CN209193981U - 沼气发酵反应器外部增温换热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及沼气发酵反应器外部增温换热系统及工作方法，属于沼气工程技术领域。本实用新型为解决现有沼气工程发酵反应器加热方式换热效率低，热损耗大的问题，提供了一种沼气发酵反应器外部增温换热系统，包括发酵罐反应器、换热器、加热器、沼液循环管路、加热循环管路、热媒循环管路；液体热媒进入热媒循环管路的吸热段，在负压作用下吸收加热循环管路的热量蒸发成气体；气体热媒进入热媒循环管路的放热段并在正压作用下液化，沼液吸收气体热媒液化时释放的热量完成增温。本实用新型以热媒发生物理状态变化时吸热和放热作为换热媒介，将沼液引至罐外进行增温，增加换热接触面积，提升沼液的增温响应速度，换热效率高于传统内换热形式。
Description
技术领域
本实用新型属于沼气工程技术领域，尤其涉及沼气发酵反应器外部增温换热系统。
背景技术
沼气作为一种清洁的生物质能源，集环保效益和经济效益于一体，其开发利用是解决能源紧张形势下能源供应问题的有效举措。沼气是有机物质在适宜温度下经过厌氧微生物的发酵作用产生的，温度是沼气发酵的关键因素。发酵温度低，则厌氧微生物的活性低，造成工程运行效率低，因而能源效益也低。
为保证沼气的正常发酵生产，发酵温度必须稳定在一定范围内。尤其在冬季或夜间，为维持沼气发酵适宜温度，需要对沼液进行增温处理。目前，沼气工程发酵反应器主要采用发酵罐体内或发酵罐外侧壁设置加热盘管的方式对加热发酵罐内沼液进行加热，换热效率低，热损耗大。
发明内容
为解决现有沼气工程发酵反应器加热方式换热效率低，热损耗大的问题，本实用新型提供了一种沼气发酵反应器外部增温换热系统。
本实用新型的技术方案：
沼气发酵反应器外部增温换热系统，包括发酵罐反应器、换热器和加热器；
所述发酵罐反应器罐外设有与其内部连通的沼液循环管路，所述沼液循环管路上设有第一阀门、第二阀门和沼液循环泵；
所述加热器与加热循环管路连通，所述加热循环管路上设有第三阀门、第四阀门和加热循环泵；
所述换热器内设有热媒循环管路；
所述换热器内还设有冷凝器，所述沼液循环管路的换热段与热媒循环管路的放热段共同固定设置于冷凝器内；
所述换热器内还设有蒸发器，所述热媒循环管路的吸热段与加热循环管路的加热段共同固定设置于蒸发器内；
所述热媒循环管路的放热段设有放热进水阀门和放热出水阀门，所述热媒循环管路的吸热段设有吸热进水阀门和吸热出水阀门；
所述放热进水阀门和吸热出水阀门之间设有风机；
所述放热出水阀门和吸热进水阀门之间设有热媒缓冲罐，所述热媒缓冲罐与热媒循环管路连通。
进一步的，所述热媒缓冲罐内设有上液位传感器和下液位传感器，所述上液位传感器与控制器相连，控制放热进水阀门、吸热出水阀门和风机的开启；所述下液位传感器与控制器相连，控制放热出水阀门和吸热进水阀门的关闭。
进一步的，所述热媒缓冲罐内还设有补液传感器和注液阀门。
进一步的，所述加热器为太阳能加热器或锅炉加热器。
本实用新型提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统的工作方法：
开启加热循环管路上的第三阀门、第四阀门和加热循环泵，使加热器产生的热水在加热循环管路内流动；
开启沼液循环管路上的第一阀门、第二阀门和沼液循环泵，使沼液在沼液循环管路内流动；
开启热媒循环管路上的放热进水阀门、放热出水阀门、吸热进水阀门、吸热出水阀门和风机，在风机作用下，热媒缓冲罐内的液体热媒进入蒸发器内热媒循环管路的吸热段，当热媒缓冲罐内液体热媒的液位下降至一定位置时，关闭放热出水阀门和吸热进水阀门，此时在风机的作用下，蒸发器内热媒循环管路吸热段开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收加热循环管路加热段内热水的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒；
热媒循环管路吸热段内的气体热媒在风机作用下进入冷凝器内热媒循环管路的放热段，放热段内的气体热媒在风机产生的正压作用下发生液化并释放出热量，沼液循环管路换热段内的沼液吸收气体热媒液化时释放的热量完成增温。
