一種適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源利用和環(huán)境保護領(lǐng)域，具體地說是一種適應寒冷地區(qū)的低能耗運行的沼氣系統(tǒng)。包括厭氧發(fā)酵罐、發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)、發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)、發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)及干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)，其中發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐的外壁和罐體底部，發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)和發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)均與厭氧發(fā)酵罐連接，干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐的上端，干物料通過干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的液面下，本發(fā)明降低罐體散熱及罐體進料能耗、提高罐體出料熱量回收，提高工程能量產(chǎn)出，從而克服了寒冷地區(qū)沼氣能耗很高，冬季難以運行的缺點。
【專利說明】一種適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源利用和環(huán)境保護領(lǐng)域，具體地說是一種適應寒冷地區(qū)的低 能耗運行沼氣系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國北方地區(qū)如東北、華北和西北地區(qū)是我國農(nóng)業(yè)的主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)牧業(yè)發(fā)達，每年產(chǎn) 生大量的農(nóng)作物秸桿和畜禽糞便，具備發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的良好的原料基礎(chǔ)。但這些地 區(qū)，尤其是東北和西北地區(qū)，冬季氣候十分寒冷，傳統(tǒng)的沼氣工程冬季運行能耗很高（主要 為工程運行熱耗），沼氣工程冬季運行能量消耗/能量產(chǎn)出在50% -100%之間，甚至部分 工程能耗高于能量產(chǎn)出，沼氣工程的能源效益和經(jīng)濟效益很差。造成這種現(xiàn)象的原因是多 方面的，歸納起來可分為三類：第一，物料進料濃度低，傳統(tǒng)的泥漿泵、螺桿泵等的進料濃度 在4% -8%之間，而且傳統(tǒng)的禽畜糞便原料往往需要加水除沙，因此造成物料發(fā)酵濃度很 低，而沼氣工程運行過程中的大部分熱量（大于80 % )需求來自于發(fā)酵物料（主要是發(fā) 酵物料所含水分）的增溫，物料濃度很低意味著增溫所需熱能很高；第二，罐體保溫方式落 后，目前的罐體保溫基本以罐體外壁敷設(shè)苯板和巖棉為主，罐體底部基本不做保溫層，保溫 效果差，冬季運行散熱量大；第三，罐體出料單元熱量浪費嚴重，沼渣沼液無余熱回收方法； 第四，原料種類單一，以畜禽糞便為主，產(chǎn)氣潛力小，發(fā)酵過程產(chǎn)能低。上述原因共同造成了 我國現(xiàn)有沼氣工程在北方寒冷地區(qū)運行能耗很高，能量產(chǎn)出很差。
[0003] 為了提高我國現(xiàn)有沼氣工程凈能量產(chǎn)出，保障工程在冬季運行亦有良好的能源產(chǎn) 出和經(jīng)濟效益，必須從提高物料進料濃度（干式進料或固態(tài)進料），強化發(fā)酵設(shè)備保溫和管 道低熱耗散安裝設(shè)計，進行沼液余熱回收和減少出料過程熱耗散以及提高工程總能量產(chǎn)出 等多個方面降耗增效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系 統(tǒng)。該系統(tǒng)降低罐體散熱及罐體進料能耗、提高罐體出料熱量回收，提高工程能量產(chǎn)出，從 而克服了寒冷地區(qū)沼氣能耗很高，冬季難以運行的缺點。