一種秸稈沼氣反應器的製作方法

2023-05-16 15:48:11

專利名稱：一種秸稈沼氣反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於以秸稈為原料發酵生產沼氣的大型設備技術領域，涉及一種秸稈沼氣反應器。
背景技術：
秸稈作為農業生產的主要廢棄物，我國每年約產生6. 4億噸。目前主要以焚燒的手段進行處理，大量秸稈的露天燃燒，不僅不能有效利用這部分資源，還導致CO2, SO2等氣體的排放，汙染了空氣，加重了全球氣候變暖。因此，研究可行的秸稈處理利用方法，實現其資源化，既是農業可持續發展的需要，也是緩解當今中國面臨的資源、能源、環境危機的重要途徑。以農作物秸稈和畜糞為發酵原料，以沼氣反應器為主要形式，建立以沼氣為中心的新的能量一物質循環裝置，使秸杆中的生物能以沼氣這種可燃氣體的形式緩慢地釋放出來，實現農作物秸稈等生物質資源的高效潔淨能源化利用，已經成為我國循環經濟發展的重要組成部分。農作物秸稈經厭氧發酵製取沼氣，把副產物沼S和沼液作高效有機肥和養殖營養餌料，既利用了秸稈資源，又從飼料、燃料、肥料這三方面實現良性循環，這是秸稈最科學、最合理的利用技術之一。我國沼氣工程技術從80年代以來日益完善，已形成較為完善的高效的且具有多種功能的工程技術裝置。據統計，到2005年底，已建養殖場沼氣工程3500處，年可處理畜禽糞便等廢棄物8700萬噸。至2010年，國家支持新建大中型沼氣工程4000處左右。但是，我國在以秸稈為發酵原料的大型工業化製取沼氣工程建設方面，幾乎還是空白。國內僅有幾家純粹以秸稈為發酵原料的沼氣工程，規模較小，能夠正常運行的寥寥無幾，究其原因，除了秸稈在收購、預處理、運輸等方面成本太高以外，缺少真正適合以秸稈為發酵物料的沼氣反應器技術也是制約秸稈沼氣發展的重要原因。目前，我國大型沼氣工程技術包括USR、CSTR和HCF工藝，應用較多的是USR和 CSTR工藝，小部分採用HCF。USR工藝是先對各類畜禽糞便和其它有機物進行預處理，除去大顆粒和粗纖維物質(進料TS濃度3-6%)後，進入USR反應器，USR反應器採用上流式汙泥床原理，不使用機械攪拌，在中溫條件下，視原料不同產氣率在0. 3-0. 8之間。沼渣沼液 COD濃度含量很高，一般用於農田施肥進行生態化處理，是典型的能源生態型工藝。CSTR工藝流程是先對各類畜禽糞便及其它有機物進行粉碎處理，調整進料TS濃度8-13%範圍內， 進入CSTR反應器，CSTR反應器採用上進料下出料方式，並帶有機械攪拌，產氣率視原料和溫度不同在1. 2-5. 0之間。沼渣沼液COD濃度和TS濃度含量高，一般不經固液分離即可直接用於農田施肥，是典型的能源生態型沼氣工程工藝。我國以秸稈為發酵物的工程主要以 USR為主，少量採用CSTR工藝。但無論USR工藝和CSTR工藝，都是應用於以糞便為主要發酵物料的沼氣工程，在以秸稈為發酵物的沼氣工程中存在下述缺陷1、進料出料非常困難，管道堵塞嚴重；2、浮渣結殼現象嚴重；3、沼渣排出困難，難以將新鮮物料與沼渣有效區分；4、攪拌強度難以控制，能耗太高；5、產氣率低，厭氧消化效率低下。總之，現有技術以秸稈為發酵原料的沼氣工程、清潔能源工程中厭氧反應器存在效率低下、運行困難、進出料難度大、產氣不平穩等技術問題，研製一種大型工業化生產秸稈沼氣的厭氧反應器是目前亟待解決的課題。發明內容本實用新型的目的是解決現有技術存在效率低下、運行困難、進出料難度大、產氣不平穩等技術問題，提供一種秸稈沼氣反應器，以克服現有技術的不足。