CN113969235A - 一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可再生清洁能源制备设备技术领域，具体地说，涉及一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，该装置包括：接料仓(18)、精破揉丝机(19)、混合输送泵(20)、一级厌氧发酵罐(21)、二级厌氧发酵罐(22)和换热器(23)；接料仓(18)位于精破揉丝机(19)的前端，精破揉丝机(19)与位于其后端的混合输送泵(20)相连接，混合输送泵(20)通过管道与一级厌氧发酵罐(21)相连接，一级厌氧发酵罐(21)与二级厌氧发酵罐(22)相连接，换热器(23)与一级厌氧发酵罐(21)通过管道连接；该装置工艺流程短、操作方便、机械化和自动化程度高，非常适合工业化大中型秸秆沼气项目。

Description

一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置及其制备方法
技术领域
本发明属于可再生清洁能源制备设备技术领域，具体地说，涉及一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置及其制备方法。
背景技术
目前，农业秸秆产量庞大，不合理处置，会带来侵占耕地、危害生态环境等问题。利用秸秆厌氧发酵制备沼气，不仅可以解决环境问题，还能产生清洁能源沼气。
在秸秆厌氧发酵产沼气方面，目前公开的秸秆处理技术，通常是针对其中的某一处理过程的处理技术，如预处理，秸秆水解等，而针对整体制备沼气的方法还没有涉及。
另外，现有公开的秸秆预处理技术多为化学方法，而化学处理法，实际工程操作难度大，处理效果不易控制，且产生二次污染问题、机械化及自动化程度低，不适用于大型工程连续生产。
此外，目前已有的秸秆制备沼气的方法还存在以下问题：
1、原料储存难度大，干秸秆储存存在消防隐患；
2、预处理多为化学法，成本高，易产生二次污染；
3、厌氧罐进出料困难；
4、秸秆容易漂浮，混料难度大，不易混合均匀；
5、厌氧罐搅拌难度大，易出现漂浮结壳，长期运行难度大；
6、降解周期长，降解率低；
7、机械化及自动化程度低，人工需用量大，降低工作效率。
发明内容
为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，该装置解决了现有技术存在的预处理效果不理想，包含：含水秸秆粒径大，破碎困难，比表面积小等，进出料困难、自动化程度低、处理效率低、厌氧罐内容易漂浮的技术问题，该装置工艺流程短、操作方便、机械化和自动化程度高，非常适合工业化大中型秸秆沼气项目。
本发明提供的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，该装置包括：
接料仓、精破揉丝机、混合输送泵、一级厌氧发酵罐、二级厌氧发酵罐和换热器；
接料仓位于精破揉丝机的前端，精破揉丝机与位于其后端的混合输送泵相连接，混合输送泵通过管道与一级厌氧发酵罐相连接，一级厌氧发酵罐与二级厌氧发酵罐相连接，换热器与一级厌氧发酵罐通过管道连接。
作为上述技术方案的改进之一，所述装置还包括：粗破碎机、螺旋输送机、青贮池和第一上料输送机；
粗破碎机的后端设置螺旋输送机，螺旋输送机的后端设置青贮池，青贮池的后端设置第一上料输送机；
将秸秆物料送入粗破碎机进行粗破碎，将破碎后的秸秆物料通过螺旋输送机输送至青贮池进行窖藏，得到物料，并将其通过第一上料输送机输送至接料仓。
作为上述技术方案的改进之一，所述接料仓包括：接料箱、控制柜、若干推料装置、若干称重装置、分料输出设备、分料输出电机、若干拨料电机和若干拨料轴；
