專利名稱：一種秸稈沼氣反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于以秸稈為原料發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的大型設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種秸稈沼氣反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要廢棄物，我國每年約產(chǎn)生6. 4億噸。目前主要以焚燒的手段進(jìn)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(dǎo)致CO2, SO2等氣體的排放，污染了空氣，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(shí)現(xiàn)其資源化，既是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，也是緩解當(dāng)今中國面臨的資源、能源、環(huán)境危機(jī)的重要途徑。以農(nóng)作物秸稈和畜糞為發(fā)酵原料，以沼氣反應(yīng)器為主要形式，建立以沼氣為中心的新的能量一物質(zhì)循環(huán)裝置，使秸桿中的生物能以沼氣這種可燃?xì)怏w的形式緩慢地釋放出來，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)資源的高效潔凈能源化利用，已經(jīng)成為我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。農(nóng)作物秸稈經(jīng)厭氧發(fā)酵制取沼氣，把副產(chǎn)物沼S和沼液作高效有機(jī)肥和養(yǎng)殖營養(yǎng)餌料，既利用了秸稈資源，又從飼料、燃料、肥料這三方面實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，這是秸稈最科學(xué)、最合理的利用技術(shù)之一。我國沼氣工程技術(shù)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(shù)裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2005年底，已建養(yǎng)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(fā)酵原料的大型工業(yè)化制取沼氣工程建設(shè)方面，幾乎還是空白。國內(nèi)僅有幾家純粹以秸稈為發(fā)酵原料的沼氣工程，規(guī)模較小，能夠正常運(yùn)行的寥寥無幾，究其原因，除了秸稈在收購、預(yù)處理、運(yùn)輸?shù)确矫娉杀咎咭酝猓鄙僬嬲m合以秸稈為發(fā)酵物料的沼氣反應(yīng)器技術(shù)也是制約秸稈沼氣發(fā)展的重要原因。目前，我國大型沼氣工程技術(shù)包括USR、CSTR和HCF工藝，應(yīng)用較多的是USR和 CSTR工藝，小部分采用HCF。USR工藝是先對(duì)各類畜禽糞便和其它有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理，除去大顆粒和粗纖維物質(zhì)(進(jìn)料TS濃度3-6%)后，進(jìn)入U(xiǎn)SR反應(yīng)器，USR反應(yīng)器采用上流式污泥床原理，不使用機(jī)械攪拌，在中溫條件下，視原料不同產(chǎn)氣率在0. 3-0. 8之間。沼渣沼液 COD濃度含量很高，一般用于農(nóng)田施肥進(jìn)行生態(tài)化處理，是典型的能源生態(tài)型工藝。CSTR工藝流程是先對(duì)各類畜禽糞便及其它有機(jī)物進(jìn)行粉碎處理，調(diào)整進(jìn)料TS濃度8-13%范圍內(nèi)， 進(jìn)入CSTR反應(yīng)器，CSTR反應(yīng)器采用上進(jìn)料下出料方式，并帶有機(jī)械攪拌，產(chǎn)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(jīng)固液分離即可直接用于農(nóng)田施肥，是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。我國以秸稈為發(fā)酵物的工程主要以 USR為主，少量采用CSTR工藝。