CN110628589A - 一种干式厌氧发酵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干式厌氧发酵系统，包括卧式厌氧发酵罐、进料机构和出料机构，所述厌氧发酵罐内部设有上下两排水平布设且相互垂直的搅拌轴；两排所述搅拌轴上均设有若干间隔排布的搅拌杆组，所述搅拌杆组包括若干沿所述搅拌轴横截面圆周方向分布的搅拌杆，所述搅拌杆上设有破碎刀组；还包括驱动两排所述搅拌轴转动的驱动机构。本发明厌氧发酵系统，对物料不需要进行前期的预处理，允许原料直接进入，可满足绝大多数的收集秸秆等物料的直接进料要求，大幅度的降低对秸秆机械破碎预处理的能耗；其次，系统集成化程度高，占地面积大幅度降低，节约了项目土地投资成本，提高了项目操作的可行性。

Description

一种干式厌氧发酵系统
技术领域
本发明属于厌氧发酵有机物资源化技术领域，尤其涉及一种干式厌氧发酵系统。
背景技术
目前，全国有机物年产生量约100亿吨以上。资料显示，仅畜禽养殖业粪污排放量就38亿吨以上，其所排放的化学需氧量达到1268.26万吨，占农业源排放总量的96％；总氮和总磷排放量为102.48万吨和16.04万吨，分别占农业源排放总量的38％和56％。有机物成为污染的主要来源。有机物是一种资源，如何高效的资源利用，成为了目前公认的一种难题。
专利CN2009100297040、CN2016104095512及CN2018111242962均公开了一种干式厌氧发酵装置，但是上述专利物料在进入发酵装置前需要进行破碎处理，同时在厌氧发酵过程中存在物料在装置底部沉积，排气不顺畅，产气率低等问题。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种干式厌氧发酵系统。该系统集合破碎、搅拌和发酵于一体，结构紧凑，而且可以有效解决传统干式厌氧发酵装置物料底部沉积及产气率低的问题。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：
一种干式厌氧发酵系统，包括卧式厌氧发酵罐、进料机构和出料机构，所述厌氧发酵罐内部设有上下两排水平布设且相互垂直的搅拌轴；
两排所述搅拌轴上均设有若干间隔排布的搅拌杆组，所述搅拌杆组包括若干沿所述搅拌轴横截面圆周方向分布的搅拌杆，所述搅拌杆上设有破碎刀组；
还包括驱动两排所述搅拌轴转动的驱动机构。
下排的所述搅拌轴与上排的所述搅拌轴上的搅拌杆组在所述厌氧发酵罐内沿上排搅拌轴轴向交替分布，保证转动过程中相互不干涉。
进一步的，两排所述搅拌轴之间通过涡轮蜗杆机构啮合传动。两排搅拌轴之间通过涡轮蜗杆机构进行传动，整个搅拌结构通过一套传动系统驱动，提高了发酵系统的集成度，有利于降低设备占地面积和能耗。
进一步的，破碎刀组由若干均布在搅拌杆上的破碎刺或破碎刀组成。
进一步的，下排的所述搅拌轴上设有与上排的所述搅拌轴上的涡轮啮合传动的涡杆段。蜗杆设置在下排的搅拌轴上，使得下排的搅拌轴以较快的速度旋转，底部沉积物料快速被反抛上来，确保物料无沉积，同时也有利于底部的气体的外溢；而上排的搅拌轴则以较低速度旋转，可以确保物料的停留时间，保证反应的充分进行，利于产气率的提高。
进一步的，所述卧式厌氧发酵罐的进料口和出料口设置在上排的所述搅拌轴的两端。巧妙的将进料口和出料口设置在上排的搅拌轴的两端，有利于增加物料在罐体内的停留时间，保证反应的充分进行。
进一步的，两排所述搅拌轴上的搅拌杆均延伸至所述厌氧发酵罐的内底面处。两排搅拌轴上的搅拌杆均延伸至所述厌氧发酵罐的内底面处，可以防止物料沉积降低厌氧发酵的有效容积及沉砂现象，确保厌氧发酵的顺利进行。同时厌氧发酵罐下部搅拌的更加厉害，有利于厌氧发酵罐底部产生的气体的排出以及化学反应的进行。
进一步的，上排的所述搅拌轴上位于相邻两所述搅拌杆组之间还设有中间搅拌杆组；
