CN110172394A - 一种多级反应的沼气生产设备 - Google Patents

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张全国
荆艳艳
张寰
贺超
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王国防
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Abstract

本发明涉及一种多级反应的沼气生产设备，包括顶部设有进料口、底部设有出料口的厌氧反应箱，厌氧反应箱内于进料口下方设有至少两级反应器，反应器下方还设有倾斜设置的导流板，所述设备还包括连通厌氧反应箱内部及外界抽气泵的抽气管道；所述反应器包括顶部敞口、底部封闭的半封闭容器，且各级反应器由高至低排列并溢流连通；所述导流板封闭厌氧反应箱底部且导流板底端朝向出料口倾斜设置，导流板顶面设有数个阻流杆。本发明属于环保新能源设备领域，尤其涉及一种多级反应的沼气生产设备。本发明结构简单，利用重力作用使得发酵物料可以自行流动，无需动力设备进行搅拌，同时多级反应可以底物充分发酵，提高沼气的产生量。

Description

一种多级反应的沼气生产设备
技术领域
本发明属于环保新能源设备领域，尤其涉及一种多级反应的沼气生产设备。
背景技术
能源和环境是现如今世界发展的两大突出问题，能源的短缺会影响着世界经济的发展。随着化石燃料的不断减少，人类的能源危机的步伐逐步加快。化石燃料的使用，会造成对环境造成污染和破坏，甚至影响生态系统的平衡。在能源危机中，生物质能作为可再生能源的重要组成部分，且是唯一可以储存和运输的可再生能源，发展生物质能够有效缓解甚至解决能源危机问题。
生物质能源的形式多样，其中畜禽粪便和秸秆等有机废弃物生产的沼气也属于其中一种，沼气具有清洁、高效、低成本的特点，且随着我国农业向现代化发展，国家出台的政策也鼓励利用农村秸秆、生活垃圾、林业剩余物及畜禽养殖废弃物等有机废弃物作为沼气生产的发酵原料，积极推动了大中型沼气工程建设，沼气产业不仅实现了农业生产和农民生活的循环发展，而且极大地节约了农村能源，便利了农村用户的生活。
沼气生产多采用厌氧发酵设备对有机废弃物进行发酵处理，现有技术中的厌氧发酵反应器中多需要配备专门的动力设备进行发酵物料的搅拌，具有投资高、能耗高以及操作运行管理复杂且故障率较高。而且在北方寒冷地区，冬季温度较低，现有的厌氧发酵设备的沼气生产率很低。
发明内容
本发明的目的是提供一种多级反应的沼气生产设备，本发明结构简单，利用重力作用使得发酵物料可以自行流动，无需动力设备进行搅拌，同时多级反应可以底物充分发酵，提高沼气的产生量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种多级反应的沼气生产设备，包括顶部设有进料口、底部设有出料口的厌氧反应箱，所述厌氧反应箱内于进料口下方设有至少两级反应器，反应器下方还设有倾斜设置的导流板，所述设备还包括连通厌氧反应箱内部及外界抽气泵的抽气管道；所述反应器包括顶部敞口、底部封闭的半封闭容器，且各级反应器由高至低排列并溢流连通；所述导流板封闭厌氧反应箱底部且导流板底端朝向出料口倾斜设置，导流板顶面设有数个阻流杆。
优选的，所述抽气泵包括第一抽气泵和第二抽气泵，所述抽气管道包括与第一、第二抽气泵进气口分别连接的第一抽气管道和第二抽气管道，第一抽气管道的进气口位于反应器上方的厌氧反应箱内，第二抽气管道的进气口位于反应器下方、导流板上方的厌氧反应箱内；第一、第二抽气泵的出气口均与连接管连通，连接管与设置于外界的储气罐连通。
