一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，包括发酵罐罐体和多级发酵装置，以及沼渣沼液池、发酵控制系统、沼气循环系统和原料循环系统，发酵罐罐体上设有排气口、排污口和排渣口；每级发酵装置均包括支架、设在支架顶部的加热器和设在加热器顶部的发酵容器，发酵容器上设有沼渣沼液引流口，发酵容器内设有底吹压缩沼气喷头和连接在底吹压缩沼气喷头上的搅拌桨叶，发酵罐罐体的侧壁上接有底吹压缩沼气输送分管道、原料输送分管道和原料循环管道，原料循环管道上接有原料循环泵；发酵控制系统包括发酵控制器、操作按钮、显示屏、压力计和温度传感器。本发明专利技术有效利用了发酵罐的空间、加热均匀、原料反应充分、发酵效率高、节能环保、实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种分级式底吹气力损拌沼气发酵系统
本专利技术涉及生物工程
，尤其是涉及一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统。
技术介绍
以煤炭为主的能源结构必然导致环境质量的恶化，不仅增加了经济运行成本，而且严重威胁到了人体健康。为了改善能源结构，保护生态环境，促进经济和社会的可持续发展，有效开发和利用生物质能资源是其中的一个重要举措。现有的生物质能资源(如畜禽粪便废弃物；小麦、玉米、水稻、谷子、棉花、油菜、油葵等农作物秸杆；果渣、有机废水等农产品废弃物；城镇生活垃圾等)不仅浪费十分严重，而且严重污染环境。解决这一问题的根本途径是开展废弃物的资源化利用，在遵循经济效益、生态效益和社会效益最大限度统一的前提下，实现物尽其用。以畜禽粪便为例，每年产生量超过20亿吨，所含污染物的化学需氧量为7118万吨，已超过全国工业废水与生活污水的化学需氧量。不仅占用了大量的土地资源，而且对环境造成了严重的危害。此外，全国畜禽粪便N、P流失总量分别为化肥N、P流失总量的12倍和13倍，农作物所需的营养元素大量流失。以农作物秸杆为例，我国每年产量约为7亿吨(折合标准煤量3.53亿吨)，大量的农作物秸杆存放不仅占用大量的土地资源，而且存在安全隐患。目前的农作物秸杆或者作为农村能源(如薪柴)，用于日常的取暖、做饭、烧水等，或者通过野外直接焚烧来处理，这种利用或处理方式浪费严重，污染环境。从可持续发展的角度来看，实现这些废弃物资源化综合利用的有效途径是建立规模化的沼气发酵系统。虽然，小规模的户用沼气在农村已经较为普遍，但户用沼气存在许多问题，例如规模化程度低、发酵原料单一、发酵技术落后、产气效率低、使用效率低、技术水平低，这使得户用沼气不能成为农村一种较为重要的能源。从长远来看，改变农村沼气的生产和利用方式，实现规模化沼气工程，是解决目前农村户用沼气问题的重要方式。尽管我国的沼气工程已有五十年的历史，但与国外同类技术相比，我国规模化沼气工程存在以下问题:规模化程度低，分散利用；发酵技术落后，产气效率低；反应器技术水平低，能耗高；工艺过程控制落后，效率低；重建设而轻管理，后续服务不完善；沼气产气不连续(冬季闲置)，使用效率低；沼气使用盲目，不合理；设备故障率高、搅拌效果不甚好且发酵罐存在发酵死角等。现有的规模化厌氧发酵沼气中，厌氧发酵装置通常采用整体式发酵，即发酵物料直接盛放在罐体内，这就需要依靠强有力的机械搅拌来完成传质、传热和气泡打散，则搅拌器就必须需要具有较大的搅拌功率。随着发酵罐的容积越大，它所需要的搅拌功率就越大，这随之所产生的能耗问题就日益明显。同样，罐体的体积越大，需要加热的空间就越大，消耗的能量就越多。此外，单纯的机械搅拌只能使发酵物料混合均匀，并不能使发酵产生的气体被及时排出，影响到发酵效率。