CN111944666A - 秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法 - Google Patents

秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111944666A
CN111944666A CN202010899833.1A CN202010899833A CN111944666A CN 111944666 A CN111944666 A CN 111944666A CN 202010899833 A CN202010899833 A CN 202010899833A CN 111944666 A CN111944666 A CN 111944666A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
collecting
fermentation tank
energy
fermentation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010899833.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111944666B (zh
Inventor
姚义清
张怀文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest A&F University
Original Assignee
Northwest A&F University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest A&F University filed Critical Northwest A&F University
Priority to CN202010899833.1A priority Critical patent/CN111944666B/zh
Publication of CN111944666A publication Critical patent/CN111944666A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111944666B publication Critical patent/CN111944666B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/20—Material Coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/38—Caps; Covers; Plugs; Pouring means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/04—Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • C12M29/22—Oxygen discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M37/00—Means for sterilizing, maintaining sterile conditions or avoiding chemical or biological contamination
    • C12M37/04—Seals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/20—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes the heat transfer medium being a gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/24—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes inside the vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明属于秸秆类生物能源开发技术领域，具体涉及一种秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法，装置包括产气装置、热能收集装置与循环供能装置；产气装置包括发酵罐，发酵罐顶部固定连通有进料口，发酵罐顶壁固定附有第一隔热层，发酵罐底部设置有排液口和加热器；热能收集装置包括若干聚能环与若干吸热管；循环供能装置包括若干主导热管，相邻的聚能环之间通过主导热管连接。本发明的热能收集与循环供能装置，能将厌氧发酵过程中发酵罐向环境散发损失的热量收集后循环供能至发酵罐内，为发酵罐内微生物生长提供必要的热量供应，设计合理、可操作性强，节约能源。

Description

秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法
技术领域
本发明属于秸秆类生物能源开发技术领域，具体涉及一种秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法。
背景技术
