CN112845543A - 一种卧式高温好氧发酵反应系统 - Google Patents
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Abstract
一种卧式高温好氧发酵反应系统,包括通过管道依次连接的卧式好氧发酵反应器、换热器、风机组成的换气风路;所述卧式好氧发酵反应器包括卧置滚筒发酵罐及两侧的封盖组成密闭的发酵空间,封盖上设有进气口、排气口;所述卧式好氧发酵反应器还包括旋转接头、曝气管道、曝气装置,所述曝气装置设在卧置滚筒发酵罐内的底部;所述换热器设有冷媒入口、冷媒出口、热媒入口与热媒出口,所述曝气装置包括曝气腔体和设置在曝气腔体上的若干个曝气孔。利用本发明,可提高发酵效率,缩短发酵周期,降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及好氧发酵技术领域,具体涉及一种卧式高温好氧发酵反应系统。
背景技术
好氧发酵的目的为有效地实现污泥等有机垃圾等的无害化、减量化和稳定化。根据好氧发酵反应特性,持续为待发酵物料提供发酵所需充足的氧气并维持系统高温稳定能够提高发酵效率并分解有机物,快速脱水能够使细菌、病原体、虫卵等有害物质更充分灭杀,使有机废弃物中的抗生素加速降解,同时又可以钝化重金属。
现有技术中,为了增加待发酵物料与空气中氧气接触面积使发酵更充分,通过在卧式好氧发酵罐内增加抄板,随着发酵罐及罐内的抄板滚动,增加将待发酵物料与空气的接触面积。但因像污泥等有机垃圾的团粒结构比较致密,很难通过滚动及抄板使待发酵物料内部获取所需的氧气,导致发酵过程中溶解氧不够,使发酵不充分。
另外,现有技术中,卧式好氧发酵罐内需不断通入空气以达到发酵所需的供氧条件,但直接引入的空气会降低发酵系统内的温度,带来发酵过程的温度波动,使发酵不充分,降低了发酵效率;在通入空气的过程中,为了维持发酵系统温度的稳定大多是通过外源加热,其运行能耗高,经济性比较差;发酵系统为了达到去除水分的效果,直接将卧式好氧发酵罐中的高温高湿的发酵尾气抽出排放,可是发酵尾气中大量的热没有回收利用,造成热能损失,大大增加了系统运行成本;卧式好氧发酵罐中曝气装置要么结构复杂,要么曝气孔易堵塞或需要停工停产更换滤布来满足曝气效果,经济性差,人工成本高。
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,提供一种发酵效率高、周期短、能耗低的卧式高温好氧发酵反应系统。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是,一种卧式高温好氧发酵反应系统,包括通过管道依次连接的卧式好氧发酵反应器、换热器、风机组成的换气风路;所述卧式好氧发酵反应器包括卧置滚筒发酵罐及两侧的封盖组成密闭的发酵空间,其中卧置滚筒发酵罐外圆上设有与之固定套装的齿圈;卧式好氧发酵反应器还包括基座、固定在基座上的电机、减速机,套装在轴承座上的小齿轮,以及套装在轴承座上的托轮组,滚筒卧置在托轮组上,电机、减速机驱动小齿轮及与之啮合的齿圈从而驱动卧置滚筒发酵罐旋转,所述封盖上设有进气口、排气口;
所述封盖上设有进气口、排气口;所述卧式好氧发酵反应器还包括旋转接头、曝气管道、曝气装置,所述旋转接头通过旋转头上的法兰密封固定安装在封盖旋转中心的进气口上,所述曝气装置固设在卧置滚筒发酵罐内的底部;所述换热器设有冷媒入口、冷媒出口、热媒入口与热媒出口,所述换热器的冷媒入口与大气连通,冷媒出口与旋转接头的静止头通过管道连接,旋转接头的旋转头穿过进气口与曝气管道及曝气装置连通,在风机的作用下,大气从冷媒入口通过冷媒出口、旋转接头、曝气管道鼓入到曝气装置,对物料进行底部曝气;