优选的，所述设备还包括回气管道，所述导流板内部中空且阻流杆呈设有单向阀的中空管状，阻流杆与导流板内部连通，回气管道一端与导流板内部连通，另一端通过三通阀分别连接储气罐的进气口以及连接管。
优选的，所述阻流杆垂直导流板顶面设置。
优选的，所述设备还包括换热装置，换热装置包括换热器、太阳能集热器、穿过太阳能集热器和换热器的封闭管道，封闭管道内设有导热介质，所述回气管道位于外界的管体穿过换热器设置。
优选的，所述反应器包括由高度顺次降低的四侧板以及分别封堵相邻两侧板底部底板组成的第一级、第二级和第三级反应器，第一级反应器贴靠厌氧反应箱进料口下方的内壁设置。具体的，由第一级至第三级反应器方向，相邻两侧板的长度比为3：2，且第一级、第二级和第三级反应器呈水平高度递减的阶梯状排列。
优选的，所述反应器底部呈下凸曲面板状结构，且反应器内设有折流板，折流板顶部连接厌氧反应箱的顶部内壁、底部朝向下一级反应器折弯，且每级反应器内折流板与反应器底面的间距相同。
优选的，所述折流板底部的折弯角度为30°。
优选的，所述导流板顶端通过曲面板与厌氧反应箱底部内壁平滑过渡连接，导流板底端与出料口底面衔接。
优选的，所述厌氧反应箱的外壁包设有保温隔热层。
本发明的工作过程如下：
将发酵物料（固液混合物）从厌氧反应箱的进料口导入其内，发酵物料在重力作业下先落入第一级反应器中，由于反应器的底板呈曲面板状，所以发酵物料在惯性作用下会产生向上的流动力，同时越过折流板底部的发酵物料还会受到折流板的阻挡而尽可能朝向下一级反应器流动，最终从最后一级反应器中流出并落在导流板上。落在导流板上的发酵物料受到导流板的倾斜导流作用而流向出料口，同时也受到阻流柱的阻挡而降低流速。发酵物料在多级反应器中的迂回折流以及在导流板上的缓慢流动，尽可能地提高了发酵物料在厌氧发酵箱内的滞留发酵时间，尽可能地提高沼气的生产量。
本发明还通过将反应器的底板设计成曲面板状以及采用导流板与厌氧反应箱内壁的曲面板平滑过渡连接，尽可能减少发酵物料在路径中遇到的死角，防止发酵物料产生短路和结壳现象。
最终生成的沼气由第一、第二抽气泵通过第一、第二抽气管道抽出至储气罐，同时由于厌氧反应箱内的沼气被抽出，使得厌氧反应箱内气压降低，进料口的物料自然被吸入厌氧反应箱内，实现间歇式自主供料的效果。
同时，为了提高发酵效率，也是为了解决低气温地区的发酵效率较低的问题，本发明还采用了太阳能热交换：
太阳能集热器吸收光能并转化为热能，使得封闭管道内介质的温度升高，同时介质通过热交换器对回气管道内的沼气加热。
回气管道的沼气也来源厌氧发酵箱内产生的沼气，通过控制三通阀，使得抽气管道抽出的沼气先进入回气管道，经过加热后从阻流柱喷出，一方面提高了厌氧发酵箱内环境的温度以提高发酵效率，另一方面不仅实现了对导流板上发酵物料的搅拌，而且进一步实现对发酵物料的阻流效果。待发酵进行一定时间后，可以调节三通阀，使得抽气管道抽出的沼气进入储气罐。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1）本发明通过多级反应器对发酵物料的迂回搅拌、阻流柱对发酵物料的阻流分散搅拌以及回气管道内加热后从阻流柱喷出气体对发酵物料的喷气式搅拌，可以有效避免发酵物料出现料液分层现象，而且延长了发酵物料的发酵路径，提高物料中厌氧菌与发酵底物的有效接触面积和时间，提高沼气的生成量。
2）本发明无需动力装置，依靠特殊的结构设计，使得发酵物料在重力作用下实现在设计路径上流动，降低了能耗成本。
3）本发明采用了太阳能热交换，将外界的光能转化为厌氧反应箱内的热能，解决了低温地区发酵效果差的技术问题，也实现了发酵物料在夏季高温发酵、冬季中温发酵的效果，减少了环境温度对发酵产沼的影响，十分利于推广应用。
4）本发明内尽可能地减少了死角结构，防止发酵物料出现短路和结壳现象，提高设备运行的流畅性和持续性。
附图说明
