一種幹法發酵系統的製作方法

2023-07-22 08:02:36 1

一種幹法發酵系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種幹法發酵系統，屬於農業生物質利用【技術領域】。該系統包括發酵庫體，進口位於發酵庫體頂部一側，出料口位於發酵庫體底部的一端，發酵庫體底部裝有螺旋輸送機，進口上方裝有進料裝置；進料裝置含有彎管狀活塞筒，活塞筒的垂向段下端與進口連通，水平段內裝有往復運動機構驅動的活塞。本實用新型不僅實現了自動進出料作業和連續產氣，大大降低沼氣工程操作勞動強度，提升其自動化操作功能，而且使得發酵庫體浸浴在熱水中，受熱均勻一致，發酵過程採用沼液強化噴淋作業，在發酵庫體內部設有沼液破殼注射裝置，實現了破殼與注射沼液增強傳質傳熱功能，因此產氣量和產氣質量均得到大幅度提升。
【專利說明】一種幹法發酵系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種發酵設備，尤其是一種幹法發酵系統，屬於農業生物質利用【技術領域】。

【背景技術】
[0002]相對傳統的溼法發酵而言，幹發酵的發酵底物乾物質濃度TS —般在20%以上，利用厭氧菌對發酵原料進行生物分解產生CH4的過程。幹發酵產生的沼液少、原料粉碎要求低、對原料適應性強、沼渣後處理成本低，因此已經廣泛應用於大規模處理畜禽糞便、農作物秸杆以及生活垃圾等固體有機廢棄物生產沼氣和綠色有機肥，基本上達到零排放，隨著農村城鎮化以及養殖的集約化發展，沼氣幹法發酵技術正逐漸向規模化、集成化、模塊化方向上發展，已經成為厭氧發酵技術研究的熱點。
[0003]據 申請人:了解，目前幹發酵設備均較為簡陋，無法實現在封閉狀態下進料和出料作業，因此其不僅操作費工費時，而且其操作勞動強度也大，不能實現連續化生產沼氣。此夕卜，由於缺乏合理調控發酵過程溫度的舉措，因此造成其產氣效率低、質量差。
[0004]現有幹發酵裝置無法實現自動連續化進出料，發酵採用間歇式發酵作業，影響產氣效率，發酵過程原料受熱不均、局部物料易產生酸化現象，發酵物料表面易出現結殼現象，噴淋沼液無法進入發酵物料內部，導致其傳質傳熱效果較差，影響整個沼氣工程運行質量。


【發明內容】

[0005]本實用新型的首要目的在於:針對上述現有技術存在的缺點，提出一種可以在封閉狀態能夠自動進料和出料的幹法發酵系統，從而實現連續產氣。
[0006]本實用新型進一步的目的在於:提出一種可以顯著提高產氣效率和產氣質量的幹法發酵系統，同時給出相應的發酵方法。
[0007]為了達到以上首要目的，本實用新型的幹法發酵系統包括具有進口、出料口(45)以及出氣口的發酵庫體(2)，所述進口位於發酵庫體頂部一側，所述出料口位於發酵庫體底部遠離進口的一端，所述發酵庫體底部裝有自進口下方至出料口的螺旋輸送機(43—俗稱絞龍)，所述進口上方裝有進料裝置(3 );所述進料裝置含有彎管狀活塞筒(18 )，所述活塞筒的垂向段下端與進口連通，所述活塞筒的水平段內裝有往復運動機構(23)驅動的活塞(19 )，所述水平段上方設有漏鬥狀進料口( 20 )。
[0008]這樣，當外界輸送設備將發酵原料輸入進料口後，啟動往復運動機構，在活塞的推送作用下，發酵原料被源源不斷地推至發酵庫體的進口處落入發酵庫體內；發酵結束後，啟動螺旋輸送機，即可將沼渣源源不斷地從出料口輸出。由此實現了無需開啟發酵庫體，即可完成自動連續進料和出料，從而實現連續產氣作業。在此過程中，螺旋輸送機還同時起到翻料攪拌的作用，有利於產氣。
[0009]為了達到進一步的目的，所述發酵庫體由在內的庫體內膽(14)和包套在庫體內膽外的水浴庫體(12)構成，所述水浴庫體頂部一角具有進水口( 13)，所述水浴庫體底部遠離進水口的一角具有出水口( 15 )，所述出水口通過經鍋爐(11)、熱水泵(10 )的外部管路通往進水口 ；所述庫體內膽鄰近出料口的一端底部具有柵漏板(25)的沼液池(26)，所述庫體內膽上部裝有附著在升降機構上的破殼注射機構(24);所述破殼注射機構主要由間隔分布在輸液管路上的破殼注射噴頭(28)構成，所述沼液池通過經沼液輸送泵(27)的沼液管路接破殼注射機構的沼液輸入口(29)。
