專利名稱：一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于能源利用和環(huán)境保護領域，涉及一種一體化沼氣干發(fā) 酵裝置，具體說是一種可以利用外筒好氧堆漚生物質自身在有氧發(fā)酵 的過程中所產(chǎn)生的熱量去維持內筒厭氧發(fā)酵所需溫度的一體化沼氣 干發(fā)酵裝置。
背景技術：
能源和環(huán)境雙重危機使綠色可再生能源的開發(fā)研究成為各國工 作的重點。據(jù)有關專家估計，生物質能將成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng) 的重要組成部分。作為可替代能源的生物質沼氣化技術在各國學者的 潛力研究下，已經(jīng)具有了幾十年的應用和不斷改進的各種沼氣發(fā)酵池 結構。正如公開文獻《戶用沼氣新技術》和《沼氣實用技術》中所列 的各種沼氣反應器，這些沼氣反應器在改善厭氧活性污泥的生存條 件，提高沼氣產(chǎn)氣率都具有一定的功效。同時現(xiàn)有的中溫發(fā)酵沼氣池 結構中提高沼氣池溫度采用的方法就是在有熱源情況下的加溫，專利
《200710055746》提及到利用太陽能熱水器來對沼氣池進行加熱。文 獻《沼氣實用技術》中也提及到德國利用發(fā)電冷卻水的余熱進行對沼 氣池的加熱，這些加熱技術都需要動力裝置進行循環(huán)。
以往專利中也有提到用生物質自身在有氧發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的 熱量來提高沼氣池發(fā)酵溫度，但是它們采用的是堆漚槽與厭氧發(fā)酵槽 分置，在堆漚槽設置吸熱板和在厭氧發(fā)酵槽設置熱交換器的方式，這種方式一是占地面積大，結構不緊湊；二是采用的加熱方式復雜，熱
能的利用不充分。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了解決堆漚槽與厭氧發(fā)酵槽分置，在堆漚槽設置 吸熱板和在厭氧發(fā)酵槽設置熱交換器的方式，用生物質自身在有氧發(fā) 酵過程中所產(chǎn)生的熱量來提高沼氣池發(fā)酵溫度的方法存在的占地面 積大、結構不緊湊以及采用的加熱方式復雜，熱能的利用不充分問題， 提供一種利用生物質自身在有氧發(fā)酵的過程中所產(chǎn)生的熱量去維持 沼氣池一定溫度的一體化沼氣干發(fā)酵裝置。
一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征在于所述的一體化沼氣干 發(fā)酵池由外筒堆漚槽5和內筒厭氧發(fā)酵槽9組成，內筒厭氧發(fā)酵槽9 設置在外筒堆漚槽5內部，被外筒堆漚槽5所包裹；
外筒堆漚槽5由外筒進料口 10、外筒出料口 16、保溫層15、熱 反射膜26、外筒過濾網(wǎng)18、外筒發(fā)酵液出口 25、儲液箱22、吸風罩 27、風帽2、導氣管路3、礫石層17和網(wǎng)11組成；
內筒厭氧發(fā)酵槽9由內筒進料口6、內筒出料口19、溫度傳感器 12、內筒過濾網(wǎng)20、內筒發(fā)酵液出口21、溫控儀13、儲液箱22、電 加熱器24、循環(huán)水泵14、儲液管路1和噴頭7組成。
上述的外筒堆漚槽5上設置兩個外筒進料口 10和兩個外筒出料 口 16，兩個進料口 7分別位于堆漚槽上部兩邊風帽3的前面和后面， 兩個出料口 12位于堆漚槽下部。另外外筒堆漚槽內部設導氣管路4， 導氣管路4外圍有礫石層17和網(wǎng)11，導氣管路4 一部分為六個豎向導氣管， 一部分為盤旋在外筒底部的圓形導氣管，豎向導氣管向上伸
出外筒并在其末端安裝有風帽3，圓形導氣管有四個端口伸出筒外并 在其末端安裝有吸風罩27，這樣吸風罩27、導氣管路4和風帽3共 同構成外筒的通風控制系統(tǒng)(見附圖2)。