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，包括厭氧發(fā)酵罐、發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)、發(fā) 酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)、發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)及干物料液面下 無堵塞螺旋進料系統(tǒng)，其中發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐的外壁和罐體底部上，所述 發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)和發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)均與厭氧發(fā) 酵罐連接，所述干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐的上端，干物料通過 干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的液面下，流態(tài)物料通過發(fā)酵罐水 力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā)酵罐內(nèi)，發(fā)酵后的物料通過發(fā)酵后物料在 線固液分離系統(tǒng)進行固、液分離。
[0007] 所述發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)包括罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)和/或罐體底部保 溫、防水一體化系統(tǒng)，所述罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)是所述厭氧發(fā)酵罐的罐壁和 罐頂?shù)耐獗砻嫔蠌膬?nèi)至外依次設(shè)有防腐層、保溫層I、保溫層II、鋼制網(wǎng)架、保溫層III及彩 鋼板保護層；所述罐體底部保溫、防水一體化系統(tǒng)是所述厭氧發(fā)酵罐的底部從下至上依次 設(shè)有鋼筋混凝土基礎(chǔ)、鋼絲網(wǎng)架、擠塑板保溫層及細石混凝土保護層。
[0008] 所述保溫層I為反射隔熱涂料層，所述保溫層II為巖棉保溫板或硅酸鋁保溫板， 所述鋼制網(wǎng)架緊貼保溫層II外表面，鋼制網(wǎng)架的外表面設(shè)有刺狀突起，所述保溫層III為 聚氨酯發(fā)泡層、并附著在鋼制網(wǎng)架外表面的刺狀突起上；所述鋼絲網(wǎng)架緊貼厭氧發(fā)酵罐底 部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，鋼絲網(wǎng)架與厭氧發(fā)酵罐的罐壁連接，所述擠塑板保溫層為多層、并 采用錯縫方式鋪設(shè)，擠塑板與擠塑板之間及擠塑板與罐壁之間的接縫處灌注聚氨酯發(fā)泡材 料。
[0009] 所述發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)包括水力攪拌管和水力循環(huán)泵， 其中水力攪拌管設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐內(nèi)部上方，水力循環(huán)泵設(shè)置于泵殼體內(nèi)、并與設(shè)置于泵 殼體外部的電機連接，所述泵殼體的上端設(shè)有循環(huán)泵管道進料口和循環(huán)泵出料口，所述循 環(huán)泵管道進料口通過設(shè)有閥門的進料管與厭氧發(fā)酵罐的底部連通，所述水力循環(huán)泵通過穿 過循環(huán)泵出料口的出料管與水力攪拌管連接；當水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)以水 力攪拌模式運行時，所述厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的物料通過循環(huán)泵管道進料口進入泵殼體內(nèi)，泵殼 體以及水力循環(huán)泵承受罐體水壓，所述泵殼體內(nèi)的物料通過水力循環(huán)泵輸送至水力攪拌管 內(nèi)，物料通過水力攪拌管進入?yún)捬醢l(fā)酵罐內(nèi)，形成封閉循環(huán)。
[0010]當水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)以進料模式運行時，所述泵殼體設(shè)置于進 料池內(nèi)，泵殼體的側(cè)面設(shè)有泵殼體進料口，所述水力循環(huán)泵運行時，先關(guān)閉與厭氧發(fā)酵罐底 部連通的出料管上的閥門，再開啟泵殼體進料口，進料池內(nèi)的流態(tài)物料通過水力循環(huán)泵輸 送至水力攪拌管內(nèi)，流態(tài)物料通過水力攪拌管進入?yún)捬醢l(fā)酵罐內(nèi)。
[0011] 所述發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)包括緩沖罐體I、緩沖罐II、快速氣動閥、固 液分離機、調(diào)頻螺桿泵、壓力檢測器、液位檢測開關(guān)及回流污水泵，其中緩沖罐體I通過管 道與厭氧發(fā)酵罐的底部連通，所述快速氣動閥設(shè)置于緩沖罐體I與厭氧發(fā)酵罐之間的管道 上，所述液位檢測開關(guān)包括分別設(shè)置于緩沖罐I內(nèi)壁的上、下部的上液位開關(guān)和下液位開 關(guān)，所述調(diào)頻螺桿泵通過管道分別與緩沖罐體I的底部和固液分離機連接，所述壓力檢測 器設(shè)置于調(diào)頻螺桿泵和固液分離機之間的管道上，所述固液分離機通過管道與緩沖罐II 的上部連接，所述緩沖罐II的底部通過回流污水泵及管道與設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐內(nèi)部上方 的沼液回流管連接。
