CN208121090U - 一种工业生物质沼气项目应用系统 - Google Patents

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黄河龙
张晓阳
李玉新
王喜东
方理想
王宏杰
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    • Y02W30/40Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Abstract

本实用新型公开一种工业生物质沼气项目应用系统,包括粉碎机,所述粉碎机将采购的秸秆按比例粉碎、计量后,将秸秆运送到储存池进行压实、密封、厌氧处理;所述储存池处理后的秸秆通过连接的匀质进料系统,通过泵抽送到水解罐,所述水解罐中对秸秆水解酸化后,打入发酵罐中;所述发酵罐内对秸秆进行发酵和脱硫处理,经过厌氧发酵后,发酵产生的沼气一部分经预处理系统进行生物脱硫、脱水、降温、除杂、增压之后进入沼气发电系统。本实用新型具有沼气产率和秸秆利用率高,发酵过程纤维素易分解,沼渣自动清理,及脱硫成本低、脱硫效果好,且不需要催化剂、不需处理化学污泥,产生很少生物污泥、耗能低、去除效率高、脱硫效率稳定。

Description

一种工业生物质沼气项目应用系统
技术领域
本实用新型属于生物质能领域,具体地涉及秸秆联产技术,特别是涉及一种工业生物质沼气项目应用系统。
背景技术
随着经济社会的不断发展,全球对能源的需求不断增长,传统化石能源大量消耗所导致的能源短缺、环境污染和气候变化问题日益尖锐,而生物质能作为一种可再生能源越来越受到各国政府和科学家的重视。秸秆是一种很好的清洁可再生能源,是最具开发利用潜力的新能源之一,具有较好的经济、生态和社会效益。秸秆有多种开发利用途径,秸秆还田、秸秆气化、秸秆发电、秸秆制乙醇等。我国是秸秆的产量大国,每年的秸秆产量有 7亿吨,但是现在可利用做能源的只有 50%,而且大部分是农村居民通过低效燃烧的方式。因此通过提高秸秆的综合利用率,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。
针对农村村镇现有的有机物秸秆、畜禽粪便、有机垃圾无序丢弃和低级利用的现状,为革命性改善农村居住环境的生态化而开发的“沼气—电力—有机肥—热(冷)四联供”非化石能源供应模式,能有效推动农村种植业和养殖业的发展,促进农业增效和农民增收,实现农村现代农业、清洁能源、人居环境、土地改良互动互助的生态循环,是社会主义新农村建设的一项重要举措。该模式具有广泛的原料适应性,可采用黄秸秆、青秸秆、其他绿色纤维植物、牛羊养殖粪便、城市餐厨垃圾及畜禽粪便为主要原料生产沼气。同时,该模式自由灵活,可根据原料资源情况及所在乡镇的目标社区人口进行产能规模的调整,配套新型农村社区建设,建设规模为日产 500Nm3一直到 50000Nm3/天的秸秆沼气分布式能源装置,可以满足 5000-80000 人的用气、用电、用冷用热需求,并为农田提供有机肥,实现美丽乡村、碧水蓝天,农村能源革命。
但现有技术中存在沼气产率和秸秆利用率低,厌氧发酵的时间长,在发酵时,由于秸秆中含有大量的纤维素 , 发酵过程中难以彻底分解,秸秆在发酵使用后的沼渣中仍会残留短纤维,这些纤维会聚积缠绕,上浮产生结块,导致沼气聚集受阻,原料利用率低下,且产生的沼渣也会导致沼气罐堵塞;同时沼气从厌氧发酵装置产出时,尤其是在中温发酵和高温发酵时,携带有大量的H2S,由于沼气中还有大量的水蒸气存在,水与沼气中的H2S共同作用,加速了金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞;另外,H2S燃烧后生成SO2,与燃烧产物中的水蒸气结合成硫酸,使设备的金属表面产生腐蚀,并且还会造成对大气环境的污染,影响人体健康。因此,解决上述问题成为了现有技术领域的攻关课题。