进一步的，所述气体热媒在冷凝器内热媒循环管路的放热段发生液化冷凝为液体热媒后，关闭放热进水阀门、吸热出水阀门和风机，开启放热出水阀门和吸热进水阀门，使液体热媒流回热媒缓冲罐内，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环为沼液增温。
进一步的，所述热媒为R433b新型碳氢制冷剂。
进一步的，所述热媒缓冲罐内设有上液位传感器和下液位传感器，所述上液位传感器与控制器相连，控制放热进水阀门、吸热出水阀门和风机的开启；下液位传感器与控制器相连，控制放热出水阀门和吸热进水阀门的关闭，
开启热媒循环管路上的放热进水阀门、放热出水阀门、吸热进水阀门、吸热出水阀门和风机，在风机作用下，热媒缓冲罐内的液体热媒进入蒸发器内热媒循环管路的吸热段，当热媒缓冲罐内液体热媒的液位下降至下液位传感器所在位置时，下液位传感器向控制器发出信号，将放热出水阀门和吸热进水阀门关闭；此时在风机的作用下，蒸发器内热媒循环管路吸热段开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收加热循环管路加热段内热水的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒；
热媒循环管路吸热段内的气体热媒在风机作用下进入冷凝器内热媒循环管路的放热段，放热段内的气体热媒在风机产生的正压作用下发生液化并释放出热量，沼液循环管路换热段内的沼液吸收气体热媒液化时释放的热量完成增温；
气体热媒在冷凝器内热媒循环管路的放热段发生液化冷凝为液体热媒后，关闭放热进水阀门、吸热出水阀门和风机，开启放热出水阀门和吸热进水阀门，使液体热媒流回热媒缓冲罐内，当热媒缓冲罐内液体上升至上液位传感器所在位置时，上液位传感器向控制器发出信号，开启热媒循环管路上的放热进水阀门、吸热出水阀门和风机，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环为沼液增温。
进一步的，所述热媒缓冲罐上还设有补液传感器和注液阀门，当液体热媒的液位低于补液传感器时，补液传感器向控制器发出信号，提示开启注液阀门补注热媒。
本实用新型的有益效果：
本实用新型利用热媒在压力作用下发生物理状态变化时的吸热和放热作为换热媒介，将发酵罐反应器内的沼液引出至发酵罐外进行增温，增加换热接触面积，提升沼液的增温响应速度，换热效率高于传统的内换热形式。同时，沼液的外部循环也能起到一定的搅拌作用，有助于发酵罐反应器内沼液的混合接种及温度的均匀传递。
附图说明
图1为本实用新型沼气发酵反应器外部增温换热系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。
实施例1
沼气发酵反应器外部增温换热系统，包括发酵罐反应器1、换热器2和加热器3；
所述发酵罐反应器1罐外设有与其内部连通的沼液循环管路4，所述沼液循环管路4上设有第一阀门401、第二阀门402和沼液循环泵403；
所述加热器3与加热循环管路6连通，所述加热循环管路6上设有第三阀门601、第四阀门602和加热循环泵603；
换热器2内设有热媒循环管路5；
换热器2内还设有冷凝器7，沼液循环管路4的换热段41与热媒循环管路5的放热段51共同固定设置于冷凝器7内；
换热器2内还设有蒸发器8，热媒循环管路5的吸热段52与加热循环管路6的加热段61共同固定设置于蒸发器8内；
热媒循环管路5的放热段51设有放热进水阀门501和放热出水阀门502，热媒循环管路5的吸热段52设有吸热进水阀门503和吸热出水阀门504；
放热进水阀门501和吸热出水阀门504之间设有风机505；
放热出水阀门502和吸热进水阀门503之间设有热媒缓冲罐9，热媒缓冲罐9与热媒循环管路5连通。
本实施例提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统将发酵罐反应器内的沼液引出至发酵罐外进行换热增温，增加换热接触面积，提升沼液的增温响应速度，换热效率高于传统的内换热形式。沼液的外部循环也能起到一定的搅拌作用，有助于发酵罐反应器内沼液的混合接种及温度的均匀传递。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，在热媒缓冲罐9内设有上液位传感器901和下液位传感器902，所述液位传感器901、下液位传感器902分别与控制器相连，所述上液位传感器901与控制器相连，控制放热进水阀门501、吸热出水阀门504和风机505的开启；所述下液位传感器902与控制器相连，控制放热出水阀门502和吸热进水阀门503的关闭。