上述的內筒厭氧發(fā)酵槽9與其下部的儲液箱22、儲液管路1和循 環(huán)水泵14共同構成液流攪拌循環(huán)系統(tǒng)，儲液管路1上設有單向閥2， 另外儲液箱22中還收集有外筒堆漚槽5所產(chǎn)生的液體。儲液箱22上 部設有監(jiān)測口 23。
上述的內筒厭氧發(fā)酵槽9中部設置溫度傳感器12，與內筒厭氧發(fā) 酵槽外部的溫控儀13和插在儲液箱22中的電加熱器24以及儲液箱 22、儲液管路l、循環(huán)水泵14和噴頭7共同構成溫度控制系統(tǒng)。
上述的內筒厭氧發(fā)酵槽9上部設置兩個進料口 4，下部槽底設置 兩個出料口 14，便于進出料。內筒頂蓋上部設置出氣口 8，生成的沼 氣經(jīng)出氣口8排出然后收集。
本發(fā)明所采用的是堆漚槽與厭氧發(fā)酵槽合置，堆漚槽直接包裹厭 氧發(fā)酵槽，堆漚槽產(chǎn)生的熱能可以被厭氧發(fā)酵槽直接充分地利用，而 且結構上也比較緊湊，節(jié)省了占地面積。而且以往專利中所用的厭氧 發(fā)酵工藝是濕法發(fā)酵工藝，而本發(fā)明所用的厭氧發(fā)酵工藝為干法發(fā)酵 工藝，與濕法工藝設備相比，干法工藝設備具有明顯的優(yōu)勢(l)可 以適應各種來源的固體有機廢棄物；(2)運行費用低，并提高了容積 產(chǎn)能能力；(3)需水量低或不需水，節(jié)約水資源；(4)產(chǎn)生沼液少，廢 渣含水量低，后續(xù)處理費用低；(5)運行過程穩(wěn)定，無濕法工藝中的浮渣、沉淀等問題。在資源和能源危機并存的今天，顯然干法發(fā)酵設 備比濕法發(fā)酵設備在應用上更具有優(yōu)勢。 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，其優(yōu)點如下-
1、 本發(fā)明通過外筒好氧堆漚生物質自身在有氧發(fā)酵的過程中所 產(chǎn)生的熱量去維持內筒厭氧發(fā)酵所需溫度的方法，因而內筒厭氧發(fā)酵
槽(9)極少需要外加熱源，只是在堆漚進出料間隔外筒溫度很低時 需要少量的外加熱源。
2、 本發(fā)明設置了一個外筒堆漚槽，其上設置有吸風罩、導氣管 路和風帽組成的通風控制系統(tǒng)，可滿足發(fā)酵原料在堆漚時的好氧需 求，通過外筒堆漚槽的處理可提高發(fā)酵原料的可生物處理性。
3、 本發(fā)明設置了一個液流攪拌裝置，由于其儲液箱中設置有由 溫控儀控制的電加熱器，它不僅可以對內筒發(fā)酵物料的進行液流攪 拌，實現(xiàn)對內筒上部物料的菌體接種和避免發(fā)酵物料的局部酸中毒現(xiàn) 象，還可以通過電加熱器加熱儲液箱中的液體后，液體再通過與內筒 發(fā)酵物料的接觸，實現(xiàn)對內筒物料的加熱作用。
4、 本發(fā)明所采用的一體化厭氧干發(fā)酵處理方式，基本可實現(xiàn)沼 液不外排、沼渣經(jīng)簡單筒外堆漚后可作為農(nóng)肥使用，因此本發(fā)明具有 后續(xù)處理方便，無環(huán)境污染等特點。


圖1是本發(fā)明的一體化沼氣干發(fā)酵裝置的結構示意圖。 圖2是本發(fā)明的一體化沼氣干發(fā)酵裝置外筒通風控制系統(tǒng)結構 示意圖。附圖標記
l一儲液管路，2—單向閥，3—風帽，4一導氣管路，5—外筒堆 漚槽，6—內筒進料口， 7—噴頭，8—出氣口， 9一內筒厭氧發(fā)酵槽， IO—外筒進料口， 11—網(wǎng)，12—溫度傳感器，13—溫控儀，14一循環(huán) 水泵，15—保溫層，16—外筒出料口， 17—礫石層，18—外筒過濾網(wǎng)， 19一內筒出料口， 20—內筒過濾網(wǎng)，21—內筒發(fā)酵液出口， 22—儲液 箱，23—監(jiān)測口， 24—電熱器，25—外筒發(fā)酵液出口， 26—熱反射膜， 27—吸風罩； 具體實施方案
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方案作進一步闡述，參見圖1。
