CN216106899U - 用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其中第一搅拌组件包括多个第一转轴，且每个第一转轴上均设有多组第一桨叶框架，第二搅拌组件包括多个第二转轴，且每个第二转轴上均设有多组第二桨叶框架，所述第二桨叶框架端部设有倾斜的翼板，所述第二桨叶框架内部设有导泥板，第三搅拌组件包括多个第三转轴，且每个第三转轴上均设有多组第三桨叶框架，所述第三桨叶框架内设有多个导气杆，相邻两个第一转轴之间的距离a小于相邻两个第二转轴之间的距离b，同时也小于相邻两个第三转轴之间的距离c。本实用新型保证搅拌充分和发酵基质的传质传热，并且可以快速排掉夹杂在物料中沼气，避免物料膨胀，有效防止物料表层结壳和底部积砂。
Description
技术领域
本实用新型涉及厌氧发酵设备领域，具体地说是一种用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构。
背景技术
厌氧发酵根据物料的含固率(TS)不同可分为湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵，其中干式厌氧发酵是指以含固率在20％～40％的有机固体废弃物为原料的厌氧发酵处理工艺。与湿式厌氧发酵技术相比，干式厌氧发酵具有很多明显的优势，如：1、反应器体积小、占地面积少；2、容积产气率较高，加热能耗低；3、总甲烷损失量低；4、用水量少，不会存在湿发酵中出现的浮渣、固液分离等问题；5、后处理容易，沼渣可用于有机肥生产，沼液体积少。因此，干式厌氧发酵技术已成为国内外有机固废处理领域重点的研究方向和广泛推广的技术。而干式厌氧发酵底物浓度高，发酵物料粘度是湿式发酵物料的3倍以上，这导致的结果是产气多，气泡上升速度下降，发酵液易膨胀；传质传热变差，在混合和捏合过渡区，颗粒上浮或下沉，因此干式厌氧发酵设备的搅拌结构设计至关重要。
授权公告号为CN213416867U的中国实用新型专利中公开了一种双层搅拌结构卧式干法厌氧发酵反应器，其在反应器主体中设置了双层搅拌结构，其中上层搅拌器包括框式搅拌器，下层搅拌器包括单桨式搅拌器。而公开号为CN112812940A的中国发明专利中公开了一种机械气动联合的干法厌氧发酵系统以及发酵方法，其包括机械搅拌组件和气动搅拌组件，其中机械搅拌组件包括沿着卧式发酵罐轴向设置的搅拌轴以及设于所述搅拌轴上的多个叶片，气动搅拌组件包括沿着卧式发酵罐的轴向依次设置的第一气动管、第二气动管以及与两者连接的送气管路。授权公告号为CN212669665U的中国实用新型专利中公开了一种配套厌氧发酵系统的机械和喷液组合式搅拌装置，其包括机械搅拌装置和喷液搅拌装置，其中机械搅拌装置包括位于同一轴线上的主动轴和副动轴，喷液搅拌装置包括供液管、泵和喷液器。授权公告号为CN213853979U的中国实用新型专利中则公开一种卧式高效推流搅拌装置及卧式搅拌罐，其从搅拌叶片出发，设计了一种长条弧形结构的搅拌叶片，并且各个搅拌叶片呈螺旋状分布在搅拌轴的径向。
但上述搅拌装置的设计，无论是机械搅拌装置、气动搅拌组件、喷液搅拌装置还是各种装置的不同组合，均是以发酵罐内为一个整体为出发点进行考虑，但发酵过程中不同阶段的物料粘度、含水率等指标均会发生变化，上述装置的搅拌效果还有待进一步提高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，不同分区设有具有不同桨叶框架结构的搅拌组件，解决了发酵装置分区设计中搅拌效果逐渐变差的问题，保证搅拌充分和发酵基质的传质传热，并且可以快速排掉夹杂在物料中沼气，避免物料膨胀，有效防止物料表层结壳和底部积砂。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，包括第一搅拌组件、第二搅拌组件和第三搅拌组件，其中第一搅拌组件包括多个第一转轴，且每个第一转轴上均设有多组第一桨叶框架，第二搅拌组件包括多个第二转轴，且每个第二转轴上均设有多组第二桨叶框架，所述第二桨叶框架端部设有倾斜的翼板、内部设有导泥板，第三搅拌组件包括多个第三转轴，且每个第三转轴上均设有多组第三桨叶框架，所述第三桨叶框架内设有多个导气杆，相邻两个第一转轴之间的距离a小于相邻两个第二转轴之间的距离b，同时也小于相邻两个第三转轴之间的距离c。