实用新型内容
为解决上述缺陷,本实用新型的目的是提供一种具有沼气产率和秸秆利用率高,发酵过程纤维素易分解,沼渣自动清理,及脱硫成本低、脱硫效果好,且不需要催化剂、不需处理化学污泥,产生很少生物污泥、耗能低、去除效率高、脱硫效率稳定的工业生物质沼气项目应用系统。
为达到上述目的,本实用新型提出一种工业生物质沼气项目应用系统,包括粉碎机,所述粉碎机将采购的秸秆按比例粉碎、计量后,通过输送机将秸秆运送到储存池进行压实、密封、厌氧处理;所述储存池处理后的秸秆通过连接的匀质进料系统,通过泵抽送到水解罐,所述水解罐中对秸秆进行潜水搅拌,并通过罗茨风机进行间歇性曝气,水解酸化后,再由泵打入发酵罐中;所述发酵罐内对秸秆进行发酵和脱硫处理,经过厌氧发酵后,发酵产生的沼气一部分经预处理系统进行生物脱硫、脱水、降温、除杂、增压之后进入沼气发电系统,利用发电机发电,产生的电能并入国家电网系统,剩余的沼气增压后经管网运往附近村庄,供居民生活用气;所述发酵后的秸秆通过泵送至固液分离器单元进行固液分离,分离后的沼液在沼液池经过凉水塔降温后,回流至水解罐拌料继续发酵,分离出的沼渣运往有机肥生产车间,所述沼渣用装载机送入有机肥生产车间。
进一步的,所述沼渣在有机肥生产车间,通过混合搅拌装置并按原料成分粗调堆肥料水分、碳氮比,混合后,以垛状堆置,形成堆肥成品,所述堆肥成品进行筛分,筛下物根据水分含量高低分别进行处理,筛下物造粒后,送入由发电机尾气供热的烘干机,进行烘干,按比例添加微量元素后搅拌混合后制成成品,进行分装,入库待售。
进一步的,所述沼气发电系统中发电机产生的余热用于缸套水加热,供物料升温和系统保温,发电机尾气用于由有机肥生产车间物料烘干使用。
进一步的,所述沼液通过沼液循环回到匀质进料系统中,将秸秆搅拌水化,便于秸秆通过泵打到水解罐内。
进一步的,所述的脱硫处理是指利用微生物的作用,将一定量的空气通过正负压保护器上连接的管道通入发酵罐内,附着在气包拉紧带、罐壁、液面的丝硫菌属、硫杆菌属微生物在新陈代谢的过程中吸收硫化氢,并将他们转化为单质硫,进而转化为硫酸,在微氧条件下将H2S氧化成单质硫或亚硫酸的脱硫过程。处理过程无需任何添加剂,所需的空气由现场空压机运行产生,反应方程式如下:
2H2S + O2 →2H2O +2S
2H2S +3O2 →2H2SO3
这种脱硫方法已在欧洲广泛使用,在国内某些工程已有采用,其优点是:不需要催化剂、不需处理化学污泥,产生很少生物污泥、耗能低、去除效率高。脱硫效率稳定,H2S去除率可达90%以上,脱硫成本低,每立方米沼气处理费用小于0.03元,比化学脱硫法成本降低70%以上。当沼气中进入了一定数量的氧气时,专门的好氧嗜硫细菌(如:丝硫细菌属或硫杆菌属等)可以将沼气中的硫化氢成分氧化成硫元素,并根据环境条件的不同,将其进一步氧化成硫酸。这种反应需要的条件为:氧气、营养液、温度、湿度与生长区域。
综上所述,与现有技术相比,本实用新型的优点在于:本项目采用国际领先的两相厌氧发酵技术,可适用于干秸秆、青贮秸秆、木薯糟、糠醛渣等多种原料单一或混合发酵,配备出适合本工艺的技术和装备体系,沼气产率和秸秆利用率居国内先进水平,储存池工序通过乳酸菌的厌氧发酵实现原料的酸化预处理,沼气发酵工序实现产酸阶段和产甲烷阶段独立分开,通过青贮和沼气发酵工序工艺的优化,实现了多菌群协同发酵,大大降低了厌氧发酵的时间,发酵罐内纤维素易分解,沼渣和沼液及时抽出,固液分离器单元进行固液分离,沼液再循环利用,沼渣制作为有机肥,沼气发电实现冷、热、电三联供,可满足工厂所需全部电力和热能,不消耗化石能源。