[0012] 所述發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)的運行方式是：壓力檢測器檢測固液分離機 前進料口壓力，當檢測到壓力大于lOOOKpa時，降低調(diào)頻螺桿泵運行頻率，當檢測到壓力低 于lOOKpa時，提高調(diào)頻螺桿泵運行頻率；當上液位開關(guān)檢測到信號時，關(guān)閉快速氣動閥，當 下液位開關(guān)檢測到信號時，開啟快速氣動閥；所述固液分離機分離出的沼液流入緩沖罐II 內(nèi)，所述緩沖罐II內(nèi)的沼液通過回流污水泵回流至厭氧發(fā)酵罐內(nèi)。所述緩沖罐體I和緩沖 罐II的外壁設(shè)有保溫結(jié)構(gòu)、并上端安裝有頂蓋。
[0013] 所述干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置、螺旋輸送機套管、螺旋輸 送機中心軸及螺旋輸送機輸送葉片，其中螺旋輸送機中心軸設(shè)置于螺旋輸送機套管內(nèi)、并 一端與驅(qū)動裝置連接，所述螺旋輸送機中心軸上設(shè)有螺旋輸送機輸送葉片，所述螺旋輸送 機套管靠近驅(qū)動裝置的一端設(shè)有螺旋輸送機套管進料口，另一端設(shè)有螺旋輸送機套管出料 口，所述螺旋輸送機套管的出料口端插入安裝在厭氧發(fā)酵罐上部的螺旋輸送機罐體安裝套 管內(nèi)、并位于厭氧發(fā)酵罐內(nèi)液面下方。
[0014] 所述螺旋輸送機罐體安裝套管靠近出料口的端部設(shè)有螺旋輸送機出料部位喇叭 口，所述螺旋輸送機套管出料口包括設(shè)置于螺旋輸送機套管上、下側(cè)面的螺旋輸送機上側(cè) 出料口和螺旋輸送機下側(cè)出料口，所述螺旋輸送機上側(cè)出料口和螺旋輸送機下側(cè)出料口的 長度為3-6個螺距，其寬度為套管圓周長的1/4-1/3,安裝于出料口段的螺旋葉片有1-2片 為正常帶式螺旋葉片，對應于出料口段螺旋軸上的另外2-4個螺距范圍內(nèi)不安裝螺旋葉 片。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：
[0016] 1.本發(fā)明采用罐壁、罐頂和罐底部的全方位、復合式保溫，能夠有效防止罐體通過 輻射、傳導和對流等形式將熱量散失到外界環(huán)境，提高罐體保溫效果。
[0017] 2.本發(fā)明既可以農(nóng)業(yè)秸桿為唯一發(fā)酵原料，也可以是秸桿與畜禽糞便混合原料發(fā) 酵。
[0018] 3.本發(fā)明提高進料濃度和發(fā)酵內(nèi)物料濃度，采用干式進料方法和高濃度厭氧發(fā)酵 技術(shù)，降低物料增溫所需能耗。
[0019] 4.本發(fā)明采用封閉式水力循環(huán)攪拌方式，減少沼液回流和水力攪拌過程熱損耗。
[0020] 5.本發(fā)明中涉及發(fā)酵罐保溫方法、發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化方法、 發(fā)酵后物料在線固液分離方法、干物料（或固態(tài)物料）發(fā)酵罐內(nèi)液面下無堵塞螺旋進料方 法等多個子系統(tǒng)，通過多個方法的聯(lián)合運用，降低罐體散熱、降低罐體進料能耗、提高罐體 出料熱量回收，提高工程能量產(chǎn)出，從而克服了寒冷地區(qū)沼氣能耗很高，冬季難以運行的缺 點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明中罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明中罐體底部保溫和防水一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明中發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明中水力循環(huán)泵的安裝方式示意圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明中發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明中干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖7為本發(fā)明中干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)的安裝方式示意圖。
