CN115926949A - 一种立式干式厌氧发酵罐 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种立式干式厌氧发酵罐,包括罐体,罐体的内部设置有隔墙,隔墙包含第一隔墙、第二隔墙,第一隔墙和第二隔墙将罐体内部的空间分隔成S形区间;罐体的底面排布有多列射流口,射流口倾斜安装,射流口沿物料移动方向设置,射流口的射流动力采用增压沼气,物料以平推流方式沿S型路线移动;罐体的侧壁及其底面均设置有换热盘管,换热盘管连接热水单元,换热盘管内的热水或冷却水与物料间接接触,热水单元为换热盘管提供热源来维持厌氧发酵过程中温度的稳定。采用低压射流搅拌结合换热盘管的设计,提高了高含固有机垃圾干式厌氧发酵的运行效能,实用性能优。
Description
技术领域
本发明涉及环保处理技术领域,特别涉及一种立式干式厌氧发酵罐。
背景技术
为响应可持续发展绿色理念,建设资源节约型、环境友好型社会,有机废弃物的资源化利用占有越来越广阔的市场。厌氧发酵技术因具有较好的经济环境效益,在有机废弃物资源化处理领域得到了广泛应用。目前湿式厌氧技术在国内应用较多,工艺较为成熟,但其进料含固率基本不高于10%,在处理城市生活垃圾、厨余垃圾、秸秆等含固率较高的有机固体废弃物时,需要将其稀释,从而产生大量沼液,大大提高沼液处理成本和系统运营成本。
干式厌氧发酵罐一般可接受含固率25-45%的进料,具有较高的容积产气率,节约用水,产沼液量少,能耗低,对预处理要求低,在处理高含固的有机垃圾上优势明显。干式厌氧发酵技术在国内发展尚不成熟,主要存在的问题及难点有:
干式厌氧罐进料含固率、含杂率高,搅拌困难,容易造成微生物分布不均匀,影响微生物传质、传热,可能出现局部酸积累的现象,严重时将导致发酵失败。
传统的蒸汽直喷虽然能够起到对物料加热的作用,但在加热的同时引进了水分,降低了罐内物料含固率,而有机垃圾预处理后含固率本就不高,增加了沉降风险,尤其对于大型罐体,其散热面积大,且蒸汽直喷只能对物料进行加热,难以维持厌氧发酵过程温度稳定。
综上所述,针对现有技术中存在的缺陷,特别需要一种立式干式厌氧发酵罐,以解决现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式干式厌氧发酵罐,结构新颖,采用低压射流搅拌结合换热盘管的设计,提高了高含固有机垃圾干式厌氧发酵的运行效能,实用性能优。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种立式干式厌氧发酵罐,包括罐体;
罐体的内部设置有隔墙,隔墙包含第一隔墙、第二隔墙,第一隔墙和第二隔墙将罐体内部的空间分隔成S形区间;
罐体的底面排布有多列射流口,射流口倾斜安装,射流口沿物料移动方向设置,射流口的射流动力采用增压沼气,物料以平推流方式沿S型路线移动;
罐体的侧壁及其底面均设置有换热盘管,罐体底面的换热盘管和射流口错开设置,换热盘管与罐壁之间设置有保温材料,换热盘管连接热水单元,换热盘管内的热水或冷却水与物料间接接触,热水单元为换热盘管提供热源来维持厌氧发酵过程中温度的稳定。
进一步,所述罐体为立式圆柱形混凝土结构,罐体侧壁开设有方形门,罐体的上方开设有排渣管,罐体的下方设置有检修间,检修间与罐体一起建在一个平坦的混凝土地基上。
进一步,罐体的侧壁上设有两个进料口和四个出料口,进料口位于同一高度,水平距离1m,出料口位于进料口的对侧,出料口为两排,每排设置两个,相邻出料口之间的水平距离及垂直距离均为1m。
进一步,所述第一隔墙的长度为罐体直径的三分之二,第一隔墙和第二隔墙的长度相等。
进一步,所述射流口倾斜角度为40-60度,射流口的上表面和罐底的水平面平行设置。
进一步,所述S形区间转角处的射流口的射流方向与隔墙在水平面上呈45度分布,S形区间转角处以外的区域射流口的射流方向则与隔墙平行。
进一步,所述罐体的底部每10m2布置18-20个射流口。
