CN202808789U - 一种干式生物质沼气反应装置 - Google Patents

一种干式生物质沼气反应装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提出一种干式生物质沼气反应装置，包括干式厌氧发酵罐以及与干式厌氧发酵罐相连接的进料箱和出料口；干式厌氧发酵罐的外壁设置有增保温装置，罐内设置有螺旋搅拌器，螺旋搅拌器固定在轴向穿过罐体的搅拌器转轴，搅拌器转轴的两端均设置有转动手柄；进料箱依次经进料开关、外接有第一电动机的进料螺旋传动器以及进料口与干式厌氧发酵罐的入口相连通；干式厌氧发酵罐的出口依次经出料开关和外接有第二电动机的出料螺旋传动器与出料口相连接；干式厌氧发酵罐的输气口与贮气箱相连接，然后通过贮气箱的沼气出口、输气管道与安装有阀门的灶具相连通。本实用新型能够提高反应装置利用效率，同时解决农村地区生物质能浪费的现象。

Description

一种干式生物质沼气反应装置
技术领域
本实用新型属于生物质能源利用领域，涉及一种生物质的沼气反应装置，尤其涉及一种干式生物质沼气反应装置。
背景技术
当前，生物质能源的利用占到世界总能耗的14％，约相当于12．57亿吨石油。发展中国家的生物质能占到总能耗的35％，约相当于11．88亿吨石油。目前全世界仍然有25亿人用生物质能做饭、取暖和照明。然而，生物质能的利用总量还不到其生产总量的1%，由此可知，生物质能的开发和利用前景十分广阔。
我国是一个人口大国，根据2010年11月1日零时的第六次人口普查结果可知：全国人口总量达到1339724852人，其中乡村人口占到50．32％，城镇人口占49．68％，平均每个家庭户的人口数为：3．10人。从普查结果可知：我国农村人口为：674149545人，仍占人口总数的一半以上。在农村地区，80％的家用能源都来自生物质，如：农作物秸秆和薪柴，有些地方，生物质能是当地居民唯一可以获得的能源。并且，由于养殖的规模化、集中化，使得传统的以人畜粪便为原料的湿式沼气池在当前的使用过程中存在缺乏原料的问题。为了有计划的改善传统沼气池的使用模式，提出户用干式生物质沼气反应装置的推广使用，解决湿式沼气池占地面积大、原料短缺、产气效率低、冬季不产气的问题。
当前的厌氧干发酵装置在使用的过程中都存在一些问题：有的设计没有搅拌装置，造成了反应装置中物料传质过程缓慢，最终导致干发酵产气效率低。有的设计没有考虑连续进排料，导致干发酵反应进行时，排料与进料过程造成反应不能连续进行，产气不连续的现象发生。
发明内容
本实用新型提出一种提高反应装置利用效率，同时解决农村地区生物质能浪费的现象的干式生物质沼气反应装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括干式厌氧发酵罐以及分别与干式厌氧发酵罐相连接的进料箱和出料口；所述的干式厌氧发酵罐的两端均设置有转动手柄及与转动手柄相连且穿过干式厌氧发酵罐的搅拌器转轴，在干式厌氧发酵罐内设置有固定在搅拌器转轴上的螺旋搅拌器；所述的干式厌氧发酵罐的输气口与贮气箱相连接，然后通过贮气箱的沼气出口、输气管道与安装有阀门的灶具相连通。
所述的干式厌氧发酵罐的外壁上设置有保温层，且在保温层外表面涂镀有太阳能吸热材料层。
所述的进料箱依次经进料开关、外接有第一电动机的进料螺旋传动器以及进料口与干式厌氧发酵罐的入口相连通；所述的干式厌氧发酵罐的出口依次经出料开关和外接有第二电动机的出料螺旋传动器与出料口相连接；
所述的干式厌氧发酵罐呈圆柱体结构。
所述的搅拌器转轴的两端均设有固定干式厌氧发酵罐的支架，干式厌氧发酵罐罐体的倾斜角为7°。
所述的干式厌氧发酵罐的入口位于干式厌氧发酵罐顶部，干式厌氧发酵罐的出口位置位于干式厌氧发酵罐的底部。