[0028] 其中：1為罐壁，2為防腐層，3為保溫層I，4為保溫層II，5為鋼制網(wǎng)架，6為保溫 層III，7為彩鋼板保護層，8為夯土及混凝土墊層，9為鋼筋混凝土基礎(chǔ)，10為鋼絲網(wǎng)架，11 為聚氨酯發(fā)泡密封材料，12為擠塑板保溫層，13為發(fā)酵料液，14為水力攪拌管，15為厭氧發(fā) 酵罐，16為水力循環(huán)泵，17為進料池，18為電機，19為循環(huán)泵出料口，20為泵殼體進料口，21 為泵殼體，22為循環(huán)泵管道進料口，23為沼液回流管,24為壓力表,25為手動閘閥,26為快 速氣動閥，27為緩沖罐I，28為上液位開關(guān)，29為下液位開關(guān)，30為調(diào)頻螺桿泵，31為固液 分離機，32為回流污水泵，33為緩沖罐II，34為螺旋輸送機電機，35為螺旋輸送機減速機， 36為進料口，37為螺旋輸送機套管，38為螺旋輸送機罐體安裝套管，39為螺旋輸送機輸送 葉片，40為螺旋輸送機出料部位喇叭口，41為螺旋輸送機上側(cè)出料口，42為螺旋輸送機下 側(cè)出料口，43為螺旋輸送機中心軸，44為螺旋輸送機，45為液面。

【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0030] 本發(fā)明包括厭氧發(fā)酵罐15、發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)、發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一 體化系統(tǒng)、發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)及干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)，其中發(fā)酵 罐保溫系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐15的外壁和罐體底部上，所述發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料 進料一體化系統(tǒng)和發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)均與厭氧發(fā)酵罐15連接，所述干物料液 面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐15的上端。干物料通過干物料液面下無堵塞 螺旋進料系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)的液面下，流態(tài)物料通過發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物 料進料一體化系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)，發(fā)酵后的物料通過發(fā)酵后物料在線固液分離 系統(tǒng)進行固、液分離。
[0031] 所述發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)包括罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)和/或罐體底部保 溫、防水一體化系統(tǒng)。如圖1所示，所述罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)是所述厭氧發(fā) 酵罐15的罐壁1和罐頂?shù)耐獗砻嫔蠌膬?nèi)至外依次設(shè)有防腐層2、保溫層13、保溫層114、鋼 制網(wǎng)架5、保溫層III6及彩鋼板保護層7。保溫層13為反射隔熱涂料層，保溫層13要噴涂 均勻，保證罐頂和罐壁均勻覆蓋一層隔熱涂料層。保溫層114為巖棉保溫板或硅酸鋁保溫 板等保溫材料，保溫層114是軟性的保溫材料，其敷設(shè)厚度在東北和西北高寒地區(qū)不應低 于400mm，在華北地區(qū)可以在150-300mm之間。鋼制網(wǎng)架5緊貼保溫層114的外表面，兩者 之間無縫隙，鋼制網(wǎng)架5的外表面設(shè)有3-4cm刺狀突起。鋼制網(wǎng)架5通過焊接、螺栓錨固等 方法連接為整體，將保溫層114全部罩住，鋼制網(wǎng)架5單一網(wǎng)孔面積不大于10cm2。鋼制網(wǎng) 架5的作用是兩個，其一固定保溫層114,使其緊貼罐壁和罐頂，保溫層114與罐體鋼板之 間不留縫隙；其二作為鋼絲網(wǎng)架5之外聚氨酯發(fā)泡材料的附著層，鋼絲網(wǎng)架上要求有3-4cm 的刺狀突起，兩根刺狀突起之間平均距離在2-3cm之間。鋼制網(wǎng)架5之外采用直接噴涂的 方式，以刺狀突起為附著物，噴涂厚度為5cm聚氨酯發(fā)泡層（即保溫層1116)，聚氨酯發(fā)泡 層（保溫層III6)的作用是防風、防潮和保溫，其噴涂厚度要求不小于5cm;其中最外部彩 鋼板保護層7的主要作用是為內(nèi)部保溫層提高保護，防止日曬雨淋等造成保溫層老化。罐 壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)是一種復合的保溫方法，能夠有效防止罐體通過輻射、傳 導和對流等形式將熱量散失到外界環(huán)境。