所述中间搅拌杆组包括若干沿所述搅拌轴横截面圆周方向分布且带破碎刀组的搅拌杆，位于中间搅拌杆组上的搅拌杆的长度小于所述搅拌杆组上的搅拌杆的长度。
进一步的，还包括沼气燃烧器，所述进料机构包括干燥箱和横向贯穿所述干燥箱的输送带，所述沼气燃烧器与所述厌氧发酵罐的沼气出口连通，所述沼气燃烧器的热气出口与所述干燥箱连通，所述输送带与所述厌氧发酵罐的进料口对接。
进一步的，所述出料机构采用出料蛟龙。
进一步的，连接所述厌氧发酵罐与所述沼气燃烧器的管道上设有冷气引风机，连接所述沼气燃烧器和干燥箱的管道上设有热气引风机。
进一步的，所述驱动机构包括驱动电机和安装在驱动电机输出轴上的主动齿轮，下排的各所述搅拌轴之间通过从动齿轮啮合传动，所述主动齿轮与其中一所述从动齿轮啮合传动。
与现有技术相比，本申请具有的有益效果在于：
1、本发明厌氧发酵系统，对物料不需要进行前期的预处理，允许原料直接进入，可满足绝大多数的收集秸秆等物料的直接进料要求，大幅度的降低对秸秆机械破碎预处理的能耗；其次，系统集成化程度高，占地面积大幅度降低，节约了项目土地投资成本，提高了项目操作的可行性。
2、该系统集合破碎、搅拌和发酵于一体，整个系统结构非常紧凑，上下两排搅拌轴转动方向垂直，有机物搅拌充分均匀物“死角”，能够避免原料局部酸积累，增加微生物与原料的接触和反应，提高产气率，避免产生的沼气释放不出来等问题。
3、上下两排搅拌轴上的搅拌杆均延伸至厌氧发酵罐的内底面处，其上的搅拌杆组及破碎刀组可以搅动并破碎罐底的物料，防止物料在罐底沉积结板。
4、上下两排搅拌轴上的搅拌杆之间通过涡轮蜗杆机构进行传动，整个搅拌结构通过一套传动系统驱动，提高了发酵装置的集成度，有利于降低设备占地面积和能耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的厌氧发酵罐内结构示意图；
图3为本发明厌氧发酵罐内搅拌轴排布主视图；
图4为本发明厌氧发酵罐内搅拌轴排布俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种干式厌氧发酵系统，包括卧式厌氧发酵罐1、进料机构2和出料机构3，进料机构2的输出端与卧式厌氧发酵罐1的进料口对接，出料机构3的输入端与卧式厌氧发酵罐1的出料口对接，秸秆等有机物物料通过进料机构2输送至卧式厌氧发酵罐1内厌氧发酵，反应后的残渣通过出料机构3排出，产生的沼气进入集气袋4进行收集。出料机构3可以采用出料蛟龙，进料机构2可以采用带式进料装置。
参见图2、图3和图4，本实施例干式厌氧发酵系统的厌氧发酵罐内部设有上下两排水平布设且相互垂直的搅拌轴；这里为便于理解，将位于下方的那一排搅拌轴命名为第一搅拌轴5，位于上方的那一排搅拌轴命名为第二搅拌轴6。
在第一搅拌轴5上设有若干沿其轴向间隔排布的第一搅拌杆组7，第一搅拌杆组7包括若干沿第一搅拌轴5横截面圆周方向分布的第一搅拌杆701，第一搅拌杆701上设有第一破碎刀组8。在第二搅拌轴6上设有若干间隔排布的第二搅拌杆组9，第二搅拌杆组9包括若干沿第二搅拌轴6横截面圆周方向分布的第二搅拌杆901，第二搅拌杆901上设有第二破碎刀组10，第一搅拌轴5与第二搅拌轴6上的第二搅拌杆组9在厌氧发酵罐内沿第二搅拌轴6延伸方向交替分布。其中，破碎刀组由若干均布在搅拌杆上的破碎刺或破碎刀组成。
本实施例干式厌氧发酵系统还包括驱动两排搅拌轴转动的驱动机构。在实际设计中，需要保证第一搅拌杆701和第二搅拌杆901转动时，彼此之间不相互干涉，能够通过彼此对应的搅拌轴在罐体内自由转动。
本实施例厌氧发酵系统集合破碎、搅拌和发酵于一体，整个系统结构非常紧凑，第一搅拌轴和第二搅拌轴转动方向垂直，有机物搅拌充分均匀物“死角”，能够避免原料局部酸积累，增加微生物与原料的接触和反应，提高产气率，避免产生的沼气释放不出来等问题。