在一定情况下，搅拌过程影响着发酵过程的进程。目前，最普遍的搅拌方式为单纯的机械搅拌，这种搅拌只能使发酵物料混合均匀，并不能使发酵产生的气体被及时排出，这样就影响到发酵效率。虽然现在也能见到一些专利提到了无机械的气力搅拌，但是这种纯气力的搅拌并不能达到预期的效果，而且能耗还相当的大。在沼气工程中最核心的环节为厌氧发酵，而决定厌氧发酵效果的一个最关键因素是温度。因为厌氧发酵只有维持消化液在有效的发酵温度区间，才能维持甲烷菌的活性最高，畜禽粪便中的有机酸经水解形成的有机酸才能在甲烷菌的作用下最终转化为沼气。目前，在沼气工程中最常见的是中温厌氧发酵和高温厌氧发酵，前者的最佳温度范围是33-350C，后者的最佳温度范围是50-55°C，罐内温差波动不能超过2 V。由于发酵罐周围环境温度随着四季更替或者昼夜温差的变化，为了产气速度快，发酵系统保证常年稳定运行，发酵采用的都是中温发酵，就需要采用加热装置和保温装置来维持厌氧发酵所需的温度，保证甲烷菌的活性。目前，有对发酵原料预增温和厌氧罐内增温两种形式的增温方式。这两种方式在一定程度上可以起到增温的效果，但是常常伴随一系列问题，比如，在预处理池对发酵原料进行增温，效果不是很明显，热量损耗较大；而且这两种方式都是增温管与发酵料液直接接触，这样容易造成增温管的结垢，从而严重影响换热效率；常常出现增温不均匀的现象，厌氧罐的上部和下部温差较大，从而影响发酵效率和产气率，以至于严重制约沼气的产业化发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，其有效的利用了发酵罐的空间、加热均匀、原料反应充分、发酵效率高、节能环保、实用性强、应用范围广。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，其特征在于:包括发酵罐罐体和从上到下相互间隔错落设置在所述发酵罐罐体内周壁上的多级发酵装置，以及设置在所述发酵罐罐体外部的沼渣沼液池、发酵控制系统、沼气循环系统和原料循环系统，上下相邻的两级发酵装置分别位于所述发酵罐罐体内部中心线的相对两侧；所述发酵罐罐体的顶部设置有排气口，所述排气口与所述沼气循环系统相连；所述发酵罐罐体的底部设置有排污口和排渣口，所述排渣口与所述沼渣沼液池通过排渣管道相连通；每级所述发酵装置均包括与所述发酵罐罐体的内壁固定连接的支架、设置在所述支架顶部的加热器和设置在所述加热器顶部的发酵容器，所述发酵容器上靠近所述发酵罐罐体中心线侧的周壁上设置有沼渣沼液引流口，所述发酵容器内中间位置处设置有底吹压缩沼气喷头和连接在所述底吹压缩沼气喷头上且由所述底吹压缩沼气喷头喷出的压缩沼气带动旋转的搅拌桨叶；所述发酵罐罐体的侧壁上连接有一端口伸入到所述发酵容器内底部且与所述底吹压缩沼气喷头的进气口相连的底吹压缩沼气输送分管道，所述底吹压缩沼气输送分管道的另一端口通过底吹压缩沼气输送总管道与所述沼气循环系统相连，所述底吹压缩沼气输送总管道上连接有气泵；所述发酵罐罐体的侧壁上连接有一端口伸入到所述发酵容器内部且位于所述底吹压缩沼气输送分管道上方的原料输送分管道，所述原料输送分管道的另一 端口通过原料输送总管道与所述原料循环系统相连，所述原料输送总管道上连接有抽料泵；所述发酵罐罐体的侧壁上连接有两端口均伸入到所述发酵容器内部且位于所述原料输送分管道上方的原料循环管道，位于所述发酵罐罐体外部的一段原料循环管道上连接有原料循环泵；所述发酵控制系统包括发酵控制柜、设置在所述发酵控制柜内部的发酵控制器和设置在所述发酵控制柜外表面上的操作按钮和显示屏；所述发酵罐罐体的顶部设置有用于对所述发酵罐罐体内的沼气气体压力进行实时检测的压力计，每个所述发酵容器上均设置有用于对该发酵容器内的发酵温度进行实时检测的温度传感器，所述操作按钮、压力计和多个所述温度传感器均与所述发酵控制器的信号输入端相接，所述显示屏、气泵、抽料泵和原料循环泵均与所述发酵控制器的信号输出端相接。