回流口2进入沼液预热池的废弃沼液混合，在搅拌器9和重力热管簇群6的共同作用下预热升温至发酵温度时，再由预热池出料口3排出沼液预热池，进入厌氧发酵罐13；当沼液预热池中的沼液原料温度达不到发酵温度时，开启辅助热源8加热至发酵温度后再由预热池出料口3排出沼液预热池，进入发酵罐；沼液原料在发酵罐中完全发酵后，一部分废弃沼液由缓存池进料口4进入沼液缓存池，在搅拌器9和重力热管簇群6的共同作用下充分换热，温度下降后由缓存池出料口5排出沼液缓存池；其余部分废弃沼液从预热池沼液回流口2进入沼液预热池与沼液原料混合预热。
其中，重力热管簇群6的蒸发段（浸入沼液缓存池），管芯内的工作液体吸热蒸发，从中心通道流向热管的冷凝段（浸入沼液预热池）后放热凝结成液体，同时在重力作用下，回流至蒸发段。通过热管簇群工作液体的闭合循环，将大量的热量从排料沼液缓存池回收至进料沼液预热池，加热进料沼液。
其中，由于热力学第二定律，被加热沼液肯定无法达到所需发酵温度，所以辅助以其他热源8，使其达到发酵所需温度，然后送入厌氧发酵罐13。
实施上述方案时，将沼液预热缓存一体设备以钢板（或者其他材料）分隔为两部分独立空间，重力热管簇群可以焊接在钢板（或者其他材料）上，钢板作为隔绝上下两部分结构的材料，进料沼液也会通过钢板以热传导的方式被排料沼液加热，钢板可以由钢筋混凝土梁作为结构支撑附着，余热回收利用无需消耗额外能量。
实施上述方案时，辅助热源可根据所需负荷变化进行调节；沼液预热缓存一体设备内设有搅拌器9，有助于实现池内沼液温度的均匀性，加快换热。
实施上述方案时，对沼液预热缓存一体设备及厌氧发酵罐进行保温，效果更好。
本设备是利用发酵罐排料余热作为热源，通过重力热管簇群将热量传递给进料沼液，实现热能回收利用，节能减排。

Claims (2)

1.一种带余热回收的沼液预热缓存一体化设备，包括预重力热管簇群、分隔钢板、辅助热源、搅拌器、沼液预热池、沼液缓存池、沼液暂存池和厌氧发酵罐；其特征在于：
设置一圆型或矩型竖直筒体结构，所述竖直筒体结构内轴对称垂直分布有重力热管簇群（6），轴线位置设置有搅拌器（9），中间焊接有分隔钢板（7），将竖直筒体结构分隔为进料沼液预热池（10）与排料沼液缓存池（11）两段独立的上下密闭空间结构；
在进料沼液预热池（10）一侧设置有进料口（1），另一侧设置有沼液回流口（2）和预热池出料口（3），并与厌氧发酵罐（13）通过发酵罐进料管连通，其内一侧增设有辅助热源（8）；
在沼液缓存池（11）一侧设置有缓存池进料口（4），并通过发酵罐排料管与厌氧发酵罐（13）连通，另一侧设置有缓存池出料口（5），并通过排料管与沼液暂存池（12）连通。
2.如权利要求1所述的带余热回收的沼液预热缓存一体化设备，其特征在于： 所述沼液预热缓存的方法是沼液原料从预热池进料口（1）进入沼液预热池（10）与从预热池沼液回流口（2）进入沼液预热池的废弃沼液混合，在搅拌器（9）和重力热管簇群（6）的共同作用下预热升温至发酵温度时，再由预热池出料口（3）排出沼液预热池进入厌氧发酵罐（13）；当沼液预热池中的沼液原料温度达不到发酵温度时，开启辅助热源（8）加热至发酵温度后再由预热池出料口（3）排出沼液预热池进入发酵罐；沼液原料在发酵罐中完全发酵后，一部分废弃沼液由缓存池进料口（4）进入沼液缓存池，在搅拌器（9）和重力热管簇群（6）的共同作用下充分换热，温度下降后再由缓存池出料口（5）排出沼液缓存池；其余部分废弃沼液从预热池沼液回流口（2）进入沼液预热池与沼液原料混合预热；
发酵料液由进料口（1）进入进料沼液预热池（10）中，厌氧发酵灌（13）发酵后排出的沼液通过沼液回收管进入沼液缓存池（11），并通过热传导方式回收部分排出沼液余热，同时以排料沼液作为热源，利用重力热管簇群（6）将排料沼液的热能快速传递至需要增温的进料沼液，在热管簇群的蒸发段，管内沼液吸热蒸发从中心通道流向热管的冷凝段后放热凝结成液体，同时在重力作用下回流至蒸发段，通过热管簇群工作液体的闭合循环，将热量从排料沼液缓存池回收至进料沼液预热池加热进料沼液。
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