[0032] 如圖2所示，所述罐體底部保溫、防水一體化系統(tǒng)是厭氧發(fā)酵罐15的底部從下至 上依次設(shè)有鋼筋混凝土基礎(chǔ)9、鋼絲網(wǎng)架10、擠塑板保溫層12及細石混凝土保護層。即在 罐體安裝完畢后在罐體鋼筋混凝土基礎(chǔ)9之上安裝鋼絲網(wǎng)架10,鋼絲網(wǎng)架10安裝時拉緊、 緊貼厭氧發(fā)酵罐15的底部，并且與罐壁1焊接為整體，要求鋼絲網(wǎng)架10載荷不小于10噸 /m 2,鋼絲網(wǎng)架10之上鋪設(shè)200mm擠塑板保溫層12,單層擠塑板厚度100mm或50臟，鋪設(shè)兩 層或四層，擠塑板鋪設(shè)采用錯縫鋪設(shè)的方法，將不同層間擠塑板之間的接縫錯開，擠塑板與 擠塑板之間接縫以及擠塑板與罐壁之間接縫灌注聚氨酯發(fā)泡材料11，起密封和固定作用， 將罐體底部保溫層與罐壁結(jié)合為整體。擠塑板之上澆筑50-100mm細石混凝土保護層。
[0033] 如圖3、圖4所示，所述發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)包括水力攪拌 管14和水力循環(huán)泵16,其中水力攪拌管14設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)部上方，水力循環(huán)泵16 設(shè)置于封閉的泵殼體21內(nèi)、并與設(shè)置于泵殼體21外部的泥漿泵電機18連接，泵殼體21的 上端設(shè)有循環(huán)泵管道進料口 22和循環(huán)泵出料口 19,循環(huán)泵管道進料口 22通過設(shè)有閥門的 進料管與厭氧發(fā)酵罐15的底部連通，水力循環(huán)泵16通過穿過循環(huán)泵出料口 19的出料管與 水力攪拌管14連接。泵殼體21設(shè)置于進料池17內(nèi)，泵殼體21的側(cè)面設(shè)有泵殼體進料口 20。水力循環(huán)泵16(此時以普通泥漿泵模式運行）運行時，先關(guān)閉與厭氧發(fā)酵罐15底部連 通的進料管上的閥門，再開啟泵殼體進料口 20,進料池17內(nèi)的流態(tài)物料通過水力循環(huán)泵16 輸送至水力攪拌管14內(nèi)，流態(tài)物料通過水力攪拌管14進入?yún)捬醢l(fā)酵罐15內(nèi)。
[0034] 發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)可以水力攪拌模式和流態(tài)物料進料 模式兩種方式運行。在以水力攪拌模式運行時，泵殼體21側(cè)部泵殼體進料口 20封閉，厭氧 發(fā)酵罐15內(nèi)物料通過循環(huán)泵管道進料口 22進入泵殼體21內(nèi)，泵殼體21以及水力循環(huán)泵16 承受罐體水壓，泵殼體21內(nèi)的物料在水力循環(huán)泵16的帶動下重新進入?yún)捬醢l(fā)酵罐15內(nèi)， 此種模式下物料封閉循環(huán)，可以充分利用罐體高度產(chǎn)生的水壓，提高水力循環(huán)泵16的物料 輸送量，減少流體熱量損失和水力循環(huán)泵16的揚程損失。以流態(tài)物料進料模式運行時，打 開泵殼體21側(cè)部泵殼體進料口 20，關(guān)閉循環(huán)泵管道進料口 22之前閥門，勻漿后的畜禽糞便 等流態(tài)物料加入到進料池17中，在水力循環(huán)泵16的泵送作用下，通過水力攪拌管14進入 厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)。
[0035] 如圖5所示，所述發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)設(shè)置于室內(nèi)，包括緩沖罐體127、 緩沖罐1133、快速氣動閥26、固液分離機31、調(diào)頻螺桿泵30、壓力檢測器、液位檢測開關(guān)及 回流污水泵32,其中緩沖罐體127通過管道與厭氧發(fā)酵罐15的底部連通，快速氣動閥26設(shè) 置于緩沖罐體127與厭氧發(fā)酵罐15之間的管道上，所述液位檢測開關(guān)包括分別設(shè)置于緩沖 罐127的內(nèi)壁上、下部的上液位開關(guān)28和下液位開關(guān)29。調(diào)頻螺桿泵30通過管道分別與 緩沖罐體127的底部和固液分離機31連接，調(diào)頻螺桿泵30需配套變頻電機，實現(xiàn)調(diào)頻螺桿 泵30流量連續(xù)可調(diào)。壓力檢測器（壓力表24)設(shè)置于調(diào)頻螺桿泵30和固液分離機31之 間的管道上。固液分離機31通過管道與緩沖罐1133的上部連接，緩沖罐1133的底部通過 回流污水泵32及管道與設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)部上方的沼液回流管23連接。緩沖罐體 127和緩沖罐1133亦可以是池體的形式，池體的外壁設(shè)有保溫結(jié)構(gòu)、并上端安裝有頂蓋。物 料流經(jīng)發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)的部位以保溫材料包裹。