但無論USR工藝和CSTR工藝，都是應(yīng)用于以糞便為主要發(fā)酵物料的沼氣工程，在以秸稈為發(fā)酵物的沼氣工程中存在下述缺陷1、進(jìn)料出料非常困難，管道堵塞嚴(yán)重；2、浮渣結(jié)殼現(xiàn)象嚴(yán)重；3、沼渣排出困難，難以將新鮮物料與沼渣有效區(qū)分；4、攪拌強(qiáng)度難以控制，能耗太高；5、產(chǎn)氣率低，厭氧消化效率低下?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)以秸稈為發(fā)酵原料的沼氣工程、清潔能源工程中厭氧反應(yīng)器存在效率低下、運(yùn)行困難、進(jìn)出料難度大、產(chǎn)氣不平穩(wěn)等技術(shù)問題，研制一種大型工業(yè)化生產(chǎn)秸稈沼氣的厭氧反應(yīng)器是目前亟待解決的課題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在效率低下、運(yùn)行困難、進(jìn)出料難度大、產(chǎn)氣不平穩(wěn)等技術(shù)問題，提供一種秸稈沼氣反應(yīng)器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型秸稈沼氣反應(yīng)器，它包括料液攪拌罐和反應(yīng)器，所述料液攪拌罐的出料管通過進(jìn)料泵和反應(yīng)器的進(jìn)料管連通；所述反應(yīng)器的頂部設(shè)有PH值與溫度檢測裝置、水平反沖口、傾斜反沖口、中心人孔、負(fù)壓保護(hù)口、工藝人孔、溢流堰和正壓保護(hù)裝置；正壓保護(hù)裝置通過輸料管與料液攪拌罐的上部連通；所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有中心管，中心管的上端設(shè)有中心浮渣收集喇叭口和浮渣吸口，中心管的下端設(shè)有導(dǎo)流錐；所述中心管上設(shè)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(yīng)器的底部設(shè)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(huán)泵連通，分配器通過循環(huán)管與水平反沖口和傾斜反沖口連通；料液循環(huán)泵通過吸水管與設(shè)置在反應(yīng)器上部的循環(huán)水吸口連通。所述循環(huán)管通過循環(huán)與反沖洗切換閥門與分配器連接。所述中心人孔上設(shè)有沼氣管和沼氣放空管。所述反應(yīng)器與料液攪拌罐的罐外壁上設(shè)有保溫層。所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)加熱盤管，盤管沿罐內(nèi)壁敷設(shè)。本實(shí)用新型運(yùn)行成本低廉、操作簡單、安全可靠、運(yùn)行平穩(wěn)。能有效的防止進(jìn)出料管道堵塞、減少反應(yīng)器結(jié)殼、消除浮渣、降低能耗、提高沼氣產(chǎn)率。解決了現(xiàn)有技術(shù)存在效率低下、運(yùn)行困難、進(jìn)出料難度大、產(chǎn)氣不平穩(wěn)等技術(shù)問題。尤其是適合大型化、工業(yè)化、連續(xù)化以秸稈為原料發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。


附圖是本實(shí)用新型的工藝原理圖。圖中1、料液攪拌罐2、出料管3、進(jìn)料泵4、進(jìn)料管5、增溫裝置6、排渣裝置7、反應(yīng)器8、導(dǎo)流錐9、料液分布管10、分配器11、料液循環(huán)泵12、吸水管13、循環(huán)與反沖洗切換閥門14、循環(huán)管15、循環(huán)水吸口 16、pH值與溫度檢測裝置17、水平反沖口 18、傾斜反沖口 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(fù)壓保護(hù)口 25、工藝人孔沈、溢流堰27、正壓保護(hù)裝置28、中心柱四、分支管30、輸料管31、切換閥具體實(shí)施方式
參照附圖，本實(shí)用新型秸稈沼氣反應(yīng)器，它包括料液攪拌罐1和反應(yīng)器7，料液攪拌罐1的出料管2通過進(jìn)料泵3和反應(yīng)器7的進(jìn)料管4連通；反應(yīng)器7的頂部設(shè)有PH值與溫度檢測裝置16、水平反沖口 17、傾斜反沖口 18、中心人孔19、負(fù)壓保護(hù)口 24、工藝人孔25、溢流堰沈和正壓保護(hù)裝置27 ；正壓保護(hù)裝置27通過輸料管30與料液攪拌罐1的上部連通；反應(yīng)器7內(nèi)設(shè)有中心管28，中心管觀的上端設(shè)有中心浮渣收集喇叭口 22和浮渣吸口 23，中心管的下端設(shè)有導(dǎo)流錐8 ；所述中心管上設(shè)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(yīng)器7的底部設(shè)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(huán)泵11連通，分配器10通過循環(huán)管14與水平反沖口 17和傾斜反沖口 18連通；料液循環(huán)泵11通過吸水管12與設(shè)置在反應(yīng)器上部的循環(huán)水吸口 15連通；循環(huán)管14通過循環(huán)與反沖洗切換閥門13與分配器10 連接；中心人孔19上設(shè)有沼氣管20和沼氣放空管21 ；反應(yīng)器7與料液攪拌罐7的罐外壁上設(shè)有保溫層。本實(shí)用新型秸稈厭氧反應(yīng)器7采用圓柱體設(shè)計(jì)，用碳鋼焊接制作，罐頂采用球形封頭或橢圓形封頭，反應(yīng)器高徑比為2 1 ；料液攪拌罐1采用圓柱體設(shè)計(jì)，底部設(shè)錐底，罐內(nèi)設(shè)立式攪拌機(jī)；秸稈厭氧反應(yīng)器7與料液攪拌罐罐1均進(jìn)行保溫處理，設(shè)有保溫層，防止熱量散失；秸稈厭氧反應(yīng)器7與料液攪拌罐1之間用管道連接；進(jìn)料泵3抽取攪拌罐1底部物料輸送至秸稈沼氣反應(yīng)器料液分布管上方，秸稈沼氣反應(yīng)器上清液經(jīng)輸料管30回流至攪拌罐1，與新鮮秸稈進(jìn)行攪拌混合；秸稈沼氣反應(yīng)器沼液不外排，在攪拌罐與反應(yīng)器之間實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。秸稈沼氣反應(yīng)器進(jìn)料管4采用大通道設(shè)計(jì)，反應(yīng)器進(jìn)料口置于距反應(yīng)器罐底2米位置，根據(jù)反應(yīng)器容積大小，分別按2個(gè)、4個(gè)、6個(gè)沿圓周均勻分布設(shè)置。秸稈沼氣反應(yīng)器排渣裝置6采用管道排渣，沿罐壁設(shè)置環(huán)形排渣管，排渣管均勻分布多個(gè)吸泥口，吸泥口開口于管道下方，排渣管采用大通道設(shè)計(jì)；反應(yīng)器內(nèi)沉淀的沼渣在反應(yīng)器內(nèi)重力作用下，排至沼渣池。反應(yīng)器排渣裝置6與反應(yīng)器進(jìn)料口分設(shè)于罐內(nèi)豎向不同位置，可將新料與沼渣有效區(qū)分，杜絕排出新料，減少原料浪費(fèi)，增加原料利用率。為提高反應(yīng)器內(nèi)物料與菌種的傳質(zhì)效果，秸稈厭氧反應(yīng)器7底部設(shè)有料液循環(huán)攪拌裝置；循環(huán)攪拌裝置包括料液循環(huán)泵11、循環(huán)料液分配器10、循環(huán)料液分布管9、循環(huán)吸水管12、循環(huán)水吸口 15、循環(huán)與循環(huán)與反沖洗切換閥門門13、循環(huán)管14、罐頂水平反沖口 17 和傾斜反沖口 18，可分別實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器底部與頂部的料液攪拌。料液循環(huán)泵11經(jīng)循環(huán)吸水管 12吸取沼氣反應(yīng)器中上部上清液，通過循環(huán)料液分配器10、循環(huán)料液分布管9將料液在反應(yīng)器底部進(jìn)行均勻分布，對(duì)反應(yīng)器底部料液與厭氧污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁划?dāng)開啟循環(huán)與反沖洗切換閥門13后，料液循環(huán)泵11輸出的料液還可對(duì)厭氧反應(yīng)器頂部浮渣層進(jìn)行攪拌、水力破除和反沖洗；料液循環(huán)泵11設(shè)有變頻調(diào)速裝置，可對(duì)反應(yīng)器7內(nèi)攪拌強(qiáng)度進(jìn)行控制。秸稈沼氣反應(yīng)器7上部設(shè)置排除浮渣裝置，結(jié)合厭氧反應(yīng)器頂部反沖洗裝置，可將上部浮渣輕易排出反應(yīng)器。反沖洗裝置所用液體由料液循環(huán)泵11供給，當(dāng)排除浮渣時(shí)開啟循環(huán)與反沖洗閥門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(jìn)料泵3連接，通過進(jìn)料裝置二次輸送至秸稈沼氣反應(yīng)器7內(nèi)進(jìn)行深度厭氧發(fā)酵處理，進(jìn)一步降解產(chǎn)生沼氣；進(jìn)行排浮渣操作時(shí)，首先利用反沖洗裝置將浮渣破除，然后利用排浮渣裝置排出浮渣，再利用進(jìn)料裝置將排出浮渣循環(huán)至反應(yīng)器底部，實(shí)現(xiàn)浮渣在反應(yīng)器的內(nèi)部循環(huán)，以提高固形物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，提高沼氣產(chǎn)量。