一種大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置及方法
【專利摘要】一種大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置及方法,屬于干式發(fā)酵【技術(shù)領(lǐng)域】。采用內(nèi)裝固定于發(fā)酵艙內(nèi)壁,貫穿整個(gè)發(fā)酵艙的主螺旋翼和部分橫向翼片,罐體旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)裝翼片隨罐體轉(zhuǎn)動(dòng),用以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵物料攪拌和整體向出料口的推進(jìn)。主旋翼螺旋片同罐體內(nèi)壁通過間隔固定點(diǎn)固定,螺旋翼片同罐體內(nèi)壁之間形成一定的間隙,保證物料混合、接種和發(fā)酵及排出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了整個(gè)反應(yīng)過程的不混料,使發(fā)酵更為徹底。
【專利說明】一種大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置及方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于干式發(fā)酵【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣 干式發(fā)酵裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》針對(duì)我國(guó)資源短缺、能 源結(jié)構(gòu)單一、環(huán)境惡化等制約可持續(xù)發(fā)展的突出問題,圍繞建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型 社會(huì)的迫切需求,提出了大力加強(qiáng)清潔能源生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)結(jié)合等系列技術(shù)開發(fā)與集成應(yīng) 用,提升科技對(duì)可持續(xù)發(fā)展的支撐和引領(lǐng)能力,并將培育和發(fā)展清潔能源生產(chǎn)、資源循環(huán)利 用、控制環(huán)境污染等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)、集成應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化示范作為今后我國(guó) 科技發(fā)展的總體部署之一,這其中部分核心內(nèi)容是生物質(zhì)資源的高效利用和由這些物質(zhì)引 起的污染有效控制。生物質(zhì)新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升和大型規(guī)?;瘜?shí)現(xiàn),要求要發(fā)展先進(jìn)的 高效生物發(fā)酵技術(shù),以及圍繞著核心發(fā)酵技術(shù)研制大型的沼氣發(fā)酵裝備。
[0003] 干式厭氧發(fā)酵通常是指發(fā)酵原料的干物質(zhì)含量在20%?40%,原料呈固態(tài)或半固 態(tài),處理過程中產(chǎn)生發(fā)酵沼液污水少,發(fā)酵剩余物可制成有機(jī)肥料,基本上實(shí)現(xiàn)零污染物排 放,干式發(fā)酵甲燒含量商(60%)、硫含量低。
[0004] 傳統(tǒng)的沼氣發(fā)酵存在如下問題:1)沼氣發(fā)酵不能真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),多數(shù)大型裝 置只能采用間歇式;2)大型干式發(fā)酵倉體積龐大,物料干物質(zhì)含量高,物料攪拌不均勻;3) 沼氣發(fā)酵時(shí)間周期長(zhǎng),攪拌中由于(新、舊)物料返混而出現(xiàn)出倉物料發(fā)酵不完全;4)大型沼 氣發(fā)酵多采用發(fā)酵液回流方式進(jìn)行接種,對(duì)于大物料量而言,很難做到接種均勻;5)根據(jù)有 機(jī)物沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣理論曲線,大量沼氣產(chǎn)生是在發(fā)酵前期(尤其是高溫發(fā)酵),為了節(jié)省加 熱能量,在整個(gè)沼氣發(fā)酵過程中,可以考慮高產(chǎn)氣期進(jìn)行加熱,后期采用發(fā)酵物質(zhì)自然溫度 進(jìn)行發(fā)酵。