本实施例厌氧发酵系统对于秸秆及蔬菜叶根等有机物进行厌氧发酵的处理时，无需对物料进行前期的预处理，允许2mm～40cm的原料直接进入该系统，可满足绝大多数的收集秸秆直接进料要求，大幅度的降低对秸秆机械破碎预处理的能耗。
本发明实施例提供的干式厌氧发酵系统适用于包括但不限于小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、草木秸秆、花生秸秆等单一或混合原料，以及秸秆与干粪污、蔬菜叶根等的混合原料按照此工艺流程进行厌氧发酵前的处理。
参见图1和图2，在实际应用中，两排搅拌轴上的搅拌杆均延伸至厌氧发酵罐的内底面处，也就是说第一搅拌杆701和第二搅拌杆901均延伸至罐底处。
本实施例通过将两排搅拌轴上的搅拌杆均延伸至厌氧发酵罐的内底面处，可以防止物料沉积降低厌氧发酵的有效容积及沉砂现象，确保厌氧发酵的顺利进行，同时厌氧发酵罐下部搅拌的更加厉害，有利于厌氧发酵罐底部产生的气体的排出以及化学反应的进行。
参见图3和图4，可以理解的是，两排搅拌轴之间通过涡轮蜗杆机构啮合传动。本实施例第一搅拌轴和第二搅拌轴之间通过涡轮蜗杆机构进行传动，整个搅拌结构通过一套传动系统驱动，提高了发酵系统的集成度，有利于降低设备占地面积和能耗。
特别是，涡轮蜗杆机构中的涡杆位于其中第一搅拌轴5上，卧式厌氧发酵罐1的进料口和出料口设置在位于第二搅拌轴6的两端时，厌氧发酵罐内上下层搅拌速度不同，下层的搅拌速度大于上层的搅拌速度，第一搅拌轴5以较快的速度旋转，使底部沉积物料快速被反抛上来，确保物料无沉积，同时也有利于底部的气体的外溢，含有大量微生物的污泥可以翻滚至上层，保证上层物料厌氧反应的充分进行；而第二搅拌轴则以较低速度旋转，可以确保物料的停留时间，保证反应的充分进行，同时也可以避免因残渣被快速排出，造成罐内反应微生物迅速降低的问题。
此外，底层的污泥呈扰流态，有利于厌氧微生物的繁殖，从而可以保证罐体内有足够的微生物数量，保证发酵反应的快速进行。
参见图4，需要解释说明的是，本实施例驱动机构包括驱动电机和安装在驱动电机输出轴上的主动齿轮12，各第一搅拌轴5之间通过从动齿轮13啮合传动，主动齿轮12与其中一从动齿轮13啮合传动。本实施例仅仅通过一套驱动机构即可同时带动两排搅拌轴转动，提高了发酵系统的集成度，有利于降低设备占地面积和能耗。
参见图3和图4，作为本发明的一种优选方案，在第二搅拌轴6上位于相邻两第二搅拌杆组9之间还设有第三搅拌杆组14，也即中间搅拌杆组，第三搅拌杆组14包括若干沿所述第二搅拌轴6横截面圆周方向分布且带第三破碎刀组15的第三搅拌杆1401，第三搅拌杆1401的长度小于第二搅拌杆901的长度。
参见图1，作为本发明的另一种优选方案，本实施例干式厌氧发酵系统还包括沼气燃烧器16，进料机构2包括干燥箱201和横向贯穿干燥箱201的输送带202，沼气燃烧器16与厌氧发酵罐的沼气出口连通，沼气燃烧器16的热气出口与干燥箱201连通，输送带202与厌氧发酵罐的进料口对接。直接利用产生的沼气对物料进行干燥及预热，使得物料进入厌氧反应罐后立即开始厌氧发酵，对于厌氧发酵过程中发酵效率的增加具有重要意义，同时还可以节约能耗。
参见图1，具体的，集气袋4通过带有沼气引风机17的沼气排气管18连接至沼气燃烧器16，连接沼气燃烧器16和干燥箱201的管道上设有热气引风机19。
参见图1-图4，本发明的工作过程如下：
经过初步干化的含水有机物通过输送带202进入干燥箱201，被高温干化的有机物，经干式厌氧发酵罐厌氧发酵后，残渣被出料蛟龙排出，干式厌氧发酵罐中所产生的沼气，进入集气袋4进行收集，所收集到的沼气经沼气引风机17和集气袋4经沼气排气管18排进沼气燃烧器16进行燃烧，所产生的热气，经热气引风机19和热气排气管20输送进入干燥箱201，用于干燥有机物。