上述的一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，其特征在于:所述发酵控制器包括微控制器模块和为发酵控制器中各用电模块供电的电源模块，所述微控制器模块的输入端接有用于为发酵控制器提供实时时钟信号的时钟电路模块，所述微控制器模块的输出端接有气泵驱动器、抽料泵驱动器和原料循环泵驱动器，以及多个分别用于对多个所述加热器的通断电进行控制的继电器和多个分别用于对多级所述发酵装置的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，其特征在于：包括发酵罐罐体（1）和从上到下相互间隔错落设置在所述发酵罐罐体（1）内周壁上的多级发酵装置，以及设置在所述发酵罐罐体（1）外部的沼渣沼液池（2）、发酵控制系统、沼气循环系统（28）和原料循环系统（29），上下相邻的两级发酵装置分别位于所述发酵罐罐体（1）内部中心线的相对两侧；所述发酵罐罐体（1）的顶部设置有排气口（4），所述排气口（4）与所述沼气循环系统（28）相连；所述发酵罐罐体（1）的底部设置有排污口（5）和排渣口（6），所述排渣口（6）与所述沼渣沼液池（2）通过排渣管道（7）相连通；每级所述发酵装置均包括与所述发酵罐罐体（1）的内壁固定连接的支架（8）、设置在所述支架（8）顶部的加热器（9）和设置在所述加热器（9）顶部的发酵容器（10），所述发酵容器（10）上靠近所述发酵罐罐体（1）中心线侧的周壁上设置有沼渣沼液引流口（11），所述发酵容器（10）内中间位置处设置有底吹压缩沼气喷头（12）和连接在所述底吹压缩沼气喷头（12）上且由所述底吹压缩沼气喷头（12）喷出的压缩沼气带动旋转的搅拌桨叶（13）；所述发酵罐罐体（1）的侧壁上连接有一端口伸入到所述发酵容器（10）内底部且与所述底吹压缩沼气喷头（12）的进气口相连的底吹压缩沼气输送分管道（32），所述底吹压缩沼气输送分管道（32）的另一端口通过底吹压缩沼气输送总管道（14）与所述沼气循环系统（28）相连，所述底吹压缩沼气输送总管道（14）上连接有气泵（15）；所述发酵罐罐体（1）的侧壁上连接有一端口伸入到所述发酵容器（10）内部且位于所述底吹压缩沼气输送分管道（32）上方的原料输送分管道（16），所述原料输送分管道（16）的另一端口通过原料输送总管道（17）与所述原料循环系统（29）相连，所述原料输送总管道（17）上连接有抽料泵（18）；所述发酵罐罐体（1）的侧壁上连接有两端口均伸入到所述发酵容器（10）内部且位于所述原料输送分管道（16）上方的原料循环管道（19），位于所述发酵罐罐体（1）外部的一段原料循环管 道（19）上连接有原料循环泵（20）；所述发酵控制系统包括发酵控制柜（3）、设置在所述发酵控制柜（3）内部的发酵控制器和设置在所述发酵控制柜（3）外表面上的操作按钮（22）和显示屏（23）；所述发酵罐罐体（1）的顶部设置有用于对所述发酵罐罐体（1）内的沼气气体压力进行实时检测的压力计（24），每个所述发酵容器（10）上均设置有用于对该发酵容器（10）内的发酵温度进行实时检测的温度传感器（25），所述操作按钮（22）、压力计（24）和多个所述温度传感器（25）均与所述发酵控制器的信号输入端相接，所述显示屏（23）、气泵（15）、抽料泵（18）和原料循环泵（20）均与所述发酵控制器的信号输出端相接。...