同时,采用生物脱硫法,利用微生物的作用,在微氧条件下将H2S氧化成单质硫或亚硫酸的脱硫过程。这种脱硫方法已在欧洲广泛使用,在国内某些工程已有采用,其优点是:不需要催化剂、不需处理化学污泥,产生很少生物污泥、耗能低、去除效率高。脱硫效率稳定,H2S去除率可达90%以上,脱硫成本低,每立方米沼气处理费用小于0.03元,比化学脱硫法成本降低70%以上,且避免了由于沼气中还有大量的水蒸气存在,水与沼气中的H2S共同作用,对金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞。
附图说明
图1所示为本实用新型工业生物质沼气项目应用系统基本组成图。
具体实施方式
参见图1所示,本实用新型提出一种工业生物质沼气项目应用系统,新鲜收割的秸秆粉碎后,经前处理后,运往秸秆储存池进行压实、密封、厌氧处理,经过5-40天左右的发酵后,原料内积累一定的乳酸等酸性物质。
原料经匀质进料系统(SC-FS-001)进入到水解罐(V0201、V0202)中,潜水搅拌(AG-HU-001/002)实现连续搅拌,罗茨风机(AB-PCR1-001/002)进行间歇性曝气,经过2天的水解酸化后,打入发酵罐(V0203、V0204)中,经过20天左右的厌氧发酵后,泵送至固液分离(PSS-CP-001)单元进行固液分离,分离后的沼液在沼液池(V0205)经过凉水塔(CP -CP-001/002)降温后,回流至水解罐(V0201、V0202)拌料继续发酵,沼渣运往有机肥生产车间。
发酵产生的沼气一部分经预处理系统进行生物脱硫(AB-PCR-003/004)、脱水(E0302)、降温(E0308)、除杂(V0301)、增压(C0303-0304)之后进入沼气发电系统,剩余的沼气增压后(C0306-0307)经管网运往附近村庄,供居民生活用气。沼气发电产生的电能一部分用于生产,剩余部分并入国家电网。发电机余热用于缸套水(E0308)加热,供物料升温和系统保温,发电机尾气用于由有机肥生产车间物料烘干使用。
将沼渣用装载机送入有机肥生产车间,送到混合搅拌装置并按原料成分粗调堆肥料水分、碳氮比,混合后,以垛状堆置,经过15-20天左右的腐熟后。堆肥成品进行筛分(M0408/M0420),筛下物根据水分含量高低分别进行处理。筛下物造粒(M0414)后,送入由发电机尾气供热的烘干机(E0417),进行烘干,按比例添加微量元素后搅拌(M0410)混合后制成成品,进行分装(M0423),入库待售。
该系统操作时,包括以下步骤:
(1)原料制备
在玉米秸秆收割前一个月内,检修粉碎机和运输设备等,购置配备件。对秸秆储存池进行清理消毒。收割—装车—运输。计量称重和检查掺杂做假。对原料进行粉碎,要求原料长度小于20mm。加料控水(60—70%为佳),挤压见水不滴水。用铲车堆往青贮池,压实,用塑料薄膜密封,上边压盖重物,使物料处于厌氧状态,通过厌氧乳酸菌、好氧细菌和有益真菌的协同发酵作用,产生的二氧化碳,造成无氧环境,分泌的乳酸使得原料呈酸性(pH值3.8-4.4)。青贮原料一般经过40天—50天的密闭发酵。
(2)沼气生产
铲车将原料送入进料箱,箱体底部的刮擦机拖动秸秆缓慢向前运输,进入固液混合设备(混合物料的液体来自沼液)即匀料进料系统,绞龙推动混合的物料向前运输,经螺杆泵输送至水解池进行水解。
混合物料在水解池中加热至36-38℃,潜水搅拌实现连续搅拌,罗茨风机进行间歇性曝气,在水解罐内经过两天的水解酸化后,经泵打往发酵罐。来自水解池的水解产物在发酵罐中加热至48℃,发酵罐中的长轴搅拌器进行规律性搅拌。在发酵罐内停留20天左右,发酵完成的物料由泵输送至固液分离单元,产生的沼气送至CHP。
固液分离后的沼液进入沼液池冷却,由泵输送至固体进料统,最终进入水解池,继续发酵。沼渣运入有机肥生产车间生产有机肥。
(3)热电联产