所述的搅拌器转轴、设置在搅拌器转轴两端的转动手柄以及螺旋搅拌器均为相互连通的中空结构，且搅拌器转轴一端的转动手柄通过设有热水阀门的热水软管与设置有加水斗的热水水箱相连接，搅拌器转轴另一端的转动手柄兼作热水出口。
所述的贮气箱体积为干式厌氧发酵罐体积的1/2。
所述的贮气箱与干式厌氧发酵罐的输气口相连接的管道上安装有防止沼气发生倒流的逆止阀。
所述的贮气箱上安装沼气安全释放口。
本实用新型以生物质能以及猪粪作为发酵原料，有效的减小了厌氧反应装置的体积，并且合理的解决了农村地区沼气原料缺乏的现象，充分的利用了农村地区的生物质以及改善了农民的生活环境；而且，由于发酵原料中干物质含量高，反应后物料无需脱水，可以直接作为肥料使用，这样就解决了农村地区生物质能浪费的现象。且在干式厌氧发酵罐内设置有螺旋搅拌器，从而提高反应装置利用效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1-支架；2-出料开关；3-转动手柄；4-搅拌器转轴；5-第一电动机；6-出料螺旋传动器；7-进料开关；8-进料箱；9-进料螺旋传动器；10-进料口；11-沼气安全释放口；12-贮气箱；13-逆止阀；14-加水斗；15-热水水箱；16-沼气出口；17-输气管道；18-灶具；19-螺旋搅拌器；20-出料口；21-保温层；22-热水软管；23-干式厌氧发酵罐，24-第二电动机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1，本实用新型包括干式厌氧发酵罐23以及分别与干式厌氧发酵罐23相连接的进料箱8和出料口20；所述的干式厌氧发酵罐23内设置有螺旋搅拌器19，螺旋搅拌器19固定在轴向穿过罐体的搅拌器转轴4，搅拌器转轴4的两端均设有固定干式厌氧发酵罐23的支架1和转动手柄3，转动手柄3、搅拌器转轴4以及螺旋搅拌器19都为中空结构，且相互连通；搅拌器转轴4一端的转动手柄3通过设有热水阀门的热水软管22与设置有加水斗14的热水水箱15相连接，搅拌器转轴4另一端的转动手柄兼作热水出口。
其中，所述的干式厌氧发酵罐23的呈圆柱体，外形呈圆柱形，发酵罐体的直径为800mm，长度为2000mm，贮气箱体积为厌氧发酵罐体积的1/2。所述的干式厌氧发酵罐23的外壁上设置有保温层21，有在保温层21的外表面上涂镀太阳能吸热材料层，罐体的倾斜角为7°，其中干式厌氧发酵罐23的入口位于干式厌氧发酵罐23顶部，干式厌氧发酵罐23的出口位置位于干式厌氧发酵罐23的底部。
所述的进料箱8依次经进料开关7、外接有第一电动机5的进料螺旋传动器9以及进料口10与干式厌氧发酵罐23的入口相连通；所述的干式厌氧发酵罐23的出口依次经出料开关2和外接有第二电动机24的出料螺旋传动器6与出料口20相连接；所述的干式厌氧发酵罐23的输气口通过防止发生倒流的逆止阀13与安装有沼气安全释放口11的贮气箱12相连接，然后通过贮气箱12的沼气出口16、气管道17与安装有阀门的灶具18相连通。
本实用新型利用厌氧发酵罐体积小的优势，对干式厌氧发酵罐进行有效的增保温，在干式厌氧发酵罐的外壁上设置有添加保温材料和涂镀太阳能吸热镀层，合理的利用太阳能，对干式厌氧发酵罐进行增保温处理，确保了厌氧干发酵在冬季时仍能正常使用。
本实用新型的干式厌氧发酵罐可以在地面上放置，安装和使用方便。而且，在进出料的过程中采用外接有电动机的螺旋传动器进行物料传送，保证厌氧发酵罐连续进出料，确保反应过程可以持续进行，沼气池产气稳定。采用转动手柄以及螺旋搅拌器对反应物料进行搅拌，搅拌器转轴两端上的转动手柄以顺时针180°、逆时针180°的角度反复进行转动，使得螺旋搅拌器在干式厌氧发酵罐内发生转动，进而达到搅拌的目的，确保厌氧干发酵原料的传热传质均匀，提高沼气的产量以及反应过程的持续性。