[0010]使用該系統的發酵方法包括以下步驟:
[0011]第一步、輸送進料一啟動進料裝置的往復運動機構，將輸入進料口的發酵原料輸入發酵庫體的庫體內膽中；
[0012]第二步、控溫發酵——啟動鍋爐和熱水泵進行熱交換，保持庫體內膽浸浴在所需發酵溫度的熱水中，均勻加熱庫體內膽，使發酵原料發酵，由出氣口輸出沼氣；
[0013]第三步、噴淋促酵一啟動沼液輸送泵，對庫體內膽中的發酵原料進行噴淋，形成沼液循環，促進充分發酵；
[0014]第四步、表面破殼——啟動升降機構，使破殼注射機構的破殼注射噴頭刺入發酵原料的表層，將沼液噴灑注射到發酵原料內，進一步促進充分發酵；
[0015]第五步、輸出沼渣一充分發酵後，啟動螺旋輸送機，將庫體內膽底部發酵後的沼渣源源不斷從出料口輸出。
[0016]總之採用本實用新型後，與現有技術相比，具有如下顯著優點:
[0017]I)系統結構緊湊、布局合理、佔地面積較小，節省空間。
[0018]2)實現了幹發酵連續化進出料作業，使產氣連續化，同時大大降低沼氣工程操作勞動強度，提升其自動化操作功能。
[0019]3)省去幹發酵進出料大門及其密封機構，降低了沼氣工程建造成本，使沼氣工程生產更安全、可靠。
[0020]4)發酵過程中整個庫體內膽浸浴在熱水中，受熱均勻、穩定，加之沼液噴淋採用強化破殼舉措，將沼液均勻分布到發酵物料中，大大提高了其傳質傳熱的效果，避免了發酵物料區部酸化現象的發生，使整個幹發酵工程產氣穩定、可靠、安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0022]圖1為本實用新型一個實施例的結構示意圖。圖中包括I水浴增溫系統；2發酵庫體；3進料裝置；4進料輸送機構；5沼液強化噴淋系統；6出料裝置；7儲氣罐；8沼氣輸送泵；9出料輸送機構。
[0023]圖2為圖1實施例的水浴增溫系統結構示意圖。圖中包括10熱水泵；11鍋爐；12水浴庫體；13進水口 ； 14庫體內膽；15出水口。
[0024]圖3為圖1實施例的幹發酵裝置結構示意圖。圖中包括16內保溫層；17外保溫層。
[0025]圖4為圖1實施例的進料裝置結構示意圖。圖中包括18活塞筒；19活塞；20進料口 ；21鏈輪裝置；22電機I ;23曲柄連杆往復運動機構。
[0026]圖5為圖1實施例的沼液強化噴淋系統結構示意圖。圖中包括24沼液破殼注射機構；25沼液池蓋板；26沼液池；27沼液輸送泵。
[0027]圖6為圖1實施例的沼液破殼注射裝置結構示意圖。圖中包括28破殼注射噴頭；29沼液輸入口 ；30噴淋注射驅動裝置。
[0028]圖7為圖1實施例的沼液破殼注射驅動裝置結構示意圖。圖中包括31電機；32轉動手柄；33帶輪裝置；34多齒輪單齒條驅動裝置。
[0029]圖8為圖1實施例的升降機構驅動裝置結構示意圖。圖中包括35齒條導軌；36主動齒輪；37齒條；38從動齒輪一 ；39夾具；40從動齒輪二 ；41從動齒輪三；42從動齒輪四。
[0030]圖9為圖1實施例的出料裝置結構示意圖。圖中包括43螺旋輸送機；44電機3 ；45出料口 ；46帶輪裝置二。

【具體實施方式】
[0031]實施例一
[0032]本實施例的幹法發酵系統基本結構主要如圖1所示,並參見圖2至圖9，包括具有進口、出料口 45以及出氣口的發酵庫體2，出氣口通過管路接至儲氣罐7。進口位於發酵庫體2頂部一側，出料口 45位於發酵庫體2底部遠離進口的一端。參見圖9，發酵庫體2底部裝有自進口下方至出料口的螺旋輸送機43，進口上方裝有進料裝置3。