本發(fā)明的一體化沼氣干發(fā)酵裝置的結構是由外筒堆漚槽5和內筒 厭氧發(fā)酵槽9組成，外筒堆漚槽5對沼氣干發(fā)酵物料進行堆漚處理， 提高了物料的可生物處理性，同時利用好氧堆漚產(chǎn)生的熱量對內筒厭 氧發(fā)酵槽9進行加熱，實現(xiàn)生物質能的有效利用。
上述的外筒堆漚槽5包裹住內筒，使其產(chǎn)生的熱量最大可能的用 于對內筒厭氧發(fā)酵槽9的加熱，外筒筒壁內壁設置熱反射膜26和外 壁設置保溫層15來防止熱量散失。
上述的外筒堆漚槽5上部設置兩個外筒進料口 10，下部設兩個外 筒出料口 16。另外外筒堆漚槽5內部設導氣管路4，導氣管路4外圍 有礫石層17和網(wǎng)11，用來防止內筒物料對導氣管路的堵塞，導氣管 路4 一部分為六個豎向導氣管， 一部分為盤旋在外筒底部的圓形導氣 管，豎向導氣管向上伸出外筒并在其末端安裝有風帽3，圓形導氣管有四個端口伸出筒外并在其末端安裝有吸風罩27，這樣吸風罩27、 導氣管路4和風帽3共同構成外筒的通風控制系統(tǒng)(見附圖2)，用 來保證外筒堆漚時所需的供氧量。
上述的內筒厭氧發(fā)酵槽9與其下部的儲液箱22、儲液管路1和循 環(huán)水泵14共同構成液流攪拌循環(huán)系統(tǒng)，儲液管路1上設置有單向闊 2，用來防止儲液管路1中無水時甲烷氣體通過儲液管路1到達循環(huán) 水泵14形成的漏氣，另外儲液箱22中還收集有外筒堆漚槽5所產(chǎn)生 的液體。儲液箱22上部設有監(jiān)測口23，用來定期監(jiān)測并調整儲液箱 22中液體的pH值。儲液箱22中的液體通過循環(huán)水泵14經(jīng)儲液管路 1打到內筒厭氧發(fā)酵槽9上方經(jīng)過噴頭7灑到厭氧發(fā)酵的物料上，對 厭氧發(fā)酵物料起一個液流攪拌作用，以對上部新加入物料進行菌體接 種和避免發(fā)酵物料在發(fā)酵過程的局部酸中毒現(xiàn)象。
上述的內筒厭氧發(fā)酵槽9中部設置溫度傳感器12,與外部的溫控 儀13和插在儲液箱22中的電加熱器24以及儲液箱22、儲液管路1、 循環(huán)水泵14和噴頭7共同構成溫度控制系統(tǒng)。當溫度傳感器12測出 內筒厭氧發(fā)酵溫度不合要求時，便反饋給溫控儀13，使之自動啟動 插在儲液箱22里的電加熱器24加熱，被加熱后的儲液箱22液體， 再通過循環(huán)水泵14的輸送噴淋在厭氧發(fā)酵物料上，以實現(xiàn)在外筒堆 漚槽5進出料間隔熱量無法滿足內筒厭氧發(fā)酵所需溫度時對內筒厭
氧發(fā)酵物料的加熱。
上述的內筒厭氧發(fā)酵槽9上部設置兩個進料口 4,下部槽底設置
兩個出料口 14，便于進出料。內筒頂蓋上部設置出氣口 8，生成的沼氣經(jīng)出氣口8排出然后收集。
實施方式一采用酵素菌對玉米秸稈進行預處理，然后把玉米秸
稈粉碎至3 5cm，放入外筒堆漚槽進行堆漚，期間所需氧量由吸風罩、 導氣管路和風帽組成的通風控制系統(tǒng)供給，堆漚5d后，從外筒出料口 移出，然后加入接種物和豬糞，配比成碳氮比為30: 1、發(fā)酵濃度為 20%、 pH值為7.0的物料，之后經(jīng)內筒進料口把這些物料送入內筒厭氧 發(fā)酵槽進行發(fā)酵。此時外筒堆漚槽再繼續(xù)加入預處理完并粉碎好的玉 米秸稈，堆漚處理以后再經(jīng)過與接種物和豬糞混合配比，之后再移入 內筒厭氧發(fā)酵槽進行發(fā)酵，如此往復，直到內筒發(fā)酵原料的容積占整 個內筒容積的80%后，此后再有物料進入內筒厭氧發(fā)酵槽，底部的內 筒出料口就要排出相同物料。外筒堆漚過程中發(fā)酵形成的發(fā)酵液經(jīng)過 外筒過濾網(wǎng)及外筒發(fā)酵液出口進入儲液箱。內筒厭氧發(fā)酵槽發(fā)酵所產(chǎn) 生的液體經(jīng)內筒過濾網(wǎng)、內筒發(fā)酵液出口也收集到儲液箱。 