CN209443010U - 一种lbp一体化处理设备整体的节能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于节能设备技术领域，公开了一种LBP一体化处理设备整体的节能设备，由LBP一体化处理设备主体的电机和传送泵进行：初级破碎、次级破碎‑液化；次级破碎‑液化机到酸化罐的传送泵；酸化罐搅拌机，用于把物料从酸化罐运送到发酵罐的传送泵；由供热控温安全电机和传送泵进行：燃烧器循环，反应釜循环，水冷油罐循环，控制柜上的电子设备和接触装置进行比例调节。本实用新型将LBP一体化处理设备的耗能进行明显的降低；由于LBP一体化处理设备能够处理农村的固体废弃物和生活垃圾后会产生沼气，将沼气进行利用，也会有效的减少耗能。

Description

一种LBP一体化处理设备整体的节能设备

技术领域

本实用新型属于节能设备技术领域，尤其涉及一种LBP一体化处理设备整体的节能设备。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

发生改变，就比如化肥的大量使用，而放弃使用禽畜粪便，人们把禽畜粪便和生活垃圾随意的丢在田间道旁，电能、天然气等能源取代了原来的薪柴能源，还有农作物秸秆的利用率低等现状。由于农村有机固体废堆置比较随意，农村地区的河流和他们的地下水等水资源受到了污染，农村居民的饮用水安全和他们的身体健康都受到了威胁。因此，在农村有机固体废弃物的污染会直接造成土地资源被占用、污染，并且水体和大气也会受到污染，最重要的是还会影响人类健康，农村的田间地貌和环境卫生也会受到影响。

农村生产、生活废弃物处理应当寻求一条科学的道路。“村收集、镇中转、县处理”管理模式在一些农村地区得到了较多应用，但大都采取的是完全混合收集的方式，并不能减少垃圾的处理量，还增加了垃圾资源化、减量化和无害化的难度。而且对于一些地理位置较为偏远的村落转运的成本较高，同时，垃圾转运至县处理会也增加了县级垃圾处理的负担。

我国是一个农业大国，农村人口数量多约占全国人口的70％，其中他们消费的能源主要是用于生活用能，虽然每人每年的能源消耗量比较少，但他们是以薪柴和木炭为主要的消耗能源，这样就会使得许多地区出现木柴消耗速度很快，而林木生长速度是有限的，木柴的消耗速度就会超过林木的生长速度，这样森林植被大面积受到了破坏，土地的生产能力会急速下降，更严重的就会导致土地的沙漠化，影响生态环境。再近一步说，燃烧薪柴木炭对其能源利用率非常的低，燃烧产生的烟气也会严重污染大气，并且对农村的生活环境有一定的破坏。现如今沼气作为一种清洁便捷的绿色能源，有着他独有的优势，它的主要成分是甲烷，燃烧使用1个单位的甲烷气体，可以减少排放21个单位的二氧化碳，这很大程度上使我国能源与环境压力得到缓解，并且实现了节能减排，有助于建设节约型社会。农作物秸秆和畜牧业禽畜粪便生物质能源的主要产地在我国北方，在那具有开发沼气的巨大前景与潜力。

LBP一体化处理设备是利用厌氧发酵的原理，对农村的固体废弃物和生活垃圾进行有效处理并能够产生沼气，将资源进行高效利用。LBP一体化处理的研究思路是对自然村有机垃圾进行“水处理”的思路，即采用“液化-生化处理(LBP--Liquefaction and Bio-digestion Processing)”方式对农村垃圾进行减量化、资源化处理。并且LBP一体化处理设备以水为传质介质，基于水力和机械破碎等原理，对生物质废弃物进行液化或浆化，分离不同特性的物质，对浆液进行厌氧生物发酵处理，并对生化过程进行远程智能化控制。

以及从我们调研农村生产、生活废弃物的特征显示，农村生产、生活废弃物中有机质占到总量的大部分，有机质是一种很好的资源，LBP一体化处理设备对农村生产、生活废弃物中的有机质加以利用产生沼气，既可以使农村固废减量，又可使之资源化，促进农村社区的村容整洁和达到原地消减废弃物的目的。比较现有的填埋法、堆肥法、焚烧法等常规固体废弃物处理方式的优缺点后，通过借鉴、消化和吸收国外先进的生物处理技术，对固体废物采用“水处理”的技术，将农村废弃物中的有机质进行液化-生化(LBP)处理，充分利用有机质进行产气产肥，走高效资源化、无二次污染的工艺路线。