所述接料箱的顶部设有开口，作为入料口；所述接料箱的底部的一侧设有出料口；接料箱外的底部安装若干称重装置；控制柜安装在接料箱外的一侧；接料箱内的底部安装若干推料装置；所述推料装置的一侧，从底部依次向上安装分料输出设备和若干拨料轴，拨料轴上套设拨料机构；分料输出设备的一端沿着出料口穿出接料仓，其另一端与分料输出电机相连，用于输出拨料机构拨下来的物料至出料口；拨料轴的一端与拨料电机相连，其另一端位于接料箱内。
作为上述技术方案的改进之一，所述推料装置进一步包括：液压缸、液压站、若干推料板和对应的若干导轨；液压站和液压缸安装在接料箱外的一侧，且在该侧的底部安装若干液压缸，液压站控制若干液压缸；若干推料板等间距套设在导轨上，液压缸与导轨相连，驱动若干推料板做往复运动。
作为上述技术方案的改进之一，所述推料板进一步包括：三角形主体和两个翼板；所述翼板的一端固定在所述三角形主体的一角的端部上，且每个翼板的另一端通过弹簧与导轨相连；导轨向前推进时，所述翼板处于张开状态，将物料推入拨料轴处；导轨向后退回时，所述翼板处于收拢状态，物料不被再次带回。
作为上述技术方案的改进之一，混合输送泵包括依次顺序连接的进料仓、混料仓和输送仓；混料仓还增设液体接口，用于接收调配浆液；
混合输送泵的进料口与精揉丝破碎机的出料口相连接，揉丝后的秸秆物料直接落入混合输送泵的进料仓，并输送至混料仓，通过混料仓中的推料螺旋，混料仓将接收到的揉丝后的秸秆物料和调配浆液进行物料混匀制浆，得到混合物料。
作为上述技术方案的改进之一，所述精揉丝破碎机为连续进出料揉丝设备，与混合输送泵联动控制。
作为上述技术方案的改进之一，所述换热器为管壳式换热器，管道材质为不锈钢，管道弯头处使用法兰连接；换热器上增设循环加热泵，对一级厌氧发酵罐内的混合物料浆液进行循环换热。
作为上述技术方案的改进之一，所述一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐均为全混合式厌氧发酵罐，其内部设置有顶入式中央搅拌器；其中，搅拌器由多层螺旋桨式搅拌浆叶组成。
本发明还提供了一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的制备方法，该方法包括：
将收集到的秸秆物料送入粗破碎机进行粉碎处理，得到平均长度为3-5cm的秸秆，并将其送入青贮池或黄贮池进行窖藏，得到物料；
接料仓中的推料装置将从接料仓中的物料推送拨料机构，拨料机构上设有不同形状的齿牙和拨锤，通过拨料轴转动时，将推送的物料进行挤压和打散，特别是对板结和结坨的物料进行挤压和打散，分料输出设备11将拨料机构拨下来的物料17输出至出料口，并通过上料螺旋输送至精揉丝破碎机进行揉丝和研磨处理，得到揉丝后的秸秆物料；
将揉丝后的秸秆物料输送至混合输送泵，进行物料混匀制浆，得到混合物料浆液，并将其输送至一级厌氧发酵罐进行一次厌氧发酵，制备沼气，产生沼气和一次消化液；其中一部分一次消化液输送至二级厌氧发酵罐，进行二次厌氧发酵，制备沼气，产生沼气和二次消化液；剩余部分的一次消化液输送至与一次厌氧发酵罐外接的换热器，进行换热处理，并将换热后的一次消化液再输送回一次厌氧发酵罐，通过换热器实时控制一次消化液的温度，满足对混合物料浆液的加热需求；
将一级厌氧发酵罐内制备的沼气和二级厌氧发酵罐内制备的沼气输送至外部设置的沼气处理系统，进行后续处理；
将二次消化液输送至螺旋挤压脱水机，进行处理，得到沼渣和沼液。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的方法操作方便、制备沼气的效率高、制备沼气的量大，机械化和自动化程度高，可有效解决秸秆厌氧处理中存在的对混合物料浆液的预处理效果不理想、进出料困难、自动化程度低、处理效率低的问题。
附图说明
图1是本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的接料仓的结构示意图；
图2是图1的本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的接料仓的主视图；