秸稈沼氣反應(yīng)器采用上部出料，沼液經(jīng)溢流堰收集后，通過大通道U型管道流出反應(yīng)器，經(jīng)輸料管30全部回流至料液攪拌罐1用來進(jìn)行新進(jìn)秸稈的混合攪拌，沼氣反應(yīng)器其上部設(shè)有檢修孔，能夠非常方便進(jìn)行管道的疏通和檢修。反應(yīng)器7內(nèi)設(shè)加熱盤管，盤管沿罐內(nèi)壁敷設(shè)，由導(dǎo)熱性能良好的不銹鋼或薄壁無縫管制作，加熱盤管從反應(yīng)器底部接出，與進(jìn)水管和回水管相連，所需熱源由鍋爐提供。反應(yīng)器安全防護(hù)裝置有正壓保護(hù)裝置、負(fù)壓保護(hù)裝置、沼氣排空裝置、防雷接地裝置等。反應(yīng)器檢測裝置有PH值在線檢測裝置、溫度監(jiān)控裝置、壓力顯示裝置等。本實(shí)用新型的工作原理粉碎后的新鮮秸稈輸送至料液攪拌罐1內(nèi)，在攪拌機(jī)的作用下，與經(jīng)輸料管30回流的沼液混合，混合后的物料通過進(jìn)料泵3經(jīng)進(jìn)料管4輸送到反應(yīng)器7內(nèi)，進(jìn)入反應(yīng)器7內(nèi)的物料與菌種充分接觸，在厭氧菌的作用下，秸稈與菌種進(jìn)行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生沼氣；厭氧消化后的混合物料和反應(yīng)生成的沼氣沿反應(yīng)器筒體底部向上緩慢上升，到達(dá)反應(yīng)器上部時(shí)，沼氣溢出，經(jīng)罐頂封頭收集后經(jīng)沼氣管20排出反應(yīng)器輸送至水封器后由用戶使用。反應(yīng)器內(nèi)的上清液通過溢流堰沈收集后經(jīng)正壓保護(hù)裝置27排出反應(yīng)器， 排出的沼液經(jīng)輸料管30自流到料液攪拌罐1與新進(jìn)秸稈進(jìn)行攪拌混合，然后用進(jìn)料泵輸送至反應(yīng)器內(nèi)厭氧發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料。經(jīng)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(yīng)器的產(chǎn)氣速率，需對(duì)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，秸稈反?yīng)器設(shè)料液循環(huán)泵11，秸稈反應(yīng)器上部上清液由循環(huán)水吸口 15和吸水管12吸入料液循環(huán)泵11，經(jīng)料液循環(huán)泵加壓后進(jìn)入循環(huán)料液分配器10，由循環(huán)料液分布管9在罐內(nèi)進(jìn)行均勻分配，每根循環(huán)料液分布管對(duì)應(yīng)一個(gè)布水噴頭，噴頭沿反應(yīng)器圓周切向分布，能夠帶動(dòng)區(qū)域內(nèi)混合物料形成旋流，強(qiáng)化物料與菌種的傳質(zhì)效果；料液循環(huán)泵11還能夠?yàn)榉磻?yīng)器上部浮渣部位提供反沖水源，切換循環(huán)與反沖洗切換閥門13后，經(jīng)循環(huán)泵11加壓的料液沿反沖洗管道分別經(jīng)罐頂水平反沖口 17和傾斜反沖口 188對(duì)浮渣層進(jìn)行反沖，罐頂反沖的有益作用是在水平反沖口 17和傾斜反沖口 18的共同作用下，罐頂形成的浮渣層不會(huì)結(jié)殼，流動(dòng)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(jīng)中心柱觀、分支管四排出沼氣反應(yīng)器，經(jīng)進(jìn)料泵3加壓后重新回流到反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行二次厭氧消化，實(shí)現(xiàn)浮渣在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)；進(jìn)行排浮渣操作時(shí)切換浮渣回流切換閥31，厭氧反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的沼渣在旋流作用下，大部分沉淀于反應(yīng)器底部靠近罐壁的部位，反應(yīng)器內(nèi)在這一區(qū)域設(shè)排渣裝置6，定期將沼渣排出反應(yīng)器外；反應(yīng)器頂部設(shè)置簡單實(shí)用的負(fù)壓保護(hù)裝置與正壓保護(hù)裝置，在反應(yīng)器超壓或出現(xiàn)負(fù)壓的情況下，自動(dòng)泄壓，為反應(yīng)器提供全方位的安全防護(hù)；厭氧反應(yīng)器正常高效運(yùn)行需要相對(duì)穩(wěn)定的溫度條件，我們采取罐壁罐頂保溫及罐內(nèi)敷設(shè)增溫裝置的措施，來滿足這一條件，以免影響厭氧反應(yīng)的正常進(jìn)行。