进一步,所述射流口的底部连接有沼气进气管,沼气进气管上设置有控制阀门,射流口射流搅拌沼气的压力为0.75MPa。
进一步,所述罐体侧壁的换热盘管垂直布置,罐体底面的换热盘管水平布置,换热盘管的转角处通过弯头盘管相连接,使得热水或冷却水在换热盘管内得以联通。
进一步,所述热水单元包含有冷却塔、热水罐、冷热水循环泵,冷却塔、热水罐的出水口汇集于输送水管,冷却水或热水通过冷热水循环泵送至换热盘管。
本发明的优点在于:
1)技术上的有益效果
设置多个进料口和出料口,避免因物料杂质含量高、粒径大引起进、出口堵塞从而影响整个厌氧罐的正常运行;
设备检修方便,无需登高作业;
本发明所述干式厌氧发酵罐设有顶部排浮渣装置,能够及时排除上层浮渣,防止顶部浮渣结盖;
本发明设置多射流口射流搅拌,解决了高含固物料搅拌困难的难题,保证了罐内微生物充分的传质、传热;
罐壁加罐底盘管换热的设计,物料与热水或冷却水间接接触,与蒸汽直喷相比,节省软水,降低噪声;
2)经济上的有益效果
本发明所述厌氧发酵罐可允许高含固进料(25-45%),节省了大量调浆用水,同时产沼液量少,大大提高了经济效益;
单位容积产气量大,年平均沼气产率可达110Nm3/吨进料。
3)社会上的有益效果
沼渣及沼液产量少,大大提高了有机废物资源化利用率,符合国家战略政策。
附图说明
图1是本发明的立体结构图;
图2是本发明的平面结构图;
图3是射流口结构图;
图4是罐底射流口及换热盘管分布结构图;
图5是本发明热水单元组成结构图。
100-罐体,111-侧壁,110-方形门,120-第一隔墙,130-第二隔墙,140-进料口,150-出料口,160-检修间,170-排渣管,180-射流口,190-沼气进气管,200-控制阀门,210-换热盘管,220-冷却塔,230-热水罐,240-冷热水循环泵。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合图示与具体实施例,进一步阐述本发明。
如图1、图2、图3、图4、图5所示,一种立式干式厌氧发酵罐,包括罐体100;罐体100的侧壁上设有两个进料口140和四个出料口150,进料口140位于同一高度,水平距离1m,出料口150位于进料口140的对侧,出料口150为两排,每排设置两个,相邻出料口之间的水平距离及垂直距离均为1m。
罐体100的内部设置有隔墙,隔墙包含第一隔墙120、第二隔墙130,第一隔墙120和第二隔墙130将罐体100内部的空间分隔成S形区间;第一隔墙120的长度为罐体100直径的三分之二,第一隔墙120和第二隔墙130的长度相等,物料通过进料口进入罐体,通过隔墙阻隔和射流推动力的作用,在罐内沿S型平推流路线逐步向出料端方向移动,经过25-30天左右的发酵时间,靠重力作用从其中一个出料口排出罐体。发酵后的物料有两个去向:进入到后续脱水单元进行固液分离或回流至发酵罐进料端。
罐体100的底面排布有多列射流口180,射流口180倾斜安装,射流口180沿物料移动方向设置,射流口180的射流动力采用增压沼气,物料以平推流方式沿S型路线移动;射流口180倾斜角度为40-60度,射流口180的上表面和罐底100的水平面平行设置。S形区间转角处的射流口的射流方向与隔墙在水平面上呈45度分布,S形区间转角处以外的区域射流口的射流方向则与隔墙平行。
预处理后的进罐垃圾在倾斜射流口的搅拌作用和隔墙的阻隔作用下,既保证了物料的充分混合,又保证了物料在罐内维持一定的停留时间得以充分降解。同时,由于罐体100的底部每10m2布置18-20个射流口,且罐体下方的设备检修间160可以随时进入检修,因此单个或数个射流口的堵塞或损坏不会对整体搅拌产生影响。