图3是图1的本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的接料仓的俯视图；
图4是图2的本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的接料仓的A-A剖视图；
图5是图3的本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的接料仓的B-B的拨料轴同向转动的剖视图；
图6是图3的本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的接料仓的B-B的拨料轴异向转动的剖视图；
图7是本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置的结构示意图；
图8是本发明的一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的制备方法的流程图。
附图标记：
1、接料箱 2、控制柜
3、液压缸 4、液压站
5、称重装置 6、分料输出电机
7、拨料轴 8、导轨
9、推料装置 10、推料板
11、分料输出设备 12、拨料电机
13、入料口 14、出料口
15、三角形主体 16、翼板
17、物料 18、接料仓
19、精破揉丝机 20、混合输送泵
21、一级厌氧发酵罐 22、二级厌氧发酵罐
23、换热器 24、粗破碎机
25、螺旋输送机 26、青贮池
27、第一上料输送机 28、第二上料输送机
29、沼渣输送泵 30、浆液输送泵
31、回流泵 32、加热循环泵
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图7所示，本发明提供了一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，该装置包括：接料仓18、精破揉丝机19、混合输送泵20、一级厌氧发酵罐21、二级厌氧发酵罐22和换热器23；
接料仓18位于精破揉丝机19的前端，精破揉丝机19与位于其后端的混合输送泵20相连接，混合输送泵20通过管道与一级厌氧发酵罐21相连接，一级厌氧发酵罐21与二级厌氧发酵罐22相连接，换热器23与一级厌氧发酵罐21通过管道连接。
其中，所述装置还包括：粗破碎机24、螺旋输送机25、青贮池26和第一上料输送机27；
粗破碎机24的后端设置螺旋输送机25，螺旋输送机25的后端设置青贮池26，青贮池26的后端设置第一上料输送机27；
将秸秆物料送入粗破碎机24进行粗破碎，将破碎后的秸秆物料通过螺旋输送机25输送至青贮池26进行窖藏，得到物料17，并将其通过第一上料输送机27输送至接料仓18。在其他实施例中，所述青贮池26也可以用黄贮池替代。
如图1、2、3、4所示，所述接料仓包括：接料箱1、控制柜2、四个推料装置9、四个称重装置5、分料输出设备11、分料输出电机6、两个拨料电机12和两个拨料轴7；
所述接料箱1的顶部设有开口，作为入料口13；如图3所示，所述接料箱1的底部的右侧设有出料口14；如图1所示，接料箱外的底部安装四个称重装置5；控制柜2安装在接料箱外的左侧；接料箱内的底部安装四个推料装置9；所述推料装置9等间距放置；如图3和4所示，所述推料装置9的右侧，且该侧与安装控制柜2的一侧相对，从底部依次向上安装分料输出设备11和两个拨料轴7，拨料轴7上套设拨料机构；分料输出设备11的一端沿着出料口14穿出接料仓18，其另一端与分料输出电机6相连，如图5和6所示，用于输出拨料机构拨下来的物料17至出料口14；拨料轴7的一端与拨料电机12相连，其另一端位于接料箱1内。
所述接料箱1为顶部设有开口的长方体结构。所述接料箱1的容积可以根据不同的需求来设计，既可作为一个接料仓使用，又能作为储存仓使用；可以实现储存、加热保温、淋滤、沥水、除臭等功能。根据不同物料特性和设计需求，接料箱1的形状也可采用除了长方体结构以外的其他任何合理的形式。
