CN203238253U - 一种卧式沼气发酵装置 - Google Patents

Abstract

一种卧式沼气发酵装置，包括发酵罐体、加热系统和搅拌机构，所述发酵罐体上设置有进料口、出料口和排渣口，所述加热系统设置在所述发酵罐体内，所述搅拌机构包括水平设置的搅拌轴和搅拌轴驱动机构，所述搅拌轴的两端分别安装支撑在所述发酵罐体上，所述搅拌轴驱动机构通过联轴器与所述搅拌轴连接，所述搅拌轴上安装有多个搅拌桨叶，所述发酵罐体的底部与水平方向的夹角为-15°～15°。本实用新型的搅拌能耗低、搅拌效率高、易于规模放大、维护简便、物料适应范围广，建设和运行成本较低，尤其适合用于直接沼气发酵处理干物质质量分数为10%～20%的高浓度高粘稠有机废弃物。

Description

一种卧式沼气发酵装置

技术领域

本实用新型涉及一种沼气发酵装置，特别是一种通过空心桨叶轴低速搅拌方式实现混合搅拌发酵的卧式沼气发酵装置。

背景技术

众所周知，沼气工程技术在有机废弃物处理和能源化利用领域作用日益凸显，受到重要关注。常见有机废弃物，如烂尾菜、厨余垃圾、食品加工废弃物、畜禽粪污等，具有共同特点：一是物料干物质质量分数为10%～20%之间，经破碎后呈浆状，粘稠度高、流动性较差、热质传递困难、沼气释放困难；二是物料易酸化且氨氮含量高，发酵反应过程易出现不稳定现象。因此，常规湿式或干式发酵装置处理此类物料时，需对进料预先进行水分调节并采用混合物料发酵工艺以满足湿式或干式发酵工艺对物料特性的要求，一定程度上增加了工艺难度和运行成本。

现有卧式沼气发酵装置，发酵料液垂直高度相对较低，具有较大的气液分离界面，配合强制机械搅拌，可促进高浓度高粘稠物料在沼气发酵过程中热质传递和沼气释放，适合用于直接处理干物质质量分数为10%～20%之间的常见有机废弃物。如在申请号为“201010288462.X”，名称为“一种城市污泥及有机质干法厌氧发酵产沼气的方法及装置”的中国发明专利；申请号为“201210134775.9”，名称为“一种连续式干法沼气发酵设备及沼气制备方法”的中国发明专利申请；申请号为“201110120414.4”，名称为“一种连续进出料的动态干法厌氧发酵设备及其方法”的中国发明专利申请；以及申请号为“201120182583.6”，名称为“一种推流式垃圾厌氧消化器”和申请号为“200820123345.6”，名称为“一种基于有机废弃物固体发酵产沼气的卧式厌氧反应器”的中国实用新型专利所公开的卧式沼气发酵装置，均存在搅拌能耗较高、有效容积比例较低、搅拌装置维护难度较大等问题。且所用搅拌桨叶轴自重大，在运行过程易因重力产生形变导致设备或能耗增加，限制了发酵罐规模。因此，目前迫切需要一种搅拌能耗较低、维护简便、易于规模放大，同时建设和运行成本较低的卧式沼气发酵装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的缺陷提供一种搅拌能耗较低、维护简便的卧式沼气发酵装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种卧式沼气发酵装置，包括发酵罐体、加热系统和搅拌机构，所述发酵罐体上设置有进料口、出料口和排渣口，所述加热系统设置在所述发酵罐体内，其中，所述搅拌机构包括水平设置的搅拌轴和搅拌轴驱动机构，所述搅拌轴的两端分别安装支撑在所述发酵罐体上，所述搅拌轴驱动机构通过联轴器与所述搅拌轴连接，所述搅拌轴上安装有多个搅拌桨叶，所述发酵罐体的底部与水平方向的夹角为-15°～15°。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述多个搅拌桨叶沿所述搅拌轴的外表面按近似螺旋线排列，相邻的所述搅拌桨叶之间的夹角为30°～90°。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述多个搅拌桨叶在所述搅拌轴两端的垂直间距为L1，所述多个搅拌桨叶在所述搅拌轴中间的垂直间距为L2，L2大于L1。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述搅拌轴为密封空心金属圆筒结构，所述搅拌轴的外径R1与所述搅拌轴的内径R2的比值为100：93。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述排渣口设置在所述发酵罐体的进料端。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，还包括用于收集和暂存沼气的双膜式柔性贮气柜，所述发酵罐体的顶部设置有用于与所述双膜式柔性贮气柜连通的开口。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，还包括搅拌轴检测机构，所述搅拌轴检测机构包括安装在所述搅拌轴一端的充气管和气压表，所述充气管和气压表分别与所述搅拌轴的空心腔体连通。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述搅拌轴检测机构还包括压力传感器和/或湿度传感器，所述压力传感器和/或湿度传感器分别与所述搅拌轴的空心腔体连通。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述发酵罐体为横截面为U型、圆形、椭圆形或正多边形的空心筒体结构。