[0036] 所述發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)的運行方式是：壓力檢測器檢測固液分離機 31前進料口壓力，當檢測到壓力大于lOOOKpa(表壓）時，降低調(diào)頻螺桿泵30運行頻率，當 檢測到壓力低于lOOKpa (表壓）時，提高調(diào)頻螺桿泵30運行頻率；當上液位開關(guān)28檢測到 信號時，關(guān)閉快速氣動閥26,當下液位開關(guān)29檢測到信號時，開啟快速氣動閥26。固液分 離機31分離出的沼液流入緩沖罐1133內(nèi)，緩沖罐1133內(nèi)的沼液通過回流污水泵32回流 至厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)。
[0037] 如圖6、圖7所示，所述干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置、螺旋輸 送機套管37、螺旋輸送機中心軸43及螺旋輸送機輸送葉片39,其中螺旋輸送機中心軸43 設(shè)置于螺旋輸送機套管37內(nèi)、并一端與驅(qū)動裝置連接，螺旋輸送機中心軸43上設(shè)有螺旋 輸送機輸送葉片39。螺旋輸送機套管37靠近驅(qū)動裝置的一端設(shè)有螺旋輸送機套管進料口 36,另一端設(shè)有螺旋輸送機套管出料口，螺旋輸送機套管37的出料口端插入安裝在厭氧發(fā) 酵罐15上部的螺旋輸送機罐體安裝套管38內(nèi)、并位于厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)液面下方。螺旋 輸送機罐體安裝套管38靠近出料口端設(shè)有螺旋輸送機出料部位喇叭口 40。螺旋輸送機套 管出料口包括設(shè)置于螺旋輸送機套管37末端上、下側(cè)面的螺旋輸送機上部出料口 41和螺 旋輸送機下部出料口 42,螺旋輸送機上部出料口 41和螺旋輸送機下部出料口 42的長度為 3-6個螺距，其寬度為套管圓周長的1/4-1/3。安裝于進料口段的螺旋輸送機輸送葉片39 有1-2片為正常帶式螺旋葉片，對應于出料口段螺旋軸上的其它2-4個螺距范圍內(nèi)不安裝 螺旋輸送機輸送葉片39。所述驅(qū)動裝置包括螺旋輸送機電機34和螺旋輸送機減速機35。
[0038] 實施例
[0039] 本發(fā)明的技術(shù)方法可以應用于我國北方寒冷地區(qū)單獨秸桿原料或者秸桿與牛糞 混合原料的沼氣工程。以建設(shè)規(guī)模1200立方米的沼氣工程為實施案例加以說明。
[0040] 該處工程位于我國吉林省西北部，冬季夜間氣溫在-30°C，白天氣溫 在-15°C -25°C之間，該處工程以稻草原料為主，牛糞原料為輔，設(shè)計年處理稻草1200噸， 年處理牛糞3650噸，年產(chǎn)沼氣46. 95萬m3 (平均每日生產(chǎn)沼氣12861m3)。工程實際運行效 果完全達到設(shè)計要求。
[0041] 本工程厭氧發(fā)酵罐15內(nèi)運行溫度常年穩(wěn)定控制在35°C，冬季嚴寒條件下（24小時 平均溫度_20°C到_25°C )，工程正常運行條件下，平均每日需燃燒沼氣133Nm3 (沼氣鍋爐熱 效率93%，罐體換熱管道效率90% )，工程運行熱耗/工程總能量產(chǎn)出等于10. 33%。通過 實驗研究確定，在停止進料情況下，維持罐體溫度為35°C，每日僅需要燃燒沼氣21m3,罐體 保溫效果完全達到設(shè)計要求。
[0042] 發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化方法將罐體水力攪拌與流態(tài)物料的進料 實現(xiàn)了一體化，既降低工程建設(shè)成本，又可以在進行水力攪拌式充分利用罐體自身水壓產(chǎn) 生的壓力，降低了流態(tài)物料輸送過程中由于揚程損失而造成流量下降，工程實際運行中安 裝了兩臺15KW水力循環(huán)泵16(其中一臺為備用），水力循環(huán)泵16設(shè)計流量為100m 3/h，揚程 15m，罐體高度8m，實測力量約80m3/h，證明這一設(shè)計方法能夠有效克服水力循環(huán)泵16揚程 損失造成的流量降低。
[0043] 發(fā)酵物料在線固液分離方法，能夠有效降低固液分離過程中熱量散失，工程實測 表明，固液分離機31分離后沼液溫度> 33°C，固液分離過程沼液降溫低于2°C，在線固液分 離方法十分有效。
[0044] 干物料液面下無堵塞螺旋進料方法對于輸送揉搓后干稻草、青儲草料十分有效， 可以在不添加水的情況下直接將固態(tài)物料輸送至罐體液面以下，在保證發(fā)酵罐密封、厭氧 的情況下實現(xiàn)了固態(tài)物料的高效輸送。且能耗很低，實測表明，工程配套4KW螺旋輸送機， 干秸桿進料量可以達到1噸/小時，進料效率遠高于泵送方式。
【權(quán)利要求】
