CN201459120U

CN201459120U - 规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统

Info

Publication number: CN201459120U
Application number: CN2009200939832U
Authority: CN
Inventors: 赵国明; 矫云学; 张蕾蕾; 张重; 袁存亮; 董润坚; 符艳辉; 李君兴; 姜孟二; 张云硕; 董天峰; 裴海林; 王瑛彤; 李爱芹
Original assignee: Jilin Academy of Agricultural Machinery
Current assignee: Jilin Academy of Agricultural Machinery
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-07-10

Abstract

本实用新型涉及一种规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，属于农作物秸秆资源化利用领域，主要由厌氧发酵槽、温室阳光板棚、预处理池、进料机构、出料器、搅拌器、沼气锅炉构成；本实用新型可实现秸秆的快速进、出料和高效搅拌，解决秸秆发酵传热、传质效率低，发酵效率低以及沼气发酵越冬生产的温度保障等问题，实现秸秆沼气全年连续生产。

Description

规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统

技术领域

本实用新型涉及一种规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，属于农作物秸秆资源化利用领域。

背景技术

我国农作物秸秆资源丰富，每年约产生各类作物秸秆7亿吨，其中直接还田与过腹还田约占50％，剩余50％未得到有效的处理和利用。这不但浪费了资源，而且由于直接燃烧和露天焚烧，又造成了严重的环境污染。因此，秸秆的处理与利用是我国农村当前面临的资源环境问题。同时又由于我国农村面临一次能源短缺，迫切需要将秸秆开发成清洁的生物质能源，所以，秸秆的能源化利用成为当前的主要研究方向。

目前，秸秆的能源化利用的方式主要有直接燃烧、致密成型燃料、热解气化、燃烧发电、生产燃料乙醇等。其中，秸秆致密成型燃料技术和热解气化技术在我国推广较普遍，是目前秸秆能源化利用的主要途径。秸秆致密成型燃料技术，成型燃料易于储存和运输，可以取代煤、燃气等作为民用燃料进行炊事、取暖等，但秸秆致密成型生产设备关键部件寿命短，能耗大，效率低，能效比低。秸秆热解气化技术，我国从1990年初就已开始大力推广，并已有大规模的应用，但在推广过程中发现许多问题，如需在高温下进行，投入能量大，能效比低；产生焦油，二次污染严重；产生的可燃气热值低，可利用效率低；投资较大、管理和运行费用高等。因此近年来，各地已陆续限制该技术的推广。可见，现有技术不是本身存在问题，就是处理能力有限，不足以用于消化如此数量的秸秆。因此研究和开发新的、更好的秸秆能源转化技术，成为当前面临的重要课题。

秸秆沼气技术，是指以秸秆为主要原料，经微生物厌氧发酵作用生产可燃气体——沼气的秸秆处理利用技术。该技术具有以下四大优势：一是沼气热值高，每立方米5500大卡。二是气体无毒，不存在焦油二次污染问题。三是发酵呈连续性，贮气柜总保持一定燃气贮备，管理容易，操作简便。四是发酵后，沼渣可生产有机肥料，大大提高了秸秆的资源化利用效益。

以秸秆为原料生产沼气和生物有机肥，是实现秸秆高效、清洁利用的有效途径。因此，规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统的研究，对改变我国农村能源结构，促进社会主义新农村建设具有十分重要的意义。

发明内容

针对秸秆密度小、体积大、不具有流动性的物料特性，同时为解决秸秆发酵传热、传质效率低，发酵效率低等问题，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可实现秸秆的快速进、出料和高效搅拌，适于农作物秸秆规模化资源化利用的秸秆沼气制取系统。

本实用新型是这样设计的：

一种规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：主要由厌氧发酵槽、温室阳光板棚1、预处理池23、进料机构、螺旋出料器16、搅拌器10、沼气锅炉15构成；所述厌氧发酵槽包括槽体21、橡胶密封膜2、液涨管I 3、液涨管II 4，其中橡胶密封膜2覆盖于槽体顶面敞口处；所述厌氧发酵槽的外部设置有温室阳光板棚1，温室阳光板棚外部设有预处理池23；所述厌氧发酵槽的槽体上部设有进料机构，进料机构包括螺旋给料器5、皮带输送机6、螺旋输送机22；所述厌氧发酵槽的槽体底部设有螺旋出料器16；所述厌氧发酵槽的槽体内部设有搅拌器10，搅拌器与减速机14连接；所述厌氧发酵槽的槽体内部底面设有加热管17，与沼气锅炉15连接；所述厌氧发酵槽的槽体两侧墙上设有导轨8，导轨上设置有铺膜器7；所述厌氧发酵槽的槽体21采用四面围墙顶面敞开的形状，墙体采用钢砼结构；所述厌氧发酵槽的槽体21上设有闭合的C型槽I 11和C型槽II 13，C型槽内压入橡胶密封膜2和液涨管；所述的厌氧发酵槽的内部至少平行设有两个卧式搅拌器10，搅拌器可以强制物料和菌种的混合，并能够转移物料；所述的厌氧发酵槽的槽体上设有出气管9和排空管12；所述的厌氧发酵槽的槽体上设有上进液管18、下进液管19和出液管20。