本实施例中使用的液位传感器均为浮球式液位传感器，控制器型号为西门子S7-200SMART控制器。
本实施例提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统通过热媒缓冲罐内设置的上液位传感器、下液位传感器与控制器相连，通过热媒缓冲罐内液体热媒液位变化控制相应阀门的自动开关，实现沼液增温换热系统的自动化控制。
实施例3
本实施例在实施例2的基础上，在热媒缓冲罐9内还设有补液传感器903和注液阀门904。本实施例中使用的补液传感器的为浮球式液位传感器。
本实施例提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统通过热媒缓冲罐内设置的补液传感器实现对热媒缓冲罐内液体热媒储量的监控，起到保护作用，维持沼液的连续稳定增热。
实施例4
本实施例以实施例3为基础，使用的加热器3为太阳能加热器或锅炉加热器。
实施例5
实施例1提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统的工作方法：
开启加热循环管路6上的第三阀门601、第四阀门602和加热循环泵603，使加热器3产生的热水在加热循环管路6内流动；
开启沼液循环管路4上的第一阀门401、第二阀门402和沼液循环泵403，使沼液在沼液循环管路4内流动；
开启热媒循环管路5上的放热进水阀门501、放热出水阀门502、吸热进水阀门503、吸热出水阀门504和风机505，在风机作用下，热媒缓冲罐9内的液体热媒进入蒸发器8内热媒循环管路5的吸热段52，当热媒缓冲罐9内液体热媒的液位下降至一定位置时，关闭放热出水阀门502和吸热进水阀门503，此时在风机505的作用下，蒸发器8内热媒循环管路5吸热段52开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收加热循环管路6加热段61内热水的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒；
热媒循环管路5吸热段52内的气体热媒在风机505作用下进入冷凝器7内热媒循环管路5的放热段51，放热段51内的气体热媒在风机505产生的正压作用下发生液化并释放出热量，沼液循环管路4换热段41内的沼液吸收气体热媒液化时释放的热量完成增温。
本实施例利用热媒在压力作用下发生物理状态变化时的吸热和放热作为换热媒介，将加热器产生的热量高效传导至沼液，并与沼液在发酵罐外完成换热。与传统发酵罐内加热或罐壁加热方式相比，本实施例将沼液引出至罐外增加了换热接触面积，提升沼液的增温响应速度，换热效率更高。
实施例6
沼气发酵反应器外部增温换热系统在实施例5的基础上完成循环增热工作方法：
实施例5沼液增温完成后，气体热媒在冷凝器内热媒循环管路5的放热段51发生液化冷凝为液体热媒后，关闭放热进水阀门501、吸热出水阀门504和风机505，开启放热出水阀门502和吸热进水阀门503，使液体热媒流回热媒缓冲罐9及热媒循环管路5的吸热段52内，继续实施例5的增温过程，即可持续不断的利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环为沼液增温。
实施例7
本实施例提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统的工作方法与实施例5的区别在于，本实施例使用的热媒为R433b新型碳氢制冷剂，其本身沸点低、易蒸发，在蒸发器内的负压和加热条件下，更容易迅速蒸发成气体，蒸发过程会吸收周围热量；在冷凝器内的正压条件下，能够迅速液化成液体，同时向周围释放热量。
实施例8
本实施例提供的沼气发酵反应器外部增温换热系统的工作方法与实施例5的区别在于，本实施例热媒缓冲罐9内设有上液位传感器901和下液位传感器902，所述上液位传感器901与控制器相连，控制放热进水阀门501、吸热出水阀门504和风机505的开启；下液位传感器902与控制器相连，控制放热出水阀门502和吸热进水阀门503的关闭，
