CN114620901A - 一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统 - Google Patents

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廖达琛
叶强
常星岚
奚爽
楼志杰
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Abstract

本发明涉及一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，包括沼气燃烧模块、烟囱(4)、沼液进料泵(5)、预热浆化器(6)、预热浆化搅拌器(7)、热水解进料泵(8)、热水解反应器(9)、闪蒸控制阀(10)、闪蒸反应器(11)、闪蒸出料泵(12)和蒸汽回流控制阀(13)。本发明的有益效果是：本发明通过沼气发电机的烟气直接对沼液进行加热并进行热水解反应，并利用加热后的乏气对预热浆化器进行预热，从而不仅省去了蒸汽锅炉，还提升了热量利用效率，使热水解系统顺利运行。

Description

一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统
技术领域
本发明涉及热水解技术领域，更确切地说，它涉及一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统。
背景技术
目前热水解反应都是采用蒸汽加热，但是蒸汽往往需要额外制备，因此需要额外设置蒸汽锅炉，不仅提升了成本，还因转换成蒸汽过程中热量损失进而导致热量利用效率降低。在沼气工程中，蒸汽的制备热源一般采用烟气，其热量难以制备足量的蒸汽，而且当发电机负荷降低时，热量不足问题尤为突出。最终导致热水解系统的沼液处理量下降，甚至停止作业。
另一方面，当烟气对沼液进行加热后，温度难以降至热水解反应温度以下，如果直接排放，会导致热量利用效率不高，与制备蒸汽加热沼液的工艺相比，体现不出优势。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，包括：沼气燃烧模块、烟囱、沼液进料泵、预热浆化器、预热浆化搅拌器、热水解进料泵、热水解反应器、闪蒸控制阀、闪蒸反应器、闪蒸出料泵和蒸汽回流控制阀；
其中，沼气燃烧模块、热水解反应器、预热浆化搅拌器和烟囱依次连接；沼液进料泵、预热浆化器、热水解进料泵、热水解反应器、闪蒸控制阀、闪蒸反应器和闪蒸出料泵依次连接；闪蒸反应器还通过蒸汽回流控制阀与预热浆化搅拌器连接。
作为优选，所述沼气燃烧模块包括沼气发电机、脱硝装置和烟气控制阀，所述沼气发电机、脱硝装置、烟气控制阀和热水解反应器依次连接。
作为优选，所述热水解反应器内设有烟气盘管。
作为优选，所述预热浆化器上设有烟气夹套，所述烟气夹套包围预热浆化器。
作为优选，系统包括至少一个热水解反应器，所述至少一个热水解反应器中的任一热水解反应器具有对应的烟气控制阀。
作为优选，沼气燃烧模块包括至少一台沼气发电机，所述至少一台沼气发电机的烟气管道共用。
作为优选，所述脱硝装置后的烟气管道与烟囱之间设有直通管道和控制阀门。
第二方面，本申请提供了一种沼气工程沼液烟气热水解方法，由第一方面任一所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统执行，包括：
步骤1、沼液通过沼液进料泵进入预热浆化器，经烟气和回流蒸汽的双重作用下进行预热和浆化，并通过预热浆化搅拌器进行搅拌；
步骤2、预热和浆化后的沼液通过热水解进料泵进入热水解反应器，在烟气的加热后温度升至160℃以上，进行热水解反应；
步骤3、打开闪蒸控制阀，高温高压沼液释压，并冲入闪蒸反应器进行闪蒸反应；
步骤4、打开蒸汽回流控制阀，蒸汽回流至预热浆化搅拌器对沼液进行预热；
步骤5、启动闪蒸出料泵，将热水解和闪蒸后的沼液输送至厌氧发酵反应器进行厌氧发酵，并产生沼气；
步骤6、利用沼气发电机燃烧沼气并进行发电，产生高温烟气，高温烟气经脱硝装置进行脱硝，再在烟气控制阀的作用下进入热水解反应器的烟气盘管中，对沼液进行加热；
步骤7、烟气对沼液加热后温度下降成为乏气，之后进入预热浆化器的夹套中，对常温的沼液进行预热，所述乏气的温度进一步下降，并通过烟囱排放。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过沼气发电机的烟气直接对沼液进行加热并进行热水解反应，并利用加热后的乏气对预热浆化器进行预热，从而不仅省去了蒸汽锅炉，还提升了热量利用效率，使热水解系统顺利运行。