本发明的有益效果是：采用上述设计的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，厌氧发酵槽的槽体采用四面围墙顶面敞开的形状，敞口处采用柔性密封膜覆盖，可以直接通过观察柔性膜形成的气囊判断沼气的排空情况，从而避免安全事故的发生，大敞口便于秸秆物料的快速加入。反应器槽体内平行设有两个卧式搅拌器，搅拌器可以强制秸秆物料与菌种混合，可大大提高发酵原料与微生物之间的传热、传质效果，显著提高发酵效率，而且双轴搅拌能够转移物料，解决秸秆物料在卧式反应器中布料难的问题。反应器槽体底部设有出料器，出料时可以将沉渣从底部排出。沼气发酵槽通过温室阳光板棚、沼气锅炉加热可以很好地保证寒冷地区冬季正常生产沼气。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型的结构示意图

图1中：1.温室阳光板棚，2.橡胶密封膜，3.液涨管I，4.液涨管II，5.螺旋给料器，6.皮带输送机，7.铺膜器，8.导轨，9.出气管，10.搅拌器，11.C型槽I，12.排空管，13.C型槽II，14.减速机，15.沼气锅炉，16.螺旋出料器，17.加热管，18.上进液管，19.下进液管，20.出液管，21.槽体，22.螺旋输送机，23.预处理池。

具体实施方式

如图1所示，该规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统主要由厌氧发酵槽、温室阳光板棚1、预处理池23、进料机构、螺旋出料器16、搅拌器10、沼气锅炉15构成；所述厌氧发酵槽包括槽体21、橡胶密封膜2、液涨管I 3、液涨管II4，其中橡胶密封膜2覆盖于槽体顶面敞口处；所述厌氧发酵槽的外部设置有温室阳光板棚1，温室阳光板棚外部设有预处理池23；所述厌氧发酵槽的槽体上部设有进料机构，进料机构包括螺旋给料器5、皮带输送机6、螺旋输送机22；所述厌氧发酵槽的槽体底部设有螺旋出料器16；所述厌氧发酵槽的槽体内部设有搅拌器10，搅拌器与减速机14连接；所述厌氧发酵槽的槽体内部底面设有加热管17，与沼气锅炉15连接；所述厌氧发酵槽的槽体两侧墙上设有导轨8，导轨上设置有铺膜器7；所述厌氧发酵槽的槽体21采用四面围墙顶面敞开的形状，墙体采用钢砼结构；所述厌氧发酵槽的槽体21上设有闭合的C型槽I11和C型槽II 13，C型槽内压入橡胶密封膜2和液涨管；所述的厌氧发酵槽的内部至少平行设有两个卧式搅拌器10，搅拌器可以强制物料和菌种的混合，并能够转移物料；所述的厌氧发酵槽的槽体上设有出气管9和排空管12；所述的厌氧发酵槽的槽体上设有上进液管18、下进液管19和出液管20.

将玉米秸秆铡切成10～20mm的秸秆段，用6％的氢氧化钠水溶液喷淋达到水饱和状态后，放入预处理池23内密封保存3～5天，完成秸秆预处理。以厌氧发酵槽内总容积的80％为进料量，即厌氧发酵槽反应体积。厌氧发酵槽进料时，首先通过下进液管19加入30％的沼液，然后通过进料机构将预处理好的秸秆加入到厌氧发酵槽内，同时加入少量的牛粪，在加入秸秆与牛粪的过程中，不断地通过搅拌器10搅动，实现物料的传递。秸秆和牛粪进料结束后，在通过上进液管18喷入部分沼液，使秸秆和牛粪完全浸泡在沼液中。然后通过铺膜器7在导轨8上的移动将柔性橡胶密封膜2覆盖在厌氧发酵槽敞口处，将柔性橡胶密封膜压入C型槽I11和C型槽II 13内，同时压入液涨管I 3和液涨管II 4，然后向液涨管内充入液体使其达到一定压力实现密封，进行厌氧发酵生产沼气。搅拌器10与减速机14连接，通过减速机的驱动进行工作，每2个小时搅拌一次，防止分层、结壳。每次加料大约可产气45天左右。厌氧发酵槽的外部设置有温室阳光板棚1，温室阳光板棚可有效的将太阳短波吸收到温室阳光板棚内，提高温室内的温度。厌氧发酵槽底部设置有加热管17，加热管与沼气锅炉15连接，用来提高发酵原料的发酵温度。沼气发酵槽内产生的沼气经出气管9由空压机抽出，经过脱水、脱硫成为清洁燃料。当产气结束时，用空压机将厌氧发酵槽内的沼气抽空，打开排空管12通入空气，结束厌氧反应，排空管12在产气时还起到安全保护作用，当厌氧发酵槽内压力超过允许工作压力时，会自动排空厌氧发酵槽内所产生的沼气。出料时，厌氧发酵后的沼液经出液管20回流到沼液储存池，用于作下一次厌氧发酵的菌种，底部的沼渣通过底部的螺旋出料器16排出，通过简单好氧处理成为优质绿色有机肥，或者经过加工处理作为商品肥出售。