所述换热器热媒入口与排气口管道连接,卧式好氧发酵反应器内的高温高湿的发酵尾气通过排气口流入热媒入口与换热器内的冷媒进行换热后,经热媒出口外排处理;
所述曝气装置包括曝气腔体和设置在曝气腔体上的若干个曝气孔。
进一步,所述曝气腔体是通过顶板、两块弧形板与卧置滚筒发酵罐弧形内壁组成的封闭的腔体。
进一步,所述曝气腔体是通过顶板、四周封板与卧置滚筒发酵罐弧形内壁组成的封闭的腔体。
进一步,所述的若干个曝气孔设于顶板上,曝气孔为气流大进小出的喇叭口结构,即在风机的作用下,鼓入曝气腔体内的气体从曝气孔射出时,气体流经的横截面积逐步减小。
进一步,所述顶板上还设有若干个曝气出口与若干个曝气盖板,曝气盖板覆盖在曝气出口上并与之可拆式密闭连接,所述若干个曝气孔设在曝气盖板上。
进一步,所述卧置滚筒发酵罐的外圆周上设有定位检测片,基座上还设有与定位检测片对应的传感器;当卧置滚筒发酵罐旋转时,定位检测片也跟随旋;当控制系统控制卧置滚筒发酵罐停止旋转时,传感器检测到定位检测片位置后,控制系统通过调整延时时间,使曝气装置停在圆周的最低端。保证了曝气装置在物料的下方,在实现精准控制。
进一步,所述卧式好氧发酵反应器两端封盖分别为左端封盖和右端封盖,所述封盖上分别设有排气口、进气口与进料口、尾气循环口、出料口;所述尾气循环口通过管道连接循环风机,该循环风机的进风口与换热器的热媒出口连接;在循环风机的作用下,热媒出口排出发酵尾气的一部分通过管道流回卧式好氧发酵反应器内,所述风路上还设有调节循环风机进气量的调节阀。
进一步,所述卧式高温好氧发酵反应系统还设有除臭装置及除臭风机,热媒出口的外排发酵尾气通过管道与除臭风机及除臭装置连通,在除臭风机的作用下,好氧发酵产生的发酵尾气经除臭装置后达标排放。
进一步,所述换热器底部还设有排液口与U型水封,所述换热器内热媒(卧式好氧发酵反应器内排出的湿热发酵尾气)与冷媒(新鲜空气)相遇后,在换热器内形成冷凝水,冷凝水通过排液口进入U型水封自动外排处理。
有益效果:
(1)卧式好氧发酵反应器内高温的发酵尾气经过换热器后对新鲜空气进行换热,发酵产生的余热得到充分利用,提升新鲜空气初始温度,换热后的新鲜空气进入卧式好氧发酵反应器底部对待发酵物料进行底部曝气,保证物料与新鲜空气中的氧气充分接触的同时也稳定了发酵系统的温度,提高发酵效率,缩短发酵周期。
(2)曝气时,卧置滚筒发酵罐停止转动,驱动卧置滚筒旋转的功耗为零,极大地节约系统能耗。
(3)卧式好氧发酵反应器通过设置的定位检测片与基座上的传感器,再根据卧置滚筒发酵罐内物料量通过控制系统来调整延时时间进行停止的方法,使曝气装置最终停在卧置滚筒发酵罐圆周的最底端,保证了曝气装置在物料的下方,实现精准控制。
(4)曝气孔结构为气体大进小出的喇叭口的设计,可在保证曝气装置承重结构的同时使细小物料通过曝气孔进入曝气腔体的路径距离降至最低,从而避免了细小物料因重力挤压变形而堵塞曝气孔,即便是很细小的物料掉入曝气腔体内,随着卧置滚筒发酵罐转动从而带动曝气装置转动至顶部时,细小物料也会随着曝气很轻易地鼓出曝气腔体。
(5)曝气装置结构简单、不堵塞、不需要维护、制造成本低,且可根据不同物料的物理及发酵属性更换开有不同尺寸与数量的带有曝气孔的曝气盖板,适应性强,经济性好。
(6)卧式好氧发酵反应器内的高温高湿的发酵尾气经过换热器换热冷凝后,其发酵尾气含水率大大降低,带走了卧式好氧发酵反应器内的水分,使发酵效率更高从而也实现了有效的减量化;发酵尾气一部分经循环回流至卧式好氧发酵反应器内,为卧式好氧发酵反应器内补充入热量,增加气体流动量,从而带走了水分,可缓解环境温度对发酵温度的影响,维持发酵系统的稳定,并提高了发酵效率。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图;