為了實現上述目的，本實用新型秸稈沼氣反應器，它包括料液攪拌罐和反應器，所述料液攪拌罐的出料管通過進料泵和反應器的進料管連通；所述反應器的頂部設有PH值與溫度檢測裝置、水平反衝口、傾斜反衝口、中心人孔、負壓保護口、工藝人孔、溢流堰和正壓保護裝置；正壓保護裝置通過輸料管與料液攪拌罐的上部連通；所述反應器內設有中心管，中心管的上端設有中心浮渣收集喇叭口和浮渣吸口，中心管的下端設有導流錐；所述中心管上設有分支管，分支管通過切換閥與料液攪拌罐底部的出料管連通；反應器的底部設有增溫裝置、排渣裝置和料液分布管，料液分布管通過分配器與料液循環泵連通，分配器通過循環管與水平反衝口和傾斜反衝口連通；料液循環泵通過吸水管與設置在反應器上部的循環水吸口連通。所述循環管通過循環與反衝洗切換閥門與分配器連接。所述中心人孔上設有沼氣管和沼氣放空管。所述反應器與料液攪拌罐的罐外壁上設有保溫層。所述反應器內設加熱盤管，盤管沿罐內壁敷設。本實用新型運行成本低廉、操作簡單、安全可靠、運行平穩。能有效的防止進出料管道堵塞、減少反應器結殼、消除浮渣、降低能耗、提高沼氣產率。解決了現有技術存在效率低下、運行困難、進出料難度大、產氣不平穩等技術問題。尤其是適合大型化、工業化、連續化以秸稈為原料發酵生產沼氣。


附圖是本實用新型的工藝原理圖。圖中1、料液攪拌罐2、出料管3、進料泵4、進料管5、增溫裝置6、排渣裝置7、反應器8、導流錐9、料液分布管10、分配器11、料液循環泵12、吸水管13、循環與反衝洗切換閥門14、循環管15、循環水吸口 16、pH值與溫度檢測裝置17、水平反衝口 18、傾斜反衝口 19、 中心人孔20、沼氣管21、沼氣放空管22、中心浮渣收集喇叭口 23、浮渣吸口 24、負壓保護口 25、工藝人孔沈、溢流堰27、正壓保護裝置28、中心柱四、分支管30、輸料管31、切換閥具體實施方式
參照附圖，本實用新型秸稈沼氣反應器，它包括料液攪拌罐1和反應器7，料液攪拌罐1的出料管2通過進料泵3和反應器7的進料管4連通；反應器7的頂部設有PH值與溫度檢測裝置16、水平反衝口 17、傾斜反衝口 18、中心人孔19、負壓保護口 24、工藝人孔25、溢流堰沈和正壓保護裝置27 ；正壓保護裝置27通過輸料管30與料液攪拌罐1的上部連通；反應器7內設有中心管28，中心管觀的上端設有中心浮渣收集喇叭口 22和浮渣吸口 23，中心管的下端設有導流錐8 ；所述中心管上設有分支管四，分支管四通過切換閥31與料液攪拌罐1底部的出料管2連通；反應器7的底部設有增溫裝置5、排渣裝置6和料液分布管9，料液分布管9通過分配器10與料液循環泵11連通，分配器10通過循環管14與水平反衝口 17和傾斜反衝口 18連通；料液循環泵11通過吸水管12與設置在反應器上部的循環水吸口 15連通；循環管14通過循環與反衝洗切換閥門13與分配器10 連接；中心人孔19上設有沼氣管20和沼氣放空管21 ；反應器7與料液攪拌罐7的罐外壁上設有保溫層。本實用新型秸稈厭氧反應器7採用圓柱體設計，用碳鋼焊接製作，罐頂採用球形封頭或橢圓形封頭，反應器高徑比為2 1 ；料液攪拌罐1採用圓柱體設計，底部設錐底，罐內設立式攪拌機；秸稈厭氧反應器7與料液攪拌罐罐1均進行保溫處理，設有保溫層，防止熱量散失；秸稈厭氧反應器7與料液攪拌罐1之間用管道連接；進料泵3抽取攪拌罐1底部物料輸送至秸稈沼氣反應器料液分布管上方，秸稈沼氣反應器上清液經輸料管30回流至攪拌罐1，與新鮮秸稈進行攪拌混合；秸稈沼氣反應器沼液不外排，在攪拌罐與反應器之間實現閉路循環。