沿着所述第二转轴的轴向看去，各组第二桨叶框架沿着所述第二转轴的圆周方向均布，并且沿着所述第二转轴的径向看去，所述第二转轴上任意相邻两组第二桨叶框架交错设置。
所述第二桨叶框架包括两侧的第二侧板和连接两侧第二侧板端部的第二顶板桨叶，所述第二顶板桨叶下侧设有倾斜的翼板，所述第二桨叶框架中部设有中间板，且所述中间板上设有导泥板。
所述翼板上设有第一铰接座和第二铰接座，所述第二顶板桨叶上设有翼板调节元件和连接铰座，其中翼板调节元件下端通过第一铰轴与所述第一铰接座铰接，连接铰座通过第二铰轴与所述第二铰接座铰接。
所述翼板调节元件为调节螺栓，且所述调节螺栓上端设有调节锁紧螺母。
沿着所述第三转轴的轴向看去，各组第三桨叶框架沿着所述第三转轴的圆周方向均布，并且沿着所述第三转轴的径向看去，所述第三转轴上任意相邻两组第三桨叶框架交错设置。
所述第三桨叶框架包括两侧的第三侧板和连接两侧第三侧板端部的第三顶板桨叶，所述第三桨叶框架下端设有下固定板，且所述导气杆上端与所述第三顶板桨叶连接、下端与所述下固定板连接。
所述第三顶板桨叶和下固定板上均设有调整滑槽，所述导气杆端部通过固定螺栓安装于对应的调整滑槽中。
所述固定螺栓下端套装有锁紧螺母。
本实用新型的优点与积极效果为：
1、本实用新型根据分区设计需要对传统的框架式桨叶进行改进，其中发酵产沼区的第二桨叶框架设有翼板和导泥板，可附加挤压运动，提高搅拌效果，保证搅拌充分和发酵基质的传质传热，并且可以排掉夹杂在物料中的沼气，避免物料膨胀，防止物料表层结壳和底部积砂，排气出料区的第三桨叶框架设有导气杆，可以快速排出物料中夹杂的沼气，防止物料表面结壳和颗粒下沉，而输入端的混合酸化区物料粘度高，流动性差，因此混合酸化区的第一桨叶框架为传统框架结构，并且相邻两个第一转轴间距较小，可以实现物料翻抛和剪切。
2、本实用新型第二桨叶框架中的翼板倾斜角度可调，而第三桨叶框架中的导气杆数量和密度可调，从而可以适用于不同物料搅拌需要，使用灵活。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图，
图2为图1中的第二搅拌组件主视图，
图3为图2中的第二搅拌组件俯视图，
图4为图3中的第二桨叶框架主视图，
图5为图4中的A-A视图，
图6为图5中的B处放大图，
图7为图1中的第三搅拌组件主视图，
图8为图7中的第三搅拌组件俯视图，
图9为图8中的第三桨叶框架主视图，
图10为图9中的第三桨叶框架俯视图，
图11为图10中的C-C视图，
图12为本实用新型研发时获得的发酵物粘度变化示意图，
图13为本实用新型研发时获得的发酵物含水率变化示意图，
图14为本实用新型研发时获得的发酵物比热容变化示意图，
图15为本实用新型研发设计时的几种对比桨型结构示意图，
图16为图1中第一搅拌组件采用的第一桨叶框架结构示意图。
其中，1为第一搅拌组件，2为第二搅拌组件，21为第二桨叶框架，2101为第二顶板桨叶，2102为第二侧板，2103为中间板，2104为连接铰座，22为第二转轴，23为翼板，2301为第一铰接座，2302为第二铰接座，24为导泥板，25为翼板调节元件，2501为调节锁紧螺母，3为第三搅拌组件，31为第三桨叶框架，3101为第三顶板桨叶，3102为第三侧板，3103为下固定板，32为第三转轴，33为导气杆，34为固定螺栓，35为调整滑槽，36为锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1～16所示，本实用新型包括第一搅拌组件1、第二搅拌组件2和第三搅拌组件3，其中第一搅拌组件1包括多个第一转轴，且每个第一转轴上均设有多组第一桨叶框架，所述第一桨叶框架如图16所示，其为常规的框架式桨叶，第二搅拌组件2包括多个第二转轴22，且每个第二转轴22上均设有多组第二桨叶框架21，所述第二桨叶框架21端部设有倾斜的翼板23，所述第二桨叶框架21内部设有导泥板24，第三搅拌组件3包括多个第三转轴32，且每个第三转轴32上均设有多组第三桨叶框架31，所述第三桨叶框架31内设有多个导气杆33，如图1所示，相邻两个第一转轴之间的距离a小于相邻两个第二转轴22之间的距离b，同时也小于相邻两个第三转轴32之间的距离c。