CN111253027B - 一种自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统 - Google Patents
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Abstract
一种自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，包括通过风管依次连接的好氧发酵反应器、汽水分离器、循环风机，风管管路上设置有旁通管路Ⅰ和旁通管路Ⅱ，所述旁通管路Ⅰ靠近循环风机且与汽水分离器连接，在旁通管路Ⅰ上设置有调节风阀Ⅰ；在所述旁通管路Ⅱ上设置有调节风阀Ⅱ。利用本发明，可实现发酵物料的除水干化的同时对发酵热进行循环利用，可以有效保证系统发酵温度的稳定，大大提高发酵效率；在汽水分离器中通过新鲜空气与发酵尾气进行换热，不仅可以有效提高尾气的除水效率，同时还将进入发酵罐的新鲜空气进行加热，对尾气中的热量进行回收，大大节约了系统能耗，同时减少因冷空气直接进入发酵反应器造成发酵温度的波动。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及一种可以自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统。
背景技术
好氧发酵主要的目的就是为了有效地实现有机粪污的无害化和减量化。根据好氧发酵特性，维持系统高温可以使系统具有更高的发酵效率，使细菌和病原体能够得到更充分的灭杀，还能加速对粪污中的抗生素的降解，无害化也更为彻底；但高温好氧发酵过程会产生大量的高温高湿的臭气，优秀的反应器不仅需要将发酵过程中产生的废气进行收集和无害化治理，还需要通过排风将含有大量水蒸气的臭气及时排出，同时为发酵物料引入新鲜氧气，从而促进物料持续高效的发酵并将发酵物料中的水分带走，实现有效的减量化。
目前，为了维持高温好氧发酵的高温环境，大多是依托于外源加热，如热水、导热油或者鼓热风等方式，运行能耗高，经济性比较差；为了达到水分去除效果，需要大量的将发酵罐中的湿空气抽出，也造成臭气的处理量大，收集和治理成本高；而在高温好氧发酵过程中，发酵产生的热量会被抽走的高温湿空气大量带走，而没有回收利用，造成大量的热能损失，大大增加了系统运行成本；现有技术中，通常将湿热废气直接回流，但水汽又被带回到了反应器，被发酵物料吸收，物料的水分没法有效去除，无法做到物料的有效减量化，且由于水分没有被带走，发酵罐筒体内的发酵物料含水率偏高，发酵效率低，发酵效果也差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可在去除水分的同时实现尾气余热循环利用的高温好氧发酵系统。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，包括通过风管依次连接的好氧发酵反应器、汽水分离器、循环风机，形成闭环风路系统，所述汽水分离器包括两侧分别设有进气口Ⅰ和出气口Ⅰ的罐体，罐体的内部设有换热隔离板，换热隔离板斜向密封固定在罐体的内壁上，并将进气口Ⅰ与出气口Ⅰ隔开；所述换热隔离板包括进气口Ⅱ、出气口Ⅱ和换热板，所述进气口Ⅱ与大气连通，所述出气口Ⅱ连接到循环风机的进气口，新鲜空气不断经过换热板后被加热，在循环风机的作用下送入到好氧发酵反应器，用于为系统发酵补充氧气；好氧发酵反应器内的发酵尾气在循环风机的作用下，进入汽水分离器，高温高湿的尾气通过与换热隔离板碰撞、换向以及换热，尾气中的水分被分离，除水后的尾气由出气口Ⅰ排出，一部分尾气在循环风机的作用下回到好氧发酵反应器内，另一部分外排处理。
进一步，在所述循环风机与汽水分离器出气口Ⅱ连接的管路上设有调节风阀Ⅰ，用于调节新鲜空气的进气量；在所述尾气外排管路上设有调节风阀Ⅱ，用于调节排出尾气的风量。
