CN210127232U - 一种导热式沼气厌氧发酵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于环保新能源领域，尤其涉及一种导热式沼气厌氧发酵系统，包括顶部设有进料口和出气口的厌氧发酵罐和搅拌轴，搅拌轴底部的搅拌叶片位于厌氧发酵罐内，所述系统还包括供热装置，供热装置包括导热机构，导热机构端部罩设在搅拌轴顶部。本实用新型结构简单，能够保持厌氧发酵的环境处于适宜的温度，防止厌氧发酵受到外界的温度影响。

Description

一种导热式沼气厌氧发酵系统

技术领域

本实用新型属于环保新能源领域，尤其涉及一种导热式沼气厌氧发酵系统。

背景技术

目前，国内外大中型沼气工程日益增多，特别是中温高浓度物料厌氧发酵是规模化沼气工程发展的趋势，在影响厌氧发酵产气率的因素中，温度是关键因素之一，中温发酵的最适合温度为35～40℃。但是要使高浓度物料沼气中温发酵工程常年运行，尤其是在冬季也能保持高效、恒定的产气量，就有必要对厌氧发酵料液的温度进行严格控制，采取适宜的加热保温措施，保证发酵温度不随环境气温而变化。因此选择经济高效的加热升温方式成为大中型沼气工程发展必须解决的问题。

农业废弃物发酵产沼气是以水稻，玉米，花生等农作物秸秆作为原料，经过粉碎并进行预处理后，与猪粪按一定比例混合后加入厌氧发酵装置中进行厌氧发酵来生产沼气和有机肥料，在工业生产中，常采用续搅拌反应器系统作为厌氧发酵装置来生产沼气。即一个在密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程，反应装置内内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。由于传统的反应装置内结构简单，流态单一，在反应器装置内无法实现功能分区和生物相的分离，导致传统的厌氧发酵装置搅拌效率低，致使发酵效率和产气率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种导热式沼气厌氧发酵系统，本实用新型结构简单，能够保持厌氧发酵的环境处于适宜的温度，防止厌氧发酵受到外界的温度影响。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种导热式沼气厌氧发酵系统，包括顶部设有进料口和出气口的厌氧发酵罐和搅拌轴，搅拌轴底部的搅拌叶片位于厌氧发酵罐内，所述系统还包括供热装置，供热装置包括导热机构，导热机构端部罩设在搅拌轴顶部。

优选的，所述导热机构包括隔热保温腔以及设置于隔热保温腔内的导热管，所述搅拌轴顶端呈球状结构并位于隔热保温腔内，导热管一端呈曲面状并间隙罩设在搅拌轴顶端的球状结构外部。

优选的，所述供热装置还包括热交换机构，热交换机构包括设有介质流通管道的太阳能集热器、与介质流管道组成闭路管道的介质循环管道以及热交换器，热交换器连接介质循环管道和导热机构。

优选的，所述热交换器内设有相变蓄热材料并设置于导热机构的隔热保温腔内，导热管远离搅拌轴的一端呈面积膨大状并位于热交换器内部，所述介质循环管道穿过隔热保温腔和热交换器内部设置。

优选的，所述搅拌轴与进料口同轴设置，所述厌氧发酵罐内由同轴设置的第一隔离筒和第二隔离筒径向分隔为顺次连通的第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述进料口位于第一腔室内。

优选的，所述第一隔离筒顶部与厌氧发酵罐的进料口处周边内壁连接，第一隔离筒底部敞口并呈径向朝内折弯状。

优选的，所述第二隔离筒顶部敞口且底部与厌氧发酵罐的底部内壁连接，第二隔离筒的轴向内壁上设有径向延伸的挡料板。

优选的，所述搅拌轴的搅拌叶片穿出第一腔室并位于第二腔室底部，所述搅拌叶片为迫使物料向上提升的轴流式叶片。

优选的，所述厌氧发酵罐的轴向内壁上设有径向延伸的挡料板，所述厌氧发酵罐的出气口轴对称设置于厌氧发酵罐的顶部两侧并位于挡料板上方。

优选的，所述搅拌轴于厌氧发酵罐内的轴杆顶部还径向设有数个搅拌杆，搅拌杆底部朝向厌氧发酵罐底部折弯，所述搅拌杆上设有垂直设有数个凸起。

本实用新型工作过程如下：

首先将发酵物料从厌氧发酵罐的进料口导入其中，同时使得搅拌轴转动（搅拌轴可以采用电机作为动力源的皮带传动方式），首先发酵物料进入第一隔离筒形成的第一腔室内，然后从第一隔离筒底部进入第二隔离筒形成的第二腔室，当第二腔室被发酵物料填充满后，发酵物料从第二隔离筒顶部溢流至由第二隔离筒外壁以及厌氧发酵罐内壁组成的第三腔室内。发酵物料的该流动过程最大限度地延长了路径，提高了发酵物料的反应时间，进而提高沼气产气量。

同时，本实用新型中供热装置的太阳能集热器吸收光能，并转化为介质循环管道内的介质的热能，介质的热能传递给热交换器内的相变蓄热材料实现热能的储蓄，并在后续过程中，储蓄的热能通过热管传递至搅拌轴，进而搅拌轴通过轴杆、搅拌叶片以及搅拌杆将热能传递至厌氧发酵罐中的发酵物料，使得厌氧发酵罐内的发酵环境处于合适的发酵温度。更为优化的，本实用新型将热管在换热器内的端部设置成面积膨大部，提高热管与相变蓄热材料的接触面积，提高热交换效果；同样的，搅拌轴顶端呈膨大球状以及热管另一端呈罩设搅拌轴顶端的曲面状，也是为了提高两者的热交换效果，而且隔热保温腔能够有效防止上述热传递过程中的热量损耗，需要注意的是，隔热保温腔以及热管曲面状的端部需要预留搅拌轴进行周向转动的空间。

同时在上述过程中，由于搅拌轴转动，使得搅拌叶片转动对发酵物料进行上推式搅拌，以及搅拌杆的转动会实现对相应发酵物料的搅拌，不仅防止发酵物料产生分层现象，同时还会使得与搅拌叶片和搅拌杆接触的发酵物料升温，尤其是搅拌杆上的凸起，可以提高发酵物料与搅拌杆的接触面积，提高传热效果，同时使得热量在发酵物料中的分布更加均匀。

还需要说明的是，第一隔离筒底部的折弯端部，以及第二隔离筒和厌氧发酵罐内壁上的挡流板都可以有效阻挡发酵物料中的大颗粒底物的移动速度，进而提高发酵效果，产生更多的沼气。厌氧发酵罐内的生成的沼气最终从出气口排出并被收集。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1）有效利用太阳能，在将其转化为热能并传递至厌氧发酵罐内，提高厌氧发酵罐内环境的温度，防止外界低气温地区对整体发酵造成的不良影响；

2）热传递效率高，通过对供热装置以及搅拌机构等结构优化设计，可以有效提高热传递效率，同时采用隔热保温腔有效减少了热量损失；

3）发酵时间长、产气量高，通过对厌氧发酵罐内部空间的优化设计，使得发酵物料在厌氧发酵罐内的移动路径得以延长，提高了发酵效率和产气量。

附图说明

图1为具体实施方式中导热式沼气厌氧发酵系统的结构示意图。

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，以下结合附图及实施例，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。

如图1所示，一种导热式沼气厌氧发酵系统，包括顶部设有进料口11和出气口12的厌氧发酵罐1和搅拌轴2，所述厌氧发酵罐1的轴向内壁上设有径向延伸的挡料板3，所述厌氧发酵罐1的出气口13轴对称设置于厌氧发酵罐1的顶部两侧并位于挡料板3上方。

搅拌轴2底部的搅拌叶片22位于厌氧发酵罐1内，所述搅拌轴2与进料口11同轴设置，所述厌氧发酵罐1内由同轴设置的第一隔离筒13和第二隔离筒14径向分隔为顺次连通的第一腔室、第二腔室和第三腔室，进料口11位于第一腔室内；所述第一隔离筒13顶部与厌氧发酵罐的进料口处周边内壁连接，第一隔离筒13底部敞口并呈径向朝内折弯状；所述第二隔离筒14顶部敞口且底部与厌氧发酵罐的底部内壁连接，第二隔离筒14的轴向内壁上设有径向延伸的挡料板3，所述搅拌轴2的搅拌叶片穿出第一腔室并位于第二腔室底部，所述搅拌叶片为迫使物料向上提升的轴流式叶片，搅拌轴2于厌氧发酵罐内的轴杆顶部还径向设有数个搅拌杆23，搅拌杆23底部朝向厌氧发酵罐底部折弯并位于第三腔室内，所述搅拌杆23上设有垂直设有数个凸起24。

所述系统还包括供热装置，供热装置包括导热机构和热交换机构：

导热机构包括隔热保温腔4以及设置于隔热保温腔4内的导热管41，所述搅拌轴顶端21呈球状结构并位于隔热保温腔4内，导热管一端43呈曲面状并间隙罩设在搅拌轴顶端21的球状结构外部。

热交换机构包括设有介质流通管道51的太阳能集热器5、与介质流管道组成闭路管道的介质循环管道51以及热交换器52，所述热交换器52内设有相变蓄热材料并设置于导热机构的隔热保温腔内，导热管远离搅拌轴的一端42呈面积膨大状并位于热交换器53内部，所述介质循环管道51穿过隔热保温腔和热交换器内部设置。

本实用新型工作过程如下：

首先将发酵物料从厌氧发酵罐的进料口导入其中，同时使得搅拌轴转动（搅拌轴可以采用电机作为动力源的皮带传动方式），首先发酵物料进入第一隔离筒形成的第一腔室内，然后从第一隔离筒底部进入第二隔离筒形成的第二腔室，当第二腔室被发酵物料填充满后，发酵物料从第二隔离筒顶部溢流至由第二隔离筒外壁以及厌氧发酵罐内壁组成的第三腔室内。发酵物料的该流动过程最大限度地延长了路径，提高了发酵物料的反应时间，进而提高沼气产气量。

同时，本实用新型中供热装置的太阳能集热器吸收光能，并转化为介质循环管道内的介质的热能，介质的热能传递给热交换器内的相变蓄热材料实现热能的储蓄，并在后续过程中，储蓄的热能通过热管传递至搅拌轴，进而搅拌轴通过轴杆、搅拌叶片以及搅拌杆将热能传递至厌氧发酵罐中的发酵物料，使得厌氧发酵罐内的发酵环境处于合适的发酵温度。更为优化的，本实用新型将热管在换热器内的端部设置成面积膨大部，提高热管与相变蓄热材料的接触面积，提高热交换效果；同样的，搅拌轴顶端呈膨大球状以及热管另一端呈罩设搅拌轴顶端的曲面状，也是为了提高两者的热交换效果，而且隔热保温腔能够有效防止上述热传递过程中的热量损耗，需要注意的是，隔热保温腔以及热管曲面状的端部需要预留搅拌轴进行周向转动的空间。

同时在上述过程中，由于搅拌轴转动，使得搅拌叶片转动对发酵物料进行上推式搅拌，以及搅拌杆的转动会实现对相应发酵物料的搅拌，不仅防止发酵物料产生分层现象，同时还会使得与搅拌叶片和搅拌杆接触的发酵物料升温，尤其是搅拌杆上的凸起，可以提高发酵物料与搅拌杆的接触面积，提高传热效果，同时使得热量在发酵物料中的分布更加均匀。

还需要说明的是，第一隔离筒底部的折弯端部，以及第二隔离筒和厌氧发酵罐内壁上的挡流板都可以有效阻挡发酵物料中的大颗粒底物的移动速度，进而提高发酵效果，产生更多的沼气。厌氧发酵罐内的生成的沼气最终从出气口排出并被收集。

Claims (10)

1.一种导热式沼气厌氧发酵系统，包括顶部设有进料口和出气口的厌氧发酵罐和搅拌轴，搅拌轴底部的搅拌叶片位于厌氧发酵罐内，其特征在于，所述系统还包括供热装置，供热装置包括导热机构，导热机构端部罩设在搅拌轴顶部。

2.如权利要求1所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述导热机构包括隔热保温腔以及设置于隔热保温腔内的导热管，所述搅拌轴顶端呈球状结构并位于隔热保温腔内，导热管一端呈曲面状并间隙罩设在搅拌轴顶端的球状结构外部。

3.如权利要求1或2所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述供热装置还包括热交换机构，热交换机构包括设有介质流通管道的太阳能集热器、与介质流管道组成闭路管道的介质循环管道以及热交换器，热交换器连接介质循环管道和导热机构。

4.如权利要求3所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述热交换器内设有相变蓄热材料并设置于导热机构的隔热保温腔内，导热管远离搅拌轴的一端呈面积膨大状并位于热交换器内部，所述介质循环管道穿过隔热保温腔和热交换器内部设置。

5.如权利要求1所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述搅拌轴与进料口同轴设置，所述厌氧发酵罐内由同轴设置的第一隔离筒和第二隔离筒径向分隔为顺次连通的第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述进料口位于第一腔室内。

6.如权利要求5所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述第一隔离筒顶部与厌氧发酵罐的进料口处周边内壁连接，第一隔离筒底部敞口并呈径向朝内折弯状。

7.如权利要求5所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述第二隔离筒顶部敞口且底部与厌氧发酵罐的底部内壁连接，第二隔离筒的轴向内壁上设有径向延伸的挡料板。

8.如权利要求5所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述搅拌轴的搅拌叶片穿出第一腔室并位于第二腔室底部，所述搅拌叶片为迫使物料向上提升的轴流式叶片。

9.如权利要求1所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述厌氧发酵罐的轴向内壁上设有径向延伸的挡料板，所述厌氧发酵罐的出气口轴对称设置于厌氧发酵罐的顶部两侧并位于挡料板上方。

10.如权利要求1所述的导热式沼气厌氧发酵系统，其特征在于，所述搅拌轴于厌氧发酵罐内的轴杆顶部还径向设有数个搅拌杆，搅拌杆底部朝向厌氧发酵罐底部折弯，所述搅拌杆上设有垂直设有数个凸起。

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