本实用新型用于分区式的发酵装置中，且上述各组搅拌组件分别设于不同的分区中，而各个转轴通过对应的电机单独控制启停。
如图2～6所示，所述第二搅拌组件2包括第二转轴22和设于所述第二转轴22上的多组第二桨叶框架21，其中如图2所示，沿着所述第二转轴22的轴向看去，各组第二桨叶框架21沿着所述第二转轴22的圆周方向均布，并且如图3所示，所述第二转轴22上任意相邻两组第二桨叶框架21交错设置，这样相邻两个第二转轴22旋转时，不同第二转轴22上的第二桨叶框架21可错开转动，从而实现充分搅拌。
如图4～6所示，所述第二桨叶框架21包括两侧的第二侧板2102和连接两侧第二侧板2102端部的第二顶板桨叶2101，所述第二顶板桨叶2101下侧设有倾斜的翼板23，所述第二桨叶框架21中部设有中间板2103，且所述中间板2103上设有导泥板24。第二搅拌组件2用于分区式发酵装置中的发酵产沼区搅拌，其中第二桨叶框架21增加了两侧第二侧板2102面积和第二顶板桨叶2101面积，增加搅拌接触面积，并且增加了翼板23和导泥板24结构，可对物料附加挤压运动，保证搅拌充分和发酵基质的传质传热，另外翼板23和导泥板24结构设计可挤压排掉夹杂在物料中的沼气，避免物料膨胀，防止物料表层结壳和底部积砂，同时向出口推动物料。
如图4～6所示，所述翼板23倾斜度可调以适用于不同的发酵物料，其中翼板23小角度倾斜适用于粘稠度相对较高的物料，如鸡粪，翼板23大角度倾斜适用于粘稠度相对较低的物料，如猪粪。
如图6所示，所述翼板23上设有第一铰接座2301和第二铰接座2302，所述第二顶板桨叶2101上设有翼板调节元件25和连接铰座2104，其中翼板调节元件25下端通过第一铰轴与所述第一铰接座2301铰接，连接铰座2104通过第二铰轴与所述第二铰接座2302铰接。
如图6所示，本实用新型的一个实施例中，所述翼板调节元件25可采用调节螺栓，且所述调节螺栓上端通过两个调节锁紧螺母2501夹紧所述第二顶板桨叶2101实现锁定，向第二顶板桨叶2101外侧旋拧所述调节锁紧螺母2501即松开所述调节螺栓，所述调节螺栓可调节高度，进而实现所述翼板23倾斜角度调整，待所述翼板23位置确定后，旋拧所述调节锁紧螺母2501使其重新夹紧所述第二顶板桨叶2101，所述调节螺栓即锁定。
所述第二搅拌组件2用于设备中的发酵产沼区，且可单独控制启停，如图2所示，所述发酵产沼区装有料位计监测物料膨胀，料位高位报警时，启动搅拌电机驱动第二转轴22转动以排出物料中的大量沼气，料位降低，停止搅拌，所述发酵产沼区装有温度传感器监测各部分温度，第二搅拌组件2可根据时间和温度数值自动启停。
如图7～11所示，第三搅拌组件3包括第三转轴32和设于所述第三转轴32上的多组第三桨叶框架31，其中如图7所示，沿着所述第三转轴32的轴向看去，各组第三桨叶框架31沿着所述第三转轴32的圆周方向均布，并且如图8所示，所述第三转轴32上任意相邻两组第三桨叶框架31交错设置，这样相邻两个第三转轴32旋转时，不同第三转轴32上的第三桨叶框架31可错开转动，从而实现充分搅拌。
如图9所示，所述第三桨叶框架31包括两侧的第三侧板3102和连接两侧第三侧板3102端部的第三顶板桨叶3101，所述第三桨叶框架31下端设有下固定板3103，所述第三桨叶框架31内部设有导气杆33，且所述导气杆33上端与所述第三顶板桨叶3101连接、下端与所述下固定板3103连接。第三搅拌组件3用于分区式发酵装置中的排气出料区搅拌，第三桨叶框架31内设有多个导气杆33，可以快速排出物料中夹杂的沼气，防止物料表面结壳和颗粒下沉。