我国秸秆类生物质能资源丰富，其中农作物播种面积约15亿亩，年产农业生物质约7亿吨，同时每年也会伴随产生大约8亿吨的农业作物废弃物，且种类繁多。面对能源危机、粮食短缺、环境污染等突出问题，秸秆类生物质的利用和生物转化尤为引人注目。其中，采用厌氧发酵方式(生物转化)可以将秸秆类生物质转化为甲烷、氢气等气体燃料以及可还田施用的沼液沼渣。这既有效缓解了农村能源紧张，又可以改善生态环境，有助于我国农业结构尽快向可持续性农业的转型。在秸秆类生物质的厌氧发酵过程中，众多生化反应在发生的同时会伴随有大量热量的生成。但是，在常规厌氧发酵设备中并没有对这些热量进行收集后循环利用，造成了能量的损耗和流失。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法。
本发明的目的是提供一种秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，包括产气装置、热能收集装置与循环供能装置；
所述产气装置包括发酵罐，所述发酵罐顶部固定连通有进料口，所述进料口内部为富集培养区，所述发酵罐内部为混合产气区，所述发酵罐顶壁、位于所述混合产气区上方处固定附有第一隔热层，所述发酵罐底部设置有排液口和加热器；
所述热能收集装置包括若干中空的管状结构的聚能环与若干吸热管；所有所述聚能环均套设于所述发酵罐外部，每个所述聚能环均通过吸热管与发酵罐外壁固定相连；
所述循环供能装置包括若干主导热管，相邻的聚能环之间通过所述主导热管连接，所述主导热管的顶部还与所述发酵罐顶部连接。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述发酵罐底壁设置有第二隔热层。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述排液口内设置有上粗下细的聚料斗，所述聚料斗内顶部设置有均布滤网，所述聚料斗下端连接有排液管，所述排液管上设置有排液阀。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述发酵罐顶部设置有第一抽气口；所述进料口顶部设置有罐盖，所述进料口底部安装有对称设置的左水平推拉式挡料机构与右水平推拉式挡料机构，所述进料口侧壁还设置有第二抽气口。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述左水平推拉式挡料机构包括前支板、后支板和挡板；所述进料口侧壁上相对的两侧分别开设有水平的左长条形导孔和右长条形导孔，所述挡板水平设置并滑动穿设在所述左长条形导孔内，所述前支板设置在所述进料口的外部左侧且位于所述挡板的前侧，所述后支板设置在所述前支板设置后侧，所述前支板和所述后支板均固定在所述发酵罐顶部，所述前支板后侧壁和所述后支板前侧壁均转动设有两个上下对称布置的导轮，所述挡板滑动连接在上、下两组导轮之间；
所述右水平推拉式挡料机构与所述左水平推拉式挡料机构的结构相同，且对称设置在所述进料口的两侧，所述右水平推拉式挡料机构的挡板穿设且滑动连接在所述进料口的右长条形导孔内。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述吸热管与所述发酵罐接触的一端设置有集热头的一端，所述集热头的另一端穿过所述发酵罐侧壁并伸入发酵罐内，所述吸热管与所述聚能环连接的一端伸入所述聚能环内部。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，还包括若干集热槽，所述集热槽安装在所述发酵罐顶部，所述集热槽通过分支导热管与最上层的聚能环连接；所述集热槽的末端穿过所述发酵罐顶壁并伸入混合产气区内。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述聚能环、所述吸热管、所述主导热管和所述集热槽均为空心管状结构；所述集热槽位于混合产气区内，且末端设有风扇。
优选的，上述秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，所述发酵罐内顶壁和内侧壁均设置有若干个高压喷嘴，每个所述高压喷嘴43均连通有分支水管，所有的分支水管汇总到所述发酵罐4外部的总水管上。
本发明还提供了一种利用上述装置进行秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能的方法，包括以下步骤：
步骤1，打开罐盖、左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，通过进料口将处理好的秸秆类生物质倒入发酵罐内的混合产气区，然后关闭左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，致使富集培养区和混合产气区被隔开；
步骤2，通过进料口向富集培养区投入发酵菌液富集所需试剂和产气菌源，然后关闭罐盖；
步骤3，通过第二抽气口将富集培养区内的空气抽出，当富集培养区内的气压达到0.08MPa时，抽气结束，关闭第二抽气口，对产气菌液富集培养4-5天；
步骤4，启动加热器，待发酵罐内上下区域之间的温度达到预设值且稳定后，再打开左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，使富集的产气菌液顺利流入混合产气区内，关闭左水平推拉式挡料机构和右水平推拉式挡料机构，通过第一抽气口将混合产气区内的空气向外抽出，当混合产气区内的气压达到0.08MPa时，关闭第一抽气口；按下发酵罐的开关按钮启动发酵，发酵过程中产生的热量经热能收集装置和循环供能装置实现热能循环利用。
与现有技术相比，本发明提供的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法，具有以下有益效果：
1、本发明提供的热能收集与循环供能装置，能将厌氧发酵过程中发酵罐向环境散发损失的热量收集后循环供能至发酵罐内，为发酵罐内微生物生长提供必要的热量供应，设计合理、可操作性强，节约能源。本发明既可以最大程度地保证装置的稳定运行，又有效降低了内在能量的损耗。