【技术特征摘要】
1.一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，其特征在于:包括发酵罐罐体(1)和从上到下相互间隔错落设置在所述发酵罐罐体(1)内周壁上的多级发酵装置，以及设置在所述发酵罐罐体(1)外部的沼渣沼液池(2)、发酵控制系统、沼气循环系统(28)和原料循环系统(29)，上下相邻的两级发酵装置分别位于所述发酵罐罐体(1)内部中心线的相对两侧；所述发酵罐罐体(1)的顶部设置有排气口(4)，所述排气口(4)与所述沼气循环系统(28)相连；所述发酵罐罐体(1)的底部设置有排污口( 5 )和排渣口( 6 )，所述排渣口( 6 )与所述沼渣沼液池(2 )通过排渣管道(7 )相连通；每级所述发酵装置均包括与所述发酵罐罐体(1)的内壁固定连接的支架(8)、设置在所述支架(8)顶部的加热器(9)和设置在所述加热器(9)顶部的发酵容器(10)，所述发酵容器(10)上靠近所述发酵罐罐体(1)中心线侧的周壁上设置有沼渣沼液引流口(11)，所述发酵容器(10)内中间位置处设置有底吹压缩沼气喷头(12)和连接在所述底吹压缩沼气喷头(12)上且由所述底吹压缩沼气喷头(12)喷出的压缩沼气带动旋转的搅拌桨叶(13);所述发酵罐罐体(1)的侧壁上连接有一端口伸入到所述发酵容器(10)内底部且与所述底吹压缩沼气喷头(12)的进气口相连的底吹压缩沼气输送分管道(32)，所述底吹压缩沼气输送分管道(32)的另一端口通过底吹压缩沼气输送总管道(14)与所述沼气循环系统(28)相连，所述底吹压缩沼气输送总管道(14)上连接有气泵(15);所述发酵罐罐体(1)的侧壁上连接有一端口伸入到所述发酵容器(10)内部且位于所述底吹压缩沼气输送分管道(32)上方的原料输送分管道(16)，所述原料输送分管道(16)的另一端口通过原料输送总管道(17)与所述原料循环系统(29)相连，所述原料输送总管道(17)上连接有抽料泵(18);所述发酵罐罐体(1)的侧壁上连接有两端口均伸入到所述发酵容器(10)内部且位于所述原料输送分管道(16)上方的原料循环管道(19)，位于所述发酵罐罐体(1)外部的一段原料循环管道(19)上连接有原料循环泵(20);所述发酵控制系统包括发酵控制柜(3 )、设置在 所述发酵控制柜(3 )内部的发酵控制器和设置在所述发酵控制柜(3 )外表面上的操作按钮(22 )和显示屏(23 );所述发酵罐罐体(1)的顶部设置有用于对所述发酵罐罐体(1)内的沼气气体压力进行实时检测的压力计(24)，每个所述发酵容器(10)上均设置有用于对该发酵容器(10)内的发酵温度进行实时检测的温度传感器(25)，所述操作按钮(22)、压力计(24)和多个所述温度传感器(25)均与所述发酵控制器的信号输入端相接，所述显示屏(23)、气泵(15)、抽料泵(18)和原料循环泵(20)均与所述发酵控制器的信号输出端相接。2.按照权利要求1所述的一种分级式底吹气力搅拌沼气发酵系统，其特征在于:所述发酵控制器包括微控制器模块(21-1)和为发酵控制器中各用电模块供电的电源模...

【专利技术属性】
技术研发人员：云斯宁，杜婷婷，朱江，张仙梅，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：