CN219399985U - 用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，属于发酵处理的技术领域，包括液态原料接收池、固态原料接收装置和混合均质进料装置，所述液态原料接收池和所述固态原料接收装置分别与所述混合均质进料装置相连，用于将液态原料和固态原料进行预处理后输送到所述混合均质进料装置进行混合，之后输送到厌氧发酵罐。本实用新型在预处理阶段对各类发酵原料进行混合均质并连续进料进入发酵罐，可有效解决上述问题。

Description

用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统

技术领域

本实用新型是关于发酵处理的技术领域，特别是关于一种用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统。

背景技术

在规模化生物天然气项目中，沼气产量一般较大，发酵原料使用量也大，为减小收集发酵原料的风险，一般都是处理区域内能收集到的有机废弃物，因此，发酵原料不是单一的，能收集到的主要发酵原料包括农作物秸秆类的固态发酵原料和畜禽粪污类的液态发酵原料，还有少部分的工业有机废弃物，如何让这些不同发酵原料实现混合协同发酵，达到最大的能源效率利用，预处理系统就是关键的一环。

以日产生物天然气10000Nm3的农业类生物天然气工程为例，即该项目的沼气产量应大于20000Nm3/d，其使用的发酵原料秸秆和粪污量均应超过100t/d，原料的预处理就显得格外重要，甚至决定整个项目运营的成败。做好原料的预处理，有利于提高发酵原料的有机物降解率，减少发酵罐搅拌的能耗，减少发酵罐产生浮渣层的风险，增加物料的产气量，从而提高项目的经济效益。

目前项目中常用的预处理方法，大都是粪污类液态发酵原料和秸秆类固态发酵原料分别进行预处理，即分别采用液态发酵原料匀浆池和固态发酵原料匀浆池混合均匀后泵入发酵罐，且大都是序批式进料，做不到连续进料。目前这种预处理进料方式在运行过程中会产生如下问题：

1、秸秆类固态发酵原料一般要求破碎到2cm以下，至少需要二级破碎才能达到该要求，增加工程投资和运行费用。

2、液态原料和固态原料分别进料，预处理后的物料性质不一样，如含固率不一样，且由于原料密度的差异，秸秆类物料易漂浮，在发酵罐内发酵时易产生分层，形成底部沉积和顶部结壳，造成发酵罐出料困难等，对发酵罐的搅拌需要更高的要求，增加搅拌器的配置难度和运行的能耗。

3、液态原料和固态原料分别进料，对进入发酵罐的物料的浓度(一般是值物料的含固率)的稳定性不能精准控制，对厌氧发酵的稳定性造成影响。

4、液态原料和固态原料分别进料大都采用序批式进料方式，对发酵罐容易造成负荷冲击，对发酵罐内物料的厌氧消化的稳定性造成影响，会引起明显的产气波动。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其在预处理阶段对各类发酵原料进行混合均质并连续进料进入发酵罐，可有效解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，包括液态原料接收池、固态原料接收装置和混合均质进料装置，所述液态原料接收池和所述固态原料接收装置分别与所述混合均质进料装置相连，用于将液态原料和固态原料进行预处理后输送到所述混合均质进料装置进行混合，之后输送到厌氧发酵罐；

所述液态原料接收池的物料入口设置在上方，用于接收液态发酵原料、来自固液分离后的沼液暂存池的回流沼液、和来自供水系统的工艺水；所述液态原料接收池中设置有潜水搅拌器和加热盘管，所述潜水搅拌器用于对其中保存的物料进行混合调配，所述加热盘管用于对物料进行预加热；所述加热盘管包括位于下方的热水供水口和上方的热水回水口，用于与热源相连，供加热的热水流入和流出；

所述固态原料接收装置包括顶盖装置、底板推进系统、带切割刀片的搅拌头和出料螺旋输送机；所述底板推进系统用于向上提升固态原料，所述搅拌头设置在底板推进系统的上方，用于对固态原料进行剪切和搅拌，所述出料螺旋输送机设置在搅拌头的旁边，用于接收搅拌后的原料，并将其输送到所述混合均质进料装置；