秸稈沼氣反應器進料管4採用大通道設計，反應器進料口置於距反應器罐底2米位置，根據反應器容積大小，分別按2個、4個、6個沿圓周均勻分布設置。秸稈沼氣反應器排渣裝置6採用管道排渣，沿罐壁設置環形排渣管，排渣管均勻分布多個吸泥口，吸泥口開口於管道下方，排渣管採用大通道設計；反應器內沉澱的沼渣在反應器內重力作用下，排至沼渣池。反應器排渣裝置6與反應器進料口分設於罐內豎向不同位置，可將新料與沼渣有效區分，杜絕排出新料，減少原料浪費，增加原料利用率。為提高反應器內物料與菌種的傳質效果，秸稈厭氧反應器7底部設有料液循環攪拌裝置；循環攪拌裝置包括料液循環泵11、循環料液分配器10、循環料液分布管9、循環吸水管12、循環水吸口 15、循環與循環與反衝洗切換閥門門13、循環管14、罐頂水平反衝口 17 和傾斜反衝口 18，可分別實現反應器底部與頂部的料液攪拌。料液循環泵11經循環吸水管 12吸取沼氣反應器中上部上清液，通過循環料液分配器10、循環料液分布管9將料液在反應器底部進行均勻分布，對反應器底部料液與厭氧汙泥進行充分攪拌；當開啟循環與反衝洗切換閥門13後，料液循環泵11輸出的料液還可對厭氧反應器頂部浮渣層進行攪拌、水力破除和反衝洗；料液循環泵11設有變頻調速裝置，可對反應器7內攪拌強度進行控制。秸稈沼氣反應器7上部設置排除浮渣裝置，結合厭氧反應器頂部反衝洗裝置，可將上部浮渣輕易排出反應器。反衝洗裝置所用液體由料液循環泵11供給，當排除浮渣時開啟循環與反衝洗閥門13，排浮渣裝置包括中心浮渣收集喇叭口 22、浮渣吸口 23和分支管 29,分支管與進料泵3連接，通過進料裝置二次輸送至秸稈沼氣反應器7內進行深度厭氧發酵處理，進一步降解產生沼氣；進行排浮渣操作時，首先利用反衝洗裝置將浮渣破除，然後利用排浮渣裝置排出浮渣，再利用進料裝置將排出浮渣循環至反應器底部，實現浮渣在反應器的內部循環，以提高固形物在反應器內的停留時間，提高沼氣產量。秸稈沼氣反應器採用上部出料，沼液經溢流堰收集後，通過大通道U型管道流出反應器，經輸料管30全部回流至料液攪拌罐1用來進行新進秸稈的混合攪拌，沼氣反應器其上部設有檢修孔，能夠非常方便進行管道的疏通和檢修。反應器7內設加熱盤管，盤管沿罐內壁敷設，由導熱性能良好的不鏽鋼或薄壁無縫管制作，加熱盤管從反應器底部接出，與進水管和回水管相連，所需熱源由鍋爐提供。反應器安全防護裝置有正壓保護裝置、負壓保護裝置、沼氣排空裝置、防雷接地裝置等。反應器檢測裝置有PH值在線檢測裝置、溫度監控裝置、壓力顯示裝置等。本實用新型的工作原理粉碎後的新鮮秸稈輸送至料液攪拌罐1內，在攪拌機的作用下，與經輸料管30回流的沼液混合，混合後的物料通過進料泵3經進料管4輸送到反應器7內，進入反應器7內的物料與菌種充分接觸，在厭氧菌的作用下，秸稈與菌種進行厭氧反應產生沼氣；厭氧消化後的混合物料和反應生成的沼氣沿反應器筒體底部向上緩慢上升，到達反應器上部時，沼氣溢出，經罐頂封頭收集後經沼氣管20排出反應器輸送至水封器後由用戶使用。反應器內的上清液通過溢流堰沈收集後經正壓保護裝置27排出反應器， 排出的沼液經輸料管30自流到料液攪拌罐1與新進秸稈進行攪拌混合，然後用進料泵輸送至反應器內厭氧發酵，實現連續進料。經輸料管30流出的沼液全部回流至料液攪拌罐1，基本不外排。