專利名稱：取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物能源和環(huán)保領(lǐng)域，具體說是涉及一種取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
沼氣技術(shù)是一種把生物質(zhì)廢料通過生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為能源沼氣的清潔能源利用方式，因具有生產(chǎn)沼氣、處理廢物、殺滅致病菌等特點而被廣泛應(yīng)用。目前我國沼氣發(fā)展仍然以農(nóng)村小型沼氣罐為主，隨著人們對節(jié)能減排認識的提高，以及對清潔能源需求的增加，以及對廢水治理的需要，大中型沼氣工程越來越受到社會和國家的重視。但由于國內(nèi)大中型沼氣工程是近些年才發(fā)展起來的，存在一系列問題(一)沼氣發(fā)酵過程不穩(wěn)定。實質(zhì)上，沼氣的生成是由上百種厭氧微生物菌群參與的復(fù)雜生物降解過程，是微生物的協(xié)同和群體作用，這與好氧發(fā)酵有很大的差別，整個沼氣過程就如同“黑箱作業(yè)”。這些特點反映在工程上可以說，建造沼氣工程相對容易，運行沼氣過程卻很困難。實際上很多沼氣工程運行了不長時間后就出現(xiàn)了產(chǎn)氣效率低下、易酸化、 物料過載和物料浮渣結(jié)殼等問題，這也是困擾沼氣工程長久發(fā)展的瓶頸之一。出現(xiàn)這些問題的主要原因是沼氣工作者對沼氣過程未能充分了解，而物料浮渣結(jié)殼等問題，則與攪拌方式關(guān)系密切?，F(xiàn)行沼氣工程主要的攪拌方式有罐體中心攪拌，氣體攪拌，或罐體下部攪拌等，這幾種攪拌方式由于作用原理的限制，均不能同時防止物料結(jié)殼，或浮渣的產(chǎn)生，因而直接影響沼氣的產(chǎn)量。(二)熱能利用效率低。當前，國內(nèi)外特別是在廣大農(nóng)牧區(qū)推廣沼氣工作的最大技術(shù)難點是冬季或全年的氣溫過低，不適于沼氣發(fā)酵微生物的生長和產(chǎn)氣。目前沼氣罐的增溫手段普通存在熱能轉(zhuǎn)化率低、污染大等問題，不適應(yīng)大型沼氣工程發(fā)展的要求。另外，我國北方地區(qū)冬季時間長、氣溫低，如何對厭氧反應(yīng)罐進行加溫和保溫，是厭氧反應(yīng)是否能正常工作的重要因素，直接影響到沼氣的生產(chǎn)。對鋼板倉來說，現(xiàn)有常見的加熱工藝是體外壁加熱工藝。該工藝方法是將熱循環(huán)加熱管盤繞在厭氧罐體外壁，熱源通過加熱管和厭氧反應(yīng)罐壁傳至反應(yīng)物料。該方法最大的弊端在于反應(yīng)罐中加熱溫度不均勻，此外，加熱管安裝在罐體外部致使熱效率利用低，雖然加熱管外部有保溫材料作保溫，但仍然造成了部分熱量的損失。(三)前期投資大。沼氣工程常用的氣柜是鐘罩式濕式沼氣儲氣柜，該儲氣柜是將一個U形鐘罩反扣在盛有水的罐體內(nèi)，沼氣通過罐體下部進氣口經(jīng)水液進入鐘罩和液面上部空間，沼氣量的增加和減少可使金屬鐘罩上下移動以便調(diào)整儲氣空間。這種儲氣柜缺點是造價較高，未有保溫設(shè)備，當溫度降至0°c以下時，罐體內(nèi)的水結(jié)冰后將不能使用。另外， 現(xiàn)有沼氣工程中多采用發(fā)酵罐和沼氣貯存氣柜分別建造。實際上發(fā)酵罐和儲氣罐合為一體是一種雙贏的做法，既可以減少工程投資，又可以優(yōu)化土地使用。
發(fā)明內(nèi)容[0006]本實用新型的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐。該發(fā)酵罐為一種集連續(xù)監(jiān)測取樣裝置和氣液一體化的厭氧發(fā)酵罐， 不僅可避免發(fā)酵過程不穩(wěn)定、容易結(jié)殼等運行問題，同時具有能效高，發(fā)酵啟動時間快，建造周期短，過程連續(xù)監(jiān)測等特點，從而實現(xiàn)發(fā)酵罐的高效運行和管理。另外，還可減少工程投資、優(yōu)化土地使用。