图2为图1所示实施例中卧式好氧发酵反应器的结构示意图;
图3为图2中的B向视图;
图4为图2中的C向视图;
图5为图2中的D向剖视图;
图6为图5中曝气腔体的另一种变式结构示意;
图7为图5中曝气装置的向视图;
图8为图5中曝气装置的等角轴侧视图;
图9为图6中曝气腔体的等轴视图;
图10为图6中曝气盖板的结构示意图;
图11为图10中E向的剖视图;
图12为图11中Ⅰ处的局部放大示意图;
图13为图1所示实施例中换热器的结构示意图;
图14为图1中Q处的局部放大示意图。
图中:1-卧式好氧发酵反应器、2-管道、3-换热器、4-风机、5-曝气装置、6-排气口、7-进气口、8-冷媒入口、9-冷媒出口、10-热媒入口、11-热媒出口、12-尾气循环口;13-物料、14-循环风机、15-调节阀、16-三通、17-除臭风机、18-除臭装置、19-旋转接头、20-曝气腔体、21-顶板、22-弧形板、22′-四周封板、23-曝气口、24-曝气盖板、25-曝气孔、26-卧置滚筒发酵罐、27-封盖、27A-左侧的封盖、27B-右侧的封盖、28-进料口、29-出料口、30-基座、31-电机、32-减速机、33-轴承座、34-小齿轮、35-托轮、36-齿圈、37-定位检测片、38-接近开关、39-曝气管道、40-排液口、41-U型水封、42-卧置滚筒发酵罐弧形内壁、43-旋转头、44-静止头、45-法兰。
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。
参照附图1-4、图14,本实施例包括卧式好氧发酵反应器1、管道2、换热器3、风机4、曝气装置5、除臭风机17、除臭装置18、旋转接头19、调节阀15组成的换气风路;
所述卧式好氧发酵反应器1包括由卧置滚筒发酵罐26及两端的封盖27组成的密闭发酵空间,所述左侧的封盖27A设有排气口6、进气口7与进料口28,所述右侧的封盖27B设有尾气循环口12、出料口29,所述换热器3设有冷媒入口8、冷媒出口9、热媒入口10、热媒出口11。
风机4进风口与大气连通,出风口与冷媒入口8与连通,冷媒出口9通过管道2连接旋转接头19的静止头44上,旋转接头19的旋转头43上的法兰45密封固定安装在左侧封盖27A的旋转中心上,并穿过进气口7与曝气管道39一端连通,曝气管道39另一端与曝气装置5连通。卧式好氧发酵反应器1内的发酵高温高湿发酵尾气通过管道2经排气口6流入热媒入口8与换热器3内的新鲜空气进行换热后,经热媒出口11通过管道2依次与三通16、除臭风机17连接,最后通过除臭装置18达标排放,除臭风机17用于克服除臭装置18的过滤风阻,保证发酵尾气顺畅通过除臭装置18以达标排放。在风机4与除臭风机17的共同所用下,大气中的新鲜空气不断经过换热器3被加热后送入卧式好氧发酵反应器1内底部的曝气装置5,为卧式好氧发酵反应器1内物料13的发酵提供具有一定温度的氧气。
所述右侧的封盖27B上的尾气循环口12通过管道2依次连接循环风机14并与热媒出口11的管道2上的三通16的另一个出口连接。热媒出口11排出的发酵尾气通过调节阀15控制,一部分发酵尾气在循环风机14的作用下流回到卧置滚筒发酵罐26内。卧式好氧发酵反应器1内的高温高湿的发酵尾气经过换热器3换热后,其含水率大大降低,经回流至卧式好氧发酵反应器1内,可降低卧式好氧发酵反应器1内的水分,从而提高发酵效率,并稳定了发酵系统的温度,使发酵更充分。