為提高反應器的產氣速率，需對對反應器進行充分攪拌，秸稈反應器設料液循環泵11，秸稈反應器上部上清液由循環水吸口 15和吸水管12吸入料液循環泵11，經料液循環泵加壓後進入循環料液分配器10，由循環料液分布管9在罐內進行均勻分配，每根循環料液分布管對應一個布水噴頭，噴頭沿反應器圓周切向分布，能夠帶動區域內混合物料形成旋流，強化物料與菌種的傳質效果；料液循環泵11還能夠為反應器上部浮渣部位提供反衝水源，切換循環與反衝洗切換閥門13後，經循環泵11加壓的料液沿反衝洗管道分別經罐頂水平反衝口 17和傾斜反衝口 188對浮渣層進行反衝，罐頂反衝的有益作用是在水平反衝口 17和傾斜反衝口 18的共同作用下，罐頂形成的浮渣層不會結殼，流動性很好，能夠輕易流入中心浮渣收集喇叭口 22和浮渣吸口 23，經中心柱觀、分支管四排出沼氣反應器，經進料泵3加壓後重新回流到反應器內進行二次厭氧消化，實現浮渣在反應器內部循環；進行排浮渣操作時切換浮渣回流切換閥31，厭氧反應器內產生的沼渣在旋流作用下，大部分沉澱於反應器底部靠近罐壁的部位，反應器內在這一區域設排渣裝置6，定期將沼渣排出反應器外；反應器頂部設置簡單實用的負壓保護裝置與正壓保護裝置，在反應器超壓或出現負壓的情況下，自動洩壓，為反應器提供全方位的安全防護；厭氧反應器正常高效運行需要相對穩定的溫度條件，我們採取罐壁罐頂保溫及罐內敷設增溫裝置的措施，來滿足這一條件，以免影響厭氧反應的正常進行。另外，反應器設置了 PH值、溫度、壓力、沼氣流量等儀表檢測裝置，防雷與接地等安全防護裝置，為厭氧反應器正常穩定運行提供保障。
權利要求1.一種秸稈沼氣反應器，它包括料液攪拌罐和反應器，其特徵是所述料液攪拌罐的出料管通過進料泵和反應器的進料管連通；所述反應器的頂部設有PH值與溫度檢測裝置、水平反衝口、傾斜反衝口、中心人孔、負壓保護口、工藝人孔、溢流堰和正壓保護裝置；正壓保護裝置通過輸料管與料液攪拌罐的上部連通；所述反應器內設有中心管，中心管的上端設有中心浮渣收集喇叭口和浮渣吸口，中心管的下端設有導流錐；所述中心管上設有分支管， 分支管通過切換閥與料液攪拌罐底部的出料管連通；反應器的底部設有增溫裝置、排渣裝置和料液分布管，料液分布管通過分配器與料液循環泵連通，分配器通過循環管與水平反衝口和傾斜反衝口連通；料液循環泵通過吸水管與設置在反應器上部的循環水吸口連通。
2.根據權利要求1所述的秸稈沼氣反應器，其特徵是所述循環管通過循環與反衝洗切換閥門與分配器連接。
3.根據權利要求1所述的秸稈沼氣反應器，其特徵是所述中心人孔上設有沼氣管和沼氣放空管。
4.根據權利要求1所述的秸稈沼氣反應器，其特徵是所述反應器與料液攪拌罐的罐外壁上設有保溫層。
5.根據權利要求1所述的秸稈沼氣反應器，其特徵是所述反應器內設加熱盤管，盤管沿罐內壁敷設。
專利摘要本實用新型秸稈沼氣反應器，包括料液攪拌罐和反應器，料液攪拌罐的出料管通過進料泵和反應器的進料管連通；反應器的頂部設有pH值與溫度檢測裝置、水平反衝口、傾斜反衝口、人孔、負壓保護口、溢流堰和正壓保護裝置；正壓保護裝置通過輸料管與料液攪拌罐的上部連通；反應器內設有中心管，中心管的上端設有浮渣收集口和浮渣吸口，中心管的下端設有導流錐；中心管上設有分支管，分支管通過切換閥與料液攪拌罐的出料管連通；反應器的底部設有增溫裝置、排渣裝置和料液分布管，料液分布管通過分配器與料液循環泵連通，分配器通過循環管與水平反衝口和傾斜反衝口連通；料液循環泵通過吸水管與設置在反應器上部的循環水吸口連通。本實用新型產氣平穩、效率高，適合大型化、連續化以秸稈為原料發酵沼氣。
文檔編號C12M1/02GK202148310SQ20112029006
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者類成亮, 類成明 申請人:類成亮, 類成明