本實用新型的取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐包括發(fā)酵罐主體，監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置，攪拌器構(gòu)，加熱裝置和儲氣裝置；a、所述發(fā)酵罐主體包括安裝在基座上的罐體，在位于液面上方的罐體內(nèi)壁上設(shè)置由若干條通過連接拉環(huán)和漲緊器連接的鋼絲組成的漲緊網(wǎng)，在漲緊網(wǎng)上方設(shè)置有具有膨脹、收縮功能的半球體狀儲氣柜內(nèi)膜和儲氣柜外膜，所述儲氣柜內(nèi)膜與罐體液面構(gòu)成的密閉半球形儲氣柜；在罐體上安裝有恒壓防爆風機，該風機的出風口與由儲氣柜內(nèi)膜和儲氣柜外膜共同組成密閉腔連通；儲氣柜內(nèi)膜和儲氣柜外膜組成密閉腔連通，中間充滿空氣，充盈程度由壓力或物位傳感器和防爆風機等確定；儲氣柜內(nèi)膜內(nèi)氣體為物料發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，通過內(nèi)外膜間的充盈空氣保證內(nèi)膜內(nèi)沼氣的壓力安全和輸送；b、所述監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置包括安裝在發(fā)酵罐罐壁上設(shè)置的溫度監(jiān)測口處的溫度傳感器和安裝在沼液循環(huán)回路管上設(shè)置的PH值監(jiān)測口處的pH值傳感器，以及分別安裝在沼氣出氣管道上設(shè)置的甲烷濃度監(jiān)測口處和沼氣流量監(jiān)測口處的甲烷濃度傳感器、沼氣流量傳感器；由于微生物厭氧發(fā)酵的代謝產(chǎn)物主要存在于液相和氣相中，所述的監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置主要是對沼氣發(fā)酵過程的氣相和液相中的變數(shù)進行監(jiān)測，特別是PH監(jiān)測，由于pH是物料微生物發(fā)酵生化反應(yīng)的直觀指示，因此安裝在沼液循環(huán)回路管上的PH值傳感器實現(xiàn)了 PH的連續(xù)監(jiān)測和在線校準；C、所述攪拌器構(gòu)是由設(shè)置在罐體的液面位置處的潛水式攪拌器構(gòu)成，該攪拌器的葉片軸的軸線以朝向液面、并向下傾斜的方式設(shè)置，且安裝在葉片軸上的葉片的一部分露出反應(yīng)物料的液面； d、所述加熱裝置設(shè)置在罐體下方的基座上，是由以夾層方式平鋪在基座內(nèi)的內(nèi)置式加熱管和設(shè)置在基座中部的外置式螺旋加熱管組成。本實用新型中所述漲緊網(wǎng)通過鎖緊重垂以及連接在鎖緊重垂與拉環(huán)之間的鎖緊鋼絲使?jié)q緊網(wǎng)始終處于繃緊狀態(tài)，以托住儲氣柜內(nèi)膜避免同反應(yīng)物料和攪拌器接觸。本實用新型在沼液循環(huán)回路管上設(shè)置有污泥泵和沼渣出料管口。本實用新型中所述監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置為實現(xiàn)在線監(jiān)測提供必要的硬件條件，可以結(jié)合先進的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對厭氧反應(yīng)的在線連續(xù)監(jiān)測，從而實現(xiàn)對沼氣生產(chǎn)過程的運營監(jiān)控和優(yōu)化。本實用新型的有益效果如下1.為發(fā)酵罐實現(xiàn)在線運行提供必要的條件。在有機物料厭氧發(fā)酵過程中，溫度， PH，甲烷氣體濃度，氣體流量，中間代謝物，反應(yīng)時間等參數(shù)可通過選用先進的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測。這些數(shù)據(jù)連續(xù)存儲在電腦中，并通過人機界面顯示，整個沼氣發(fā)酵過程完全實現(xiàn)在線化。通過內(nèi)窺鏡式操作，提高發(fā)酵罐的利用效率和運行性能，從而使得產(chǎn)能效率顯著提高。