好氧发酵过程第一抽气口、第二抽气口只起到取气口的作用，而厌氧发酵第一抽气口、第二抽气口可以起到抽氧和取气口的作用。同时，好氧发酵无法生成甲烷，从能源角度来讲本发明重点应用于厌氧发酵。
本发明将富集培养区与混合产气区“合二为一”，尽可能的减少氧气的混入；通过设置左、右水平推拉式挡料机构及其密封装置，既方便推拉，又是较低成本。
附图说明
图1为本发明秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置的结构示意图；
图2为本发明的左、右水平推拉式挡料机构的结构示意图；
图3为本发明的左、右水平推拉式挡料机构与进料口连接的俯视图；
图4为本发明排液口的局部放大图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明中所述的“前侧”是指图1和图2中的前侧，指图3所示下端；所述的“后侧”指的是图1和图2中的后侧，指图3所示上端，所述“左侧、右侧”，分别指图1-3所述左侧和右侧。
本发明提供了一种秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，如图1-4所示，包括产气装置1、热能收集装置2与循环供能装置3，所述产气装置1包括发酵罐4、进料口5和排液口41；所述发酵罐4是中心轴线沿竖直方向设置的圆筒形，所述发酵罐4顶部固定有与所述发酵罐4罐体内部连通的进料口5，所述进料口5与所述发酵罐4同中心轴，所述进料口5内部为富集培养区6；所述发酵罐4内部为混合产气区7，所述发酵罐4顶壁、位于所述混合产气区7上方处固定附有一层第一隔热层8，第一隔热层8采用玻璃棉材质；所述发酵罐4底部设置有排液口41，可将发酵后的料液排出。优选的，所述排液口41内设置有上粗下细的聚料斗411，所述聚料斗411内顶部设置有均布滤网412，所述聚料斗411下端连接有排液管413，所述排液管413上设置有排液阀414。
所述发酵罐4顶部边缘、且位于所述进料口5侧方处设置有第一抽气口42，所述发酵罐4底部采用双层结构，双层结构中间填充有一层第二隔热层81，第二隔热层81也采用玻璃棉材质；所述进料口5顶部设置有罐盖51，所述进料口5底部布置有对称设置的左水平推拉式挡料机构52与右水平推拉式挡料机构53，所述进料口5侧壁还设置有第二抽气口54。
所述热能收集装置2包括若干中空的聚能环9与若干中空的吸热管10，所有所述聚能环9均套设于所述发酵罐4外部；所述聚能环9垂直于发酵罐4中心轴线安放，采用不锈钢材料；每个所述聚能环9均通过吸热管10与发酵罐4外壁固定相连。优选的，所述吸热管10的数量为8-15个，所述吸热管10与所述发酵罐4接触的一端设置有集热头101的一端，所述集热头101的另一端穿过所述发酵罐4侧壁并伸入发酵罐4内，所述集热头101与所述发酵罐4侧壁之间密封连接。且所述集热头101位于所述发酵罐4内的部分为防腐蚀性金属材质，所述集热头101位于所述发酵罐4外的部分为金属材质，便于传热和防止发酵物料对其腐蚀，所有所述集热头101围绕所述发酵罐4圆周外侧均匀布置，所述吸热管10与所述聚能环9连接的一端伸入所述聚能环9内部。
所述循环供能装置3包括若干中空的主导热管11和若干中空的集热槽12，相邻的聚能环9之间通过主导热管11连通，所述主导热管11与发酵罐4中心轴线平行。所述集热槽12安装在所述发酵罐4顶部、并位于所述富集培养区6下部与混合产气区7上部之间，所述集热槽12为不锈钢材质，其通过分支导热管与最上层的聚能环9连通。所述集热槽12的末端穿过所述发酵罐4顶壁并伸入混合产气区7内，所述集热槽12与所述发酵罐4顶壁之间为密封连接。所述集热槽12位于混合产气区7内，且末端设有风扇121，风扇121可以将集热槽12内的热量迅速输送至混合产气区7内，风扇121的叶片又可以起到搅拌的作用。优选的，所述集热槽12的数量为3-6对，每个所述集热槽12均连接有一个分支导热管，位于同侧的分支导热管共同连通于与其同侧的所述主导热管11上，所有的集热槽12、分支导热管均在进料口5两侧对称分布。
优选的，在本发明的实施例中，所述左水平推拉式挡料机构52包括前支板521、后支板522和挡板523；所述进料口5侧壁上相对的两侧分别开设有水平的左长条形导孔和右长条形导孔，所述挡板523水平设置并滑动穿设在所述左长条形导孔内，所述前支板521设置在所述进料口5的外部左侧且位于所述挡板523的前侧，所述后支板522设置在所述进料口5的外部左侧且位于所述挡板523的后侧，所述前支板521和所述后支板522下端均固定在所述发酵罐4顶部，所述前支板521后侧壁和所述后支板522前侧壁均转动设有两个上下对称布置的导轮524，所述挡板523位于上、下两组导轮524之间，其上表面与位于上部的两个导轮524滚动连接，所述述挡板523下表面与位于下部的导轮524滚动连接，并且每个所述导轮524均与所述挡板523齿合连接；所述挡板523沿前后方向的宽度、所述左长条形导孔沿前后方向的宽度、所述右长条形导孔沿前后方向的宽度和所述进料口5内部沿前后水平方向的宽度相等。
所述右水平推拉式挡料机构53与所述左水平推拉式挡料机构52的结构相同，且对称设置在所述进料口5的两侧，所述右水平推拉式挡料机构53的挡板穿设且滑动连接在所述进料口5的右长条形导孔内。所述左水平推拉式挡料机构52的挡板523右侧边一体设有厚度小于所述挡板523的限位棱条526，所述右水平推拉式挡料机构53的挡板左侧边沿长度方向开设有一道限位槽527，左水平推拉式挡料机构52的挡板523右侧边与右水平推拉式挡料机构53的挡板523左侧边在富集培养区6内对接，且限位棱条526伸入装配在限位槽527内。
所述进料口5上在左长条形导孔和右长条形导孔内壁四周均设有与挡板滑动密封配合的固定耐腐蚀密封条，所述挡板523前侧壁和后侧壁均设置有与所述进料口5内壁滑动密封配合的活动耐腐蚀密封条528，活动耐腐蚀密封条528固定在所述挡板523上。