一般外筒 堆漚槽堆漚處理所釋放出的熱量能基本滿足內筒厭氧發(fā)酵所需的熱 量，只是在外筒堆漚槽進行物料進出間隔外筒溫度很低時，溫控儀會 通過溫度傳感器探測到內筒溫度不符合要求，然后立即啟動儲液箱中 的電加熱器，加熱儲液箱內液體，液體經(jīng)循環(huán)水泵和噴頭噴淋在發(fā)酵 物料上，通過物質接觸傳遞熱量的方式對內筒物料加熱，它的另外一 個作用就是對內筒發(fā)酵物料進行液流攪拌，實現(xiàn)對內筒厭氧發(fā)酵槽上 部物料的菌體接種和避免發(fā)酵物料內部出現(xiàn)局部酸中毒現(xiàn)象的發(fā)生。 當溫度控制系統(tǒng)不啟動時，儲液箱的液體仍然會以每天幾次的頻率打 入內筒，而此時它僅僅起液流攪拌的作用。發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)出氣口外排后收集。經(jīng)過本系統(tǒng)處理后的物料在系統(tǒng)外堆漚數(shù)天可達到生物
有機肥的標準，可用作農(nóng)肥，發(fā)酵原料產(chǎn)氣率為460.2mL'g-l，也達 到了較高水平。另外本系統(tǒng)與濕法發(fā)酵產(chǎn)沼氣相比，實現(xiàn)了沼液不外 排，具有對環(huán)境無污染的優(yōu)點。
實施方式二發(fā)酵物料可為其他有機固體物料，如稻草、麥秸稈、 酒糟等。其處理方式同實施方式一。
實施方式三采用白腐菌對有機固體物料進行預處理，然后在進 行破碎，其他同實施方式一。
實施方式四如果內筒發(fā)酵物料中無自由流動水時，儲液箱22
中需先加入一部分發(fā)酵過的沼液，其他同實施方式一。 本發(fā)明將好氧堆漚裝置設置在厭氧消化反應器的外部，作為加熱
和保溫的裝置，并通過在好氧堆漚裝置上設置吸風罩27、導氣管路4、 風帽3形成通風控制系統(tǒng)，保證了好氧堆漚過程的通氣量，也實現(xiàn)了 對好氧堆漚過程和厭氧消化過程的溫度調節(jié)。同時，好氧堆漚之后的 物料可直接作為厭氧干發(fā)酵的消化物料，厭氧消化產(chǎn)生的少量水可作 為液流攪拌和溫度控制的介質，實現(xiàn)對厭氧發(fā)酵物料的菌體接種、避 免發(fā)酵物料局部中毒和對發(fā)酵物料進行溫度補給的作用，厭氧干發(fā)酵 產(chǎn)生的沼液極少，可以做到不外排，沼渣在筒外進行簡單堆漚后可作 為農(nóng)肥使用。因此整個裝置具有結構合理、處理效率高、后續(xù)處理方 便、節(jié)約能源和無環(huán)境污染等優(yōu)點，另外對低溫地區(qū)的沼氣應用具有 很大的改善。
權利要求
1、一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征在于所述的一體化沼氣干發(fā)酵裝置由外筒堆漚槽(5)和內筒厭氧發(fā)酵槽(9)構成；所述的外筒堆漚槽(5)由外筒進料口(10)、外筒出料口(16)、保溫層(15)、熱反射膜(26)、外筒過濾網(wǎng)(18)、外筒發(fā)酵液出口(25)、儲液箱(22)、吸風罩(27)、風帽(3)、導氣管路(4)、礫石層(17)和網(wǎng)(11)組成；所述的內筒厭氧發(fā)酵槽(9)由內筒進料口(6)、內筒出料口(19)、出氣口(8)、溫度傳感器(12)、內筒過濾網(wǎng)(20)、內筒發(fā)酵液出口(21)、溫控儀(13)、儲液箱(22)、電加熱器(24)、循環(huán)水泵(14)、儲液管路(1)和噴頭(7)組成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的外筒堆漚槽(5)上設置有兩個外筒進料口 (10)和兩 個外筒出料口 (16)，兩個進料口 (7)分別位于堆漚槽上部兩邊風帽(3)的前面和后面，兩個出料口 (12)位于堆漚槽下部；另外外筒 堆漚槽內部設導氣管路(4)，導氣管路(4) 一部分為六個豎向導氣 管， 一部分為盤旋在外筒底部的圓形導氣管，豎向導氣管向上伸出外 筒并在其末端安裝有風帽(3)，圓形導氣管有四個端口伸出筒外并在 圓形導氣管末端安裝有吸風罩(27)，這樣吸風罩(27)、導氣管路(4) 和風帽(3)共同構成外筒的通風控制系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的導氣管路(4)外圍有礫石層(17)和隔離網(wǎng)(11)。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征在于所述的熱反射膜(26)設置在外筒內壁。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征在于所述的保溫層(15)設置在外筒外壁。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的內筒厭氧發(fā)酵槽(9)與其下部所設的儲液箱(22)、循 環(huán)水泵(14)、儲液管路(1)和噴頭(7)共同構成了對內筒發(fā)酵物 料的液流攪拌系統(tǒng)；儲液管路(1)上設有單向閥(2)，另外儲液箱(22)中還收集有外筒堆漚槽(5)所產(chǎn)生的液體；儲液箱(22)上 部設有監(jiān)測口 (23)。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的外筒堆漚槽底部設置有兩個外筒發(fā)酵液出口 (25)，并 與儲液箱(22)相連。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的內筒厭氧發(fā)酵槽(9)底部設置有內筒發(fā)酵液出口 (21)， 并與儲液箱(22)相連；儲液箱(22)上部設置有監(jiān)測口 (23)。
9、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的儲液管路(1)上設置有單向閥(2)。
10、 根據(jù)權利要求1所述的一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，其特征 在于所述的內筒厭氧發(fā)酵槽(9)中部所設的溫度傳感器(12)與 內筒厭氧發(fā)酵槽外部的溫控儀(13)和插在儲液箱(22)中的電加熱 器(24)、儲液箱(22)、循環(huán)水泵(14)和噴頭(7)共同構成了對 內筒發(fā)酵物料的自動溫度控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種一體化沼氣干發(fā)酵裝置，屬于節(jié)能領域。本裝置由內筒厭氧發(fā)酵槽9和外筒堆漚槽5兩個部分組成，且內筒厭氧發(fā)酵槽9被外筒堆漚槽5所包裹。其中，外筒堆漚槽5由外筒進料口10、外筒出料口16、保溫層15、熱反射膜26、外筒過濾網(wǎng)18、外筒發(fā)酵液出口25、儲液箱22、吸風罩27、風帽3、導氣管路4、礫石層17和網(wǎng)11組成；內筒厭氧發(fā)酵槽9由內筒進料口6、內筒出料口19、出氣口8、溫度傳感器12、內筒過濾網(wǎng)20、內筒發(fā)酵液出口21、溫控儀13、儲液箱22、電加熱器24、循環(huán)水泵14、儲液管路1、單向閥2和噴頭7組成。本裝置強化了沼氣干發(fā)酵裝置的通風控制系統(tǒng)、液流攪拌系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，具有結構合理，處理效率高，節(jié)約能源，后續(xù)處理方便，無環(huán)境污染等優(yōu)點，尤其適用于低溫地區(qū)的沼氣發(fā)酵。
文檔編號C12M1/107GK101560466SQ200910085258
公開日2009年10月21日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權日2009年6月1日
發(fā)明者吳川福, 李子鄺, 汪群慧, 王利紅 申請人:北京科技大學