射流口180的底部连接沼气进气管190,沼气进气管190上设置有控制阀门200,射流动力来自增压沼气,预处理后的有机物料在间歇射流搅拌作用下充分混匀,并逐步向前推移,加速沼气逸出。发酵过程中产生的沼气通过厌氧罐顶部沼气管道进入到沼气净化与利用系统,少部分用作搅拌气体,经外置的沼气压缩机增压后,通过控制阀门启停向射流口输入增压沼气以搅拌罐内物料。射流搅拌沼气的压力约0.75MPa,所释放的能量足以提升搅拌区上方的物料。在与内部第一隔墙和第二隔墙平行的方向上设置了大量射流口,在临近隔墙末端的位置,射流口方向调整为与隔墙在水平面上夹角45°,以形成S型搅拌轨迹。物料经进料口进入罐内,在增压沼气的推动下沿S型轨迹移动,经过25-30天左右的停留时间,从出料口7依靠重力排出厌氧罐,实现物料搅拌的均匀性。
本发明对厌氧发酵换热工艺进行了优化,将传统的蒸汽直喷式加热改进为冷热两用盘管式换热,在罐体温度偏高或偏低时对厌氧罐及时降温或升温。罐体100的侧壁及其底面均设置有换热盘管210,罐体100底面的换热盘管和射流口错开设置,换热盘管210与罐壁之间设置有保温材料,换热盘管210连接热水单元,换热盘管210内的热水或冷却水与物料间接接触,热水单元为换热盘管提供热源来维持厌氧发酵过程中温度的稳定。罐体100侧壁的换热盘管垂直布置,罐体100底面的换热盘管水平布置,换热盘管的转角处通过弯头盘管相连接,使得热水或冷却水在换热盘管内得以联通。热水单元包含有冷却塔220、热水罐230和冷热水循环泵240,冷却塔220、热水罐230的出水口汇集于输送水管,冷却水或热水通过冷热水循环泵240泵送至换热盘管210。
当温度偏低时,蒸汽加热后的热水从热水罐经冷热水循环泵输送至换热盘管以维持厌氧罐恒温,当温度过高时则通过冷却塔进行降温。换热软水与厌氧罐内靠近罐壁和罐底的物料间接接触,对此处物料进行换热,并在喷射搅拌的推动作用下,已换热物料带动未换热物料,使得物料在传质的过程中实现传热。
换热盘管的优势在于,盘管换热条件下物料与热源间接接触,物料通过侧壁和罐底的换热盘管进行换热,避免了蒸汽直喷给罐内物料带来水分从而降低物料含固率,节省软水,同时降低了蒸汽直喷时的噪声。
另外,罐体100为立式圆柱形混凝土结构,罐体100的表面开设有方形门110,方形门在厌氧罐运行过程出现重大问题时人和车能够进入罐内维护检修,罐体100的上方开设有排渣管170,立式干式厌氧发酵罐可接受进罐含固率高达25-45%,对预处理要求低,进入到厌氧罐的有机垃圾,如在前端分选工艺完成不到位,会夹杂着的大量可浮性杂质,长期下来将造成大量浮渣在罐内积累,给厌氧消化工艺的正常运行带来困扰,并减小有效反应容积,为降低此类问题带来的不利影响,厌氧罐设计了顶部排浮渣结构,上层浮渣通过排渣管170被及时排除,防止顶部浮渣结盖。罐体100的下方设置有检修间160,检修间160与罐体100一起建在一个平坦的混凝土地基上。
本发明干式厌氧发酵罐内壁暴露于气体中的上部需作防腐蚀处理,与料液接触的下部不需要防腐涂层。为便于及时监测和控制厌氧发酵过程,在罐体设置一系列测量和分析设备:
(1)温度传感器:于发酵罐壁上、中、下位置各设置一台,对物料的顶部、中部和底部同时进行温度测量。
(2)液位传感器:安装于发酵罐顶部,通过电波测量物料顶部到发酵罐底部的距离,以监测罐内发酵浆料高度。
(3)流量传感器:对发酵罐沼气产量进行测量。
(4)压力传感器:发酵罐内生物气的压力在发酵罐顶部进行测量。
(5)压力保护装置:在发酵罐顶设置正负压保护器。
(6)其他参数:对生物反应器的其他参数进行测量,如沼气中的甲烷含量、射流搅拌频率等。
除上述在线监测指标外,本发明所述厌氧发酵系统还定期检测TS、VS、COD、VFA、氨氮、碱度等生化指标,对厌氧发酵过程进行有效的控制与调节。
在厌氧罐顶及罐侧安装了温度、液位、流量、压力类仪表及生化指标分析和搅拌频率检测装置,并结合其它生化指标的定期检测,实现对整个厌氧工艺流程的控制。
本发明所述干式厌氧发酵罐可接受进料含固率高达25-45%;沼气产率达100-130Nm3/吨进料,年平均产气率达110Nm3/吨进料,甲烷含量为50-60%;发酵液固液分离后,沼渣及沼液产量少,资源化利用率高。射流搅拌、换热盘管的设计和内部隔墙的阻隔作用,既保证了物料在罐内的充分传质、传热,又保证了足够的停留时间使得物料消化降解完全。