所述推料装置9进一步包括：液压缸3、液压站4、若干推料板10、和对应的若干导轨8；液压站4和液压缸3安装在接料箱外的一侧，且在该侧的底部安装四个液压缸3，液压站4控制四个液压缸3；其中，液压缸3设有行程位移控制开关，用于调节推料的行程；若干推料板10等间距套设在导轨8上，液压缸3与导轨8相连，驱动推料板10做往复运动。
所述推料板10进一步包括：三角形主体15和两个翼板16；所述翼板16的一端固定在所述三角形主体15的一角的端部上，且每个翼板16的另一端通过弹簧与导轨8相连；导轨8向前推进时，所述翼板16处于张开状态，将物料17推入拨料轴7处；导轨8向后退回时，所述翼板16处于收拢状态，有效防止物料17被再次带回。导轨8的往复运动，增加推进或减少回拉的阻力。
所述拨料机构为六棱轴式拨料机构。拨料机构上设有不同形状设计的齿牙和拨锤，在拨料轴转动时，可对板结和结坨的物料17进行挤压和打散；例如，在冬天的时候，物料易结冰，可以起到破冰的作用。拨料轴满载到空载间隔时间大于设定值，表示物料复杂，需要更长时间打散、破碎，拨料轴变频提速，增强破碎能力。
所述分料输出设备11为包括但不限于螺旋式输出设备或链板式输出设备。
所述称重装置5，其包括若干传感器，用于有效、精准的采集数据，获取接料箱的称重数据和物料的输送量数据，同时起到支撑作用，实现定时、定量地将物料通过上料螺旋输送至至精揉丝破碎机。其中，不同容积的接料箱采用不同数量的传感器。
所述控制柜2包括控制系统，用于综合统计处理计量，输送、破碎分料数据后调整接收输送参数，自动调整入料量和出料量的参数，可实现无人操作，避免搭桥引起的无效率运行，卡死引起的电机及设备损坏。所述控制系统，用于控制推料装置的开启和停止、拨料轴的开启和停止、分料输出设备的开启和停止。
其中，混合输送泵20包括依次顺序连接的进料仓、混料仓和输送仓；混料仓还增设液体接口，用于接收调配浆液；
混合输送泵的进料口与精揉丝破碎机的出料口相连接，揉丝后的秸秆物料直接落入混合输送泵的进料仓，并输送至混料仓，通过混料仓中的推料螺旋，混料仓将接收到的揉丝后的秸秆物料和调配浆液进行物料混匀制浆，得到混合物料。其中，混合物料在输送至输送仓的过程中，在输送仓和管道中会进一步混合均匀，更有利于厌氧发酵。
混合输送泵具有混料输送一体化功能，可以满足含水10％以内的物料的管道输送。其中，混料仓中的推料螺旋在推动混合物料向输送仓移动的同时，完成混合物料的混合与均质。其中，调配浆液优选为一次消化液。
为节约用水，利用消化液回流泵，将一级厌氧罐内的消化液通过混料仓增设的液体接口输送至混料仓内，作为调配用的调配浆液，与接收到的揉丝后的秸秆物料进行物料混匀制浆，得到混合物料。利用消化液回流泵，对一级发酵罐内的消化液进行回收再利用，可以避免沼液回流，最大程度延长秸秆在发酵罐内的停留时间，提高降解率和产气率。
其中，该精揉丝破碎机19采用连续进出料揉丝设备，与后端混合输送泵联动控制，该破碎机可以破坏秸秆的表面蜡质和木质素晶体结构，使得秸秆内的纤维素与半纤维素被暴露，有利于厌氧发酵过程中纤维素的降解，从而提高秸秆降解率与产气率。
所述换热器23呈外置管壳状结构，其增设防堵塞，用于满足秸秆物料的加热要求。换热器23上增设循环加热泵32，对一级厌氧发酵罐21内的混合物料浆液进行循环换热，使其温度达到中温厌氧消化所需温度。
所述换热器23采用管壳式换热器，管道材质为不锈钢，管道弯头处使用法兰连接。该管壳式换热器具有换热面积大、混合物料浆液在管壳式换热器中不易堵塞、维护检修方便和占地面积小的特点。
所述一级厌氧发酵罐21和二级厌氧发酵罐22均为全混合式厌氧发酵罐，其内部设置有顶入式中央搅拌器；其中，搅拌器由多层螺旋桨式搅拌浆叶组成。其中，搅拌器的下部桨叶在罐内形成自上而下的搅拌流场，搅拌器的上部桨叶用于破除浮渣；