如图1、7、8、10所示,所述曝气装置5包括顶板21、两块弧形板22与卧置滚筒发酵罐弧形内壁42组成相对密闭的曝气腔体20。
图6和图9为曝气装置5的另一种结构形式,曝气装置5变形为通过顶板21、四周封板22′与卧置滚筒发酵罐弧形内壁42组成相对密闭的曝气腔体20。
所述顶板21开有曝气口23,曝气盖板24覆盖在曝气口23上并与曝气口23可拆式密闭连接;所述曝气盖板4上设有曝气孔25,在风机4的作用下,鼓入曝气腔体20内的气体从曝气孔25射出。
如图10、11、12所示,所述曝气孔25为气流大进小出的喇叭口结构,即曝气腔体20内的气体从曝气孔25射出时,气体流经的横截面积逐步减小,图11箭头方向为气体运动方向。大进小出式设计的曝气孔25可以避免物料13堵塞曝气孔25,即便是很细小的物料13掉入曝气腔体20内,随着卧置滚筒发酵罐26的转动也会通过曝气鼓出曝气腔体20外。
如图2所示,所述卧式好氧发酵反应器1包括基座30、固定在基座30上的电机31、减速机32、轴承座33及分别套装在轴承座33上的小齿轮34与托轮35,其中卧置滚筒发酵罐26外圆上设有与之固定套装的齿圈36。电机31驱动减速机32及套装在轴承座35上的小齿轮34转动,从而带动与小齿轮34相啮合的齿圈36旋转,进而带动卧置滚筒发酵罐26转动,托轮35与卧置滚筒发酵罐26外表面摩擦传动,起支撑卧置滚筒发酵罐26的作用。
如图1、2所示,所述卧置滚筒发酵罐26外壁设有定位检测片37,所述定位检测片37的位置在曝气装置5的正下方,基座30上还设有与定位检测片37对应的接近开关38。当控制系统(图中未示出)控制卧置滚筒发酵罐26停止旋转时,接近开关38检测到定位检测片37位置后,通过调整延时时间,使曝气装置5停在圆周的最低端,保证了曝气装置5在物料13的下方,以实现精准控制。
如图13所示,换热器3设有排液口40与U型水封41,换热器3内湿热的发酵尾气与鲜空气相遇后,因两者气体温差在换热器3内形成冷凝水,冷凝水通过排液口40进入U型水封41后自动外排处理。
本实施例的工作原理及方法:
一、使卧式好氧发酵反应器1内的物料13快速脱水的方法:大气在风机4的作用下将新鲜空气依次鼓入换热器3、管道2、旋转接头19、曝气管道39进入曝气腔体20,然后通过曝气孔25对物料13进行底部曝气;在物料13好氧发酵过程中产生大量的湿热发酵尾气,其湿热发酵尾气通过排气口6、管道2流入换热器3中,与换热器3中的新鲜空气进行换热,将湿热发酵尾气中的水分置换出来,其冷凝水经排液口40、U型水封41外排处理。
二、使曝气装置5准确停在物料13的正下方进行底部曝气的方法:卧置滚筒发酵罐26的外圆周上固定安装有定位检测片37,卧置滚筒发酵罐26旋转时,定位检测片37也跟随旋转,基座30上固设有与定位检测片37对应感应的接近开关38。系统控制卧置滚筒发酵罐26停止转动时,检测到接近开关38与检测片37的触发信号,然后延时一段时间T后停止。所述延时时间T为人工根据物料13的物料量进行调节,最终使曝气装置5准确的停在物料13的正下方对物料13进行底部曝气,实现了精准控制。
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 (10)
1.一种卧式高温好氧发酵反应系统,包括通过管道依次连接的卧式好氧发酵反应器、换热器、风机组成的换气风路;所述卧式好氧发酵反应器包括卧置滚筒发酵罐及两侧的封盖组成密闭的发酵空间,其中卧置滚筒发酵罐外圆上设有与之固定套装的齿圈;卧式好氧发酵反应器还包括基座、固定在基座上的电机、减速机,套装在轴承座上的小齿轮,以及套装在轴承座上的托轮组,滚筒卧置在托轮组上,电机、减速机驱动小齿轮及与之啮合的齿圈从而驱动卧置滚筒发酵罐旋转,其特征在于:
所述封盖上设有进气口、排气口;所述卧式好氧发酵反应器还包括旋转接头、曝气管道、曝气装置,所述旋转接头通过旋转头上的法兰密封固定安装在封盖旋转中心的进气口上,所述曝气装置固设在卧置滚筒发酵罐内的底部;所述换热器设有冷媒入口、冷媒出口、热媒入口与热媒出口,所述换热器的冷媒入口与大气连通,冷媒出口与旋转接头的静止头通过管道连接,旋转接头的旋转头穿过进气口与曝气管道及曝气装置连通,在风机的作用下,大气从冷媒入口通过冷媒出口、旋转接头、曝气管道鼓入到曝气装置,对物料进行底部曝气;
所述换热器热媒入口与排气口管道连接,卧式好氧发酵反应器内的高温高湿的发酵尾气通过排气口流入热媒入口与换热器内的冷媒进行换热后,经热媒出口外排处理;
所述曝气装置包括曝气腔体和设置在曝气腔体上的若干个曝气孔。
2.根据权利要求1所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述曝气腔体是通过顶板、两块弧形板与卧置滚筒发酵罐弧形内壁组成的封闭的腔体。
3.根据权利要求1所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述曝气腔体是通过顶板、四周封板与卧置滚筒发酵罐弧形内壁组成的封闭的腔体。
4.根据权利要求2或3所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述曝气孔为气流大进小出的喇叭口结构。
5.根据权利要求2-4之一所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述的若干个曝气孔设于顶板上。
6.根据权利要求2-4之一所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述顶板上还设有若干个曝气出口与若干个曝气盖板,曝气盖板覆盖在曝气出口上并与之可拆式密闭连接,所述若干个曝气孔设在曝气盖板上。
7.根据权利要求1-6之一所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述卧置滚筒发酵罐的外圆周上设有定位检测片,基座上还设有与定位检测片对应的传感器;当卧置滚筒发酵罐旋转时,定位检测片也跟随旋;当控制系统控制卧置滚筒发酵罐停止旋转时,传感器检测到定位检测片位置后,控制系统通过调整延时时间,使曝气装置停在圆周的最低端。
8.根据权利要求1-7之一所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:
所述两端的封盖分别为左端封盖和右端封盖,所述封盖上分别设有排气口、进气口与进料口、尾气循环口、出料口;所述尾气循环口通过管道连接循环风机,该循环风机的进风口与换热器的热媒出口连接;在循环风机的作用下,热媒出口排出发酵尾气的一部分通过管道流回卧式好氧发酵反应器内,所述风路上还设有调节循环风机进气量的调节阀。
9.根据权利要求1-8之一所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述卧式高温好氧发酵反应系统还设有除臭装置及除臭风机,热媒出口的外排发酵尾气通过管道与除臭风机及除臭装置连通,在除臭风机的作用下,好氧发酵产生的发酵尾气经除臭装置后达标排放。
10.根据权利要求1-9之一所述的卧式高温好氧发酵反应系统,其特征在于:所述换热器底部还设有排液口与U型水封。
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