[0005] 本次發(fā)明就是基于上述背景結(jié)合我國(guó)所具有的生物質(zhì)資源開發(fā)研制的適合于規(guī) 模化沼氣生產(chǎn)的裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置及方法,采用兩相厭氧發(fā)酵工 藝,整個(gè)系統(tǒng)分為水解酸化發(fā)酵部分和甲烷發(fā)酵部分。
[0007] -種大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置,其特征在于,主要包括甲 烷發(fā)酵艙、水解發(fā)酵艙、進(jìn)料倉、水解進(jìn)料螺旋泵、水解進(jìn)料蒸汽加熱換熱器、水解出料及物 料調(diào)節(jié)倉、甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵、甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器;
[0008] 甲烷發(fā)酵艙、水解發(fā)酵艙均為圓柱型艙體,圓柱艙體內(nèi)固定有主螺旋翼片,主螺旋 翼片是具有寬度的片狀物圍繞圓柱艙體中心軸盤旋而成的螺旋結(jié)構(gòu),在螺旋結(jié)構(gòu)徑向的片 狀物互相平行且基本垂直螺旋結(jié)構(gòu)的中心軸,主螺旋翼片自圓柱艙體的底端一直延伸到圓 柱艙體的頂端,主螺旋翼片與圓柱艙體內(nèi)表面具有縫隙,主螺旋翼片徑向外側(cè)的片狀物通 過分散的螺旋翼片固定柱與圓柱艙體內(nèi)表面固定;在主螺旋翼片上還設(shè)有橫向翼片,橫向 翼片是由一組平行的長(zhǎng)圓桿組成,長(zhǎng)圓桿與主螺旋翼片中心軸平行,長(zhǎng)圓桿之間均有空隙, 主螺旋翼片的內(nèi)徑到外徑之間分布有長(zhǎng)圓桿,在主螺旋翼片的徑面上橫向翼片的長(zhǎng)圓桿為 直線布局或弧線布局,優(yōu)選橫向翼片與主螺旋翼片的半徑之間具有偏離角度,即橫向翼片 兩端的長(zhǎng)圓桿不在主螺旋翼片的同一直徑上,橫向翼片的長(zhǎng)圓桿橫穿并固定在主螺旋翼片 的片狀物上;圓柱艙體自底部到中部某高度的主螺旋翼片上布有橫向翼片,圓柱艙體頂部 的主螺旋翼片上沒有布局橫向翼片;主螺旋翼片的徑面上分布多個(gè)橫向翼片;圓柱艙體的 底部開口由機(jī)械密封盤密封,圓柱艙體相對(duì)機(jī)械密封盤能夠轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)械密封盤密封上設(shè)有 進(jìn)料口;圓柱艙體的頂部開口由出料機(jī)械密封盤密封,出料機(jī)械密封盤上設(shè)有排氣管和出 料管;
[0009] 進(jìn)料倉(8 )內(nèi)通過攪拌機(jī)(7 )設(shè)有攪拌設(shè)備,進(jìn)料倉(8 )依次經(jīng)由水解進(jìn)料螺旋泵 (9)、水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10),水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10)經(jīng)過水解發(fā) 酵艙進(jìn)料管(20)與水解發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤(26)的進(jìn)料口連接;水解發(fā)酵艙出料機(jī)械 密封盤(27 )的出料管由水解發(fā)酵艙出料管(22 )與水解出料及物料調(diào)節(jié)倉(14 )連接水解出 料及物料調(diào)節(jié)倉(14)依次與甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵(15)、甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16) 連接,甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16)由甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料管(23)與甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密 封盤(28)的進(jìn)料口連接;