其中，搅拌器的上部桨叶位于罐内液面以下0.5m处，搅拌器旋转时，打碎浮渣。由于搅拌器的上部浆叶距离罐内液面近，搅拌器旋转时，轴中心部位的沼液形成向下的漩涡，有利于携带罐内上层易漂浮的固体物再次进入罐内流场，同时当物料很快到达上部搅拌器叶片时，再次被搅拌器的上部浆叶打碎，进而实现碎浮渣功能。打碎后的浮渣在二级厌氧发酵罐内流场的带动下向罐底运动，沿出料口排出后，进入挤压脱水机进行脱水。其中，位于搅拌器的底部的两层叶轮，最底层叶轮距离厌氧发酵罐的底层仅为一个叶轮的叶片直径，因此，其下部桨叶可对厌氧发酵罐的底部形成强大的流场冲刷，防止积沙。
其中，无法破碎的浮渣在搅拌器流场的作用下向厌氧发酵罐的内壁移动。厌氧发酵罐内、靠近安全液面处设有浮渣收集槽，在搅拌器流场作用下，液面层悬浮物向罐壁移动，进入配有冲洗管道的浮渣收集槽。在冲洗水及重力的作用下通过浮渣收集管道进入出料管道。浮渣收集管同时配有冲洗水与压缩气，避免结块浮渣在管道内的堵塞。整个过程采用自动化运行，与厌氧发酵罐的进料、出料交替自动运行。在人工巡视发现液面浮渣层时，可以启动手动应急模式集中排渣，从而确保一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐的正常运行。
如图8所示，本发明提供了一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的制备方法，该方法包括：
将收集到的秸秆送入粗破碎机进行粉碎处理，得到平均长度为3-5cm的秸秆，并将其送入青贮池或黄贮池进行窖藏，得到物料；
接料仓中的推料装置将从接料仓中的物料推送拨料机构，拨料机构上设有不同形状的齿牙和拨锤，通过拨料轴转动时，将推送的物料进行挤压和打散，特别是对板结和结坨的物料进行挤压和打散，分料输出设备11将拨料机构拨下来的物料17输出至出料口，并通过第二上料输送机28输送至精揉丝破碎机19进行揉丝和研磨处理，得到揉丝后的秸秆物料；
将揉丝后的秸秆物料输送至混合输送泵20，进行物料混匀制浆，得到混合物料浆液，并将其输送至一级厌氧发酵罐21进行一次厌氧发酵，制备沼气，产生沼气和一次消化液；其中一部分一次消化液输送至二级厌氧发酵罐，进行二次厌氧发酵，制备沼气，产生沼气和二次消化液；剩余部分的一次消化液输送至与一次厌氧发酵罐外接的换热器，进行换热处理，并将换热后的一次消化液再输送回一次厌氧发酵罐，通过换热器实时控制一次消化液的温度，满足对混合物料浆液的加热需求；
将一级厌氧发酵罐21内制备的沼气和二级厌氧发酵罐22内制备的沼气输送至外部设置的沼气处理系统，进行后续处理；
将二次消化液输送至螺旋挤压脱水机，进行处理，得到沼渣和沼液。
其中，混合物料浆液在一级厌氧发酵罐中完成厌氧发酵，产生沼气。其中，混合物料浆液包括：揉丝后的秸秆物料输送至混合输送泵20后进行物料混匀制浆，而得到的混合物料浆液，还包括：上述的混合物料浆液与沼液混合的物料浆液。一级厌氧发酵罐21的主要作用是在适当的温度、pH值等条件下，将混合物料浆液在一级厌氧发酵罐内的发酵细菌作用下降解，最终转化为沼气。
其中，接料仓可以破坏秸秆的表面蜡质和木质素晶体结构，使得秸秆内的纤维素与半纤维素被暴露，有利于厌氧发酵过程中纤维素的降解，从而提高秸秆降解率与产气率。
精破揉丝机为连续进出料揉丝设备，与后端混合输送泵联动控制。
由于秸秆降解周期较长，对混合物料浆液采用两级厌氧发酵方法，混合物料浆液首先进入一级厌氧发酵罐进行发酵，制备产生沼气、一级消化液和沼渣，制备产生的沼气从一级厌氧发酵罐的顶部排出，并收集至沼气处理系统，而发酵后的沼渣和经过换热后的一级消化液从一级厌氧发酵罐的底部的出料口流入二级厌氧发酵罐，二级厌氧发酵罐可以继续对沼渣和经过换热后的一级消化液进行二次厌氧发酵，再制备产生沼气、二级消化液和残渣，二级厌氧发酵罐内制备产生的沼气和一级厌氧发酵罐内制备产生的沼气一起进入外部设置的沼气处理系统，二级厌氧发酵罐内产生的残渣则进入外部设置的挤压脱水机进行分离，得到沼渣和沼液。