上述的卧式沼气发酵装置，其中，所述发酵罐体为金属材料件、玻璃钢件、树脂材料件或混凝土材料件。

本实用新型的有益功效在于：

本实用新型的搅拌能耗低、搅拌效率高、易于规模放大、维护简便、物料适应范围广，是建设和运行成本较低的卧式沼气发酵装置，尤其适合用于直接沼气发酵处理干物质质量分数为10%～20%的高浓度高粘稠有机废弃物。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为图1的A－A剖视图。

其中，附图标记

1   发酵罐体

2   进料口

3   排渣口

4   出料口

5   搅拌轴驱动机构

6   搅拌轴

7   搅拌桨叶

8   沼气排出口

9   充气管

10  气压表

11  双膜式柔性贮气柜

12  联轴器

13  机械密封和轴承

14  加热系统

15  搅拌轴检测机构

16  搅拌机构

17  保温层

∠a 发酵罐体底部与水平方向的夹角

R1  搅拌轴的外径

R2  搅拌轴的内径

L1  发酵罐体进出料端搅拌桨叶的垂直间距

L2  发酵罐体中间位置搅拌桨叶的垂直间距

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1及图2，图1为本实用新型一实施例的结构示意图，图2为图1的A－A剖视图。本实用新型的卧式沼气发酵装置，包括发酵罐体1、加热系统14和搅拌机构16，所述发酵罐体1上设置有进料口2、出料口4和排渣口3，所述排渣口3优选设置在所述发酵罐体1的进料端，用于排出砂石、玻璃等沉渣。所述发酵罐体1可为横截面为U型、圆形、椭圆形或正多边形的空心筒体结构，例如图1所示为方形罐体，卧式放置，所述发酵罐体1可为金属材料件、玻璃钢件、树脂材料件或混凝土材料件等刚性罐体，该发酵罐体1的外表面还可包覆保温层17，发酵罐体1内还可设置液位计。所述加热系统14设置在所述发酵罐体1内，例如可为热水盘管用以维持沼气发酵温度。所述搅拌机构16包括水平设置的搅拌轴6和搅拌轴驱动机构5，搅拌轴6水平设置在发酵罐体1中部，所述搅拌轴6的两端分别安装支撑在所述发酵罐体1上，所述搅拌轴驱动机构5通过联轴器12与所述搅拌轴6连接，搅拌轴6轴端设置机械密封和轴承13，该搅拌驱动机构5例如可以包括电机和减速器，利用变频器控制电机转速，所述搅拌轴6上安装有多个搅拌桨叶7，所述发酵罐体1的轴线与水平方向的夹角∠a为-15°～15°，优选夹角∠a为2°。所述搅拌轴6优选为密封空心金属圆筒结构，所述密封空心金属圆筒的外径R1与内径R2的比值为100：93，当搅拌轴6被发酵料液完全没过时，搅拌轴6所受浮力和自身重力平衡。所述搅拌轴6的搅拌转速为0.25～25r/min。

本实施例中，所述多个搅拌桨叶7沿所述搅拌轴6的外表面按近似螺旋线排列，相邻的所述搅拌桨叶7之间的夹角为30°～90°，优选为45°。所述多个搅拌桨叶7采用非均匀布置方式，在所述搅拌轴6两端的垂直间距为L1，所述多个搅拌桨叶7在所述搅拌轴6中间的垂直间距为L2，并且L2大于L1。即在进料端和出料端采用较密、中间较疏的布置方式，起到促使进料与发酵料液快速充分混合、促使砂石等惰性沉淀物在进料端口沉淀并利于排除、促进发酵后物料排出的效果。

本实施例中，还可包括用于收集和暂存发酵装置所产生的沼气的双膜式柔性贮气柜11，所述发酵罐体1的顶部设置有用于与所述双膜式柔性贮气柜11连通的开口，所产沼气暂存于双膜式柔性贮气柜11内，并可通过沼气排出口8进入后续沼气处理利用装置。