[0010] 水解發(fā)酵艙、甲烷發(fā)酵艙均傾斜放置,水解發(fā)酵艙、甲烷發(fā)酵艙的排氣管位于出 料管的上方;水解發(fā)酵艙外表面設(shè)有水解發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪(12),水解發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪 (12)與水解發(fā)酵艙低位外驅(qū)動(dòng)裝置(11)和水解發(fā)酵艙高位外驅(qū)動(dòng)裝置(13)配合,能夠驅(qū) 動(dòng)水解發(fā)酵艙旋轉(zhuǎn);甲烷發(fā)酵艙外表面設(shè)有甲烷發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪(18),甲烷發(fā)酵艙外驅(qū) 動(dòng)齒輪(18)與甲烷發(fā)酵艙低位外驅(qū)動(dòng)裝置(17)和甲烷發(fā)酵艙高位外驅(qū)動(dòng)裝置(19)配合, 能夠驅(qū)動(dòng)甲烷發(fā)酵艙旋轉(zhuǎn)。
[0011] 采用上述裝置進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵的方法,其特征在于,包括以下步驟:
[0012] 將發(fā)酵生物質(zhì)混合料按比例投入進(jìn)料倉(8)中,在進(jìn)料攪拌機(jī)7攪拌下使物料均 質(zhì),物料經(jīng)水解進(jìn)料螺旋泵(9 )加壓和水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10 )加熱經(jīng)水解酸化 進(jìn)料管道(20)進(jìn)入水解發(fā)酵艙中,水解發(fā)酵艙(4)工作時(shí)以較慢的速度旋轉(zhuǎn),而水解發(fā)酵 艙進(jìn)料機(jī)械密封盤(26)不旋轉(zhuǎn),水解發(fā)酵密封轉(zhuǎn)盤(26)同水解發(fā)酵艙(4)之間通過機(jī)械密 封實(shí)現(xiàn)動(dòng)和靜的密封連接;進(jìn)入水解發(fā)酵艙(4)的物料,在水解發(fā)酵艙主螺旋翼片(5)的推 動(dòng)和水解發(fā)酵艙橫向翼片(6)的不斷攪拌下,沿著水解發(fā)酵艙(4)的中心軸方向,向水解發(fā) 酵艙出料口方向緩慢推進(jìn);在水解發(fā)酵過程中,由于整個(gè)水解發(fā)酵艙(4)呈傾斜臥式放置, 發(fā)酵過程中產(chǎn)生的發(fā)酵液將沿著水解發(fā)酵艙主螺旋翼片(5)和水解發(fā)酵艙(4)內(nèi)壁所設(shè)置 的縫隙(32)流到水解發(fā)酵艙(4)下部,流至水解發(fā)酵艙(4)下部的發(fā)酵液,在呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的 水解發(fā)酵主螺旋翼片(5)和水解發(fā)酵艙橫向翼片(6)的共同攪拌作用下,完成發(fā)酵液同新 進(jìn)物料的攪拌混合,該過程實(shí)現(xiàn)了物料的均勻接種和水解發(fā)酵過程的攪拌;經(jīng)過水解發(fā)酵 完成的物料,被水解發(fā)酵主螺旋翼片(5)推送至水解發(fā)酵出料管(22)的位置,該部位水解 發(fā)酵艙出料密封盤固定連接著水解發(fā)酵艙出料管(22)和水解發(fā)酵艙排氣管(21);運(yùn)行時(shí)水 解發(fā)酵艙(4 )轉(zhuǎn)動(dòng),而水解發(fā)酵艙出料密封盤(27 )不轉(zhuǎn)動(dòng),兩者同進(jìn)料機(jī)械密封方式一樣, 通過機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)無泄漏承壓連接;物料沿水解發(fā)酵艙出料管(22)離開水解發(fā)酵艙(4), 進(jìn)入水解出料及物料調(diào)節(jié)倉(14),物料在此完成pH調(diào)節(jié),然后經(jīng)甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵 (15)加壓和甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16)加熱后由甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料管道(23)進(jìn)入 甲烷發(fā)酵艙(1)中,甲烷發(fā)酵艙(1)工作時(shí)以較慢的速度旋轉(zhuǎn),而甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封 盤(28)不旋轉(zhuǎn),甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封轉(zhuǎn)盤(28)同甲烷發(fā)酵艙(1)之間,同樣通過機(jī)械 密封實(shí)現(xiàn)密封連接,進(jìn)入甲烷發(fā)酵艙(1)的物料,在甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片(2)的推動(dòng)和甲 烷發(fā)酵艙橫向翼片(3)的不斷攪拌下,沿著甲烷發(fā)酵艙(1)的中心軸方向,向甲烷發(fā)酵艙出 