进一步，所述汽水分离器罐体的内部设有换向管、过滤格栅、螺旋导向板、分液板和导液管；换向管从中心贯穿倾斜的换热隔离板，换热隔离板与换向管之间密封连接；过滤格栅设于换向管底部；螺旋导向板设于换热隔离板的下方，且沿竖直方向固定在换向管的外侧，其长度延伸至与过滤格栅的下端面平齐；分液板水平布置于过滤格栅的正下方并固定于罐体内壁上；导液管固定于在罐体内壁上，其上端面与换热隔离板最低点的上表面平齐，其下端面不高于分液板的下表面。
进一步，所述过滤格栅是下大上小的喇叭形结构，其上端面的内、外圆直径与所述换向管的下端面内、外圆直径相同并密封连接。
进一步，所述过滤格栅的内部设有多根蜂窝状布置的斜向毛细风管，气流通过由过滤格栅的下部通过毛细风管进入到换向管中，分离出来的水则沿着毛细风管的管壁往下流出至罐体底部。
进一步，所述汽水分离器的罐体底部设有排水口，排水口的下端设有U形水封。
进一步，所述U形水封的存水弯的最低处设有可快速开启的清污口。
进一步，所述汽水分离器的罐体下方设有支座，支座与汽水分离器的罐体固定连接，用于对整个汽水分离器进行支撑和固定。
进一步，所述旁通管路Ⅱ连接有除臭装置。
进一步，所述除臭装置包括连接在调节风阀Ⅱ后的除臭风机和除臭滤塔。
本发明的有益效果：
（1）通过汽水分离器将发酵尾气中的水分充分去除后，将干燥的高温尾气回用，冷凝水排出，不仅能实现发酵物料的除水干化的目的，同时可充分地对发酵热进行循环利用，可以有效保证系统发酵温度的稳定，大大提高发酵效率，尤其对于低温天气和地区意义非常明显；
（2）在汽水分离器中通过新鲜空气与发酵尾气进行换热，不仅可以有效提高尾气的除水效率，同时还将进入发酵罐的新鲜空气进行加热，对尾气中的热量进行回收，大大节约了系统能耗，同时减少因冷空气直接进入发酵反应器造成发酵温度的波动。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为图1所示实施例中汽水分离器的结构示意图；
图3为图2所示汽水分离器的局部结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图。
图中：1-好氧发酵反应器、2-风管、3-汽水分离器、4-循环风机、5a-旁通管路Ⅰ、5b-旁通管路Ⅱ、6a-调节风阀Ⅰ、6b-调节风阀Ⅱ、7-除臭风机、8-除臭滤塔、9-立式好氧发酵罐、10-进气管、11-排气收集管；301-罐体、302-进气口Ⅰ、303-出气口Ⅰ、304-换热隔离板、305-换向管、306-过滤格栅、307-螺旋导向板、308-分液板、309-导液管、310-排水口、311-U型水封、312-清污口、313-支座；3041-进气口Ⅱ、3042-出气口Ⅱ、3043-换热板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
参照附图1，本实施例包括通过风管2依次连接的好氧发酵反应器1、汽水分离器3、循环风机4，所述风管2管路上设置有旁通管路Ⅰ5a和旁通管路Ⅱ5b，所述旁通管路Ⅰ5a靠近循环风机4且与汽水分离器3连接，在旁通管路Ⅰ5a上设置有调节风阀Ⅰ6a，用于调节新鲜空气的进气量；在所述旁通管路Ⅱ5b上设置有调节风阀Ⅱ6b，用于调节排出尾气的风量。除臭装置包括连接在调节风阀Ⅱ6b后的除臭风机7和除臭滤塔8。除臭风机7用于克服除臭滤塔8的过滤风阻，以保证旁通管路Ⅱ5b与风管5之间的风压平衡。
本实施例中的好氧发酵反应器1为卧式好氧发酵罐。
如图2-3所示，所述汽水分离器包括两侧分别设有进气口Ⅰ302和出气口Ⅰ303的罐体301，罐体301的内部设有换热隔离板304、换向管305、过滤格栅306、螺旋导向板307、分液板308和导液管309；换热隔离板304斜向密封焊接在罐体301的内壁上，并将进气口Ⅰ302与出气口Ⅰ303隔离开，分别处于其两侧，从而使分离器的进气口Ⅰ302和出气口Ⅰ303不能直接连通；换向管305从中心贯穿倾斜的换热隔离板304，其大小刚好使换向管305贯穿其中，换热隔离板304与换向管305之间通过密封焊接固定连接为一体。