优选的，所述挡板523位于所述进料口5的外部设置有推拉手把525。
优选的，所述发酵罐4内顶壁和内侧壁均设置有若干个高压喷嘴43；所述高压喷嘴43的喷头朝向所述发酵罐4内部，所有的所述高压喷嘴43的另一端均连通有一个分支水管，所有的分支水管汇总到位于所述发酵罐4外部一个总水管上，总水管用于外接水龙头。
所述发酵罐4内位于双层结构上布置有SUTE04电热式管状的加热器44，所述电热式管状加热器44能够外接电源。
本发明发酵罐4内部产生的热量由内向外散发，经集热头101和吸热管10吸收后到达聚能环9内。自然状态下聚能环9内的热量或者热空气由下向上流动，再经集热槽12进入发酵罐4内，实现热量循环。集热槽12末端的风扇121作用是为了加速热量的流动，减少气流动过程的损耗。本发明原理科学，设计合理，使厌氧发酵反应过程中所释放的热量得到了循环利用，既可以获得气体燃料，又有效降低了能量的损耗与能量输入。
需要说明的是，本发明中聚能环9、吸热管10、主导热管11和集热槽12均采用空心不锈钢管材，不锈钢管材能吸收发酵罐4散发的热量，“空心”结构具有聚热作用，能有效减少管内热量向外部环境散发，便于将热量转移至管内空气中，通过空气的移动来实现热量的循环利用，提高热量循环利用效率。
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种秸秆类生物质厌氧发酵过程热能收集与循环供能实验装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)打开罐盖51、左水平推拉式挡料机构52和右水平推拉式挡料机构53，通过进料口5将处理好的秸秆倒入发酵罐4内的混合产气区7，然后关闭左水平推拉式挡料机构52和右水平推拉式挡料机构53，致使富集培养区6和混合产气区7被隔开；
(2)通过进料口5向富集培养区6投入菌液富集所需试剂和产气菌源，然后关闭罐盖51；
(3)通过第二抽气口54将富集培养区6内的空气抽出，当富集培养区6内的气压达到0.08MPa时，抽气结束，关闭第二抽气口54，对产气菌液富集培养4-5天；
(4)启动加热器44，待发酵罐4内上下区域之间的温度达到预设值且稳定后，再打开左水平推拉式挡料机构52和右水平推拉式挡料机构53，使富集的产气菌液顺利流入混合产气区7内，关闭左水平推拉式挡料机构52和右水平推拉式挡料机构53，通过第一抽气口42将混合产气区7内的空气向外抽出，当混合产气区7内的气压达到0.08MPa时，关闭第一抽气口7；按下发酵罐4的开关按钮启动发酵，发酵过程中产生的热量经热能收集装置2和循环供能装置3实现热能循环利用；
(5)在发酵期间，可通过第一抽气口42抽取发酵后的气体，测试发酵后气体中甲烷等气体含量；同时隔1-3天打开排液阀414，通过排液管413取出发酵产生的发酵液，对发酵液进行分析测试；
(6)完成厌氧发酵后，打开排液阀414，通过高压喷嘴43向发酵罐4内喷水，将发酵后的发酵料液及内壁上附着的残留物冲刷洗掉，并经排液管413排出。
需要说明的是，本发明中未特别提及的部件连接关系均默认采用现有技术，由于其不涉及发明点，且为现有技术普遍应用，故不详述结构连接关系。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，包括产气装置(1)、热能收集装置(2)与循环供能装置(3)；
所述产气装置(1)包括发酵罐(4)，所述发酵罐(4)顶部固定连通有进料口(5)，所述进料口(5)内部为富集培养区(6)，所述发酵罐(4)内部为混合产气区(7)，所述发酵罐(4)顶壁、位于所述混合产气区(7)上方处固定附有第一隔热层(8)，所述发酵罐(4)底部设置有排液口(41)和加热器(44)；
所述热能收集装置(2)包括若干聚能环(9)与若干吸热管(10)；所有所述聚能环(9)均套设于所述发酵罐(4)外部，每个所述聚能环(9)均通过吸热管(10)与发酵罐(4)外壁固定相连；
所述循环供能装置(3)包括若干主导热管(11)，相邻的聚能环(9)之间通过所述主导热管(11)连接，所述主导热管(11)的顶部还与所述发酵罐(4)顶部连接。
2.根据权利要求1所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述发酵罐(4)底壁设置有第二隔热层(81)。
3.根据权利要求2所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述排液口(41)内设置有上粗下细的聚料斗(411)，所述聚料斗(411)内顶部设置有均布滤网(412)，所述聚料斗(411)下端连接有排液管(413)，所述排液管(413)上设置有排液阀(414)。
4.根据权利要求2所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述发酵罐(4)顶部设置有第一抽气口(42)；所述进料口(5)顶部设置有罐盖(51)，所述进料口(5)底部安装有对称设置的左水平推拉式挡料机构(52)与右水平推拉式挡料机构(53)，所述进料口(5)侧壁还设置有第二抽气口(54)。
5.根据权利要求4所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述左水平推拉式挡料机构(52)包括前支板(521)、后支板(522)和挡板(523)；所述进料口(5)侧壁上相对的两侧分别开设有水平的左长条形导孔和右长条形导孔，所述挡板(523)水平设置并滑动穿设在所述左长条形导孔内，所述前支板(521)设置在所述进料口(5)的外部左侧且位于所述挡板(523)的前侧，所述后支板(522)位于所述前支板(521)的后侧，所述前支板(521)和所述后支板(522)均固定在所述发酵罐(4)顶部，所述前支板(521)后侧壁和所述后支板(522)前侧壁均转动设有两个上下对称布置的导轮(524)，所述挡板(523)滑动连接在上、下两组导轮(524)之间；