料口方向緩慢推進(jìn),在甲烷發(fā)酵過程中,由于整個(gè)甲烷發(fā)酵艙(1)呈傾斜臥式放置,發(fā)酵過 程中產(chǎn)生的發(fā)酵液,將沿著甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片(2)和甲烷發(fā)酵艙(1)內(nèi)壁所設(shè)置的縫 隙(33)流到甲烷發(fā)酵艙(1)下部,流至甲烷發(fā)酵艙(1)下部的發(fā)酵液在呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的甲烷 發(fā)酵艙主螺旋片(2)和甲烷發(fā)酵艙橫向翼片(3)的攪共同拌作用下,完成同新進(jìn)物料的攪 拌,該過程實(shí)現(xiàn)了物料的均勻接種和甲烷發(fā)酵過程的攪拌,經(jīng)過甲烷發(fā)酵完成的物料被甲 烷發(fā)酵艙主螺旋片(2)推送至甲烷發(fā)酵出料管(25)的位置,物料沿甲烷發(fā)酵出料管(25)離 開甲烷發(fā)酵艙(1),甲烷發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣將經(jīng)甲烷發(fā)酵艙排氣管(24)進(jìn)入沼氣儲(chǔ)氣柜。 甲烷發(fā)酵艙出料部分密封采用同水解發(fā)酵罐同樣的方式實(shí)施。
[0013] 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)式的發(fā)酵。
[0014] 在進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵過程中物料經(jīng)過水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10)后,物料被加 熱到33±2°C ;水解發(fā)酵停留時(shí)間5天;物料經(jīng)過甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16)后, 物料被加熱到55±2°C,甲烷發(fā)酵停留時(shí)間20天時(shí)。
[0015] 本發(fā)明的水解發(fā)酵艙、甲烷發(fā)酵艙的主螺旋翼片和橫向翼片盡可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
[0016] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1)真正實(shí)現(xiàn)不混料連續(xù)發(fā)酵;2)由于整體旋轉(zhuǎn)速度低實(shí)現(xiàn) 了發(fā)酵液在發(fā)酵倉底部積存,通過浸泡和大體積比(發(fā)酵液同新進(jìn)物料量體積比)以及局部 高強(qiáng)度攪拌實(shí)現(xiàn)高效接種。3)兩相厭氧(第一相中溫水解酸化、第二相高溫沼氣發(fā)酵),有效 維持了個(gè)發(fā)酵段的反應(yīng)環(huán)境,高溫段有效抑制了水解酸化菌的活性;4)發(fā)酵倉外驅(qū)動(dòng)整體 旋轉(zhuǎn),極大地減小了攪拌混合動(dòng)力、整體攪拌更加均勻;5)通過發(fā)酵倉整體旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了均 勻出料和整體推流式物料流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了整個(gè)反應(yīng)過程的不混料,使發(fā)酵更為徹底。
[0017] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本發(fā)明首先在沼氣發(fā)酵艙整體設(shè)計(jì)上,采用鋼制臥式罐體,整 個(gè)圓柱狀罐體呈現(xiàn)進(jìn)料口端低,出料口端高的傾斜設(shè)置,發(fā)酵艙中心軸線和水平線的夾角 在(5-30° )。該設(shè)置方式可以使艙內(nèi)發(fā)酵液不斷靠重力流回流至發(fā)酵艙底部(也即反應(yīng)初 始端)。整個(gè)罐體在外驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下,工作時(shí)呈現(xiàn)以罐體中心軸線旋轉(zhuǎn)。
[0018] 罐體物料攪拌和推進(jìn)設(shè)計(jì),采用內(nèi)裝固定于發(fā)酵艙內(nèi)壁,貫穿整個(gè)發(fā)酵艙的主螺 旋翼,罐體旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)裝翼片隨罐體轉(zhuǎn)動(dòng),用以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵物料攪拌和整體向出料口的推進(jìn)。 主旋翼螺旋片同罐體內(nèi)壁通過間隔固定點(diǎn)固定,螺旋翼片同罐體內(nèi)壁之間形成一定的間隙 (5-10_),以利于發(fā)酵液沿艙壁能夠回流至發(fā)酵艙底部。主反應(yīng)區(qū)主螺旋翼片上加裝橫向 小翼片,用以增加主反應(yīng)區(qū)攪拌強(qiáng)度,以利于沿艙壁回流至主反應(yīng)區(qū)的沼氣發(fā)酵液同物料 的混合。