如图9～11所示，第三搅拌组件3可以根据不同物料调整所述导气杆33的数量和疏密程度，当物料粘稠度相对较高时，物料中夹杂的沼气不易排出，需要增加导气杆33数量，比如鸡粪等，当物料粘稠度相对较低时，则可以减少导气杆33数量，比如猪粪等。
如图10所示，所述第三顶板桨叶3101和下固定板3103上均设有调整滑槽35，所述导气杆33端部通过固定螺栓34安装于对应的调整滑槽35中。
如图11所示，本实用新型的一个实施例中，所述固定螺栓34下端套装有锁紧螺母36，且所述锁紧螺母36和所述固定螺栓34的螺帽配合夹紧所述第三顶板桨叶3101实现固定，向下旋拧所述锁紧螺母36即松开所述固定螺栓34，所述固定螺栓34可沿着所述调整滑槽35移动，进而带动导气杆33移动调整位置，而将所述固定螺栓34和锁紧螺母36拆下时，可将导气杆33由第三桨叶框架31中取出，从而调整导气杆33的数量。
本实用新型的工作原理为：
本实用新型用于一种分区搅拌干式厌氧发酵装置，如图1所示，该装置内部分出混合酸化区、发酵产沼区和排气出料区，各个区的桨叶间距不同且结构也各不相同，其中第一搅拌组件1用于混合酸化区，其包括多个常规结构的第一桨叶框架，第二搅拌组件2用于发酵产沼区，其包括多个带翼板23和导泥板24的第二桨叶框架21，第三搅拌组件3用于排气出料区，其包括多个带导气杆33的第三桨叶框架31。
现有技术中的干式厌氧发酵装置搅拌结构通常将装置内部视为一个整体，但本实用新型应用的装置在设计时，先通过工艺参数优化实验获得主要工艺参数，再利用搅拌桨形状实验获得基本搅拌桨型，最后不断设计优化最终获得各个分区的桨叶结构。
本实用新型应用的装置以辽河流域畜禽粪污中占比较大的鸡粪为主要对象进行工艺参数优化实验，具体为：确定物料配比、发酵温度、物料投配比、发酵周期等参数，其中物料采用风干秸秆和鸡粪的质量配比为9:1，混合物料的总固体含量为20％；厌氧发酵温度是35±2℃；物料投配比是5％，发酵周期20天。经过实验获得的发酵物粘度变化如图12所示，发酵物料粘度在整个发酵周期逐渐降低，而发酵物含水率变化如图13所示，发酵物料含水率在整个发酵周期逐渐增高，发酵物比热容变化如图14所示，其有一个较为明显的峰值变化。根据实验结果，本实用新型应用的装置采用分区设计，其中混合酸化区物料粘度高，流动性差，物料的流动主要依靠搅拌桨的翻抛和剪切，需要较大的驱动功率和较小的搅拌桨轴间距(即图1所示间距a)，发酵产沼区物料含水率增高，粘度降低，可以增大搅拌轴间距(即图1所示间距b)，降低容积搅拌功率，并减小相邻轴桨叶的剪切，同时要避免剧烈运动对菌群的干扰，提高产气率，排气出料区则需要尽快排出物料中夹杂的沼气，防止物料表面结壳和颗粒下沉。
为了根据上述分区设计选取合适桨型，本实用新型应用的装置通过三种常用干料搅拌桨型对比实验获得最佳桨型，如图15所示，三种桨型包括螺带式、布尔马金式、框式，并采用示踪物、温度作为测量参数。试验结果框式桨对初始物料搅拌效果较好，示踪物和温度很快均匀，而布尔马金桨和螺带式桨，搅拌轴处存在夹料现象，混合不均，不适合本实用新型装置的分区设计。
但采用框式桨结构通过实验发现，对于发酵后期的物料，框式桨搅拌效果会逐渐变差，难以提高搅拌效果，因此本实用新型对发酵产沼区和排气出料区的桨叶框架进行结构改进，相比于常规的框式桨，第二桨叶框架21的第二顶部桨叶2101和两侧的第二侧板2102面积增大，并且增加了翼板23和导泥板24结构，针对分区设计的发酵装置而言，该结构既可以对物料附加一个挤压运动效果，增强搅拌效果，避免了传统框式桨效果变差问题，同时也加快物料的产气排气，增加了容积产气率，满足上述分区设计要求。而第三桨叶框架31内设有多个导气杆33，可以快速排出物料中夹杂的沼气，防止物料表面结壳和颗粒下沉，能够充分满足装置分区设计的使用要求。
另外本实用新型第二搅拌组件2中的翼板23可根据需要调整倾斜角度，以适用于不同的发酵物料，并且可以有效配合搅拌过程中的挤压压力变化和温度变化，第三搅拌组件3中的导气杆33数量和密度可根据需要调整，同样可以适用于不同发酵物料，使用更加灵活。