开启热媒循环管路5上的放热进水阀门501、放热出水阀门502、吸热进水阀门503、吸热出水阀门504和风机505，在风机作用下，热媒缓冲罐9内的液体热媒进入蒸发器内热媒循环管路5的吸热段52，当热媒缓冲罐9内液体热媒的液位下降至下液位传感器902所在位置时，下液位传感器902向控制器发出信号，将放热出水阀门502和吸热进水阀门503关闭；此时在风机505的作用下，蒸发器8内热媒循环管路5吸热段52开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收加热循环管路6加热段61内热水的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒；
热媒循环管路5吸热段52内的气体热媒在风机505作用下进入冷凝器7内热媒循环管路5的放热段51，放热段51内的气体热媒在风机505产生的正压作用下发生液化并释放出热量，沼液循环管路4换热段41内的沼液吸收气体热媒液化时释放的热量完成增温；
气体热媒在冷凝器7内热媒循环管路5的放热段51发生液化冷凝为液体热媒后，关闭放热进水阀门501、吸热出水阀门504和风机505，开启放热出水阀门502和吸热进水阀门503，使液体热媒流回热媒缓冲罐9内，当热媒缓冲罐9内液体上升至上液位传感器901所在位置时，上液位传感器901向控制器发出信号，开启热媒循环管路5上的放热进水阀门501、吸热出水阀门504和风机505，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环为沼液增温。
同时，热媒缓冲罐9上还设有补液传感器903和注液阀门904，当液体热媒的液位低于补液传感器903时，补液传感器903向控制器发出信号，提示开启注液阀门904补注热媒。
本实施例通过热媒缓冲罐内液体热媒液位变化控制相应阀门的自动开关，实现沼液增温换热系统的自动化控制；通过热媒缓冲罐内设置的补液传感器实现对热媒缓冲罐内液体热媒储量的监控，维持沼液的连续稳定增热。
Claims (4)
1.沼气发酵反应器外部增温换热系统，其特征在于，包括发酵罐反应器(1)、换热器(2)和加热器(3)；
所述发酵罐反应器(1)罐外设有与其内部连通的沼液循环管路(4)，所述沼液循环管路(4)上设有第一阀门(401)、第二阀门(402)和沼液循环泵(403)；
所述加热器(3)与加热循环管路(6)连通，所述加热循环管路(6)上设有第三阀门(601)、第四阀门(602)和加热循环泵(603)；
所述换热器(2)内设有热媒循环管路(5)；
所述换热器(2)内还设有冷凝器(7)，所述沼液循环管路(4)的换热段(41)与热媒循环管路(5)的放热段(51)共同固定设置于冷凝器(7)内；
所述换热器(2)内还设有蒸发器(8)，所述热媒循环管路(5)的吸热段(52)与加热循环管路(6)的加热段(61)共同固定设置于蒸发器(8)内；
所述热媒循环管路(5)的放热段(51)设有放热进水阀门(501)和放热出水阀门(502)，所述热媒循环管路(5)的吸热段(52)设有吸热进水阀门(503)和吸热出水阀门(504)；
所述放热进水阀门(501)和吸热出水阀门(504)之间设有风机(505)；
所述放热出水阀门(502)和吸热进水阀门(503)之间设有热媒缓冲罐(9)，所述热媒缓冲罐(9)与热媒循环管路(5)连通。
2.根据权利要求1所述沼气发酵反应器外部增温换热系统，其特征在于，所述热媒缓冲罐(9)内设有上液位传感器(901)和下液位传感器(902)，所述上液位传感器(901)与控制器相连，控制放热进水阀门(501)、吸热出水阀门(504)和风机(505)的开启；所述下液位传感器(902)与控制器相连，控制放热出水阀门(502)和吸热进水阀门(503)的关闭。
3.根据权利要求1或2所述沼气发酵反应器外部增温换热系统，其特征在于，所述热媒缓冲罐(9)内还设有补液传感器(903)和注液阀门(904)。
4.根据权利要求3所述沼气发酵反应器外部增温换热系统，其特征在于，所述加热器(3)为太阳能加热器或锅炉加热器。
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| CN109401954A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-03-01 | 黑龙江省能源环境研究院 | 沼气发酵反应器外部增温换热系统及工作方法 |
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