由于厌氧菌的最适生长温度在35℃～40℃或55℃～60℃之间，因此，为保证一级厌氧发酵罐内发酵的高效性，在一级厌氧发酵罐的外部连接换热器；其中，一级厌氧发酵罐设有加热口，罐内的混合物料浆液和一级消化液通过泵输送至换热器进行加热，加热后的混合物料浆液和一级消化液再返回至一级厌氧发酵罐内继续发酵。
一级厌氧发酵罐内还增设温度监测装置，在本实施例中，上述温度监测装置为温度计，当检测到罐内的混合物料浆液和一级消化液低于预先设定的温度值时，换热器将自动开启，对一级厌氧发酵罐内的混合物料浆液和一级消化液进行循环加热，直至达到发酵所需要的混合物料浆液温度和一级消化液温度时，换热器将减少加热量或停止加热。
一级厌氧发酵罐外还增设保温装置，减少一级厌氧发酵罐内的温度散失。保温装置中的保温层外铺设彩钢板，罐体外部整洁美观。如需要节约能耗，二次发酵罐可以只做保温处理，不外设换热器。
一厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐均采用完全混合式(CSTR)发酵罐。该发酵罐设有顶部安装的机械式中央搅拌器，该搅拌器上设有多组搅拌桨叶，其中下部的浆叶在罐内形成自上而下的搅拌流场，其上部的桨叶用于破除浮渣，其上部的桨叶位于罐内液面以上0.5m处，该机械式中央搅拌器旋转时，打碎浮渣，打碎后的浮渣在一级厌氧发酵罐内流场的带动下，向罐底运动，沿一级厌氧发酵罐的底部设有的出料口排出。
搅拌器的下部桨叶的尺寸大于搅拌器的中部桨叶的尺寸，能够在一级厌氧发酵罐内形成自上而下的流场，充分混合罐内的混合物料浆液。
一厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐的进料口和出料具有排砂、排浮渣功能，同时避免短流。一厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐的罐体上均设置有备用进料口和出料口。
一厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐均采用中上部进料、底部中央排料，其出料口位于搅拌器正后端，防止罐内积砂。
为了便于设备维护，一厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐的罐体外均设有爬梯和缓冲平台，便于操作人员到达罐顶；罐顶设有操作人员行走的通道与操作平台，操作平台周围安装护栏。操作人员站在观察平台上，通过设置在罐体上部的观察孔观察每个发酵罐内情况，观察孔处设置观察平台。
每个厌氧发酵罐内均安装温度计和液位仪的在线监测设备，其数据能在与外部连接的显示设备上进行实时显示。其中，温度计监测混合物料浆液的温度，当混合物料浆液的温度高于预先设定温度时，循环换热管路阀门开启，换热器开启，循环换热泵对罐内的混合物料浆液进行循环换热。维持罐内的混合物料浆液的温度在中温厌氧消化所需温度范围内，保证厌氧消化的正常稳定运行，正常制备沼气。液位仪是用来测量每个厌氧发酵罐内的液面高度，始终保持固定的液面高度。
每个厌氧发酵罐内制备产生的沼气出口处安装有压力传感器、流量计和沼气气体分析仪，能够在线检测每个厌氧发酵罐内的气体压力和气体流量，同时利用沼气气体分析仪，分析每个厌氧发酵罐内的沼气中的各气体组分；其中，各气体组分包括：甲烷、二氧化碳、硫化氢和氧气。
每个厌氧发酵罐的进料管道上安装流量计，用于记录进入厌氧发酵罐的混合物料浆液或一次消化液。在进料管道上设取样口，用于定期取样检测混合物料浆液或一次消化液的含固率、pH值和氨氮的特性参数。
每个厌氧发酵罐内安装液位仪和液位开关；其中，液位仪实时监测罐内液面位置，根据液面高度，调整进出口物料输送泵的输送能力，目的是为了使罐内保持预设的固定高度。液位开关为保护装置，当罐内液面高于预先设定值时，液位开关报警，关闭进料口阀门和进料口物料输送泵，停止进料。同时出料口物料输送泵开至最大输送能力，短时间内使罐内液面回落至安全位置，即当前液面低于预先设定值。