过滤格栅306为一个下大上小的喇叭形结构，其上端面与换向管305的下端面密封连接并固定，且其上端面的内外圆直径与换向管305的下端面内外圆直径相同，过滤格栅306的下端面的外圆直径小于罐体301内径，并且保证其与罐体之间的通径面积不小于分离器内部主体风路的通径面积，在过滤格栅306内部设置有一系列蜂窝状布置的斜向毛细风管，气流通过由过滤格栅306的下部通过毛细风管进入到换向管305中，以使气流中的水分进一步被分离，分离出来的水则沿着毛细风管的管壁往下流出到罐体301底部进行收集；螺旋导向板307设于换热隔离板304的下方，且沿竖直方向上焊接在换向管305的外侧，其长度延伸至与过滤格栅306的下端面平齐，螺旋导向板307的外径小于罐体301内径，其作用是对进入分离器的气体进行导向，使气体沿螺旋方向向下运动。
分液板308为一个中间高四周低的圆锥形结构，其位于过滤格栅306的正下方水平布置，并与过滤格栅306的下端面保留一定的距离，分液板308的芯板为一个直径大于过滤格栅306下端面外径且于小于罐体301内径的实心板，通过其四周的支腿固定连接在罐体301上。导液管309固定连接在罐体301内壁上，其设于换热隔离板304的最低处，并贯穿换热隔离板304， 其上端面与换热隔离板304最低点的上表面平齐，其下端贯穿分液板308且下端面不高于分液板308的下表面，其作用是将罐体301上端产生的积水引入到罐体301的底。
罐体301的底部设有排水口310，排水口310的下端固定连接U形水封311，U形水封311用于控制汽水分离器3中的积水高度，当汽水分离器3内的积水超过设定高度后，在重力的作用下积水就将自动排出；在U形水封311的存水弯的最低处设有清污口312，清污口312可以快速打开，以便U形水封311出现淤积堵塞时能够方便的进行及时清理。
罐体301的下方设有支座313，支座313与罐体301通过焊接固定连接为一体，用于对整个汽水分离器进行支撑和固定。
如图3所示，所述换热隔离板304具有换热功能，换热隔离板304包括进气口Ⅱ3041、出气口Ⅱ3042和换热板3043，进气口Ⅱ3041与大气相通，出气口Ⅱ3042连接系统旁通管路Ⅰ5a，在换热板3043内设置有换热盘管；冷空气由进气口Ⅱ3041进入到换热板3043中，在换热板3043中与进入罐体301的尾气进行充分的热交换，冷空气被加热后由出气口Ⅱ3042排出并通过旁通管路Ⅰ5a最终通过循环风机4送入好氧发酵反应器1用于系统发酵，而尾气的热量被带走，而冷凝析出大量水分，有效促进尾气的汽水分离。
工作过程:
好氧发酵反应器1中的高温高湿的发酵尾气在循环风机4的作用下被抽出,通过风管2由汽水分离器3的进气口Ⅰ302进入到汽水分离器3的罐体，首先与换热隔离板304进行充分接触，并在换热隔离板304的作用下进行换向，在与换热隔离板304进行接触的过程中通过与换热隔离板304的接触与换热隔离板304内部的冷空气进行充分的换热，使尾气的温度降低，通过与换热隔离板304的碰撞和换热冷凝，大量的水分因冷凝从尾气中分离出来,经过冷凝后的尾气进一步在螺旋导向板307的作用下螺旋向下运动，在离心力和碰撞的作用下，尾气中的水分进一步被分离出来，最终得到干燥的尾气，最后由出气口Ⅰ303排出汽水分离器3，一小部分通过旁通管路Ⅱ5b排放处理，剩余的大部分尾气在循环风机4的作用下回到好氧发酵反应器1；分离出来的水则沿汽水分离器3的罐体内壁流到罐体底部沉积，当底部积水液位达到一定高度时，则可以通过U形水封311自动排出汽水分离器3的罐体。