本实用新型原料预处理方法如下：
根据曲静霞在《农业废弃物干法厌氧发酵技术的研究》一文中提出，采用60L的发酵罐，发酵温度保持在中温（35±1）℃，原料滞留期为60d，玉米秸秆与猪粪的总固体含量（TS）比例为1：1进行发酵时，容积产气率可以达到1．5L/（L·d），TS产气率为250L/kg，甲烷含量达到66％似上。采用此种原料混合的方式（即：TS猪粪：TS秸秆=1：1）作为厌氧发酵原料，可保证仅采用1m3的沼气池每次装入混合原料的TS含量为360kg物料就可以满足1个4口之家至少60d的用气量，每天的用气量为：1．2~1．6m3。
本实用新型将秸秆粉碎至粒径为4~5cm后，与猪粪按照TS比例为1：1进行混合；混合后，在混合物料中添加40℃的温水进行混合物料的润湿处理；润湿24小时后，在原料中添加40℃的温水，调节反应原料的含水量为70％左右。然后加入尿素或者碳酸氢铵调节混合原料的C/N比为25~30：1；最后加入发酵菌剂，对原料进行好氧预处理。待堆料中温度升高至45℃左右时，将预处理后的原料加入干式厌氧发酵罐中进行厌氧发酵产沼气。
本实用新型的具体实施过程如下：
将干式厌氧发酵罐23以7°的倾斜角放置在地面的支架1之上，其中干式厌氧发酵罐23的入口位于干式厌氧发酵罐23顶部，干式厌氧发酵罐23的出口位置位于干式厌氧发酵罐23的底部，这样便于出料；将预处理后的物料放入进料箱8内，打开进料箱上的进料开关7，利用第一电动机5将反应物料通过进料螺旋传动器9传送至进料口10内，最后装入干式厌氧发酵罐23内，关闭进料箱上的进料开关7；通过转动搅拌器转轴两端上的转动手柄3使得螺旋搅拌器在干式厌氧发酵罐内发生转动，进而达到搅拌的，使厌氧发酵罐内的原料混合充分。而且，由于热水软管22的质地柔软，所以，当转动手柄3进行转动的时候是以顺时针180°、逆时针180°的角度反复进行转动。
待反应进行时，打开贮气箱12上的逆止阀13，将反应前三天的气体通过沼气安全释放口11释放出去。反应持续进行时，关闭沼气安全释放口11，打开灶具18上的阀门，沼气经贮气箱12上的沼气出口16以及输气管道17通入灶具18中。
冬季时，利用干式厌氧发酵罐23外侧的保温层21对反应装置进行增保温，当保温措施不能达到时，利用沼气灶具18烧取70℃的热水，然后将热水加入热水水箱15上的加水斗14中，并打开热水软管22上的阀门，热水顺次通过搅拌器转轴4和螺旋搅拌器19的中空部分，从转动手柄3出去。这样就达到了对反应物料进行增保温的目的。
待反应生成的沼气产量降低时，打开干式厌氧发酵罐23的出料开关2，通过第二电动机24带动出料螺旋传动器6将干式厌氧发酵罐23内1/3的物料输送至出料口20。用户将排出的部分物料迅速与新预处理后的原料进行混合，采用同样的进料方式进行重复进排料。剩余的反应物料经过堆置后，无需脱水，直接作为肥料使用。
与已有的技术方案相比，本实用新型的有效效果表现在：
1）采用秸秆以及猪粪作为发酵原料，有效的减小了厌氧反应装置的体积，并且合理的解决了农村地区沼气原料缺乏的现象，充分的利用了农村地区的生物质以及改善了农民的生活环境。
2）利用厌氧发酵罐体积小的优势，对干式厌氧发酵罐进行有效的增保温，在干式厌氧发酵罐的外壁上设置有添加保温材料和涂镀太阳能吸热镀层，合理的利用太阳能，对干式厌氧发酵罐进行增保温处理，确保了厌氧干发酵在冬季时仍能正常使用。当遇阴雨天气时，采用在搅拌器转轴和螺旋搅拌器内充入热水对干发酵原料进行增温处理，即以搅拌器转轴和螺旋搅拌器作为热水容器，对反应物料进行有效的增温，使得厌氧干发酵过程可以正常的进行。