[0019] 物料進(jìn)、出料口采用機(jī)械密封,物料加熱采用進(jìn)管道蒸汽加熱。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置示意圖;
[0021] 圖2水解發(fā)酵艙主螺旋翼片及水解發(fā)酵艙橫向翼片的軸向視圖(1-1剖視圖);
[0022] 圖3甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片及甲烷發(fā)酵艙橫向翼片的軸向視圖(2-2剖視圖);
[0023] 圖4主螺旋翼片和橫向翼片的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0024] 其中:1甲烷發(fā)酵艙艙體;2甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片;3甲烷發(fā)酵艙橫向翼片;4水 解發(fā)酵艙艙體;5水解發(fā)酵艙主螺旋翼片;6水解發(fā)酵艙橫向翼片;7進(jìn)料倉攪拌機(jī);8進(jìn)料 倉;9水解進(jìn)料螺旋泵;10水解進(jìn)料蒸汽加熱換熱器;11水解發(fā)酵艙低位外驅(qū)動(dòng)裝置;12水 解發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪;13水解發(fā)酵艙高位外驅(qū)動(dòng)裝置;14水解出料及物料調(diào)節(jié)倉;15甲烷 發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵;16甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器;17甲烷發(fā)酵艙低位外驅(qū)動(dòng)裝置;18甲烷 發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪;19甲烷發(fā)酵艙高位外驅(qū)動(dòng)裝置;20水解發(fā)酵艙進(jìn)料管;21水解發(fā)酵艙 排氣管;22水解發(fā)酵艙出料管;23甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料管;24甲烷發(fā)酵艙排氣管(接沼氣儲(chǔ)氣 柜);25甲烷發(fā)酵艙出料管;26水解發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤;27水解發(fā)酵艙出料機(jī)械密封 盤;28甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤;29甲烷發(fā)酵艙出料機(jī)械密封盤;30甲烷發(fā)酵艙主螺旋 翼片固定柱;31水解發(fā)酵艙主螺旋翼片固定柱;32水解發(fā)酵艙主螺旋翼片同發(fā)酵艙內(nèi)壁縫 隙;33甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片同發(fā)酵艙內(nèi)壁縫隙。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明,但本發(fā)明并不限于以下是實(shí)施例。以下 實(shí)施例的整體裝置見圖1,各部結(jié)構(gòu)可參見圖2-4。
[0026] 將發(fā)酵生物質(zhì)混合料按比例投入進(jìn)料倉8中,在進(jìn)料攪拌機(jī)7攪拌下使物料均質(zhì), 物料經(jīng)水解進(jìn)料螺旋泵9加壓經(jīng)水解酸化進(jìn)料管道20,進(jìn)入水解發(fā)酵艙中。在此過程中物 料經(jīng)過水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器10,物料被加熱到33 ± 2°C。水解酸化發(fā)酵艙4工作時(shí) 以較慢的速度旋轉(zhuǎn),而水解發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤26不旋轉(zhuǎn),水解發(fā)酵密封轉(zhuǎn)盤26同水解 發(fā)酵艙4之間通過機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)動(dòng)和靜的密封連接。