本发明提高了高含固有机垃圾干式厌氧发酵的运行效能,保证了此项技术的成功应用,具体体现在:
可接受进罐物料含固率高达25-45%;
采用低压射流搅拌使物料以平推流的方式沿设定轨迹移动,保证了物料的充分混合和充足的停留时间;
采用盘管式换热的设计,解决罐内有机物料传热不均匀的问题。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种立式干式厌氧发酵罐,包括罐体,其特征在于:
罐体的内部设置有隔墙,隔墙包含第一隔墙、第二隔墙,第一隔墙和第二隔墙将罐体内部的空间分隔成S形区间;
罐体的底面排布有多列射流口,射流口倾斜安装,射流口沿物料移动方向设置,射流口的射流动力采用增压沼气,物料以平推流方式沿S型路线移动;
罐体的侧壁及其底面均设置有换热盘管,罐体底面的换热盘管和射流口错开设置,换热盘管与罐壁之间设置有保温材料,换热盘管连接热水单元,换热盘管内的热水或冷却水与物料间接接触,热水单元为换热盘管提供热源来维持厌氧发酵过程中温度的稳定。
2.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述罐体为立式圆柱形混凝土结构,罐体侧壁开设有方形门,罐体的上方开设有排渣管,罐体的下方设置有检修间,检修间与罐体一起建在一个平坦的混凝土地基上。
3.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,罐体的侧壁上设有两个进料口和四个出料口,进料口位于同一高度,水平距离1m,出料口位于进料口的对侧,出料口为两排,每排设置两个,相邻出料口之间的水平距离及垂直距离均为1m。
4.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述第一隔墙的长度为罐体直径的三分之二,第一隔墙和第二隔墙的长度相等。
5.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述射流口倾斜角度为40-60度,射流口的上表面和罐底的水平面平行设置。
6.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述S形区间转角处的射流口的射流方向与隔墙在水平面上呈45度分布,S形区间转角处以外的区域射流口的射流方向则与隔墙平行。
7.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述罐体的底部每10m2布置18-20个射流口。
8.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述射流口的底部连接有沼气进气管,沼气进气管上设置有控制阀门,射流口射流搅拌沼气的压力为0.75MPa。
9.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述罐体侧壁的换热盘管垂直布置,罐体底面的换热盘管水平布置,换热盘管的转角处通过弯头盘管相连接,使得热水或冷却水在换热盘管内得以联通。
10.根据权利要求1所述的一种立式干式厌氧发酵罐,其特征在于,所述热水单元包含有冷却塔、热水罐、冷热水循环泵,冷却塔、热水罐的出水口汇集于输送水管,冷却水或热水通过冷热水循环泵送至换热盘管。
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2022
- 2022-12-27 CN CN202211714542.6A patent/CN115926949A/zh active Pending
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