社会效益：

应用秸秆沼气技术，第一、可以解决农村生活用能，改善农村能源消费结构，以清洁的生物质能源代替一次能源的消费，促进农村节能减排。第二、可以改变农业生产条件，促进生态农业发展，增加农民收入。过去被烧掉的大量农作物秸杆经过沼气发酵后成了优质的有机肥料，提高了肥效，扩大了有机肥料的来源。有机肥料可使粮食、蔬菜、瓜果连年增产，同时产品的质量也大大提高，促进农民增收。第三、改善农村卫生状况及居住环境，使农妇从烟熏火燎的传统炊事方式中解脱出来，同时又可避免秸秆露天焚烧对环境和公共安全造成的危害。

总之，利用秸秆沼气技术即可实现秸秆的资源化利用，又能够保护农村环境，提高农民的生产生活质量，对改善能源结构，有效利用资源，延伸产业链条，增加农民收入具有现实意义，是建设社会主义新农村的一项重要举措，社会效益显著。

经济效益：

以建设一个反应体积为600m³的秸秆生物气化工程，总投资150万元，共设计有4个容积皆为150m³的秸秆生物气化反应器，年消化干玉米秸秆282t，年生产沼气9.6万m³，生产沼肥388.8t(60％含水率)。

(1)产出效益

1)根据工艺要求，每个发酵周期为40d，年产沼气：0.5m³/(m³·d)×600m³×(360/45×40)d＝9.6万m³，每立方米沼气售价为1.2元，效益＝1.2×9.6万元＝11.52万元。(注：0.5m³/(m³·d)-容积产气率；600m³-反应器总容积；45天为一个生产周期，产气40天。)

2)年产沼肥282×80％×(1-30％)÷(1-60％)t＝394.8t，

每吨沼肥售价：500元，效益＝500×394.8/10000万元＝19.74万元。(注：282年处理干玉米秸秆量；80％为玉米秸秆干物质含量；30％为干物质消化率；60％为沼肥含水率。)

以上两项合计收益＝11.52+19.74＝31.26万元。

(2)运行成本

1)投料成本：秸秆经揉碎加工后价格为200元/t，投料年成本200×282/10000万元＝5.64万元。

2)用电成本：年用电成本约为1万元。

3)管理费用：日常管理人工费平均每年2万元。

4)维修费：这里的维修费用是指维修材料、零件费用，平均每年1万元。

5)其它费用：运输费及不可预见费用1万元。

以上五项合计成本＝5.64+1+2+1+1＝10.64万元。

(3)沼气工程年利润＝31.26-10.64＝20.62万元。

Claims

1.一种规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：主要由厌氧发酵槽、温室阳光板棚(1)、预处理池(23)、进料机构、螺旋出料器(16)、搅拌器(10)、沼气锅炉(15)构成；所述厌氧发酵槽包括槽体(21)、橡胶密封膜(2)、液涨管I(3)、液涨管II(4)，其中橡胶密封膜(2)覆盖于槽体顶面敞口处；所述厌氧发酵槽的外部设置有温室阳光板棚(1)，温室阳光板棚外部设有预处理池(23)；所述厌氧发酵槽的槽体上部设有进料机构，进料机构包括螺旋给料器(5)、皮带输送机(6)、螺旋输送机(22)；所述厌氧发酵槽的槽体底部设有螺旋出料器(16)；所述厌氧发酵槽的槽体内部设有搅拌器(10)，搅拌器与减速机(14)连接；所述厌氧发酵槽的槽体内部底面设有加热管(17)，与沼气锅炉(15)连接。

2.根据权利要求1所述的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：所述厌氧发酵槽的槽体(21)采用四面围墙顶面敞开的形状，墙体采用钢砼结构。

3.根据权利要求1所述的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：所述厌氧发酵槽的槽体(21)上设有闭合的C型槽I(11)和C型槽II(13)，C型槽内压入橡胶密封膜(2)和液涨管。

4.根据权利要求1所述的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：所述的厌氧发酵槽的内部至少平行设有两个卧式搅拌器(10)。

5.根据权利要求1所述的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：所述的厌氧发酵槽的槽体上设有出气管(9)和排空管(12)。

6.根据权利要求1所述的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：所述的厌氧发酵槽的槽体上设有上进液管(18)、下进液管(19)和出液管(20)。

7.根据权利要求1所述的规模化秸秆厌氧发酵沼气制取系统，其特征是：所述的厌氧发酵槽的槽体两侧墙上设有导轨(8)，导轨上设有铺膜器(7)。