[0033]進料裝置3的具體結構參見圖4，含有彎管狀活塞筒18，活塞筒18的垂向段下端與進口連通，水平段內裝有曲柄連杆往復運動機構23驅動的活塞19，水平段上方設有漏鬥狀進料口 20。
[0034]發酵庫體2的具體結構參見圖2、圖3，由在內的庫體內膽14和包套在庫體內膽外的水浴庫體12構成,水浴庫體12頂部一角具有進水口 13，水浴庫體12底部遠離進水口 13的一角具有出水口 15，該出水口 15通過鍋爐11、熱水泵10的外部管路通往進水口 13，形成熱交換循環系統。水浴庫體12內表面和庫體內膽14外表面分別裝有內、外保溫層16、17，因此具有理想的保溫和控溫性能。
[0035]參見圖5，庫體內膽14鄰近出料口的一端底部具有柵漏板25的沼液池26，庫體內膽14上部裝有附著在升降機構上的破殼注射機構24。破殼注射機構參見圖6，主要由間隔分布在輸液管路上的破殼注射噴頭28構成。升降機構參見圖7和圖8，庫體內膽14的兩端分別固定與垂向齒條37構成移動副的齒條導軌35以及可與齒條37嚙合且相互嚙合的垂向排列齒輪組——主動齒輪36以及從動齒輪一至從動齒輪四38、40、41、42，構成多齒輪單齒條驅動裝置34。齒條37通過夾具39與破殼注射機構24的輸液管路固連，主動齒輪36通過帶輪裝置33與電機31傳動連接，該帶輪裝置具有與帶輪同軸的轉動手柄32，因此既可以電動升降，也可以手動升降。
[0036]沼液池26通過經沼液輸送泵27的沼液管路接破殼注射機構的沼液輸入口 29。
[0037]閱讀下文可以對本實施例的結構及工作原理進一步理解。從系統分解角度看，本實施例採用水浴增溫的幹法發酵系統可以分為五個各具特色的部分，分別是:
[0038]I)水浴增溫部分一由鍋爐、熱水循環泵、進水和出水管道、水溫檢測及控制器等組成。熱水通過循環泵在發酵庫和保溫層之間間隙層內循環流動，並進行熱量交換，在幹發酵過程中，整個發酵庫浸浴在空間熱水中保持幹發酵溫度，這樣使其受熱均勻，利於發酵。熱交換後的水再次進入鍋爐加熱，溫度由水溫檢測儀和控制器調節與控制。
[0039]2)進料裝置一由進料鬥、進料筒、活塞連杆機構、電機以及動力傳動機構等組成。進料時，由輸送機構將發酵原料源源不斷地送至進料口處，原料在重力的作用下進入進料筒內，活塞在活塞連杆機構和動力傳動機構的共同作用下，將原料推送到發酵庫內。當進料作業完成時，停止活塞驅動，此時進料鬥和進料筒內仍存放大量原料，並將其充滿，起到自動密封作用。
[0040]3)幹發酵部分一由發酵庫體、保溫層及其防水機構、保溫層間的熱水循環系統、支撐架等組成。發酵庫體上部設有活塞式進料機構，下端設有螺旋出料機構，內牆頂部設有沼液破殼注射機構，以滿足幹發酵工藝要求為宗旨。
[0041]4)沼液強化噴淋部分一由沼液池、沼液循環泵、噴淋管道、沼液破殼注射裝置(包括注射器、齒輪、齒條、固定槽、動力傳動機構、主軸及其支架、軸承、主軸電機、手動操作機構)等構成。沼液池設在發酵庫體底部，可收集其上面的發酵物料滲漏下來的沼液，加熱後的沼液通過沼液強化噴淋系統進行傳質傳熱循環作業。沼液破殼注射裝置中的主軸電機將動力通過動力傳動機構帶動主軸轉動，主軸通過發酵庫兩端的內外軸承及軸承支架支撐在發酵庫兩端的牆壁上(軸承與發酵庫牆壁及其保溫層採用機械密封)，主軸轉動帶動主軸上齒輪轉動，齒輪再帶動齒條沿固定槽作上下運動，固定槽固定在發酵庫內牆壁上，伸入發酵庫內部的噴淋管道連接一定長度的噴淋軟管，噴淋軟管另一端與注射器上的管道相連，注射器上的管道均勻分布在發酵庫內的物料上端，每條管道下端均勻設置注射頭，注射器上的管道與齒條固定，可作上下運動。當注射頭插入發酵物料後，一定壓力的沼液就被連續不斷地注射進入物料，沼液通過物料中的空隙向下滲透，直至流進集液池內再加熱、再循環。