每个厌氧发酵罐的顶部还安装高低压保护装置，根据罐内产气能力设定压力报警范围，确保每个厌氧发酵罐罐体的结构安全；高低压保护装置根据设定的最高与最低压力边界值进行在线监测及自动控制。
本发明的一级厌氧发酵罐有机负荷≥4kg VS/m3d，罐内停留时间与物料的有机质含量相关。其中，有机质含量越高，完全降解需要的时间越长，在罐内停留的时间越长。
一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐的四周还设置有排砂口，排砂口可以与预处理的旋流除砂系统连接，进行循环除砂，从排砂口排出的砂通过预处理的旋流除砂系统排出，一级消化液和二级消化液则返回至对应的一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐内。
本发明的装置制备产生的沼气可作为能源使用。二次厌氧发酵罐排出的沼渣可进行脱水处理得到沼液与沼渣。脱水后沼渣含水率≤70％，沼液含水率≥95％。
考虑到物料输送及处理过程中会产生恶臭气体，为保证整个装置无二次污染产生，本发明对接收、输送、处理设备都实行密闭措施，并留有臭气抽排口。其中，该臭气抽排口设置在该装置中的每个部件的顶部。
本发明所有处理工艺及设备均可由现有的计算机控制系统进行控制，使本发明的装置在最优条件下进行制备产生沼气。在制备过程中，所有数据均可以在现有的中央控制系统监测并记录下来，并可以通过现有的远程数据通讯到计算机上，操作人员根据不同的权限，可以实现在线的操作、切换、参数的调整、运行设备的切除等功能。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，该装置包括：接料仓(18)、精破揉丝机(19)、混合输送泵(20)、一级厌氧发酵罐(21)、二级厌氧发酵罐(22)和换热器(23)；
接料仓(18)位于精破揉丝机(19)的前端，精破揉丝机(19)与位于其后端的混合输送泵(20)相连接，混合输送泵(20)通过管道与一级厌氧发酵罐(21)相连接，一级厌氧发酵罐(21)与二级厌氧发酵罐(22)相连接，换热器(23)与一级厌氧发酵罐(21)通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述装置还包括：粗破碎机(24)、螺旋输送机(25)、青贮池(26)和第一上料输送机(27)；
粗破碎机(24)的后端设置螺旋输送机(25)，螺旋输送机(25)的后端设置青贮池(26)，青贮池(26)的后端设置第一上料输送机(27)；
将秸秆物料送入粗破碎机(24)进行粗破碎，将破碎后的秸秆物料通过螺旋输送机(25)输送至青贮池(26)进行窖藏，得到物料(17)，并将其通过第一上料输送机(27)输送至接料仓(18)。
3.根据权利要求2所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述接料仓(18)包括：接料箱(1)、控制柜(2)、若干推料装置(9)、若干称重装置(5)、分料输出设备(11)、分料输出电机(6)、若干拨料电机(12)和若干拨料轴(7)；
所述接料箱(1)的顶部设有开口，作为入料口(13)；所述接料箱(1)的底部的一侧设有出料口(14)；接料箱外的底部安装若干称重装置(5)；控制柜(2)安装在接料箱外的一侧；接料箱内的底部安装若干推料装置(9)；所述推料装置(9)的一侧，从底部依次向上安装分料输出设备(11)和若干拨料轴(7)，拨料轴(7)上套设拨料机构；分料输出设备(11)的一端沿着出料口(14)穿出接料仓(18)，其另一端与分料输出电机(6)相连，用于输出拨料机构拨下来的物料(17)至出料口(14)；拨料轴(7)的一端与拨料电机(12)相连，其另一端位于接料箱(1)内。