以自然村为单位对农村混合废弃物进行简易分选后，使用LBP一体化处理设备，将废弃物中的有机质用于产气产肥，达到显著减量和资源化的实效，是近于零排放的处理技术，可有效降低填埋处理成本和对环境的影响。

如以自然村为单位，使用LBP一体化处理设备可以就地解决生活废弃物、农林废弃物减量化资源化问题，节约土地资源和运输费用，减轻城镇的垃圾处理压力，促进节能环保的生态乡村建设以及社会主义新农村的建设。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现在的LBP一体化处理设备的耗能相比其他设备还没有自己的优势，不能减少LBP一体化处理设备的耗能，不能将沼气加以利用，能够更好的降低资源浪费，提高资源利用率。

能耗高，运行稳定性差，适用范围小；

技术与设备分散，相互间兼容性差；

现有设备对不同物料、季节、环境变化适应性差，运行稳定性不高

解决上述技术问题的难度和意义：

难度：难以长期稳定的运行。

意义：

解决上述问题有利于厌氧发酵技术和资源化利用技术的推广与应用，特别是对于居住分散的农村地区；

减少二次污染，资源化利用程度提高，有利于生态环境的改善。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种LBP一体化处理设备整体的节能设备。

本实用新型是这样实现的，一种LBP一体化处理设备，所述LBP一体化处理设备包括：

主体结构包括：初级破碎机，次级破碎-液化机，分离设备，酸化贮存调节罐(附搅拌机)，泵送设备，发酵反应器(附搅拌机)，保温夹套；

供热控温安全装置包括：保温燃烧器循环泵，反应釜循环泵，水冷油罐循环泵，自产沼气燃烧器，比例调节阀、太阳能集热器、醇基燃料燃烧装置、切换装置。

混合物料经初级破碎机破碎至适宜粒径后，再经次级破碎及液化机在同步给水条件下形成固液混合流体，利用落差(亦可泵送)进入分离设备，经分离器分离去除上浮物(合成有机物等)、沉降物(泥沙、金属等)的可降解有机质浆液进入酸化贮存调节罐(利用落差或泵送)，经调节、均化、酸化的可降解有机质浆液由泵送设备输送，自发酵反应器上部进入反应器作厌氧发酵处理，发酵反应器外部设有保温夹套。

供热控温安全装置包括：太阳能集热器，自产沼气燃烧器及循环泵，醇基燃料燃烧装置(安全屋)，水冷油罐循环泵(安全屋内所含装置)，保温水箱及保温管道，发酵反应器保温夹套循环泵，控制器及温度传感器若干，比例调节阀，切换装置等。

供热系统以水为导热介质，封闭循环。热源包括太阳能、自产沼气、醇基燃料等，根据适时条件通过切换装置开启或关闭，控制器及比例调节阀保证主水箱温度恒定，保温水箱通过保温管道、循环泵与发酵反应器保温夹套形成环路连接，系统通过传感器和控制器调节循环泵运行，实现反应器温度的恒定。

进一步，所述LBP一体化处理设备进一步包括：供热系统；供热系统有供热控温安全屋、沼气锅炉和太阳能热水系统；

供热系统，进一步包括燃料控制、恒温水箱和安全系统。

进一步，控制柜上的电子设备和接触装置集成有控温系统，控温系统采用反应器内部、夹套水和保温水三点温度控制，由单片机和温度传感器构成。

进一步，太阳能热水系统为热管式真空管太阳能集热器。

综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：

针对这个设备的耗能，提出合理的节能方案，将LBP一体化处理设备的耗能进行明显的降低。由于LBP一体化处理设备能够处理农村的固体废弃物和生活垃圾后会产生沼气，将沼气进行利用，也会有效的减少耗能。

本实用新型的节能方案有：一是对发酵罐搅拌机的功率进行降低和减少它的运行时间来减少耗能。二是设计一个沼气锅炉，对LBP一体化处理设备产生的沼气加以利用，燃烧产热对发酵罐保温水层控温从而减少了供热控温安全屋的耗能，间接减少耗能。三是设计一个太阳能热水系统，功能和沼气锅炉是一样的，都是产热对发酵罐保温水层控温从而减少了供热控温安全屋的耗能，间接减少耗能。

方案一是降低发酵罐搅拌机的功率和减少它的运行时间，和方案二沼气锅炉、方案三太阳能热水系统可同时进行，无需比较优先级。由于沼气锅炉、太阳能热水系统、供热控温安全屋，三者作用是一样的，那么就来探讨一下三者的优先级。供热控温安全屋会实时监控发酵罐保温水层的温度，若温度达不到设定温度，供热控温安全屋就会立即对水进行加热，反应釜循环泵将立即将热水运送到发酵罐的保温水层中，从而达到控温的目的。经和老师以及参与制作LBP一体化处理设备电工的探讨，与多方面考虑，最后决定让沼气锅炉、太阳能热水系统、供热控温安全屋三者都对保温水箱进行加热。供热控温安全屋作为辅助加热装置一直处于开启状态，若沼气锅炉和太阳能热水系统的供热不足时，将会启动供热控温安全屋对水进行加热。而沼气锅炉和太阳能热水系统二者的优先级，太阳能热水系统是优先的，太阳光充足的情况，无需使用沼气锅炉。若太阳光不充足，沼气锅炉就会启动并对水进行加热。再若沼气不够的情况下，才会启动供热控温安全屋对水进行加热。此种优先级下的方案最为环保和节能。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的LBP一体化处理设备整体的节能方法流程图。

图2是本实用新型实施例提供的搅拌系统图。

图3是本实用新型实施例提供的换热器平面图。

图4是本实用新型实施例提供的沼气锅炉图。

图5是本实用新型实施例提供的太阳能热水系统图。

图6是本实用新型实施例提供的太阳能热水系统三者共同组成三元一体化供热系统图。

图中：1、太阳能集热器；2、太阳能泵站；3、恒温水箱；4、供热控温安全屋；5、发酵罐；6、沼气锅炉；7、沼气储气包。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现在的LBP一体化处理设备的耗能相比其他设备还没有自己的优势，不能减少LBP一体化处理设备的耗能，不能将沼气加以利用。

为解决上述技术问题，下面结合具体方案对本实用新型应用原理作详细描述。

本实用新型实施例提供的一种LBP一体化处理设备整体的节能方法包括：

由LBP一体化处理设备主体的电机和传送泵进行：初级破碎、次级破碎-液化；次级破碎-液化机到酸化罐的传送泵；酸化罐搅拌机，用于把物料从酸化罐运送到发酵罐的传送泵；

由供热控温安全电机和传送泵进行：燃烧器循环，反应釜循环，水冷油罐循环，控制柜上的电子设备和接触装置进行比例调节。

物料经过初级破碎、次级破碎-液化，处于液态状态以利于管道运输和封闭式处理，不同物料因密度差异在液态情况下沉降或上浮，得到分离，减少了分离的能耗。

在本实用新型实施例中，供热控温方法包括：通过控温系统采用反应器内部、夹套水和保温水三点温度控制，由单片机对燃料、恒温水箱和安全进行控制。

节能方面采用多元化供热系统，供热源包括太阳能、自产沼气及醇基燃料，系统可根据气候及实际运行需要自动进行供热源的切换。

在本实用新型实施例中，所述LBP一体化处理设备整体的节能方法进一步包括：

利用热管式真空管太阳能集热器吸收太阳辐射能并将其转化为热能，集管中的传热介质通过换热器将这些热能转移到储热水箱或缓冲水箱内；电子控制单元先检查换热器出口温度T1高于人口温度T2的程度，然后根据实际情况通过控制循环水泵来启动太阳能热水系统，通过换热器使储热水箱中的水逐渐加热。

在本实用新型实施例中，本实用新型提供一种LBP一体化处理设备，所述LBP一体化处理设备包括：

混合物料经初级破碎机破碎至适宜粒径后，再经次级破碎及液化机在同步给水条件下形成固液混合流体，利用落差(亦可泵送)进入分离设备，经分离器分离去除上浮物(合成有机物等)、沉降物(泥沙、金属等)的可降解有机质浆液进入酸化贮存调节罐(利用落差或泵送)，经调节、均化、酸化的可降解有机质浆液由泵送设备输送，自发酵反应器上部进入反应器作厌氧发酵处理，发酵反应器外部设有保温夹套。

供热控温安全装置包括：太阳能集热器，自产沼气燃烧器及循环泵，醇基燃料燃烧装置(安全屋)，水冷油罐循环泵(安全屋内所含装置)，保温水箱及保温管道，发酵反应器保温夹套循环泵，控制器及温度传感器若干，比例调节阀，切换装置等。

供热系统以水为导热介质，封闭循环。热源包括太阳能、自产沼气、醇基燃料等，根据适时条件通过切换装置开启或关闭，控制器及比例调节阀保证主水箱温度恒定，保温水箱通过保温管道、循环泵与发酵反应器保温夹套形成环路连接，系统通过传感器和控制器调节循环泵运行，实现反应器温度的恒定。

作为本实用新型的优选实施例，所述LBP一体化处理设备进一步包括：供热系统；供热系统有供热控温安全屋、沼气锅炉和太阳能热水系统。

供热系统进一步包括燃料控制、恒温水箱和安全系统。

供热系统进一步包括太阳能集热器1；太阳能泵站2；恒温水箱3；供热控温安全屋4；发酵罐5；沼气锅炉6；沼气储气包7；

恒温水箱3通过管道分别连接太阳能集热器1、太阳能泵站2、发酵罐5、沼气锅炉6；沼气锅炉6通过管道连接沼气储气包7。

作为本实用新型的优选实施例，控制柜上的电子设备和接触装置集成有控温系统，控温系统采用反应器内部、夹套水和保温水三点温度控制，由单片机和温度传感器构成。

作为本实用新型的优选实施例，太阳能热水系统为热管式真空管太阳能集热器。

下面结合具体分析对本实用新型的应用作进一步描述。

1.LBP一体化处理设备整体的耗能分析

1.1LBP一体化处理设备的相关知识

1.1.1LBP一体化处理设备的技术原理

LBP一体化处理设备运用了一套新型的工艺设备和技术“LBP一体化厌氧消化系统”，应用于生物质废弃物的减量和资源化利用。

按一定组成配比的生物质废弃物经两级破碎、液化和分离，获得的可降解液化有机质经过水解酸化，输入到厌氧发酵反应器中，在自动控温条件下进行多基质共发酵，有助于提高生物燃气产量，提高厌氧消化反应器的利用效率。

由于发酵浆液的流体力学特性，在10-30rpm的低搅拌速率条件下，桨式和锚式搅拌器不能有效地提升破碎后浆液化的固-液混合物。本LBP系统采用新型的“同轴双螺带”搅拌系统，在同一个搅拌轴上，外螺带旋转上提物料，内螺带旋转下压物料，确保低转速下获得良好的搅拌效果。

为了实施多基质共发酵技术方案，需要针对不同基质采用相应的破碎方案，设定进料顺序和发酵量配比。根据发酵过程的VFA、pH值、ORP和沼气成分等参数的变化，调整发酵基质的配比和进料时间，以确保厌氧发酵过程的持续平稳进行，缩短水力停留时间(HRT)，获得理想的池容产气率。

基于农村电网供电质量不稳定，不易控温，及避免电热供能的考虑，“LBP一体化厌氧消化系统”未采用电热恒温设计，而是重点研究替代性低值清洁能源的应用，本实用新型采用新型的清洁能源醇基燃料燃烧供热，可排除季节气温变化干扰，确保厌氧发酵在中温或高温的恒温条件下顺利运行。控温系统采用反应器内部、夹套水和保温水箱三点温度控制，由单片机和温度传感器等构成。供热系统包括燃料控制、恒温水箱和安全系统等主要部分。

LBP一体化系统的重要组成——生物燃气在线监测和控制系统采用气体传感器在线监测和自动控制方式，对生物燃气中CH₄、CO₂和O₂等组分的浓度进行测量，浓度数据以及气体浓度变化趋势可以揭示系统运行状态。根据设定的参数和在线监测气体浓度数据可以实现生物燃气的集气控制。通过该系统的人机交互界面，也可对发酵器内部的气体成分进行手动检测。

1.1.2LBP一体化处理设备的工艺流程和基本组成

LBP一体化处理设备是利用有机质资源化利用技术工艺流程，如图1.

而LBP一体化处理设备基本由两部分组成。一部分由LBP一体化处理设备主体的电机和传送泵组成，其中有初级破碎机，次级破碎-液化机，次级破碎-液化机到酸化罐的传送泵，酸化罐搅拌机，用于把物料从酸化罐运送到发酵罐的传送泵，发酵罐的搅拌机。另一部分是由供热控温安全电机和传送泵组成，其中有燃烧器循环泵，反应釜循环泵，水冷油罐循环泵，控制柜上的电子设备和接触装置，燃烧器，比例调节阀组成。每个部分都有他们不可或缺的作用，在设备运行的时候，他们是耗电的主体。

1.2LBP一体化处理设备的电机功率及时间：

本实用新型在分析过LBP一体化处理设备的实物后，并与参与制作LBP一体化处理设备电工的探讨中，整理出了一份LBP一体化处理设备的电机功率表，如表2。

根据LBP一体化处理设备实际处理垃圾的运行状况，杂草100公斤经初级破碎需要2个小时，由于生活垃圾易碎，100公斤生活垃圾经初级破碎需半个小时。由于次级破碎-液化机的功率比较低，100公斤生活垃圾经次级破碎-液化机需两个小时。泵的时间都是0.1分钟每次，酸化罐的搅拌机是半小时每次，对100公斤牛粪进行酸化需1小时。发酵罐搅拌机的运行时间每隔2小时运行1小时，那么一天运行8个小时，发酵罐功率是最大的，运行时间是最长的，这个是主要耗电的来源。

表1 LBP一体化处理设备

1.3按设备处理流程不同进行耗能计算:

1.3.1耗能的计算方法

耗能计算的标准，我们以电机花费电的度数进行计算，经查阅资料，

为了计算的方便进行，以及结果的可靠度，使用此种计算方法：

W＝Pt

P-额定功率；

t-运行时间。

比如初级破碎机的功率是5.5KW，运行一个小时则计算结果为：

W＝Pt＝5.5kw×1h＝5.5kWh＝5.5度电。

公式中使用的是最大额定功率，计算的结果为一小时的最大的耗电量。电机一般实际使用时不会长期在额定满功率下运行(一般设计选配负载时都会留有安全余量)，因此实际耗电一般会低于上述计算最大值。

1.3.2总流程

分析LBP一体化处理设备主体的耗能要用到的流程主要有一级破碎，二级破碎，酸化，发酵。根据处理的物料不同，经历的流程是不一样的。就比如处理秸秆牛粪的话，就不会需要二级破碎。并且秸秆也不会进入酸化罐，而是采取直接进料发酵罐。因为秸秆干燥硬脆，一级破碎后长短不一，容易堵塞管路，所以需采用直接进料的方法。

1.3.3计算分析流程一所耗电能

流程一中处理的物料为牛粪和秸秆，LBP一体化处理设备的发酵罐能容纳2吨物料，实际情况一次只投入1.5吨的物料，物料的含固率为百分之十，本文计算一次投入物料一天设备所耗电能情况。在流程一中投入的牛粪为100公斤，牛粪的含固率为百分之五十。投入的高粱秸秆59公斤，其含率为百分之八十五。投入的杂草为100公斤，其含固率也是百分之五十。除了杂草，高粱秸秆，牛粪，其余部分加水。

根据LBP一体化处理设备的电机功率表和实际处理物料的运行状况，100公斤杂草经一级破碎处理需2小时，耗费电11度。59公斤高粱秸秆经一级破碎处理需半小时，耗费电2,75度。因牛粪是流体，所以它不需要破碎处理，直接进入酸化罐，牛粪经酸化罐搅拌需要1小时，耗费电2.2度。发酵罐的搅拌机一天需运行8个小时，耗费电44度。两个传送泵运行一次需要0.1分钟，总耗费电约0.004度。则在流程一中一次投料一天总耗费电约为59.95度。查阅资料，重庆农用电0.506元每度，在流程一中一次投料一天LBP一体化处理设备的耗电支出约为30元。

1.3.4计算分析流程二所耗电能

流程二中处理的物料为生活垃圾和牛粪；流程二中投入处理的生活垃圾357公斤，其中百分之七十是可降解有机质，这些有机质的含固率为百分之五十。投入处理牛粪50公斤，其他部分加水。根据LBP一体化处理设备的电机功率表和实际处理物料的运行状况，357公斤生活垃圾,经一级破碎处理需要1.785个小时，耗费电约9.82度，经二级破碎处理需要7.14个小时，耗费电约5.36度。50公斤牛粪经酸化罐搅拌需要半个小时，耗费电1.1度。357公斤生活垃圾经酸化罐搅拌需要3.57个小时，耗费电约7.85度。发酵罐搅拌机同样一天运行了8小时，耗费电44度。则在流程二中一次投料一天LBP一体化处理设备的耗费电约为68.13度。根据重庆农用电0.506元每度，在流程二中一次投料一天LBP一体化处理设备的耗电支出约为34元。

1.4供热控温安全屋的耗能计算

1.4.1供热控温安全屋的相关知识

供热控温安全屋主要用于对发酵罐进行控温保温，为发酵提供一个适宜的温度，LBP一体化处理设备并未采用电热恒温设计，是由于农村电网负荷较小且供电质量不稳定，易带来温度的波动，准确控温有难度，并且电热供能能耗较大，技术经济性较差。所以LBP一体化处理设备采用了新能源恒温系统。

新型的醇基燃料燃烧供热可确保厌氧发酵在35±1℃的恒温条件下进行。醇基燃料以醇类(甲醇、乙醇、丁醇等)为主要成分，以液体或者固体形式存在，也是一种清洁能源。醇基燃料燃烧系统具有燃烧稳定，燃料成本低以及热转换效率高等特点。其燃烧排放物主要是水和二氧化碳。

控温系统采用反应器内部、夹套水和保温水三点温度控制，由单片机和温度传感器等构成。供热系统包括燃料控制、恒温水箱和安全系统等主要部分。

1.4.2供热控温安全屋的电机功率表和时间说明

供热控温安全屋的电机主要是由一些循环泵组成，见表2。

表2供热控温安全屋电机表

燃烧器循环泵用于将醇基运到燃烧室中，燃烧器进行打火燃烧，加热水用于对发酵罐进行保温。由于季节不同，室温不同。若天气较热，发酵罐的温度容易保持，则燃烧器循环泵和燃烧器一天开的次数就较少。若天气较冷，发酵罐的温度容易流失，那么燃烧器循环泵和燃烧器一天开的次数就较多。燃烧更多的醇基燃料，去保持水温。经供热控温安全屋的实际的运行状况来说，冬季燃烧器循环泵和燃烧器每隔3小时运行一次。反应釜循环泵用于将供热控温安全屋加热的水运到发酵罐的保温水层当中，根据实际的运行状况，一天运行20个小时。水冷油罐循环泵用于将蒸发被冷凝的醇基燃料，运送回醇基燃料罐当中，由于天气极度热的情况下醇基燃料才会蒸发，所以一般水冷油罐循环泵不会开启，运行时间可以忽略。而控制柜上的电子设备、接触装置和比例调节阀一般都常开，方便对温度进行把控。

1.4.3供热控温安全屋的耗能计算

本次计算供热控温安全屋的耗能，以冬季一天的耗能为基准。冬季燃烧器循环泵和燃烧器每隔3小时运行一次，一天运行大约7.3个小时，需耗费电约为4度。反应釜循环泵一天运行20个小时，需耗费电10度。控制柜上的电子设备、接触装置和比例调节阀一天都基本在运行，耗费电约0.5度。则冬季一天供热控温安全屋需耗费电14.6度，根据重庆农用电0.506元每度，冬季一天供热控温安全屋耗电支出约为7.4元。

2.下面结合LBP一体化处理设备整体的节能方案对本实用新型的应用原理作进一步描述。

2.1LBP一体化处理设备主体的节能方案

发酵罐搅拌机用于带动发酵罐里搅拌系统的旋转，来实现对发酵罐里物料的搅拌，LBP一体化处理整体设备使用的是采用新型的“同轴双螺带”搅拌系统，由于发酵浆液的流体力学特性，在10～30rpm的低搅拌速率情况下，桨式和锚式搅拌器不能有效地提升破碎后浆液化的固-液混合物。考虑到降低对微生物菌群影响和确保良好混合效果的双向要求，所以采用了“同轴双螺带”搅拌系统，搅拌时，在同一个搅拌轴上，外螺带旋转上提物料，内螺带旋转下压物料，确保低转速下获得良好的搅拌效果，搅拌系统如图2。

整个搅拌系统直径1.5米，高2米，重100公斤，为对称结构。发酵罐搅拌机功率为5.5KW，转速为1440r/min，而我们发酵罐是低搅拌速率，所以使用了降速机使得发酵罐搅拌机转速降为20r/min。根据查阅资料可得，转速降低了，力矩就增大了。求出在功率为5.5KW搅拌机带动下，搅拌系统的水平旋转力为多少，才能判断降低多少功率，既能不影响搅拌正常运行，又能减少耗能。

转矩与功率及转速的关系如下：

T＝9550P/n

T-转矩

P-电机功率

n-转速

9550是计算系数

转矩也是力矩的一种，力矩有其基本的运算公式即：

M＝LF。

其中L是从转动轴到着力点的距离矢量,F是矢量力；力矩也是矢量。

由于搅拌系统是对称结构，算出的力矩为力偶矩，力偶矩与转动轴的位置无关。力偶矩的计算公式与力矩是一样的，只是L不一样，力矩的L是从转动轴到着力点的距离矢量，而力偶矩的L是力与平行力之间距离，也就是搅拌系统的直径。

已知发酵罐搅拌机功率为5.5KW，降低以后的转速为20r/min，则根据转矩与功率及转速的关系，可以计算得出此时的转矩为2626.25J。再根据力矩和与力以及距离之间的关系可以计算得出水平转向力约为1750.8N。由于齿轮摩擦和功率因数的影响，力实际并没有那么大。摩擦系数为百分之九十五，功率因数为百分之八十五。则实际算得水平转向力约为1413.8N。搅拌系统重100公斤，也就是100kg。根据重力公式，g取9.8N/kg，搅拌系统重980N。再加上搅拌系统是对称结构，转轴部分有润滑油辅助，旋转就更加容易了。在发酵罐有物料的情况下，物料的含固率为百分之十，黏度并不是很大，只要水平转向力大，是不会影响搅拌系统旋转的。

最终确定可将5.5KW的搅拌机的功率降低为3.5KW。若在减少发酵罐搅拌机的运行时间，同样也可以降低能耗。搅拌系统是用于搅拌物料，以至于不让物料下沉固化，提高厌氧发酵的效率。在LBP一体化处理设备的实际运行过程中，每隔2个小时运行1小时时间过长。经过对LBP一体化处理设备的实验，每隔2个半小时运行半小时，同样能够达到不使物料沉底固化的效果，不影响厌氧发酵的效果。

通过降低发酵罐搅拌机的功率和运行时间，使得发酵罐搅拌机一天耗费电约为14度，相比原来发酵罐搅拌机一天耗费电44度，节省了30度电并且耗电支出减少了16.8元，节省了将近一半的耗电支出。

2.2LBP一体化处理设备所产沼气的利用

2.2.1沼气锅炉

沼气属于一种清洁便捷的绿色能源，利用沼气锅炉燃烧沼气加热发酵罐保温层水，不仅可以减轻供热控温安全屋的压力，还可以提高资源的利用率以及降低能耗。

沼气锅炉是以沼气为燃料的锅炉，他是室燃锅炉，与其他锅炉不同点是使用的燃料不同。沼气锅炉采用的燃料为沼气，锅炉运行过程中无污染、无噪音、属绿色环保产品，用于热水方面非常适合，并且它的热效率极高。

在农村的能源结构当中，生物质能约占生活用能的百分之七十，占整个用能的百分之五十，很多农村地区对生物质能源的利用仍是直接燃烧的柴灶为主，这种方式利用效率非常低，如今沼气是一种常见的生物质能源，被人们广泛利用。沼气锅炉也具有燃气锅炉结构紧凑、体积小发、重量轻、占地面积小、可减少建筑投资等优点，前景非常广阔。

2.2.2沼气锅炉的设计

基于对LBP一体化处理设备沼气的产气量考虑，采用小型的沼气锅炉的炉型。为了减少建造的费用，炉盘是以市面上家用燃气灶炉盘为标准，再根据查阅资料按一定的标准和比例进行设计，如表3。

表3炉膛结构特性

换热器的平面设计如图3.

沼气锅炉的整体设计如图4.

2.3对太阳能的利用

2.3.1太阳能的相关知识

太阳能，是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源，LBP一体化处理设备使用太阳能就是用于加热水，同样是用于对发酵罐的保温。太阳能无处不在，可以直接的开发利用，采集非常方便，并且不需要人为的开采和运输。太阳能也是最为清洁的能源之一，利用它并不会污染环境。并且太阳是巨大的，每年到达地球表面上的太阳能辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量是现在世界上可以开发的最大的能源。所以利用好太阳能，可以减轻资源浪费，同样也可以减轻供热控温安全屋加热水的压力，达到节能作用。

太阳能集热器是一种将太阳能的辐射能转化为热能传递到传热介质的设备，所以使用到太阳能集热器。

2.3.2热管式真空管太阳能集热器

根据综合考虑，LBP一体化处理设备使用太阳能集热器为热管式真空管太阳能集热器。热管式真空管太阳能集热器是国内广泛应用的太阳能集热器，有较高的创新性和技术含量，并且具有热效率高、启动快、耐热冲击、保温好、承压大、抗冰冻等诸多优点。

由于真空集热管是构成真空器的核心部件，所以真空管集热器是按照真空集热管或真空管分类来分的。按照吸热体的材料种类，真空集热管可以分为两大类，玻璃吸热体真空管和金属吸热体真空管，由于国内玻璃吸热体真空管工艺较为发达，工艺已经很成熟了，利用玻璃吸热体真空管比较合适。

2.3.3太阳能热水系统的设计

鉴于热管式真空管集热器热效率高、启动快、耐热冲击、保温好、承压大、抗冰冻、运行安全可靠、易与安装维修等诸多优点，特别适合用于储水箱和集热器之间分开一定距离安装的“分立式”太阳能热水系统，易于实现太阳能和建筑的完美结合，可以将太阳能集热器安装在厂房屋顶，从而成为建筑的一部分。

分体式太阳能热水系统通常采用强制循环，热管式真空管集热器、储热水箱、循环水泵。控制单元及管路组成，如图5.

热管式真空管集热器吸收太阳辐射能并将其转化为热能，集管中的传热介质通过换热器将这些热能转移到储热水箱或缓冲水箱内。电子控制单元先检查换热器出口温度(T1)高于入口温度(T2)的程度，然后根据实际情况通过控制循环水泵来启动太阳能热水系统，继而通过换热器使储热水箱中的水被逐渐加热。水温在白天会逐步升高,最终将达到设定的温度值。如果太阳辐照不足，水不能被加热到所需求的温度,供热控温安全屋会启动对水进行进一步的加热，这由储热水箱的出水温度与入水温度之间的温度差来决定。

2.3.4太阳能集热系统总面积的计算

本实用新型采用了直接系统的集热器总面积计算方法。根据每日用水量和用水温度，按下式计算；

A_G＝Q_WC_W(t_end-t_i)f/J_TN_cd(1-N_L)

式中：

A_G-直接系统集热器总面积；

Q_W-日均用水量；

C_W-水的定压比热容；

t_end-储水箱内水的设计温度；

t_i-水的初始温度；

J_T-当地集热器采光面上的年均平均日太阳辐照量；

f-太阳能保证率，一般宜为30％-80％；

N_cd-集热器的年平均效率，根据经验取值宜0.25-0,30，

N_L-储水箱的热损失率，根据经验取值宜为0.20-0.30。

3.下面结合节能方案的优先级及安全环保性对本实用新型的应用原理作进一步描述。

3.1节能方案的优先级

本实用新型的节能方案有三种，一是对发酵罐搅拌机的功率进行降低和减少它的运行时间来减少耗能。二是设计一个沼气锅炉，对LBP一体化处理设备产生的沼气加以利用，燃烧产热对发酵罐保温水层控温从而减少了供热控温安全屋的耗能，间接减少耗能。三是设计一个太阳能热水系统，功能和沼气锅炉是一样的，都是产热对发酵罐保温水层控温从而减少了供热控温安全屋的耗能，间接减少耗能。

方案一是降低发酵罐搅拌机的功率和减少它的运行时间，和方案二沼气锅炉、方案三太阳能热水系统可同时进行，无需比较优先级。由于沼气锅炉、太阳能热水系统、供热控温安全屋，三者作用是一样的，那么就来探讨一下三者的优先级。供热控温安全屋会实时监控发酵罐保温水层的温度，若温度达不到设定温度，供热控温安全屋就会立即对水进行加热，反应釜循环泵将立即将热水运送到发酵罐的保温水层中，从而达到控温的目的。经和老师以及参与制作LBP一体化处理设备电工的探讨，与多方面考虑，最后决定让沼气锅炉、太阳能热水系统、供热控温安全屋三者都对保温水箱进行加热。供热控温安全屋作为辅助加热装置一直处于开启状态，若沼气锅炉和太阳能热水系统的供热不足时，将会启动供热控温安全屋对水进行加热。而沼气锅炉和太阳能热水系统二者的优先级，太阳能热水系统是优先的，太阳光充足的情况，无需使用沼气锅炉。若太阳光不充足，沼气锅炉就会启动并对水进行加热。再若沼气不够的情况下，才会启动供热控温安全屋对水进行加热。此种优先级下的方案最为环保和节能。

那么供热控温安全屋，沼气锅炉，太阳能热水系统三者共同组成三元一体化供热系统，如图6。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LBP一体化处理设备，其特征在于，所述LBP一体化处理设备包括：

主体结构，依次安装有初级破碎机、次级破碎-液化机、分离设备、酸化贮存调节罐、泵送设备、发酵反应器；

供热控温安全装置包括通过管道彼此连通的保温燃烧器循环泵、反应釜循环泵、水冷油罐循环泵、自产沼气燃烧器、比例调节阀、太阳能集热器、醇基燃料燃烧装置、切换装置。

2.如权利要求1所述的LBP一体化处理设备，其特征在于，所述LBP一体化处理设备进一步包括：供热系统；供热系统有供热控温安全屋、沼气锅炉和太阳能热水系统；

供热系统，进一步包括燃料控制、恒温水箱和安全系统。

3.如权利要求1所述的LBP一体化处理设备，其特征在于，控制柜上的电子设备和接触装置集成有控温系统，控温系统采用反应器内部、夹套水箱和保温水箱三点温度控制，由单片机和温度传感器构成。

4.如权利要求2所述的LBP一体化处理设备，其特征在于，太阳能热水系统为热管式真空管太阳能集热器。