所述混合均质进料装置包括混合切割机和重物收集器；所述混合切割机包括垂直进料口和水平进料口，所述垂直进料口用于接收所述液态原料接收池输送的液态原料，所述水平进料口用于接收所述固态原料接收装置输送的固态原料；所述重物收集器设置在切割机的底部，用于收集重物杂质。

在一个或多个实施方式中，所述加热盘管上连接有自动排气阀；所述热源为沼气厂的锅炉供热系统。

在一个或多个实施方式中，所述液态原料接收池中设置有液位传感器和高液位传感器，分别设置在设计的最低液位处和最高液位处。

在一个或多个实施方式中，所述液态原料接收池的物料出口与所述混合均质进料装置之间的管道依次配置切割机、螺杆泵和物料分配器。

在一个或多个实施方式中，所述切割机上配备有压力表，所述切割机和所述螺杆泵之间的管道上也配备有压力表。

在一个或多个实施方式中，所述螺杆泵的泵体上配备温度传感器；所述螺杆泵的出口管道上配备有压力传感器。

在一个或多个实施方式中，所述物料分配器用于对所述螺杆泵泵送的液态类物料进行分配，将液态类物料直接泵送至所述混合均质进料装置或厌氧发酵罐。

在一个或多个实施方式中，所述固态原料接收装置的箱体中配备有超声波高度传感器，用于对原料的高度进行检测；所述固态原料接收装置的箱体底部配备重量传感器，用于对进料量进行计量。

在一个或多个实施方式中，所述重物收集器利用液压推杆将重物杂质定期推出重物收集器。

在一个或多个实施方式中，所述混合均质进料装置上配备有PLC控制系统。

与现有技术相比，根据本实用新型的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，采用混合均质进料装置，可将固态发酵原料和液态发酵原料进行混合均质，通过设定两种物料的进料比例，可保证均质后物料含固率的稳定性，进料含固率可达12％，且可实现自动化连续进料。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统的结构示意图。

图2是根据本实用新型一实施方式的液态原料接收池的结构示意图。

图3是根据本实用新型一实施方式的固态原料接收装置的结构示意图。

图4是根据本实用新型一实施方式的混合均质进料装置的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-液态原料接收池，101-物料入口，102-潜水搅拌器，103-加热盘管，104-自动排气阀，105-物料出口，106-液位传感器，107-高液位传感器，2-固态原料接收装置，201-顶盖装置，202-底板推进系统，203-带切割刀片的搅拌头，204-出料螺旋输送机，205-重量传感器，3-混合均质进料装置，301-混合切割机，302-重物收集器，4-切割机，5-螺杆泵，6-物料分配器，7-发酵罐。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至4所示，根据本实用新型一实施方式的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，包括液态原料接收池1、固态原料接收装置2和混合均质进料装置3。

液态原料接收池1和固态原料接收装置2分别与混合均质进料装置3相连，用于将液态原料和固态原料进行预处理后输送到混合均质进料装置3进行混合，之后输送到厌氧发酵罐。

液态原料接收池1的物料入口101设置在上方，用于接收液态发酵原料、来自固液分离后的沼液暂存池的回流沼液、和来自供水系统的工艺水。液态发酵原料(含固率一般低于15％)可通过管道或者罐车的运输方式运输至项目现场，如液态粪污、经预处理后的餐厨垃圾浆液等。应建设至少2个液态原料接收池1，液态原料接收池1的总有效容积宜保证物料的水力停留时间(液态发酵原料在接收池中保存的时间)至少不能少于1d，优选不低于2d，由于液态发酵原料提供的时间不固定，为保证连续进料，接收池的容积有必要设置的大一点。

沼液暂存池中暂存的是发酵罐出来的固液分离后物料中的液体部分(沼液)，通过液体部分将暂存在这个池子里面可以起到稀释物料、接种等作用。

液态原料接收池1中设置有潜水搅拌器102和加热盘管103。潜水搅拌器102用于对其中保存到物料进行混合调配。潜水搅拌器的数量可以根据液态原料接收池1的大小和物料特性进行配备，图2中示出了两个潜水搅拌器102，分别位于液态原料接收池1的上方和下方，也可以设置更多的潜水搅拌器。潜水搅拌器102可以通过导轨安装在液态原料接收池1的内壁中，通过该导轨能够改变潜水搅拌器102的高度和水平方向，进而对物料进行均质搅拌。