進(jìn)入水解發(fā)酵艙4的物料,在水解發(fā) 酵主螺旋翼片5的推動(dòng)下,和水解發(fā)酵艙橫向翼片6的不斷攪拌下,沿著發(fā)酵艙4的中心軸 方向,向水解發(fā)酵艙出料口方向緩慢推進(jìn),該過程需要5天時(shí)間。在水解發(fā)酵過程中,由于 整個(gè)水解發(fā)酵艙4呈傾斜臥式放置,發(fā)酵過程中產(chǎn)生的發(fā)酵液,將沿著主螺旋翼片5和水解 發(fā)酵艙4內(nèi)壁所設(shè)置的縫隙32流到水解發(fā)酵艙4下部,流至水解發(fā)酵艙4下部的發(fā)酵液, 在呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的水解發(fā)酵主螺旋片5和橫向翼片6的攪拌作用下,完成發(fā)酵液同物料的攪 拌,該過程實(shí)現(xiàn)了物料的均勻接種和水解發(fā)酵過程的攪拌。經(jīng)過5天水解發(fā)酵完成的物料, 被主螺旋翼片5推送至水解發(fā)酵出料管22的位置,該部位水解發(fā)酵艙出料密封盤固定連接 著水解出料管22和水解發(fā)酵排氣管21。運(yùn)行時(shí)水解發(fā)酵艙4轉(zhuǎn)動(dòng),而水解出料密封盤27 不轉(zhuǎn)動(dòng),兩者同進(jìn)料機(jī)械密封方式一樣,通過機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)無泄漏承壓連接。物料沿出料管 離開水解發(fā)酵艙4,進(jìn)入水解出料及物料調(diào)節(jié)倉14,物料在此完成pH調(diào)節(jié),然后經(jīng)甲烷發(fā)酵 艙進(jìn)料螺旋泵15加壓經(jīng)甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料管道23,進(jìn)入甲烷發(fā)酵艙1中。在此過程中物料經(jīng) 過甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料蒸汽加熱換熱器16,物料被加熱到55±2°C。甲烷發(fā)酵艙1工作時(shí)以較 慢的速度旋轉(zhuǎn),而甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤28不旋轉(zhuǎn),甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封轉(zhuǎn)盤28 同甲烷發(fā)酵艙1之間,同樣通過機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)密封連接。進(jìn)入甲烷發(fā)酵艙1的物料,在甲烷 發(fā)酵艙主螺旋翼片2的推動(dòng)下,和甲烷發(fā)酵艙橫向翼片3的不斷攪拌下,沿著甲烷發(fā)酵艙1 的中心軸方向,向甲烷發(fā)酵艙出料口方向緩慢推進(jìn),該過程需要20天時(shí)間。在甲烷發(fā)酵過 程中,由于整個(gè)甲烷發(fā)酵艙1呈傾斜臥式放置,發(fā)酵過程中產(chǎn)生的發(fā)酵液,將沿著主螺旋翼 片2和甲烷發(fā)酵艙1內(nèi)壁所設(shè)置的縫隙33流到甲烷發(fā)酵艙1下部,流至甲烷發(fā)酵艙1下部 的發(fā)酵液,在呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的甲烷發(fā)酵艙主螺旋片2和橫向翼片3的攪拌作用下,完成發(fā)酵液 同物料的攪拌,該過程實(shí)現(xiàn)了物料的均勻接種和甲烷發(fā)酵過程的攪拌。經(jīng)過20天甲烷發(fā)酵 完成的物料,被主螺旋翼片2推送至甲烷發(fā)酵出料管口 25的位置,物料沿出料管25離開甲 烷發(fā)酵艙1,甲烷發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣將經(jīng)甲烷發(fā)酵艙排氣管24進(jìn)入沼氣儲(chǔ)氣柜。甲烷發(fā)酵 艙出料部分密封采用同水解發(fā)酵罐同樣的方式實(shí)施。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 1.艙體
[0029] 制作采用不銹鋼,水解發(fā)酵艙有效容積3. Om3,甲烷發(fā)酵艙有效容積10m3。發(fā)酵艙 與水平面夾角為14°。
[0030] 2.主螺旋翼及附翼片
[0031] 水解發(fā)酵主螺旋翼片螺距200mm,附加橫向小翼片,橫向翼片長(zhǎng)度200mm,水解酸 化反應(yīng)艙僅在最后1/5區(qū)域不加裝橫向小翼片;甲烷發(fā)酵主螺旋翼片螺距400mm,附加橫向 小翼片,橫向翼片長(zhǎng)度400_,甲燒發(fā)酵艙在最后1/3區(qū)域不加裝橫向小翼片。