4.根据权利要求3所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述推料装置(9)进一步包括：液压缸(3)、液压站(4)、若干推料板(10)和对应的若干导轨(8)；液压站(4)和液压缸(3)安装在接料箱外的一侧，且在该侧的底部安装若干液压缸(3)，液压站(4)控制若干液压缸(3)；若干推料板(10)等间距套设在导轨(8)上，液压缸(3)与导轨(8)相连，驱动若干推料板(10)做往复运动。
5.根据权利要求3所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述推料板(10)进一步包括：三角形主体(15)和两个翼板(16)；所述翼板(16)的一端固定在所述三角形主体(15)的一角的端部上，且每个翼板(16)的另一端通过弹簧与导轨(8)相连；导轨(8)向前推进时，所述翼板(16)处于张开状态，将物料(17)推入拨料轴(7)处；导轨(8)向后退回时，所述翼板(16)处于收拢状态，物料(17)不被再次带回。
6.根据权利要求1所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，混合输送泵(20)包括依次顺序连接的进料仓、混料仓和输送仓；混料仓还增设液体接口，用于接收调配浆液；
混合输送泵的进料口与精揉丝破碎机的出料口相连接，揉丝后的秸秆物料直接落入混合输送泵的进料仓，并输送至混料仓，通过混料仓中的推料螺旋，混料仓将接收到的揉丝后的秸秆物料和调配浆液进行物料混匀制浆，得到混合物料。
7.根据权利要求1所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述精揉丝破碎机(19)为连续进出料揉丝设备，与混合输送泵(20)联动控制。
8.根据权利要求1所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述换热器(23)为管壳式换热器，管道材质为不锈钢，管道弯头处使用法兰连接；换热器上增设循环加热泵，对一级厌氧发酵罐(21)内的混合物料浆液进行循环换热。
9.根据权利要求1所述的高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的装置，其特征在于，所述一级厌氧发酵罐(21)和二级厌氧发酵罐(22)均为全混合式厌氧发酵罐，其内部设置有顶入式中央搅拌器；其中，搅拌器由多层螺旋桨式搅拌浆叶组成。
10.一种高效的秸秆厌氧发酵制备沼气的制备方法，该方法包括：
将收集到的秸秆物料送入粗破碎机进行粉碎处理，得到平均长度为3-5cm的秸秆，并将其送入青贮池或黄贮池进行窖藏，得到物料；
接料仓中的推料装置将从接料仓中的物料推送拨料机构，拨料机构上设有不同形状的齿牙和拨锤，通过拨料轴转动时，将推送的物料进行挤压和打散，特别是对板结和结坨的物料进行挤压和打散，分料输出设备11将拨料机构拨下来的物料17输出至出料口，并通过上料螺旋输送至精揉丝破碎机进行揉丝和研磨处理，得到揉丝后的秸秆物料；
将揉丝后的秸秆物料输送至混合输送泵，进行物料混匀制浆，得到混合物料浆液，并将其输送至一级厌氧发酵罐进行一次厌氧发酵，制备沼气，产生沼气和一次消化液；其中一部分一次消化液输送至二级厌氧发酵罐，进行二次厌氧发酵，制备沼气，产生沼气和二次消化液；剩余部分的一次消化液输送至与一次厌氧发酵罐外接的换热器，进行换热处理，并将换热后的一次消化液再输送回一次厌氧发酵罐，通过换热器实时控制一次消化液的温度，满足对混合物料浆液的加热需求；
将一级厌氧发酵罐内制备的沼气和二级厌氧发酵罐内制备的沼气输送至外部设置的沼气处理系统，进行后续处理；
将二次消化液输送至螺旋挤压脱水机，进行处理，得到沼渣和沼液。
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