3）在干式厌氧发酵罐内加入螺旋搅拌器，在螺旋搅拌器的两端安装转动手柄，通过转动手柄的转动，对发酵物料进行充分的搅拌，实现反应物料的传热传质均匀，提高沼气的产量以及反应过程的持续性。在转动手柄进行转动的过程中，需要以顺时针180°，然后逆时针180°的进行反复进行转动，以防止热水软管发生缠绕。
4）为了保证连续进排料，本实用新型在干式厌氧发酵罐的进出料口分别设置有电动机带动的螺旋传动器，以使干式厌氧发酵罐能够连续进出料，确保反应过程可以持续进行，沼气池产气稳定。
5）干物质含量高，反应后物料无需脱水，可以直接作为肥料使用。体积小，占地面积小；干发酵罐在地面上放置，安装和使用方便。

Claims (10)

1.一种干式生物质沼气反应装置，其特征在于：包括干式厌氧发酵罐（23）以及分别与干式厌氧发酵罐（23）相连接的进料箱（8）和出料口（20）；所述的干式厌氧发酵罐（23）的两端均设置有转动手柄（3）及与转动手柄（3）相连且穿过干式厌氧发酵罐（23）的搅拌器转轴（4），在干式厌氧发酵罐（23）内设置有固定在搅拌器转轴上的螺旋搅拌器（19）；所述的干式厌氧发酵罐（23）的输气口与贮气箱（12）相连接，然后通过贮气箱（12）的沼气出口（16）、输气管道（17）与安装有阀门的灶具（18）相连通。
2.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的干式厌氧发酵罐（23）的外壁上设置有保温层（21），且在保温层（21）外表面涂镀有太阳能吸热材料层。
3.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的进料箱（8）依次经进料开关（7）、外接有第一电动机（5）的进料螺旋传动器（9）以及进料口（10）与干式厌氧发酵罐（23）的入口相连通；所述的干式厌氧发酵罐（23）的出口依次经出料开关（2）和外接有第二电动机（24）的出料螺旋传动器（6）与出料口（20）相连接。
4.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的干式厌氧发酵罐（23）呈圆柱体结构。
5.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的搅拌器转轴（4）的两端均设有固定干式厌氧发酵罐（23）的支架（1），干式厌氧发酵罐（23）罐体的倾斜角为7°。
6.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的干式厌氧发酵罐（23）的入口位于干式厌氧发酵罐（23）顶部，干式厌氧发酵罐（23）的出口位置位于干式厌氧发酵罐（23）的底部。
7.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的搅拌器转轴（4）、设置在搅拌器转轴（4）两端的转动手柄（3）以及螺旋搅拌器（19）均为相互连通的中空结构，且搅拌器转轴（4）一端的转动手柄（3）通过设有热水阀门的热水软管（22）与设置有加水斗（14）的热水水箱（15）相连接，搅拌器转轴（4）另一端的转动手柄（3）兼作热水出口。
8.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的贮气箱（12）体积为干式厌氧发酵罐（23）体积的1/2。
9.根据权利要求1所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的贮气箱（12）与干式厌氧发酵罐（23）的输气口相连接的管道上安装有防止沼气发生倒流的逆止阀（13）。
10.根据权利要求1、8或9所述的干式生物质沼气反应装置，其特征在于：所述的贮气箱（12）上安装沼气安全释放口（11）。
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