2、本发明中的烟气对沼液加热后进入预热浆化器的夹套中，对常温的沼液进行预热，进一步提升了热量利用效率。
3、本发明通过烟气对多个热水解反应器依照反应时序轮流进行加热，使热水解反应更加充分，提高了热水解效率。
附图说明
图1为本申请提供的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统的结构示意图；
附图标记说明：沼气发电机1、脱硝装置2、烟气控制阀3、烟囱4、沼液进料泵5、预热浆化器6、预热浆化搅拌器7、热水解进料泵8、热水解反应器9、闪蒸控制阀10、闪蒸反应器11、闪蒸出料泵12、蒸汽回流控制阀13。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1：
一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，如图1所示，包括：沼气燃烧模块、烟囱4、沼液进料泵5、预热浆化器6、预热浆化搅拌器7、热水解进料泵8、热水解反应器9、闪蒸控制阀10、闪蒸反应器11、闪蒸出料泵12和蒸汽回流控制阀13；
其中，沼气燃烧模块、热水解反应器9、预热浆化搅拌器7和烟囱4依次连接；沼液进料泵5、预热浆化器6、热水解进料泵8、热水解反应器9、闪蒸控制阀10、闪蒸反应器11和闪蒸出料泵12依次连接；闪蒸反应器11还通过蒸汽回流控制阀13与预热浆化搅拌器7连接。
所述沼气燃烧模块包括沼气发电机1、脱硝装置2和烟气控制阀3，所述沼气发电机1、脱硝装置2、烟气控制阀3和热水解反应器9依次连接。
所述热水解反应器9内设有烟气盘管，烟气进入烟气盘管后可以增加在热水解反应器9内的停留时间和接触面积，从而提升了传热效率。
所述预热浆化器6上设有烟气夹套，所述烟气夹套包围预热浆化器6，从而提升了传热效率。
系统包括至少一个热水解反应器9，所述至少一个热水解反应器9中的任一热水解反应器9具有对应的烟气控制阀3。在热水解反应器9的数量为至少两个时，烟气控制阀3的数量也为至少两个。通过烟气对多个热水解反应器依照反应时序轮流进行加热，使热水解反应更加充分，提高了热水解效率。此外，热水解进料泵8出口管道连接至多个热水解反应器9，并通过控制阀门进行切换，使沼液依照反应时序进入各个热水解反应器9；同时各个热水解反应器9出口均设有闪蒸控制阀10，依照反应时序进入闪蒸反应器11进行闪蒸。示例地，热水解反应器9设有2～4个，对应的烟气控制阀3数量同样设为2～4个，以平衡投资成本和运行效率。此外，上述预热浆化器6和热水解反应器9，以及内部的烟气管道和烟气夹套均采用304或以上材质，以防止腐蚀。
沼气燃烧模块包括至少一台沼气发电机1，所述至少一台沼气发电机1的烟气管道共用，之后再与热水解反应器9连接。
所述脱硝装置2后的烟气管道与烟囱4之间设有直通管道和控制阀门。
实施例2：
一种沼气工程沼液烟气热水解方法，包括：
步骤1、沼液通过沼液进料泵5进入预热浆化器6，经烟气和回流蒸汽的双重作用下进行预热和浆化，并通过预热浆化搅拌器7进行搅拌，使物料更加均匀。
步骤2、预热和浆化后的沼液通过热水解进料泵8进入热水解反应器9，在烟气的加热后温度升至160℃以上，进行热水解反应。
在步骤2中，热水解反应器9为密闭容器，沼液处于高温高压状态，经过热水解反应后，大分子有机物质分解为小分子有机物质。
步骤3、打开闪蒸控制阀10，高温高压沼液释压，并冲入闪蒸反应器11进行闪蒸反应。
经过一段时间的热水解反应后，执行步骤4以进行闪蒸反应，使剩余的大分子有机物质进一步分解为小分子有机物质。在闪蒸反应器11内，沼液的粘度迅速下降，并发生气液分层，蒸汽膨胀至上部空间，沼液则冷却至100℃以下堆积于下部空间。
步骤4、打开蒸汽回流控制阀13，蒸汽回流至预热浆化搅拌器7对沼液进行预热。
步骤5、启动闪蒸出料泵12，将热水解和闪蒸后的沼液输送至厌氧发酵反应器进行厌氧发酵，并产生沼气。
步骤6、利用沼气发电机1燃烧沼气并进行发电，产生高温烟气，高温烟气经脱硝装置2进行脱硝，再在烟气控制阀3的作用下进入热水解反应器9的烟气盘管中，对沼液进行加热，使其温度达到热水解反应要求。
步骤7、烟气对沼液加热后温度下降至160℃以下，成为乏气，之后进入预热浆化器6的夹套中，对常温的沼液进行预热，所述乏气的温度进一步下降，并通过烟囱4排放。