加热盘管103用于对物料进行预加热，一般要求在该池内加热后物料的温度不低于20℃。加热盘管103包括位于下方的热水供水口和上方的热水回水口，用于与热源相连，供加热的热水流入和流出。加热盘管103上连接有自动排气阀104，能够想加热盘管103内的热水对原料进行散热时，由于热胀冷缩产生的气体排出，增加加热效率。加热盘管宜采用DN50不锈钢管，热源来自沼气厂的锅炉供热系统或其它可利用的热源。

液态原料接收池1中还设置有液位传感器106和高液位传感器107，分别设置在设计的最低液位处和最高液位处，用于对池体的液位进行控制，同时这两个液位计也与后端的螺杆泵5进行联锁控制，当液态原料接收池1的液位高时，启动螺杆泵5往混合均质进料装置3中泵送物料进行暂存，当液位低于设置值时，停止泵送。

液态原料接收池1的物料出口105与混合均质进料装置3之间的管道依次配置切割机4、螺杆泵5和物料分配器6。

切割机4用于对物料进行切割，可将物料中的纤维进行切碎，有利于泵送，且有利于物料的厌氧降解。切割机6上配备压力表，若压力突然增大，有可能是由于堵塞造成的；切割机6和螺杆泵之间的管道上也配备压力表，用于指示管道是否造成了堵塞，便于工作人员进行检修。

螺杆泵5适用于液态类发酵原料的输送，输送物料浓度可达12％以上。螺杆泵5的泵体上配备温度传感器，用于指示是否空转；螺杆泵5的出口管道上配备有压力传感器，用于指示管道是否造成了堵塞，配备的流量计，用于计量泵送的物料量。

物料分配器6用于对螺杆泵5泵送的液态类物料进行分配，液态类物料可以直接泵送至混合均质进料装置3，也可以从工艺设计考虑直接泵送至发酵罐7。

此外，有些液态类发酵原料含有砂等杂质，如鸡粪和牛粪等，可将液态原料接收池1设置成锥形，同时配备螺旋除砂机将沉积在底部的泥沙输送至池体外。

固态原料接收装置2用于接收固态发酵原料，固态发酵原料可利用铲车等工具运到固态原料接收装置。该固态发酵原料一般是指含固率大于15％的原料，如秸秆、固体粪便、干草等，要求原料的粒径不大于10cm，不含石头、泥块、铁等重物杂质。固态原料接收装置2的容积宜可暂存项目1天所需要的物料量。一天只进一次料，可避免顶盖频繁开启，减少操作，也可保证后端的混合均质进料装置连续进料。

固态原料接收装置2主要由顶盖装置201、底板推进系统202、带切割刀片的搅拌头203和出料螺旋输送机204组成。顶盖装置201能够控制固态原料接收装置2顶部的开合，在进料时进行打开。底板推进系统202用于向上提升固态原料以便于搅拌头203进行搅拌；搅拌头203设置在底板推进系统202的上方，用于对固态原料进行剪切和搅拌；出料螺旋输送机204设置在搅拌头203的旁边，用于接收搅拌后的材料，并将其输送到混合均质进料装置3。

顶盖装置201和底板推进系统202均利用液压驱动，能够节约电力的消耗，搅拌头203和出料螺旋输送机204直接利用电机驱动，这样配置可减少运行的耗能。固态原料接收装置2的箱体中所有与原料接触的部位均采用具有防腐功能的不锈钢或者塑料材质。

搅拌头203安装在出料螺旋输送机204的上方，根据固态原料接收装置2的箱体的大小可配置1-2个搅拌头203，固态原料在地板推进系统202向上的作用下被推到搅拌头203的位置，搅拌头203上的切割刀片可以打散结块的原料，也可以对物料进行简单切割，并且将各类固态原料进行预混合，然后，原料落入螺旋输送机204中，螺旋输送机204与混合均质进料装置3相连，由螺旋输送机203输送至混合均质进料装置3。