1. 一種適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：包括厭氧發(fā)酵罐（15)、發(fā) 酵罐保溫系統(tǒng)、發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)、發(fā)酵后物料在線固液分離系 統(tǒng)及干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)，其中發(fā)酵罐保溫系統(tǒng)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐（15)的 外壁和罐體底部上，所述發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)和發(fā)酵后物料在線固 液分離系統(tǒng)均與厭氧發(fā)酵罐（15)連接，所述干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)設(shè)置于厭 氧發(fā)酵罐（15)的上端，干物料通過干物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā)酵罐 (15)內(nèi)的液面下，流態(tài)物料通過發(fā)酵罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)輸送至厭氧發(fā) 酵罐（15)內(nèi)，發(fā)酵后的物料通過發(fā)酵后物料在線固液分離系統(tǒng)進行固、液分離。
2. 按權(quán)利要求1所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵 罐保溫系統(tǒng)包括罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)和罐體底部保溫、防水一體化系統(tǒng)，所 述罐壁、罐頂?shù)姆里L與保溫一體化系統(tǒng)是所述厭氧發(fā)酵罐（15)的罐壁（1)和罐頂?shù)耐獗砻?上從內(nèi)至外依次設(shè)有防腐層（2)、保溫層I (3)、保溫層II (4)、鋼制網(wǎng)架（5)、保溫層III (6) 及彩鋼板保護層（7);所述罐體底部保溫、防水一體化系統(tǒng)是所述厭氧發(fā)酵罐（15)的底部 從下至上依次設(shè)有鋼筋混凝土基礎(chǔ)（9)、鋼絲網(wǎng)架（10)、擠塑板保溫層（12)及細石混凝土 保護層。
3. 按權(quán)利要求2所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述保溫 層1(3)為反射隔熱涂料層，所述保溫層11(4)為巖棉保溫板或硅酸鋁保溫板，所述鋼制網(wǎng) 架（5)緊貼保溫層II外表面（4)，鋼制網(wǎng)架（5)的外表面設(shè)有刺狀突起，所述保溫層III (6) 為聚氨酯發(fā)泡層、并附著在鋼制網(wǎng)架（5)外表面的刺狀突起上；所述鋼絲網(wǎng)架（10)緊貼厭 氧發(fā)酵罐（15)底部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)（9)上，鋼絲網(wǎng)架（10)與厭氧發(fā)酵罐（15)的罐壁連 接，所述擠塑板保溫層（12)為多層、并采用錯縫方式鋪設(shè)，擠塑板與擠塑板之間及擠塑板 與罐壁（1)之間的接縫處灌注聚氨酯發(fā)泡材料（11)。
4. 按權(quán)利要求1所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵 罐水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)包括水力攪拌管（14)和水力循環(huán)泵（16)，其中水 力攪拌管（14)設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐（15)內(nèi)部上方，水力循環(huán)泵（16)設(shè)置于泵殼體（21)內(nèi)、 并與設(shè)置于泵殼體（21)外部的電機（18)連接，所述泵殼體（21)的上端設(shè)有循環(huán)泵管道進 料口（22)和循環(huán)泵出料口（19)，所述循環(huán)泵管道進料口（22)通過設(shè)有閥門的進料管與厭 氧發(fā)酵罐（15)的底部連通，所述水力循環(huán)泵（16)通過穿過循環(huán)泵出料口（19)的出料管與 水力攪拌管（14)連接；當水力攪拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)以水力攪拌模式運行時，所 述厭氧發(fā)酵罐（15)內(nèi)的物料通過循環(huán)泵管道進料口（22)進入泵殼體（21)內(nèi)，泵殼體（21) 以及水力循環(huán)泵（16)承受罐體水壓，所述泵殼體（21)內(nèi)的物料通過水力循環(huán)泵（16)輸送 至水力攪拌管（14)內(nèi)，物料通過水力攪拌管（14)進入?yún)捬醢l(fā)酵罐（15)內(nèi)，形成封閉循環(huán)。