另外，能效方面，本罐體內(nèi)下部的循環(huán)加熱方式使得熱量由下向上傳遞，不僅使得菌種處于正常的反應(yīng)過程，而且最大化地利用熱能，降低了能源損失和成本。由儲氣柜外膜和儲氣柜內(nèi)膜組成的柔性雙層儲氣柜安裝在厭氧發(fā)酵罐上端可大大降低整個產(chǎn)氣和儲氣工程的造價。同時，由于儲氣柜外膜和儲氣柜內(nèi)膜之間充有空氣，本發(fā)酵罐能夠明顯提高罐體內(nèi)的保溫效果并有利于日光的采集，降低冬季對罐體內(nèi)反應(yīng)物料的加熱成本。2.高效穩(wěn)定的沼氣運行。從生物質(zhì)到沼氣的轉(zhuǎn)換過程包含一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，多步驟的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)速度各不一樣。上百種不同的微生物參與此轉(zhuǎn)換過程，而傳統(tǒng)沼氣生產(chǎn)運行全憑個人經(jīng)驗，無法應(yīng)變微生物發(fā)酵的動態(tài)變化。本實用新型專利能夠連續(xù)在線獲取沼氣發(fā)酵的主要過程參數(shù)，把握微生物反應(yīng)的動態(tài)變化，確保發(fā)酵過程的高效運行。另外，潛水式攪拌器處于反應(yīng)物料液表面處，可有效的對漂浮在反應(yīng)液上部的有機物浮渣和其它漂浮物進行直接地破碎，避免了浮渣結(jié)殼的生成，確保產(chǎn)氣能正常進行。3.發(fā)酵過程的安全性。連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)首先確保沼氣生產(chǎn)的安全可靠性。另外，當儲氣柜內(nèi)壓力增加并超過設(shè)定的壓力時，一端通入儲氣柜內(nèi)的穩(wěn)壓安全閥將打開并從穩(wěn)定出氣口泄氣，以保證整個厭氧反應(yīng)罐的安全。4.沼氣工程的效益提升。本實用新型涉及的連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置是針對厭氧發(fā)酵工藝研發(fā)的，通過集合先進監(jiān)控系統(tǒng)可挖掘沼氣生產(chǎn)潛力，提升已有沼氣生產(chǎn)裝置的運行性能，從而全面改善工業(yè)化沼氣生產(chǎn)的總體收益性。

附圖為本實用新型的主剖圖。1-進料裝置，2-監(jiān)測口，3-罐體，4-潛水式攪拌器，5-沼氣，6_儲氣柜內(nèi)膜，7_充盈空氣，8-儲氣柜外膜，9-沼氣出氣管道，10-甲烷濃度監(jiān)測口，11-沼氣流量監(jiān)測口，12-沼液循環(huán)回路管，13-pH值監(jiān)測口，14-沼渣出料管道，15-污泥泵，16-反應(yīng)物料，17-加熱裝置，18-基座，19-漲緊網(wǎng)，20-恒壓防爆風機。
具體實施方式
本實用新型以下將結(jié)合實施例(附圖)作進一步描述如圖所示，本實用新型的取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐包括發(fā)酵罐主體，監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置，攪拌器構(gòu)，加熱裝置和儲氣裝置；所述發(fā)酵罐主體包括安裝在基座(18)上的罐體(3)，在位于液面上方的罐體內(nèi)壁上設(shè)置由若干條通過連接拉環(huán)和漲緊器連接的鋼絲組成的漲緊網(wǎng)(19)，在漲緊網(wǎng)(19)上方設(shè)置有具有膨脹、收縮功能的半球體狀儲氣柜內(nèi)膜(6)和儲氣柜外膜(8)，所述儲氣柜內(nèi)膜(6)與罐體液面構(gòu)成的密閉半球形儲氣柜；在罐體上安裝有恒壓防爆風機(20)，該風機的出風口與由儲氣柜內(nèi)膜和儲氣柜外膜共同組成密閉腔連通；儲氣柜內(nèi)膜(6)和儲氣柜外膜⑶組成密閉腔連通，中間充滿空氣，充盈程度由壓力或物位傳感器和防爆風機等確定；儲氣柜內(nèi)膜(6)內(nèi)氣體為物料(16)發