固态原料接收装置2的箱体中配备有超声波高度传感器，其设置在箱体侧壁的较高处，高于最高的原料填充高度，用于对箱体内暂存的原料的高度进行检测，同时在箱体底部配备重量传感器205，用于对每天的进料量进行计量。

混合均质进料装置3是集切割、破碎、泵送、重物分离功能为一体的设备，是将切割机、螺杆泵、重物收集器、进出料口一体化集成的设备。

混合均质进料装置3包括混合切割机301和重物收集器302。

混合切割机301包括垂直进料口3011和水平进料口3012，垂直进料口3011用于接收液态原料接收池1输送的液态原料，如液态发酵原料、回流的消化液或者沼液等，水平进料口3012用于接收固态原料接收装置2输送的固态原料。液态原料和固态原料在切割机301内进行混合、切割和破碎。

重物收集器302设置在切割机301的底部，石块、大的沙粒和铁块等重物杂质会掉落在重物收集器302中，重物收集器302利用液压装置303的推杆将重物杂质定期水平推出切割机301。经过切割、重物杂质分离、破碎混合后的物料通过泵送部分输送至厌氧发酵罐。

切割机301上还配备有压力表，在切割机与发酵罐之间的泵的入口处配备有压力传感器，用于指示切割机301的腔体内部是否造成了堵塞。该泵的泵体上配备温度传感器，用于指示该泵是否空转。混合均质进料装置3的后面(即泵与发酵罐之间)配备有压力传感器，用于指示管道是否造成了堵塞，还配备有流量计，用于计量泵送的物料量。

混合均质进料装置3还配备有PLC控制系统，由于液态发酵原料和固态发酵原料均有计量，因此可以根据这两类物料的配比进行进料的控制，使得经该装置处理后的物料的含固率可根据后端发酵罐的需要进行调配，并且连续输出含固率稳定的物料，实现发酵罐的连续稳定进料。输出物料的含固率可达12％以上。PLC控制系统可单独安装在混合均质进料装置3的旁边，也可以整合到全厂的控制系统中，具体根据设计需要进行调整。

本实用新型的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统有如下优势：

(1)该预处理系统对原料的要求宽容度更高。

该预处理系统可处理含一定泥沙的液态发酵原料，如鸡粪、牛粪等，在实际项目中，至少设置2个液态接收池，物料的停留时间至少为1天，可对含沙等杂质的原料进行预沉淀，同时通过物料在接收池内的水解作用，可将原料中包裹的泥沙分离出来，沉积在底部，通过除砂机去除。液态发酵原料在接收池内进行匀浆、除杂、预加热后通过切割机达到更为均质的物料，有利于后端的厌氧发酵，提高物料的降解率。

该预处理系统可处理粒径更长的固态发酵原料，目前大部分技术都要求进入预处理系统的固态发酵原料的粒径小于2cm，主要是为了避免发酵罐进出料困难和发酵罐内产生分层。在本预处理系统中，固态发酵原料通过固态原料接收装置进行预混合和预切割，然后通过螺旋输送机进入混合均质进料装置。混合进料装置还有切割破碎的功能，因此，该预处理系统可处理粒径不大于10cm的固态原料，原料进入预处理系统的要求降低，例如，通过穗茎兼收玉米秸秆收割机收获来的玉米秸秆在场内不需要进行破碎就可以进入预处理系统，减少设备投资和运行费用。

(2)该预处理系统可实现进料量和进料负荷的精确控制，还可以对固、液态发酵原料的配比进行控制。

液态发酵原料和固态发酵原料分别进行暂存和初步预处理后进入混合均质进料装置进行破碎混合均质。液态发酵原料进料量通过流量计计量、固态发酵原料进料量通过重量传感器进行计量、回流的沼液或消化液通过流量计进行计量、工艺水也可通过流量计进行计量，这样可做到该预处理系统进料的精确控制和物料配比的自动化。例如，可以通过调配各种原料的进料量和回流量等，使调配后的物料的含固率保持在稳定的水平，物料的含固率可达12％以上。