Claims (8)

1.一种沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，包括：沼气燃烧模块、烟囱(4)、沼液进料泵(5)、预热浆化器(6)、预热浆化搅拌器(7)、热水解进料泵(8)、热水解反应器(9)、闪蒸控制阀(10)、闪蒸反应器(11)、闪蒸出料泵(12)和蒸汽回流控制阀(13)；
其中，沼气燃烧模块、热水解反应器(9)、预热浆化搅拌器(7)和烟囱(4)依次连接；沼液进料泵(5)、预热浆化器(6)、热水解进料泵(8)、热水解反应器(9)、闪蒸控制阀(10)、闪蒸反应器(11)和闪蒸出料泵(12)依次连接；闪蒸反应器(11)还通过蒸汽回流控制阀(13)与预热浆化搅拌器(7)连接。
2.根据权利要求1所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，所述沼气燃烧模块包括沼气发电机(1)、脱硝装置(2)和烟气控制阀(3)，所述沼气发电机(1)、脱硝装置(2)、烟气控制阀(3)和热水解反应器(9)依次连接。
3.根据权利要求1所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，所述热水解反应器(9)内设有烟气盘管。
4.根据权利要求1所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，所述预热浆化器(6)上设有烟气夹套，所述烟气夹套包围预热浆化器(6)。
5.根据权利要求2所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，系统包括至少一个热水解反应器(9)，所述至少一个热水解反应器(9)中的任一热水解反应器(9)具有对应的烟气控制阀(3)。
6.根据权利要求2所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，沼气燃烧模块包括至少一台沼气发电机(1)，所述至少一台沼气发电机(1)的烟气管道共用。
7.根据权利要求2所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统，其特征在于，所述脱硝装置(2)后的烟气管道与烟囱(4)之间设有直通管道和控制阀门。
8.一种沼气工程沼液烟气热水解方法，由权利要求1至7任一所述的沼气工程沼液烟气热水解耦合系统执行，包括：
步骤1、沼液通过沼液进料泵(5)进入预热浆化器(6)，经烟气和回流蒸汽的双重作用下进行预热和浆化，并通过预热浆化搅拌器(7)进行搅拌；
步骤2、预热和浆化后的沼液通过热水解进料泵(8)进入热水解反应器(9)，在烟气的加热后温度升至160℃以上，进行热水解反应；
步骤3、打开闪蒸控制阀(10)，高温高压沼液释压，并冲入闪蒸反应器(11)进行闪蒸反应；
步骤4、打开蒸汽回流控制阀(13)，蒸汽回流至预热浆化搅拌器(7)对沼液进行预热；
步骤5、启动闪蒸出料泵(12)，将热水解和闪蒸后的沼液输送至厌氧发酵反应器进行厌氧发酵，并产生沼气；
步骤6、利用沼气发电机(1)燃烧沼气并进行发电，产生高温烟气，高温烟气经脱硝装置(2)进行脱硝，再在烟气控制阀(3)的作用下进入热水解反应器(9)的烟气盘管中，对沼液进行加热；
步骤7、烟气对沼液加热后温度下降成为乏气，之后进入预热浆化器(6)的夹套中，对常温的沼液进行预热，所述乏气的温度进一步下降，并通过烟囱(4)排放。
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