5. 按權(quán)利要求4所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：當水力攪 拌與流態(tài)物料進料一體化系統(tǒng)以進料模式運行時，所述泵殼體（21)設(shè)置于進料池（17)內(nèi)， 泵殼體（21)的側(cè)面設(shè)有泵殼體進料口（20)，所述水力循環(huán)泵（16)運行時，先關(guān)閉與厭氧發(fā) 酵罐（15)底部連通的出料管上的閥門，再開啟泵殼體進料口（20)，進料池（17)內(nèi)的流態(tài)物 料通過水力循環(huán)泵（16)輸送至水力攪拌管（14)內(nèi)，流態(tài)物料通過水力攪拌管（14)進入?yún)?氧發(fā)酵罐（15)內(nèi)。
6. 按權(quán)利要求1所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵 后物料在線固液分離系統(tǒng)包括緩沖罐體I (27)、緩沖罐II (33)、快速氣動閥（26)、固液分 離機（31)、調(diào)頻螺桿泵（30)、壓力檢測器、液位檢測開關(guān)及回流污水泵（32)，其中緩沖罐 體1(27)通過管道與厭氧發(fā)酵罐（15)的底部連通，所述快速氣動閥（26)設(shè)置于緩沖罐體 1(27)與厭氧發(fā)酵罐（15)之間的管道上，所述液位檢測開關(guān)包括分別設(shè)置于緩沖罐1(27) 內(nèi)壁的上、下部的上液位開關(guān)（28)和下液位開關(guān)（29)，所述調(diào)頻螺桿泵（30)通過管道分別 與緩沖罐體1(27)的底部和固液分離機（31)連接，所述壓力檢測器設(shè)置于調(diào)頻螺桿泵（30) 和固液分離機（31)之間的管道上，所述固液分離機（31)通過管道與緩沖罐II (33)的上部 連接，所述緩沖罐II (33)的底部通過回流污水泵（32)及管道與設(shè)置于厭氧發(fā)酵罐（15)內(nèi) 部上方的沼液回流管（23)連接。
7. 按權(quán)利要求6所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵 后物料在線固液分離系統(tǒng)的運行方式是：壓力檢測器檢測固液分離機（31)前進料口壓力， 當檢測到壓力大于lOOOKpa時，降低調(diào)頻螺桿泵（30)運行頻率，當檢測到壓力低于lOOKpa 時，提高調(diào)頻螺桿泵（30)運行頻率；當上液位開關(guān)（28)檢測到信號時，關(guān)閉快速氣動閥 (26)，當下液位開關(guān)（29)檢測到信號時，開啟快速氣動閥（26);所述固液分離機（31)分離 出的沼液流入緩沖罐II (33)內(nèi)，所述緩沖罐II (33)內(nèi)的沼液通過回流污水泵（32)回流至 厭氧發(fā)酵罐（15)內(nèi)。
8. 按權(quán)利要求6或7所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述 緩沖罐體I (27)和緩沖罐II (33)的外壁設(shè)有保溫結(jié)構(gòu)、并上端安裝有頂蓋。
9. 按權(quán)利要求1所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述干 物料液面下無堵塞螺旋進料系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置、螺旋輸送機套管（37)、螺旋輸送機中心軸 (43)及螺旋輸送機輸送葉片（39)，其中螺旋輸送機中心軸（43)設(shè)置于螺旋輸送機套管 (37)內(nèi)、并一端與驅(qū)動裝置連接，所述螺旋輸送機中心軸（43)上設(shè)有螺旋輸送機輸送葉片 (39)，所述螺旋輸送機套管（37)靠近驅(qū)動裝置的一端設(shè)有螺旋輸送機套管進料口（36)，另 一端設(shè)有螺旋輸送機套管出料口，所述螺旋輸送機套管（37)的出料口端插入安裝在厭氧 發(fā)酵罐（15)上部的螺旋輸送機罐體安裝套管（38)內(nèi)、并位于厭氧發(fā)酵罐（15)內(nèi)液面下 方。
10. 按權(quán)利要求9所述的適應寒冷地區(qū)的低能耗運行沼氣系統(tǒng)，其特征在于：所述螺旋 輸送機罐體安裝套管（38)靠近出料口的端部設(shè)有螺旋輸送機出料部位喇叭口（40)，所述 螺旋輸送機套管出料口包括設(shè)置于螺旋輸送機套管（37)上側(cè)面的螺旋輸送機上側(cè)出料口 (41)和螺旋輸送機下側(cè)出料口（42)，所述螺旋輸送機上側(cè)出料口（41)和螺旋輸送機下側(cè) 出料口（42)的長度為3-6個螺距，其寬度為套管圓周長的1/4-1/3,安裝于出料口段的螺旋 葉片有1-2片為正常帶式螺旋葉片，對應于出料口段螺旋軸上的另外2-4個螺距范圍內(nèi)不 安裝螺旋葉片。
【文檔編號】C12M1/107GK104120081SQ201310150383
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】郭榮波, 許曉暉, 戴萌, 楊智滿, 羅生軍 申請人:中國科學院青島生物能源與過程研究所