(3)该预处理系统实现多元原料精确连续进料。

在项目设计时，液态原料接收池的容积可至少暂存1天所需要的进料量，固态原料接收装置也可以至少暂存1天所需要的进料量，则混合均质进料装置可根据设计的进料计划和进料负荷、利用PLC程序进行进料控制，实现定量稳定连续进料，减少对后端发酵过程的扰动，有利于物料的发酵过程。

(4)该预处理系统实现了物料的混合均质。

在该预处理系统中，液态发酵原料在接收池内搅拌混合，在输送至混合均质进料装置过程中还有切割破碎过程。固态发酵原料在接收装置内通过搅拌头打散切割后进入混合均质进料装置。混合进料装置同时具有切割、破碎、除杂和泵送的功能，进一步把液态发酵原料和固态发酵原料进行混合均质，实现了液态发酵原料和固态发酵原料在充分混合破碎的过程中，实现了物料的均质化。这种物进入发酵罐后更容易被厌氧微生物降解，且不易产生分层结壳，可减少发酵罐搅拌器的能耗，缩短物料在发酵罐的停留时间，提高发酵罐的容积产气率。

(5)该预处理系统无化学添加剂。

该预处理系统主要采用机械预处理的方式对发酵原料进行预处理，整个过程无化学添加剂，避免了在预处理过程中的药剂费。同时，回流的含有一定温度的沼液或消化液可对发酵原料进行预接种和预加热，有利于物料的降解。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，包括液态原料接收池、固态原料接收装置和混合均质进料装置，所述液态原料接收池和所述固态原料接收装置分别与所述混合均质进料装置相连，用于将液态原料和固态原料进行预处理后输送到所述混合均质进料装置进行混合，之后输送到厌氧发酵罐；

所述液态原料接收池的物料入口设置在上方，用于接收液态发酵原料、来自固液分离后的沼液暂存池的回流沼液、和来自供水系统的工艺水；所述液态原料接收池中设置有潜水搅拌器和加热盘管，所述潜水搅拌器用于对其中保存的物料进行混合调配，所述加热盘管用于对物料进行预加热；所述加热盘管包括位于下方的热水供水口和上方的热水回水口，用于与热源相连，供加热的热水流入和流出；

所述固态原料接收装置包括顶盖装置、底板推进系统、带切割刀片的搅拌头和出料螺旋输送机；所述底板推进系统用于向上提升固态原料，所述搅拌头设置在底板推进系统的上方，用于对固态原料进行剪切和搅拌，所述出料螺旋输送机设置在搅拌头的旁边，用于接收搅拌后的原料，并将其输送到所述混合均质进料装置；

所述混合均质进料装置包括混合切割机和重物收集器；所述混合切割机包括垂直进料口和水平进料口，所述垂直进料口用于接收所述液态原料接收池输送的液态原料，所述水平进料口用于接收所述固态原料接收装置输送的固态原料；所述重物收集器设置在切割机的底部，用于收集重物杂质。

2.如权利要求1所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述加热盘管上连接有自动排气阀；所述热源为沼气厂的锅炉供热系统。

3.如权利要求1所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述液态原料接收池中设置有液位传感器和高液位传感器，分别设置在设计的最低液位处和最高液位处。

4.如权利要求1所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述液态原料接收池的物料出口与所述混合均质进料装置之间的管道依次配置切割机、螺杆泵和物料分配器。

5.如权利要求4所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述切割机上配备有压力表，所述切割机和所述螺杆泵之间的管道上也配备有压力表。

6.如权利要求4所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述螺杆泵的泵体上配备温度传感器；所述螺杆泵的出口管道上配备有压力传感器。

7.如权利要求4所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述物料分配器用于对所述螺杆泵泵送的液态类物料进行分配，将液态类物料直接泵送至所述混合均质进料装置或厌氧发酵罐。

8.如权利要求1所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述固态原料接收装置的箱体中配备有超声波高度传感器，用于对原料的高度进行检测；所述固态原料接收装置的箱体底部配备重量传感器，用于对进料量进行计量。

9.如权利要求1所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述重物收集器利用液压推杆将重物杂质定期推出重物收集器。

10.如权利要求1所述的用于厌氧发酵的多元原料混合均质连续进料的预处理系统，其特征在于，所述混合均质进料装置上配备有PLC控制系统。