参见图3和图4，干式厌氧发酵罐内搅拌结构的工作过程如下：驱动电机转动，带动主动齿轮12转动，主动齿轮12转动带动从动齿轮13转动，从动齿轮13为多排布置，可以根据生产量的需求设定布置的排数，本案例以排为例，第一搅拌轴5被从动齿轮13带动。通过每根第一搅拌轴5上设置的传动齿轮使每一根第一搅拌轴5转动，蜗杆段被其端部的从动齿轮13带动，涡轮11被蜗杆段带动发生转动，第二搅拌轴6转动带动其上的第二搅拌杆901、第三搅拌杆1401绕第二搅拌轴6转动，从动齿轮13带动多根第一搅拌轴5同时转动，进而带动其上的第一搅拌杆701绕其轴线转动。第一破碎刀组8、第二破碎刀组10和第三破碎刀组通过彼此间的间隙和其搅拌过程中的剪切力，将有机物进行破碎。
本实施例有效的解决了有机物干式厌氧发酵过程中物料破碎不完全，排气不顺利的现象，并同时解决了有机物在厌氧发酵过程中混合不佳，产气率低的问题，有利于设备长期稳定运行。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种干式厌氧发酵系统，包括卧式厌氧发酵罐、进料机构和出料机构，其特征在于：所述厌氧发酵罐内部设有上下两排水平布设且相互垂直的搅拌轴；
两排所述搅拌轴上均设有若干间隔排布的搅拌杆组，所述搅拌杆组包括若干沿所述搅拌轴横截面圆周方向分布的搅拌杆，所述搅拌杆上设有破碎刀组；
还包括驱动两排所述搅拌轴转动的驱动机构。
2.根据权利要求1所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：两排所述搅拌轴之间通过涡轮蜗杆机构啮合传动。
3.根据权利要求2所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：下排的所述搅拌轴上设有与上排的所述搅拌轴上的涡轮啮合传动的涡杆段。
4.根据权利要求3所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述卧式厌氧发酵罐的进料口和出料口设置在上排的所述搅拌轴的两端。
5.根据权利要求4所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：两排所述搅拌轴上的搅拌杆均延伸至所述厌氧发酵罐的内底面处。
6.根据权利要求5所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：上排的所述搅拌轴上位于相邻两所述搅拌杆组之间还设有中间搅拌杆组；
所述中间搅拌杆组包括若干沿所述搅拌轴横截面圆周方向分布且带破碎刀组的搅拌杆，位于中间搅拌杆组上的搅拌杆的长度小于所述搅拌杆组上的搅拌杆的长度。
7.根据权利要求1所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：还包括沼气燃烧器，所述进料机构包括干燥箱和横向贯穿所述干燥箱的输送带，所述沼气燃烧器与所述厌氧发酵罐的沼气出口连通，所述沼气燃烧器的热气出口与所述干燥箱连通，所述输送带与所述厌氧发酵罐的进料口对接。
8.根据权利要求7所述的干式厌氧发酵破碎装置，其特征在于：所述出料机构采用出料蛟龙。
9.根据权利要求7所述的干式厌氧发酵破碎装置，其特征在于：连接所述厌氧发酵罐与所述沼气燃烧器的管道上设有冷气引风机，连接所述沼气燃烧器和干燥箱的管道上设有热气引风机。
10.根据权利要求2-9任一项所述的干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述驱动机构包括驱动电机和安装在驱动电机输出轴上的主动齿轮，下排的各所述搅拌轴之间通过从动齿轮啮合传动，所述主动齿轮与其中一所述从动齿轮啮合传动。
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