Claims (9)
1.一种用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：包括第一搅拌组件(1)、第二搅拌组件(2)和第三搅拌组件(3)，其中第一搅拌组件(1)包括多个第一转轴，且每个第一转轴上均设有多组第一桨叶框架，第二搅拌组件(2)包括多个第二转轴(22)，且每个第二转轴(22)上均设有多组第二桨叶框架(21)，所述第二桨叶框架(21)端部设有倾斜的翼板(23)、内部设有导泥板(24)，第三搅拌组件(3)包括多个第三转轴(32)，且每个第三转轴(32)上均设有多组第三桨叶框架(31)，所述第三桨叶框架(31)内设有多个导气杆(33)，相邻两个第一转轴之间的距离a小于相邻两个第二转轴(22)之间的距离b，同时也小于相邻两个第三转轴(32)之间的距离c。
2.根据权利要求1所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：沿着所述第二转轴(22)的轴向看去，各组第二桨叶框架(21)沿着所述第二转轴(22)的圆周方向均布，并且沿着所述第二转轴(22)的径向看去，所述第二转轴(22)上任意相邻两组第二桨叶框架(21)交错设置。
3.根据权利要求1所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：所述第二桨叶框架(21)包括两侧的第二侧板(2102)和连接两侧第二侧板(2102)端部的第二顶板桨叶(2101)，所述第二顶板桨叶(2101)下侧设有倾斜的翼板(23)，所述第二桨叶框架(21)中部设有中间板(2103)，且所述中间板(2103)上设有导泥板(24)。
4.根据权利要求3所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：所述翼板(23)上设有第一铰接座(2301)和第二铰接座(2302)，所述第二顶板桨叶(2101)上设有翼板调节元件(25)和连接铰座(2104)，其中翼板调节元件(25)下端通过第一铰轴与所述第一铰接座(2301)铰接，连接铰座(2104)通过第二铰轴与所述第二铰接座(2302)铰接。
5.根据权利要求4所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：所述翼板调节元件(25)为调节螺栓，且所述调节螺栓上端设有调节锁紧螺母(2501)。
6.根据权利要求1所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：沿着所述第三转轴(32)的轴向看去，各组第三桨叶框架(31)沿着所述第三转轴(32)的圆周方向均布，并且沿着所述第三转轴(32)的径向看去，所述第三转轴(32)上任意相邻两组第三桨叶框架(31)交错设置。
7.根据权利要求1所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：所述第三桨叶框架(31)包括两侧的第三侧板(3102)和连接两侧第三侧板(3102)端部的第三顶板桨叶(3101)，所述第三桨叶框架(31)下端设有下固定板(3103)，且所述导气杆(33)上端与所述第三顶板桨叶(3101)连接、下端与所述下固定板(3103)连接。
8.根据权利要求7所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：所述第三顶板桨叶(3101)和下固定板(3103)上均设有调整滑槽(35)，所述导气杆(33)端部通过固定螺栓(34)安装于对应的调整滑槽(35)中。
9.根据权利要求8所述的用于分区搅拌干式厌氧发酵装置的搅拌机构，其特征在于：所述固定螺栓(34)下端套装有锁紧螺母(36)。
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