图1为具体实施方式中多级反应的沼气生产设备的结构示意图；
图2为具体实施方式中导流板的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，一种多级反应的沼气生产设备，包括顶部设有进料口11、底部设有出料口12的厌氧反应箱1，所述厌氧反应箱1的外壁包设有保温隔热层，所述厌氧反应箱1内于进料口11下方设有反应器，所述反应器包括由高度顺次降低的四侧板2以及分别封堵相邻两侧板底部底板24组成的第一级反应器21、第二级反应器22和第三级反应器23，第一级反应器21贴靠厌氧反应箱进料口11下方的内壁设置。具体的，由第一级至第三级反应器方向，相邻两侧板的长度比为3：2，且第一级、第二级和第三级反应器呈水平高度递减的阶梯状排列。所述反应器的底板24呈下凸曲面板状结构，且反应器内设有折流板25，折流板25顶部连接厌氧反应箱1的顶部内壁、底部朝向下一级反应器折弯，且每级反应器内折流板25与反应器底板24的底面间距相同，所述折流板25底部的折弯角度为30°。
反应器下方还设有倾斜设置的导流板8，导流板8顶面垂直设置数个阻流杆81，导流板8顶端通过曲面板82与厌氧反应箱底部内壁平滑过渡连接，导流板8底端与出料口12底面衔接。导流板8内部中空且阻流杆81呈设有单向阀的中空管状，阻流杆81与导流板8内部连通，回气管道7一端与导流板8内部连通，另一端通过三通阀41分别连接储气罐5的进气口以及连接管4。
连接管4与第一抽气泵32、第二抽气泵34的出气口连接，第一、第二抽气泵34的进气口分别连接第一抽气管道31和第二抽气管道33，第一抽气管道31的进气口位于反应器上方的厌氧反应箱内，第二抽气管道33的进气口位于反应器下方、导流板上方的厌氧反应箱内。
所述设备还包括换热装置，换热装置包括换热器61、太阳能集热器62、穿过太阳能集热器和换热器的封闭管道63，封闭管道63内设有导热介质，所述回气管道7位于外界的管体穿过换热器61设置。
本发明的工作过程如下：
将发酵物料（固液混合物，一般包括发酵底物和厌氧发酵菌）从厌氧反应箱的进料口导入其内，发酵物料在重力作业下先落入第一级反应器中，由于反应器的底板呈曲面板状，所以发酵物料在惯性作用下会产生向上的流动力，同时越过折流板底部的发酵物料还会受到折流板的阻挡而尽可能朝向下一级反应器流动，最终从最后一级反应器中流出并落在导流板上。落在导流板上的发酵物料受到导流板的倾斜导流作用而流向出料口，同时也受到阻流柱的阻挡而降低流速。发酵物料在多级反应器中的迂回折流以及在导流板上的缓慢流动，尽可能地提高了发酵物料在厌氧发酵箱内的滞留发酵时间，尽可能地提高沼气的生产量。
本发明还通过将反应器的底板设计成曲面板状以及采用导流板与厌氧反应箱内壁的曲面板平滑过渡连接，尽可能减少发酵物料在路径中遇到的死角，防止发酵物料产生短路和结壳现象。
最终生成的沼气由第一、第二抽气泵通过第一、第二抽气管道抽出至储气罐，同时由于厌氧反应箱内的沼气被抽出，使得厌氧反应箱内气压降低，进料口的物料自然被吸入厌氧反应箱内，实现间歇式自主供料的效果。
同时，为了提高发酵效率，也是为了解决低气温地区的发酵效率较低的问题，本发明还采用了太阳能热交换：
太阳能集热器吸收光能并转化为热能，使得封闭管道内介质的温度升高，同时介质通过热交换器对回气管道内的沼气加热。
回气管道的沼气也来源厌氧发酵箱内产生的沼气，通过控制三通阀，使得抽气管道抽出的沼气先进入回气管道，经过加热后从阻流柱喷出，一方面提高了厌氧发酵箱内环境的温度以提高发酵效率，另一方面不仅实现了对导流板上发酵物料的搅拌，而且进一步实现对发酵物料的阻流效果。待发酵进行一定时间后，可以调节三通阀，使得抽气管道抽出的沼气进入储气罐。
本发明的尺寸规模可根据实际应用进行设计，能够满足户用和规模化用能需求，便于推广应用。