打开沼气总进气手动阀门,2台罗茨风机进口手动阀门;长按冷干机电源键,开启冷干机,观察冷干机工作情况;开启罗茨风机,PID自动调节沼气为25kPa;开启发电机组进口手动阀门,观察稳压阀前后压力情况(25.15kPa)。根据沼气浓度情况将浓度调节电位器输出电流调节至5.5mA。(52.5%沼气浓度)。沼气浓度小于时<5.5mA,沼气浓度大时>5.5mA(微调)。
按下控制器显示屏手动按键,按下开机键(start),倾听发动机启动声音,可启动一台换热扇;发动机转速稳定在1500转后,观察发动机缸温情况,最高缸温不大于690℃,缸温增加过快时,缓慢调节浓度调节电位器,控制缸温情况(52.5%浓度沼气调节到8mA);待发动机启动完毕工作正常后,按下并网按键(close),发动机进入自动并网程序;并网后将浓度调节电位器输出电流调节至5.5mA(启机初始值),待发动机缝合增加至初始设定负荷(6%,30kw)后,按下加功率按钮(每次按下后需保留2秒),待发电机接近设定功率时再次按下加功率按钮。以此类推逐渐增加至目标发电负荷。
(4)有机肥生产
本项目采用配料搅拌、发酵、陈化(腐熟)、造粒、干燥、装袋的工艺流程。
将沼渣用装载机送入有机肥生产车间,送到混合搅拌装置并按原料成分粗调堆肥料碳氮比,混合后,以垛状堆置,2天左右进行翻堆,用桨叶式翻抛机、桨叶(旋转齿式、可正反转)切削翻抛物料,翻抛时可使槽内物料向后移动,并补充水分。发酵初期,经中温、高温然后达到温度开始下降的整个过程,一般需10-12天。物料经过第一阶段发酵,还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在,需要继续发酵使之腐熟。此时温度持续下降,当温度稳定在35-40℃左右时即达腐熟,一般需5-10天。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,应当指出,在于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种工业生物质沼气项目应用系统,其特征在于:包括粉碎机、输送机、储存池、匀质进料系统、泵、水解罐、罗茨风机、发酵罐、发电机、管网、固液分离器单元、凉水塔、装载机,所述粉碎机将采购的秸秆按比例粉碎、计量后,通过输送机将秸秆运送到储存池,所述储存池连接着匀质进料系统,所述均质进料系统就是绞龙,所述沼液进入到绞龙,在绞龙内秸秆和沼液混合后,被泵抽送到水解罐,所述水解罐对秸秆进行潜水搅拌,并通过罗茨风机进行间歇性曝气,水解酸化后秸秆,再由泵打入发酵罐中;所述发酵罐对秸秆进行发酵和脱硫处理,经过厌氧发酵后,发酵产生的沼气一部分进入沼气发电系统,利用发电机发电,产生的电能并入国家电网系统,剩余的沼气增压后经管网运往附近村庄,供居民生活用气;所述发酵罐内发酵后的秸秆通过泵送至固液分离器单元进行固液分离,分离后的沼液在经过凉水塔降温后,回流至水解罐,分离出的沼渣用装载机送入有机肥生产车间。
2.根据权利要求1所述的一种工业生物质沼气项目应用系统,其特征在于:所述有机肥生产车间内设有混合搅拌装置、烘干机,所述混合搅拌装置连接着烘干机,所述烘干机由发电机尾气供热。
3.根据权利要求1所述的一种工业生物质沼气项目应用系统,其特征在于:所述发电机产生的余热用于缸套水加热,供物料升温和系统保温。
4.根据权利要求1所述的一种工业生物质沼气项目应用系统,其特征在于:所述发酵罐包括正负压保护器、管道、气包拉紧带、罐壁,所述正负压保护器安装罐壁上,所述管道连接着正负压保护器,所述管道上设有气包拉紧带,所述气包拉紧带和罐壁上附着丝硫菌属、硫杆菌属微生物。
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