[0042]6)出料部分一由旋轉絞龍、軸承、支撐架、絞龍罩殼、電機及動力傳動機構等組成。絞龍一端通過軸承固定在發酵庫內牆壁上，另一端固定在發酵庫外部的支撐架上，絞龍罩殼固定在谷溫層的外壁上，當出料時，電機通過動力傳動機構帶動絞龍轉動，發酵後的物料(沼渣)在旋轉絞龍的作用下被不斷地運送至發酵庫出料口處，落入其下方的出料輸送機構運走。
[0043]使用時，具體步驟為:
[0044]第一步、輸送進料——啟動進料裝置的曲柄連杆往復運動機構，將輸入進料口的發酵原料輸入發酵庫體的庫體內膽中；
[0045]第二步、控溫發酵——啟動鍋爐和熱水泵進行熱交換，保持庫體內膽浸浴在所需發酵溫度的熱水中，均勻加熱庫體內膽，使發酵原料發酵，由出氣口輸出沼氣至儲氣罐；
[0046]第三步、噴淋促酵一啟動沼液輸送泵，對庫體內膽中的發酵原料進行噴淋，形成沼液循環，促進充分發酵；
[0047]第四步、表面破殼——啟動升降機構，使破殼注射機構的破殼注射噴頭刺入發酵原料的表層，將沼液噴灑注射到發酵原料內，進一步促進充分發酵；
[0048]第五步、輸出沼渣一待發酵原料充分發酵後，啟動螺旋輸送機，將庫體內膽底部發酵後的沼渣源源不斷從出料口輸出。
[0049]實驗證明，採用本實施例的幹發酵系統後，實現了進出料的自動化作業和連續發酵供氣，其中的水浴增溫系統不僅可以使發酵庫體受熱均勻、利於發酵，而且確保了冬季正常運行。而沼液強化噴淋系統可以破壞發酵物料上層的結殼，保證沼液進入發酵原料內部，增強傳質傳熱功效，與現有技術相比，供氣產量和質量同時得到顯著提升。
[0050]同時，避免了發酵物料區部酸化現象的發生，使整個幹發酵工程產氣穩定、可靠、安全。
【權利要求】
1.一種幹法發酵系統，包括具有進口、出料口(45)以及出氣口的發酵庫體(2)，所述進口位於發酵庫體頂部一側，所述出料口位於發酵庫體底部遠離進口的一端，其特徵在於:所述發酵庫體底部裝有自進口下方至出料口的螺旋輸送機(43)，所述進口上方裝有進料裝置(3);所述進料裝置含有彎管狀活塞筒(18)，所述活塞筒的垂向段下端與進口連通，所述活塞筒的水平段內裝有往復運動機構(23)驅動的活塞(19)，所述水平段上方設有漏鬥狀進料口(20)。
2.根據權利要求1所述的幹法發酵系統，其特徵在於:所述發酵庫體由在內的庫體內膽(14)和包套在庫體內膽外的水浴庫體(12)構成，所述水浴庫體頂部一角具有進水口(13)，所述水浴庫體底部遠離進水口的一角具有出水口(15)，所述出水口通過經鍋爐(11)、熱水泵(10)的外部管路通往進水口 ；所述庫體內膽鄰近出料口的一端底部具有柵漏板(25)的沼液池(26)，所述庫體內膽上部裝有附著在升降機構上的破殼注射機構(24);所述破殼注射機構主要由間隔分布在輸液管路上的破殼注射噴頭(28)構成，所述沼液池通過沼液輸送泵(27)的沼液管路接破殼注射機構的沼液輸入口(29)。
3.根據權利要求2所述的幹法發酵系統，其特徵在於:所述升降機構包括固定在庫體內膽端部與垂向齒條(37)構成移動副的齒條導軌(35)以及與所述齒條(37)嚙合且相互嚙合的垂向排列齒輪組(36、38、40、41、42)，所述齒條(37)通過夾具(39)與破殼注射機構(24)的輸液管路固連，所述齒輪組中的主動齒輪(36)與通過傳動裝置(33)與電機(31)傳動連接。
4.根據權利要求3所述的幹法發酵系統，其特徵在於:所述傳動裝置具有同軸的轉動手柄(32 )。
5.根據權利要求4所述的幹法發酵系統，其特徵在於:所述往復運動機構為曲柄連杆往復運動機構(23)。
6.根據權利要求5所述的幹法發酵系統，其特徵在於:所述水浴庫體(12)內表面和庫體內膽(14)外表面分別裝有保溫層(16、17)。
【文檔編號】C12M1/02GK204097478SQ201420555085
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】朱德文, 謝虎, 吳愛兵, 馬標, 曹傑, 王鵬軍, 陶三奇, 李瑞容, 曲浩麗 申請人:農業部南京農業機械化研究所, 南京物環新能源科技有限公司