所述太阳能集热器为真空管式太阳能集热器，导热介质为水，太阳能集热器利用真空管吸收太阳能集热，更为具体的，采用 1500mm×47mm 的 AL-N/AL 真空溅射选择性镀膜涂层的玻璃真空管，吸收率≥ 0.93，红外发射率 ε ≤ 0.6，真空度 P ≤ 5×10ˉ3pa。太阳能集热器对穿过真空管的封闭管道内的水进行加热，最大限度实现光热转换，使冷水吸热转化成热水，冬季设定为 40℃，夏季设定为 60℃，实现厌氧反应箱夏季保持高温发酵，冬季保持中温发酵。

Claims (10)

1.一种多级反应的沼气生产设备，包括顶部设有进料口、底部设有出料口的厌氧反应箱，其特征在于，所述厌氧反应箱内于进料口下方设有至少两级反应器，反应器下方还设有倾斜设置的导流板，所述设备还包括连通厌氧反应箱内部及外界抽气泵的抽气管道；所述反应器包括顶部敞口、底部封闭的半封闭容器，且各级反应器由高至低排列并溢流连通；所述导流板封闭厌氧反应箱底部且导流板底端朝向出料口倾斜设置，导流板顶面设有数个阻流杆。
2.如权利要求1所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述抽气泵包括第一抽气泵和第二抽气泵，所述抽气管道包括与第一、第二抽气泵进气口分别连接的第一抽气管道和第二抽气管道，第一抽气管道的进气口位于反应器上方的厌氧反应箱内，第二抽气管道的进气口位于反应器下方、导流板上方的厌氧反应箱内；第一、第二抽气泵的出气口均与连接管连通，连接管与设置于外界的储气罐连通。
3.如权利要求2所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述设备还包括回气管道，所述导流板内部中空且阻流杆呈设有单向阀的中空管状，阻流杆与导流板内部连通，回气管道一端与导流板内部连通，另一端通过三通阀分别连接储气罐的进气口以及连接管。
4.如权利要求1或3所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述阻流杆垂直导流板顶面设置。
5.如权利要求3所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述设备还包括换热装置，换热装置包括换热器、太阳能集热器、穿过太阳能集热器和换热器的封闭管道，封闭管道内设有导热介质，所述回气管道位于外界的管体穿过换热器设置。
6.如权利要求1所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述反应器包括由高度顺次降低的四侧板以及分别封堵相邻两侧板底部底板组成的第一级、第二级和第三级反应器，第一级反应器贴靠厌氧反应箱进料口下方的内壁设置。
7.如权利要求1所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述反应器的底部呈下凸曲面板状结构，且反应器内设有折流板，折流板顶部连接厌氧反应箱的顶部内壁、底部朝向下一级反应器折弯，且每级反应器内折流板与反应器底面的间距相同。
8.如权利要求7所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述折流板底部的折弯角度为30°。
9.如权利要求1所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述导流板顶端通过曲面板与厌氧反应箱底部内壁平滑过渡连接，导流板底端与出料口底面衔接。
10.如权利要求1所述的多级反应的沼气生产设备，其特征在于，所述厌氧反应箱的外壁包设有保温隔热层。
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