所述右水平推拉式挡料机构(53)与所述左水平推拉式挡料机构(52)的结构相同，且对称设置在所述进料口(5)的两侧，所述右水平推拉式挡料机构(53)的挡板穿设且滑动连接在所述进料口(5)的右长条形导孔内。
6.根据权利要求1所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述吸热管(10)与所述发酵罐(4)接触的一端设置有集热头(101)的一端，所述集热头(101)的另一端穿过所述发酵罐(4)侧壁并伸入发酵罐(4)内。
7.根据权利要求1所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，还包括若干集热槽(12)，所述集热槽(12)安装在所述发酵罐(4)顶部，所述集热槽(12)通过分支导热管与最上层的聚能环(9)连接；所述集热槽(12)的末端穿过所述发酵罐(4)顶壁并伸入混合产气区(7)内。
8.根据权利要求7所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述聚能环(9)、所述吸热管(10)、所述主导热管(11)和所述集热槽(12)均为空心管状结构；所述集热槽(12)位于混合产气区(7)内，且末端设有风扇(121)。
9.根据权利要求1所述的秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置，其特征在于，所述发酵罐(4)内顶壁和内侧壁均设置有若干个高压喷嘴(43)，每个所述高压喷嘴(43)均连通有分支水管，所有的分支水管汇总到所述发酵罐(4)外部的总水管上。
10.一种利用权利要求5所述装置进行秸秆类生物质厌氧发酵过程热能收集与循环供能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，打开罐盖(51)、左水平推拉式挡料机构(52)和右水平推拉式挡料机构(53)，通过进料口(5)将处理好的秸秆类生物质倒入发酵罐(4)内的混合产气区(7)，然后关闭左水平推拉式挡料机构(52)和右水平推拉式挡料机构(53)，致使富集培养区(6)和混合产气区(7)被隔开；
步骤2，通过进料口(5)向富集培养区(6)投入发酵菌液富集所需试剂和产气菌源，然后关闭罐盖(51)；
步骤3，通过第二抽气口(54)将富集培养区(6)内的空气抽出，当富集培养区(6)内的气压达到0.08MPa时，抽气结束，关闭第二抽气口(54)，对产气菌液富集培养4-5天；
步骤4，启动加热器(44)，待发酵罐(4)内上下区域之间的温度达到预设值且稳定后，再打开左水平推拉式挡料机构(52)和右水平推拉式挡料机构(53)，使富集的产气菌液顺利流入混合产气区(7)内，关闭左水平推拉式挡料机构(52)和右水平推拉式挡料机构(53)，通过第一抽气口(42)将混合产气区(7)内的空气向外抽出，当混合产气区(7)内的气压达到0.08MPa时，关闭第一抽气口(7)；按下发酵罐4的开关按钮启动发酵，发酵过程中产生的热量经热能收集装置(2)和循环供能装置(3)实现热能循环利用。
CN202010899833.1A 2020-08-31 2020-08-31 秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法 Active CN111944666B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010899833.1A CN111944666B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010899833.1A CN111944666B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111944666A true CN111944666A (zh) 2020-11-17
CN111944666B CN111944666B (zh) 2022-11-25

Family

ID=73368171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010899833.1A Active CN111944666B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111944666B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112662542A (zh) * 2021-02-03 2021-04-16 邵阳学院 一种利用余热可提高保温性能的酵母菌发酵装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0158213A2 (de) * 1984-03-27 1985-10-16 Lorenz Kirmair Verfahren und Anlagen zur Produktion von Biogas
WO2010136318A1 (de) * 2009-05-08 2010-12-02 Fachhochschule Hannover Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen rühren und beheizen von flüssigfermentern (heiz-rührregister)