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣 (5)，通過內(nèi)外膜間的充盈空氣(7)保證內(nèi)膜內(nèi)沼氣的壓力安全和輸送；所述監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置為實現(xiàn)在線監(jiān)測提供必要的硬件條件，可以結(jié)合先進的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對厭氧反應(yīng)的在線連續(xù)監(jiān)測，從而實現(xiàn)對沼氣生產(chǎn)過程的運營監(jiān)控和優(yōu)化，具體講，所述監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置包括安裝在發(fā)酵罐罐壁上設(shè)置的溫度監(jiān)測口(2)處的溫度傳感器和安裝在沼液循環(huán)回路管(12)上設(shè)置的pH值監(jiān)測口(13)處的pH值傳感器，以及分別安裝在沼氣出氣管道(9)上設(shè)置的甲烷濃度監(jiān)測口(10)處和沼氣流量監(jiān)測口(11)處的甲烷濃度傳感器、沼氣流量傳感器；由于微生物厭氧發(fā)酵的代謝產(chǎn)物主要存在于液相和氣相中，所述的監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置主要是對沼氣發(fā)酵過程的氣相和液相中的變數(shù)進行監(jiān)測，特別是PH監(jiān)測，由于pH是物料微生物發(fā)酵生化反應(yīng)的直觀指示，因此安裝在沼液循環(huán)回路管上的PH值傳感器實現(xiàn)了 pH 的連續(xù)監(jiān)測和在線校準；所述攪拌器構(gòu)是由設(shè)置在罐體的液面位置處的潛水式攪拌器(4) 構(gòu)成，該攪拌器的葉片軸的軸線以朝向液面、并向下傾斜的方式設(shè)置，且安裝在葉片軸上的葉片的一部分露出反應(yīng)物料(16)的液面；所述加熱裝置(17)設(shè)置在罐體下方的基座(18) 上，是由以夾層方式平鋪在基座內(nèi)的內(nèi)置式加熱管和設(shè)置在基座中部的外置式螺旋加熱管組成。本實用新型中所述漲緊網(wǎng)通過鎖緊重垂以及連接在鎖緊重垂與拉環(huán)之間的鎖緊鋼絲使?jié)q緊網(wǎng)始終處于繃緊狀態(tài)，以托住儲氣柜內(nèi)膜避免同反應(yīng)物料和攪拌器接觸。本實用新型在沼液循環(huán)回路管(12)上設(shè)置有污泥泵(15)和沼渣出料管口(14)。本實用新型的工作原理如下厭氧發(fā)酵啟動后，將糞便等物料和一定量的活性菌株由進料裝置(1)進入發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵罐底部中央的加熱裝置將給厭氧微生物的反應(yīng)提供合適的溫度，設(shè)置在側(cè)壁上的潛水式攪拌器(4)將保證厭氧微生物與發(fā)酵物料的充分混合。一段時間后，厭氧發(fā)酵開始產(chǎn)生沼氣，液相和氣相的監(jiān)測裝置通過監(jiān)測沼氣流量、沼氣濃度和沼液酸堿度等，掌握微生物厭氧發(fā)酵的情況，使得厭氧反應(yīng)穩(wěn)定高效運行。于此同時，安裝在側(cè)壁的攪拌器對反應(yīng)物料進行攪拌，使反應(yīng)物料能夠形成有效的立體式上下充分混和循環(huán)，同時對漂浮在反應(yīng)物料上層的有機物浮渣和其它漂浮物進行破碎，以防止在液面結(jié)成硬殼。厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣將貯存在反應(yīng)物料液面和儲氣柜內(nèi)膜之間組成的密閉半球形儲氣柜內(nèi)，沼氣出氣口一端通入儲氣柜內(nèi)，另一端向外輸出。通過壓力安全閥設(shè)置內(nèi)膜儲氣柜內(nèi)沼氣產(chǎn)量的豁值，沼氣產(chǎn)量達到豁值后直接通過沼氣管道輸出。輸出后的沼氣流量和濃度將被在線連續(xù)監(jiān)測，從而直觀的反映物料發(fā)酵的情況。位于內(nèi)膜和外膜之間的空氣時刻保持充盈，通過壓力或物位控制保持內(nèi)膜內(nèi)沼氣的壓力恒定。
權(quán)利要求1.一種取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐，其特征在于它包括發(fā)酵罐主體，監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置，攪拌器構(gòu)，加熱裝置和儲氣裝置；a、所述發(fā)酵罐主體包括安裝在基座(18)上的罐體(3)，在位于液面上方的罐體內(nèi)壁上設(shè)置由若干條通過連接拉環(huán)和漲緊器連接的鋼絲組成的漲緊網(wǎng)(19)，在漲緊網(wǎng)(19)上方設(shè)置有具有膨脹、收縮功能的半球體狀儲氣柜內(nèi)膜(6)和儲氣柜外膜(8)，所述儲氣柜內(nèi)膜 (6)與罐體液面構(gòu)成的密閉半球形儲氣柜；在罐體上安裝有恒壓防爆風機(20)，該風機的出風口與由儲氣柜內(nèi)膜和儲氣柜外膜共同組成密閉腔連通；b、所述監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置包括安裝在發(fā)酵罐罐壁上設(shè)置的溫度監(jiān)測口( 處的溫度傳感器和安裝在沼液循環(huán)回路管(12)上設(shè)置的pH值監(jiān)測口(13)處的pH值傳感器，以及分別安裝在沼氣出氣管道(9)上設(shè)置的甲烷濃度監(jiān)測口(10)處和沼氣流量監(jiān)測口(11)處的甲烷濃度傳感器、沼氣流量傳感器；c、所述攪拌器構(gòu)是由設(shè)置在罐體的液面位置處的潛水式攪拌器(4)構(gòu)成，該攪拌器的葉片軸的軸線以朝向液面、并向下傾斜的方式設(shè)置，且安裝在葉片軸上的葉片的一部分露出反應(yīng)物料(16)的液面；d、所述加熱裝置(17)設(shè)置在罐體下方的基座(18)上，是由以夾層方式平鋪在基座內(nèi)的內(nèi)置式加熱管和設(shè)置在基座中部的外置式螺旋加熱管組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧發(fā)酵罐，其特征在于在沼液循環(huán)回路管(1 上設(shè)置有污泥泵(15)和沼渣出料管口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧發(fā)酵罐，其特征在于所述漲緊網(wǎng)(19)通過鎖緊重垂以及連接在鎖緊重垂與拉環(huán)之間的鎖緊鋼絲使?jié)q緊網(wǎng)始終處于繃緊狀態(tài)，以托住儲氣柜內(nèi)膜避免同反應(yīng)物料和攪拌器接觸。
專利摘要一種取樣回路連續(xù)監(jiān)測型厭氧發(fā)酵罐，其特征在于它包括發(fā)酵罐主體，監(jiān)測系統(tǒng)取樣裝置，攪拌器構(gòu)，加熱裝置和儲氣裝置；所述發(fā)酵罐底部設(shè)置有加熱元件，在所述罐體頂部設(shè)置有具有膨脹、收縮功能的半球體狀儲氣柜內(nèi)膜和儲氣柜外膜；在所述罐體的液面位置處設(shè)置有潛水式攪拌器，該攪拌器的軸線以朝向液面、并向下傾斜的方式設(shè)置；在所述罐體的頂部、罐外壁、取樣回流管道上配置有監(jiān)測取樣系統(tǒng)，從而為實現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程的連續(xù)監(jiān)測提供硬件平臺，連續(xù)監(jiān)測厭氧發(fā)酵過程的沼氣發(fā)酵罐，工廠操作者可實現(xiàn)在線監(jiān)測沼氣過程的動態(tài)變化，掌握微生物發(fā)酵的過程，實現(xiàn)發(fā)酵罐的高效運行和管理。
文檔編號C12M1/34GK201999928SQ2010201254
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者劉京, 劉志丹, 劉海明, 張一維, 張海, 王國防, 陳偉 申請人:安陽利浦筒倉工程有限公司, 碧普(瑞典)有限公司