另外，反應(yīng)器設(shè)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(hù)裝置，為厭氧反應(yīng)器正常穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
權(quán)利要求1.一種秸稈沼氣反應(yīng)器，它包括料液攪拌罐和反應(yīng)器，其特征是所述料液攪拌罐的出料管通過進(jìn)料泵和反應(yīng)器的進(jìn)料管連通；所述反應(yīng)器的頂部設(shè)有PH值與溫度檢測裝置、水平反沖口、傾斜反沖口、中心人孔、負(fù)壓保護(hù)口、工藝人孔、溢流堰和正壓保護(hù)裝置；正壓保護(hù)裝置通過輸料管與料液攪拌罐的上部連通；所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有中心管，中心管的上端設(shè)有中心浮渣收集喇叭口和浮渣吸口，中心管的下端設(shè)有導(dǎo)流錐；所述中心管上設(shè)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(yīng)器的底部設(shè)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(huán)泵連通，分配器通過循環(huán)管與水平反沖口和傾斜反沖口連通；料液循環(huán)泵通過吸水管與設(shè)置在反應(yīng)器上部的循環(huán)水吸口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的秸稈沼氣反應(yīng)器，其特征是所述循環(huán)管通過循環(huán)與反沖洗切換閥門與分配器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的秸稈沼氣反應(yīng)器，其特征是所述中心人孔上設(shè)有沼氣管和沼氣放空管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的秸稈沼氣反應(yīng)器，其特征是所述反應(yīng)器與料液攪拌罐的罐外壁上設(shè)有保溫層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的秸稈沼氣反應(yīng)器，其特征是所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)加熱盤管，盤管沿罐內(nèi)壁敷設(shè)。
專利摘要本實(shí)用新型秸稈沼氣反應(yīng)器，包括料液攪拌罐和反應(yīng)器，料液攪拌罐的出料管通過進(jìn)料泵和反應(yīng)器的進(jìn)料管連通；反應(yīng)器的頂部設(shè)有pH值與溫度檢測裝置、水平反沖口、傾斜反沖口、人孔、負(fù)壓保護(hù)口、溢流堰和正壓保護(hù)裝置；正壓保護(hù)裝置通過輸料管與料液攪拌罐的上部連通；反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有中心管，中心管的上端設(shè)有浮渣收集口和浮渣吸口，中心管的下端設(shè)有導(dǎo)流錐；中心管上設(shè)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(yīng)器的底部設(shè)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(huán)泵連通，分配器通過循環(huán)管與水平反沖口和傾斜反沖口連通；料液循環(huán)泵通過吸水管與設(shè)置在反應(yīng)器上部的循環(huán)水吸口連通。本實(shí)用新型產(chǎn)氣平穩(wěn)、效率高，適合大型化、連續(xù)化以秸稈為原料發(fā)酵沼氣。
文檔編號(hào)C12M1/02GK202148310SQ20112029006
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者類成亮, 類成明 申請(qǐng)人:類成亮, 類成明