其中，还可包括搅拌轴检测机构15，所述搅拌轴检测机构15包括安装在所述搅拌轴6一端的充气管9和气压表10，所述充气管9和气压表10分别与所述搅拌轴6的空心腔体连通。所述搅拌轴检测机构15还可包括压力传感器和/或湿度传感器（图未示），所述压力传感器和/或湿度传感器分别与所述搅拌轴6的空心腔体连通。所述的搅拌轴6的空腔中注入一定压力空气、氮气、二氧化碳或惰性气体，通过设置气体压力计、压力传感器或湿度传感器，对搅拌轴性能进行监测。例如，可通过充气管9往搅拌轴6的空腔内注入一定压力空气，关闭充气管阀门，当搅拌轴6出现裂痕、空洞等损坏时，搅拌轴6的空腔内空气溢出，气压表10所显示数值下降；当搅拌轴6出现破损，可以通过充气管9往搅拌轴6的空腔内注入一定压力空气检测出破损位置。

本实用新型具有如下特点：

1）罐体卧式布置，降低了反应料液的垂直高度，增加了气液分离界面，利于粘稠物料沼气释放；

2）多桨叶低转速搅拌方式，具有节能效果，且能显著降低搅拌轴扭矩，降低了对搅拌轴及桨叶的强度要求，防止浮渣形成，促进热质传递；

3）搅拌轴采用空心密封圆筒设计，并在运行时使发酵料液没过搅拌轴，达到搅拌轴所受浮力和自身重力平衡的目的，防止运行过程因水平轴变形而设备损坏或能耗增加，利于实现规模放大；

4）搅拌桨叶7在进料端和出料端采用较密、中间较疏的非均匀布置方式，有利于进料与发酵料液混合（促进进料和微生物接触，可以减少接种量甚至不需接种物）、促进砂石等惰性沉淀物在进料端口沉淀并利于排除、促进发酵后物料排出；

5）具有简单有效的搅拌轴实时监测装置，往搅拌轴的密封空腔中注入一定压力空气、氮气、二氧化碳或惰性气体，设置气体压力计、压力传感器或者湿度传感器。当搅拌轴发生破损时，密封腔体内气体溢出，发酵料液渗入空腔，此时腔体内气体的压力和湿度发生明显变化。当搅拌轴出现破损，往搅拌轴空腔内注入一定压力空气，也可迅速检测出破损位置。实现了搅拌轴的实施有效监测，设备维护简便；

6）具有产气贮气一体化结构，发酵罐的刚性罐体上部开口位置设置双膜式柔性贮气柜，用于收集和暂存发酵罐所产沼气。其中外膜保护并维持贮气柜的结构，内膜收集并贮存沼气。通过鼓风机的充气，调整并维持内外膜之间夹层中的空气压力，并将内膜内的沼气送入输气管道，从而充分利用发酵罐空腔容积，降低沼气工建设投资和运行成本。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种卧式沼气发酵装置，包括发酵罐体、加热系统和搅拌机构，所述发酵罐体上设置有进料口、出料口和排渣口，所述加热系统设置在所述发酵罐体内，其特征在于，所述搅拌机构包括水平设置的搅拌轴和搅拌轴驱动机构，所述搅拌轴的两端分别安装支撑在所述发酵罐体上，所述搅拌轴驱动机构通过联轴器与所述搅拌轴连接，所述搅拌轴上安装有多个搅拌桨叶，所述发酵罐体的底部与水平方向的夹角为-15°～15°。

2.如权利要求1所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述多个搅拌桨叶沿所述搅拌轴的外表面按螺旋线排列，相邻的所述搅拌桨叶之间的夹角为30°～90°。

3.如权利要求2所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述多个搅拌桨叶在所述搅拌轴两端的垂直间距为L1，所述多个搅拌桨叶在所述搅拌轴中间的垂直间距为L2，L2大于L1。

4.如权利要求1、2或3所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述搅拌轴为密封空心金属圆筒结构，所述搅拌轴的外径R1与所述搅拌轴的内径R2的比值为100：93。

5.如权利要求1、2或3所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述排渣口设置在所述发酵罐体的进料端。

6.如权利要求5所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，还包括用于收集和暂存沼气的双膜式柔性贮气柜，所述发酵罐体的顶部设置有用于与所述双膜式柔性贮气柜连通的开口。

7.如权利要求4所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，还包括搅拌轴检测机构，所述搅拌轴检测机构包括安装在所述搅拌轴一端的充气管和气压表，所述充气管和气压表分别与所述搅拌轴的空心腔体连通。

8.如权利要求7所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述搅拌轴检测机构还包括压力传感器和/或湿度传感器，所述压力传感器和/或湿度传感器分别与所述搅拌轴的空心腔体连通。

9.如权利要求1、2、3、6、7或8所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体为横截面为U型、圆形、椭圆形或正多边形的空心筒体结构。

10.如权利要求1、2、3、6、7或8所述的卧式沼气发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体为金属材料件、玻璃钢件、树脂材料件或混凝土材料件。