CN202881263U (zh) * 2012-09-20 2013-04-17 西安建筑科技大学 干法湿法联合发酵产沼气的反应装置
CN203582851U (zh) * 2013-11-06 2014-05-07 西安建筑科技大学 一种节能沼气发酵罐
CN105733931A (zh) * 2016-04-12 2016-07-06 广州市集木蓄能技术开发有限公司 一种发酵热能回收设备及热能回收方法
CN109678574A (zh) * 2019-02-21 2019-04-26 黑龙江省农业科学院畜牧研究所 秸秆粪污发酵取热装置及使用方法
CN110106068A (zh) * 2019-05-29 2019-08-09 河南理工大学 大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置及其实验方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0158213A2 (de) * 1984-03-27 1985-10-16 Lorenz Kirmair Verfahren und Anlagen zur Produktion von Biogas
WO2010136318A1 (de) * 2009-05-08 2010-12-02 Fachhochschule Hannover Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen rühren und beheizen von flüssigfermentern (heiz-rührregister)
CN202881263U (zh) * 2012-09-20 2013-04-17 西安建筑科技大学 干法湿法联合发酵产沼气的反应装置
CN203582851U (zh) * 2013-11-06 2014-05-07 西安建筑科技大学 一种节能沼气发酵罐
CN105733931A (zh) * 2016-04-12 2016-07-06 广州市集木蓄能技术开发有限公司 一种发酵热能回收设备及热能回收方法
CN109678574A (zh) * 2019-02-21 2019-04-26 黑龙江省农业科学院畜牧研究所 秸秆粪污发酵取热装置及使用方法
CN110106068A (zh) * 2019-05-29 2019-08-09 河南理工大学 大中型煤厌氧发酵分层加热实验装置及其实验方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PETER WEILAND: "Biogas production: current state and perspectives", 《APPL MICROBIOL BIOTECHNOL》 *
李楠 等: ""两相分区一体"对玉米秸秆沼气发酵过程中产气效率的影响", 《延边大学农学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112662542A (zh) * 2021-02-03 2021-04-16 邵阳学院 一种利用余热可提高保温性能的酵母菌发酵装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111944666B (zh) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101560466B (zh) 一种一体化沼气干发酵装置
CN102531310B (zh) 利用畜禽粪便的高效沼气池及沼气生产工艺
CN201686627U (zh) 一种处理有机废弃物的发酵装置
CN202576175U (zh) 利用畜禽粪便的高效沼气池
CN202322832U (zh) 一种软体车库型厌氧干发酵装置
CN101402096A (zh) 城市生物质垃圾两相厌氧消化产酸相反应器
CN111944666B (zh) 秸秆类生物质发酵过程热能收集与循环供能装置及方法
CN203582867U (zh) 分级式气力搅拌发酵装置
CN102690754A (zh) 联合厌氧发酵罐
CN205279415U (zh) 秸秆发酵储能罐
CN102827760A (zh) 一种控温好-厌氧耦合生物制氢装置和制氢方法
CN106479864B (zh) 农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统
CN203159605U (zh) 厌氧好氧一体化发酵沼气池
CN206014920U (zh) 生物质发酵用反应设备
CN208055226U (zh) 一种阶段鼓风堆肥装置
CN108410715B (zh) 一种木质纤维原料高固体产甲烷系统及其工艺方法
CN202558861U (zh) 一种秸秆生物气化反应器
CN201459120U (zh) 规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统
WO2022095267A1 (zh) 一种新型无泵式内循环式光合生物制氢反应器
CN210314175U (zh) 一种制酒装置
CN211814428U (zh) 生化综合中常温厌氧处理系统
CN201704324U (zh) 高浓度物料自动进出、高寒地区太阳能增温沼气装置
CN208562380U (zh) 一种用于沼气反应的干法厌氧发酵罐
CN210683774U (zh) 一种大型整体卧式连续沼气干发酵装置
CN203855525U (zh) 一种有机垃圾处理厌氧与好氧发酵耦合装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant