一种用于秸秆沼气工程的发酵装置
技术领域
本实用新型属于沼气工程技术领域,具体地,涉及一种用于秸秆沼气工程的发酵装置。
背景技术
我国是能源存储大国,同时也是能源消耗大国,随着工业的发展,能源使用量与日俱增,化石能源逐日减少,因此可再生能源的开发成为必然趋势。沼气是有机物在厌氧环境中,在一定温度、湿度、浓度和酸碱度的条件下,通过微生物发酵作用,产生的一种可燃气体。通常,可将人畜粪便、秸秆、食厨垃圾、生活污水等各种有机物投放在密闭的沼气池发酵,即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化,从而产生沼气。沼气作为一种生活用能源,可用于煮饭、照明,热水器,还可作为工业能源,沼气发电、温室育秧、沼气养鸡、沼气热能加工等等。因此,沼气使得农业或工业生产的废弃物以及人畜粪便能够得到及时处理,最大程度的循环利用,且净化环境,所以沼气作为清洁可再生能源是替代煤、薪柴等传统能源的最佳选择之一。目前欧洲、美国、德国等一些发达国家沼气能源最高能占到所使用能源的15%,规模化沼气工程越来越多。在我国,沼气工程的开发也逐年增加。
沼气工程的原料主要是畜禽粪便、农作物秸秆、瓜秧菜秧、菌渣等农业废弃物,通过粉碎设备将这些废弃物粉碎后,通过进料设备加入发酵罐进行发酵产甲烷。但值得注意的是,在以农作物秸秆、杂草、禽畜粪便等为原料进行沼气发酵时,在无搅拌的情况下,发酵原料明显分为3层,即上层为结壳层,中层为清液层,下层为沉渣层,目前普遍认为在沼气发酵过程中若能实现混合搅拌,即能够使新旧料液混合均匀,使微生物与原料充分接触,促进生化反应进行,同时可以使固体物质在料液中分散、悬浮,增加与微生物的接触面,促进这些物质的消化,同时避免这些物质沉积和结壳,同时使反应器内料液流动,从而可以减薄或破除已形成的结壳层,便于沼气逸出,同时消除反应器内温度、浓度不均现象,使生化反应正常进行,改变物料中物相的关系,提高沼气产量。
传统的沼气工程并无,或缺少合适的搅拌装置。传统的沼气工程在秸秆粉碎、调配、进料以至发酵仓内物料搅拌过程中缺乏有序的机动联系,不利于秸秆原料的运输,也容易产生秸秆浸入发酵罐后的漂浮、结壳等问题。目前部分沼气工程通过在发酵仓内底部安装搅拌机来实现秸秆等物料的搅拌,但实际生产过程中搅拌机的运行、管理、检修并不容易,发酵后出料也存在问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中的不足,本实用新型的目的在于提供一种用于秸秆沼气工程的发酵装置。本实用新型所述发酵装置利用大功率泵进行增压,实现发酵仓内秸秆等发酵物料循环搅拌的作用,解决了传统沼气工程因缺少适合搅拌导致的物质沉积、结壳及反应器内温度、浓度不均,产气量下降等现象,同时可使秸秆粉碎、调配、进料连续化、一体化完成,可以使沼气池发酵有序、高效运行,不但可以提高产气量,也解决了秸秆等物料的堵塞问题,有利于秸秆沼气工程的出料。
为了实现上述目的,本实用新型采用的具体方案为:
一种用于秸秆沼气工程的发酵装置,包括进料仓、沼液池、plc控制系统、与plc控制系统连接的移动终端、传送装置、发酵仓和出料仓;
所述进料仓包括输入原料的进料管道、粉碎原料的切割装置和预处理装置;所述切割装置和预处理装置均与所述plc控制系统无线连接;所述切割装置固定安装在所述进料管道的管壁上;所述预处理装置包括接收原料的挡板、用于原料称重的称重传感器以及设置在挡板下方的升降装置,所述升降装置为气动伸缩杆,所述气动伸缩杆的底端固定安装在所述进料仓的地表、顶端连接在所述挡板自由端的底部,所述挡板远离自由端的另一端与设置在所述进料仓侧壁上的转轴连接;
在所述进料仓的挡板上方设有沼液喷淋头,所述沼液喷淋头通过第一输送液管与所述沼液池连接;在所述进料仓的底部设有回流孔,所述回流孔通过第二输送液管与沼液池连接;
所述传送装置与所述plc控制系统无线连接;所述传送装置为斗式输送机,通过所述斗式输送机连接进料仓和发酵仓;
所述发酵仓连接设有与plc控制系统无线连接的搅拌装置;所述搅拌装置包括大流量自吸泵、输送管道和喷淋管道;所述输送管道的一端伸入发酵仓的底部,另一端与所述大流量自吸泵连接;所述喷淋管道的一端通过大流量自吸泵与输送管道连通,另一端设有喷淋口,所述喷淋口位于发酵仓内的上部;
所述出料仓通过出料管道与所述发酵仓连接,在所述出料仓的底部设有称重传感器。
作为对上述方案的进一步优化,所述切割装置设置两个,两个所述切割装置相对安装在所述进料管道的管壁外表面上。更进一步地,所述切割装置包括第一驱动电机、搅拌轴和搅拌翼。
作为对上述方案的进一步优化,所述挡板包括自由端均开口的内槽体和外槽体;所述内槽体和外槽体通过称重传感器连接,所述内槽体接收由进料管道输入的原料并通过称重传感器称重,所述外槽体的外底面连接气动伸缩杆、远离自由端的一端连接转轴。
作为对上述方案的进一步优化,在所述回流孔上设有滤网。
作为对上述方案的进一步优化,所述斗式输送机包括驱动装置、壳体以及位于壳体内的两根相互平行的牵引链、料斗、头轮和尾轮;所述壳体包括加料段、缓冲段和卸料段,所述加料段由进料仓底部向发酵仓顶部倾斜,所述缓冲段水平设置,所述卸料段伸入发酵仓内部;所述料斗通过连接环分别与两根牵引链连接,所述头轮和尾轮分别设置在所述壳体的两端,所述牵引链在驱动装置驱动下通过头轮和尾轮的作用实现对料斗的驱动牵引。
作为对上述方案的进一步优化,在所述输送管道和喷淋管道上均设有电磁阀;在所述喷淋管道的喷淋口处设有喷射器。
有益效果:
(1)本实用新型可通过移动终端和或plc控制系统对进料秸秆进行粉碎预处理、自动调节进料速度,使沼气工程的进料系统有序、高效、准确运行。
(2)本实用新型通过第一输送液管与位于进料仓内的沼液喷淋头连接以及在进料仓上方设有预处理装置,可对秸秆进行浸润处理,将秸秆原料经过沼液充分浸润处理后,可起到对秸秆原料预处理的作用,起到便于秸秆原料进行运输以及解决了以往浸入发酵罐秸秆漂浮、结壳等问题。
(3)通过在进料仓内设有挡板,通过检测挡板上的重量传感器的压力值,进而控制升降装置带动挡板进行倾斜,便于将预处理完的秸秆准确的落在传送装置上,同时也能准确的控制传送装置所要输送的秸秆量。
(4)位于进料仓底部的过滤网对沼液进行过滤,同时通过第二输送液管将多余的沼液重新回收至沼液池,实现对沼液的循环利用,具有良好的经济环保作用。
(5)结构简单,检修方便,所有的管道设备全部安装在发酵仓外部,因此不需要考虑设备损坏或者检修带来的影响,若大流量自吸泵损坏或者检修只需要通过plc控制系统对相应的设备进行关闭操作,即可将设备拆除进行跟换或者维修。
(6)采用水循环技术,将发酵仓内的发酵物料作为载体,利用大流量自吸泵进行增压在循环的方式实现发酵仓内发酵物料搅拌的作用,解决了沼气工程实际生产过程中设备的运行、管理、检修带来的发酵排料问题。
(7)采用水循环技术,将发酵仓内的发酵物料作为载体,利用大流量自吸泵进行增压在循环的方式实现发酵仓内发酵物料搅拌的作用,使沼气池内发酵原料和细菌分布均匀,沼气细菌充分接触发酵原料,营养好,迅速生长繁殖,同时打破上层结壳,使中上层所产生的附着在发酵原料上的沼气由小气泡聚集成大气泡,提高产气量。
(8)通过plc控制系统,可有效的对发酵仓进行出料和进料管理,准确且有效的保证了沼气细菌有充足的食物进行正常的新陈代谢,使产气正常且持久。
附图说明
图1是沼气池发酵管理系统整体结构示意图;
图2是具有搅拌装置的发酵仓的结构示意图;
图3是切割装置的结构示意图;
图4是沼液喷淋头与挡板相配合的结构示意图;
图5是沼气池发酵管理方法流程示意图;
图中:1、进料仓;11、切割装置;111、第一驱动电机;112、搅拌轴;113、搅拌翼;12、预处理装置;121、升降装置;122、挡板;123、转轴;13、沼液喷淋头;14、进料管道;2、沼液池;3、plc控制系统;4、传送系统;5、发酵仓;51、搅拌装置;512、输送管道;513、大流量自吸泵;514、喷淋管道;515、喷淋口;6、输送系统;61、第一输送液管;62、第二输送液管。
具体实施方式
一种用于秸秆沼气工程的发酵装置,如图1所示,包括进料仓1、沼液池2、plc控制系统3、传送系统4、发酵仓5、移动终端、输送系统6、出料仓。
所述进料仓1用于农作物秸秆、杂草、禽畜粪便等原料的运入及处理,其包括进料管道14、切割装置11、预处理装置12和沼液喷淋头13。
所述进料管道14可为普通金属或非金属运输用管道,用于农作物秸秆、杂草、禽畜粪便等原料的运入,进一步的,在本实施例中原料主要指秸秆。所述切割装置11在本实施例中为粉碎机,粉碎机通过无线连接的方式与plc控制系统3进行连接,具体的切割装置11包括第一驱动电机111、搅拌轴112和搅拌翼113(如图3所示),通过进料管道14运入投放的原料,会经过切割装置11的切割处理,所述切割装置11有两个,分别固定安装在进料管道14的两个对立侧壁外表面。所述预处理装置12对经切割后的原料进行预处理,其通过无线连接的方式与plc控制系统3进行连接,包括称重传感器、升降装置121、挡板122和转轴123,所述称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置,按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类,具体的在本实施例中为电阻应变式称重传感器;所述升降装置121在本实施例中为若干气动伸缩杆,一端固定安装于进料仓1地表,另一端与挡板122一端连接;所述挡板122另一端与进料仓1侧壁外表面设置的转轴123连接。
所述称重传感器安装于挡板122,具体的,挡板122有至少两层,包括上层板和下层板;所述上层板接收原料的投放,下层板通过转轴123与进料仓1侧壁外表面及升降装置121固定连接,称重传感器即安装于上层板和下层板之间,用于以下层板为支撑面,称量上层板接受的原料重量。
所述沼液喷淋头13安装于进料仓1侧壁上,通过第一输送液管61与进料仓1外的沼液池2连接,用于将输送至的沼液喷淋出以浸湿原料。所述进料仓1底部设有回流孔,通过第二输送液管62与沼液池2循环连接,将喷淋后产生的废液输送回沼液池2;所述第一输送液管61、第二输送液管62可为普通金属或非金属运输用管道。在所述回流孔上固定安装有过滤网,所述过滤网为金属或非金属网,防止原料进入第二输送液管62造成原料浪费及堵塞第二输送液管62。
所述plc控制系统3,包括通信模块、显示模块和处理模块;其中,通信模块,包括但不限于如蓝牙、wifi、NFC、NB-IOT、GPRS、LoRa;显示模块,包括但不限于LCD(液晶显示器)、TFT屏、UFB屏、STN屏、TFD屏、OLED屏、ASV屏等。通过在显示模块上布置具有诸如数值输入键、模式设置键、决定键、取消键和电源键等的键的软键盘,可以接收用户经由显示模块的输入;处理模块,包括MCU处理器;
所述传送系统通过无线连接的方式与plc控制系统3进行连接,在本实施例中即为传送装置,进一步为常见的斗式输送机4,它包括有驱动装置(含逆止装置)、壳体(包括水平段、改向段、垂直段)、及位于壳体内的牵引链、料斗、头轮和尾轮;在壳体的两端设有加料段和卸料段,料斗的两侧通过联接环分别与两根平行的牵引链相联接。其用于将进料仓1内处理好的原料传送至发酵仓5。
所述发酵仓5连接设有设有搅拌装置51,所述搅拌装置51通过无线连接的方式与plc控制系统3进行连接;所述搅拌装置51包括若干电磁阀、输送管道512、大流量自吸泵513、喷淋管道514和喷淋口515;所述电磁阀,分别位于输送管道512和喷淋管道514中;所述大流量自吸泵513自吸泵属自吸式离心泵,具体的在本实施例中采用ZW型自吸式无堵塞排污泵,是根据ZX型自吸离心泵及QW型潜水排污泵的结构及性能研制而成的集自吸及排污于一身的新型泵种,既可像一般清水自吸泵那样不需安装底阀,不需灌引水,又可抽吸含有大颗粒固体直径为出口口径的60%和纤维长度为叶轮直径1.5倍的污物、沉淀物、废矿杂质、粪便处理及一切工程污水物和胶质液体。所述输送管道512的一端连接大流量自吸泵513,另一端与发酵仓5连通;所述喷淋管道514的一端通过大流量自吸泵513与输送管道512连接,另一端设有喷淋口515;所述喷淋口515位于发酵仓5内,且分布在发酵仓5内的不同位置;所述喷淋口515处设有喷射器。
所述移动终端通过无线连接的方式与plc控制系统3无线连接,便于用户管理及控制plc控制系统3,其包括但不限于智能手机、智能手表、智能手环、笔记本电脑、平板电脑、PDA(个人数字助理)、个人电脑或者是具有触控显示屏和信息处理功能的互联网设备。
所述输送系统6,包括第一输送液管61和第二输送液管62;所述第一输送液管61、第二输送液管62可为普通金属或非金属运输用管道。所述第一输送液管61与进料仓1外的沼液池2连接,所述第二输送液管62与沼液池2循环连接。
所述出料仓,通过出料管道与发酵仓5进行连接;所述出料管道可为普通金属或非金属运输用管道,并设有电磁阀;所述出料仓的底部设有称重装置;所述称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置,按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类,具体的在本实施例中为电阻应变式称重传感器。
所述发酵装置的发酵管理方法,包括以下步骤:
S1、通过plc控制系统3控制发酵仓5内的物料流至出料仓;
S2、plc控制系统3记录发酵仓5内物料的流出量,并控制控制切割装置11进行工作;
S3、plc控制系统3记录位于挡板122上物料的重量,并控制沼液池2内的沼液喷洒至物料中;
S4、当沼液喷洒完成后,plc控制系统3控制升降装置121进行工作,从而将挡板122上的物料落入传送装置中;
S5、plc控制系统3控制传送装置进行工作,将物料传送至发酵仓5;
S6、plc控制系统3控制搅拌装置51使物料进行循环流动,完成搅拌动作;
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例 1:(日常出料进料状态)
用户通过设置在移动终端上的APP对plc控制系统3进行参数控制,plc控制系统3根据相应的操作指令控制出料管道内的电磁阀进行工作,进而使发酵仓5内的旧料通过出料管道流出至出料仓中;位于出料仓底部的称重装置将实时记载发酵仓5内旧料的流出量,并将该数值发送至plc控制系统3;其中,旧料的流出量一般为发酵仓5总量的5%。
此时,将秸秆物料放入进料仓1的进料管道14中,秸秆物料经过设置在进料管道14下方的切割装置11中。当plc控制系统3控制出料管道中的电磁阀完成工作后,plc控制系统3控制第一驱动电机111进行工作,第一驱动电机111带动搅拌轴112进行转动,搅拌轴112带动搅拌翼113对秸秆物料进行粉碎及对秸秆物料进行搅拌,本方案中,搅拌翼113可采用刀片;其中,用户可通过移动终端自定义第一驱动电机111的转速和工作时间。例如,优选的,当本次出料仓中的旧料输出为1000斤时,第一驱动电机111的转速为4300转,工作时间为15分钟。
切割后的秸秆物料落入进料仓1内的挡板122上,设置在挡板122上的重量传感器对秸秆物料进行称重计量并将所测量到的数值传送至plc控制系统3和移动终端上;此时,plc控制系统3控制第一输送液管61内的电磁阀进行工作,将沼液通过喷淋管喷洒在切割完后的秸秆物料,优选的,沼液和秸秆物料的比例为1:2或1:3;当喷洒完沼液的秸秆物料的重量达到1000斤时,plc控制系统3控制位于挡板122下方的升降装置121进行工作,例如,升降装置121通过将位于挡板122下方的升降杆进行下降,从而带动挡板122发生倾斜,使位于挡板122上的秸秆物料落入传送装置中;其中,用户可通过移动终端自定义升降装置121工作的重量数值,并将该数值发送至plc控制系统3中。更佳的,该重量数值与出料仓内当前所流出的重量一致。
当第一驱动电机111停止工作且升降装置121开始工作时,plc控制系统3控制传送系统4的驱动装置(第二驱动电机)进行工作,第二驱动电机带动并通过牵引链驱动料斗进行输送,料斗将秸秆物料传送至发酵仓5中;
当秸秆物料输送至发酵仓5内时,plc控制系统3控制大流量自吸泵513以及位于输送管道512和喷淋管道514内的电磁阀进行工作,通过大流量自吸泵513将发酵物料通过底部管道从发酵仓5的底部抽取,发酵物料通过大流量自吸泵513从底部管道进入然后沿着管道输送,通过通过输送管道512泵送至喷淋管道514内,喷淋管道514与发酵仓5靠近的一侧设有喷淋口515和喷射器,进而通过喷淋口515将发酵物料喷射入发酵仓5,通过喷射器提高喷射发酵物料的流速用于发酵仓5内顶部发酵物料的破壳,防止发酵仓5内漂浮物结壳,从而实现对发酵仓5内的发酵物料进行搅拌处理。
实施例2:(初次进料状态)
将秸秆物料放入进料仓1的进料管道14中,秸秆物料经过设置在进料管道14下方的切割装置11中。当plc控制系统3控制出料管道中的电磁阀完成工作后,plc控制系统3控制第一驱动电机111进行工作,第一驱动电机111带动搅拌轴112进行转动,搅拌轴112带动搅拌翼113进行选择,从而对秸秆物料进行粉碎及对秸秆物料进行搅拌,本方案中,搅拌翼113可采用刀片;其中,用户可通过移动终端自定义第一驱动电机111的转速和工作时间。例如,默认初始状态下,第一驱动电机111的转速为4300转,工作时间为20分钟。
所切割完的秸秆物料落入进料仓1内的挡板122上,设置在挡板122上的重量传感器对秸秆物料进行称重计量并将所测量到的数值传送至plc控制系统3和移动终端上;此时,plc控制系统3控制第一输送液管61内的电磁阀进行工作,将沼液通过喷淋管喷洒在切割完后的秸秆物料,沼液和秸秆物料的比例为1:2或1:3;当喷洒完沼液的秸秆物料的重量达到5000斤时,plc控制系统3控制位于挡板122下方的升降装置121进行工作,例如,升降装置121通过将位于挡板122下方的升降杆进行下降,从而带动挡板122发生倾斜,使位于挡板122上的秸秆物料落入传送装置中;其中,用户可通过移动终端自定义升降装置121工作的重量数值,并将该数值发送至plc控制系统3中。
当第一驱动电机111停止工作且升降装置121开始工作时,plc控制系统3控制传送系统的驱动装置(即第二驱动电机)进行工作,第二驱动电机带动通过料斗进行输送,料斗将秸秆物料传送至发酵仓5中。
当秸秆物料输送至发酵仓5内时,plc控制系统3控制大流量自吸泵513以及位于输送管道512和喷淋管道514内的电磁阀进行工作,通过大流量自吸泵513将发酵物料通过底部管道从发酵仓5的底部抽取,发酵物料通过大流量自吸泵513从底部管道进入然后沿着管道输送,通过输送管道512泵送至喷淋管道514内,喷淋管道514与发酵仓5靠近的一侧设有喷淋口515和喷射器,进而通过喷淋口515将发酵物料喷射入发酵仓5,通过喷射器提高喷射发酵物料的流速用于发酵仓5内顶部发酵物料的破壳,防止发酵仓5内漂浮物结壳,从而实现对发酵仓5内的发酵物料进行搅拌处理。
需要说明的是,以上所述的实施方案应理解为说明性的,而非限制本实用新型的保护范围,本实用新型的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言,在不背离本实用新型实质和范围的前提下,对本实用新型作出的一些非本质的改进和调整仍属于本实用新型的保护范围。