冷空气由进气口Ⅱ3041进入到换热隔离板304中，在换热隔离板304中与进入罐体的尾气进行充分的热交换后被加热，被加热后的空气由出气口Ⅱ3042通过系统旁通管路Ⅰ5a，最终通过循环风机4送入好氧发酵反应器1内，用于系统发酵。
实施例2
参照附图4，本实施与实施例1的区别在于：采用立式好氧发酵反应，通过风管2依次连接立式好氧发酵罐9、汽水分离器3、循环风机4；循环风机4出风口与进气管10相连，进气管10直接连接立式好氧发酵罐9中的罐子底部，新鲜空气进入发酵罐内，再由立式好氧发酵罐9的顶部排气收集管11收集废气，送入到风管2中。其他外部连接装置与实施例1中的卧式好氧发酵罐相同。余同实施例1。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，包括通过风管依次连接的好氧发酵反应器、汽水分离器、循环风机，形成闭环风路系统，其特征在于：所述汽水分离器包括两侧分别设有进气口Ⅰ和出气口Ⅰ的罐体，罐体的内部设有换热隔离板，换热隔离板斜向密封固定在罐体的内壁上，并将进气口Ⅰ与出气口Ⅰ隔开；所述换热隔离板包括进气口Ⅱ、出气口Ⅱ和换热板，所述进气口Ⅱ与大气连通，所述出气口Ⅱ连接到循环风机的进气口，新鲜空气不断经过换热板后被加热，在循环风机的作用下送入到好氧发酵反应器，用于为系统发酵补充氧气；好氧发酵反应器内的发酵尾气在循环风机的作用下，进入汽水分离器，高温高湿的尾气通过与换热隔离板碰撞、换向以及换热，尾气中的水分被分离，除水后的尾气由出气口I排出，一部分尾气在循环风机的作用下回到好氧发酵反应器内，另一部分外排处理；所述汽水分离器罐体的内部设有换向管、过滤格栅、螺旋导向板、分液板和导液管；换向管从中心贯穿倾斜的换热隔离板，换热隔离板与换向管之间密封连接；过滤格栅设于换向管底部；螺旋导向板设于换热隔离板的下方，且沿竖直方向固定在换向管的外侧，其长度延伸至与过滤格栅的下端面平齐；分液板水平布置于过滤格栅的正下方并固定于罐体内壁上；导液管固定于在罐体内壁上，其上端面与换热隔离板最低点的上表面平齐，其下端面不高于分液板的下表面；所述过滤格栅是下大上小的喇叭形结构，其上端面的内、外圆直径与所述换向管的下端面内、外圆直径相同并密封连接；所述过滤格栅的内部设有多根蜂窝状布置的斜向毛细风管，气流通过由过滤格栅的下部通过毛细风管进入到换向管中，分离出来的水则沿着毛细风管的管壁往下流出至罐体底部；所述汽水分离器的罐体底部设有排水口，排水口的下端设有U形水封。
2.根据权利要求1所述的自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，其特征在于：在所述循环风机与汽水分离器出气口Ⅱ连接的管路上设有调节风阀Ⅰ，用于调节新鲜空气的进气量；在所述尾气外排管路上设有调节风阀Ⅱ，用于调节排出尾气的风量。
3.根据权利要求2所述的自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，其特征在于：所述U形水封的存水弯的最低处设有可快速开启的清污口。
4.根据权利要求3所述的自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，其特征在于：所述汽水分离器的罐体下方设有支座，支座与汽水分离器的罐体固定连接，用于对整个汽水分离器进行支撑和固定。
5.根据权利要求4所述的自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，其特征在于：尾气外排管路连接有除臭装置。
6.根据权利要求5所述的自动除水和热量循环利用的高温好氧发酵系统，其特征在于：所述除臭装置包括连接在调节风阀Ⅱ后的除臭风机和除臭滤塔。
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