[0032] 3.發(fā)酵艙體積
[0033] 水解發(fā)酵艙直徑1. 2m、長(zhǎng)度4. Om,整體容積4. 5m3,有效容積3. 2m3。甲烷發(fā)酵艙直 徑1. 6m、長(zhǎng)度8. Om,整體容積16. Om3,有效容積1L 2m3。
[0034] 4.反應(yīng)條件
[0035] 水解酸化發(fā)酵溫度33±2°C ;甲烷發(fā)酵溫度55±2°C ;加熱蒸汽溫度65°C。
[0036] 5.原料
[0037] 原料為含水率為80%城市污水廠脫水污泥70%,附加30%玉米秸桿粉碎(粒徑 5. Omm-15. 0_)加水調(diào)制成含水率為80%。
[0038] 6.裝置能力
[0039] 進(jìn)料量0. 5m3/d、水解發(fā)酵停留時(shí)間5d、甲烷發(fā)酵停留時(shí)間20d。發(fā)酵裝置產(chǎn)氣量 102. 5m3/d。
【權(quán)利要求】
1. 一種大型外驅(qū)動(dòng)整體臥式旋轉(zhuǎn)連續(xù)沼氣干式發(fā)酵裝置,其特征在于,主要包括甲烷 發(fā)酵艙、水解發(fā)酵艙、進(jìn)料倉、水解進(jìn)料螺旋泵、水解進(jìn)料蒸汽加熱換熱器、水解出料及物料 調(diào)節(jié)倉、甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵、甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器; 甲烷發(fā)酵艙、水解發(fā)酵艙均為圓柱型艙體,圓柱艙體內(nèi)固定有主螺旋翼片,主螺旋翼 片是具有寬度的片狀物圍繞圓柱艙體中心軸盤旋而成的螺旋結(jié)構(gòu),在螺旋結(jié)構(gòu)徑向的片狀 物互相平行且基本垂直螺旋結(jié)構(gòu)的中心軸,主螺旋翼片自圓柱艙體的底端一直延伸到圓柱 艙體的頂端,主螺旋翼片與圓柱艙體內(nèi)表面具有縫隙,主螺旋翼片徑向外側(cè)的片狀物通過 分散的螺旋翼片固定柱與圓柱艙體內(nèi)表面固定;在主螺旋翼片上還設(shè)有橫向翼片,橫向翼 片是由一組平行的長(zhǎng)圓桿組成,長(zhǎng)圓桿與主螺旋翼片中心軸平行,長(zhǎng)圓桿之間均有空隙,主 螺旋翼片的內(nèi)徑到外徑之間分布有長(zhǎng)圓桿,在主螺旋翼片的徑面上橫向翼片的長(zhǎng)圓桿為直 線布局或弧線布局,優(yōu)選橫向翼片與主螺旋翼片的半徑之間具有偏離角度,即橫向翼片兩 端的長(zhǎng)圓桿不在主螺旋翼片的同一直徑上,橫向翼片的長(zhǎng)圓桿橫穿并固定在主螺旋翼片的 片狀物上;圓柱艙體自底部到中部某高度的主螺旋翼片上布有橫向翼片,圓柱艙體頂部的 主螺旋翼片上沒有布局橫向翼片;主螺旋翼片的徑面上分布多個(gè)橫向翼片;圓柱艙體的底 部開口由機(jī)械密封盤密封,圓柱艙體相對(duì)機(jī)械密封盤能夠轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)械密封盤密封上設(shè)有進(jìn) 料口;圓柱艙體的頂部開口由出料機(jī)械密封盤密封,出料機(jī)械密封盤上設(shè)有排氣管和出料 管; 進(jìn)料倉(8 )內(nèi)通過攪拌機(jī)(7 )設(shè)有攪拌設(shè)備,進(jìn)料倉(8 )依次經(jīng)由水解進(jìn)料螺旋泵(9 )、 水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10),水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10)經(jīng)過水解發(fā)酵艙 進(jìn)料管(20)與水解發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤(26)的進(jìn)料口連接;水解發(fā)酵艙出料機(jī)械密封 盤(27)的出料管由水解發(fā)酵艙出料管(22)與水解出料及物料調(diào)節(jié)倉(14)連接水解出料 及物料調(diào)節(jié)倉(14)依次與甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵(15)、甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16)連 接,甲烷進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16)由甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料管(23)與甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封 盤(28)的進(jìn)料口連接; 水解發(fā)酵艙、甲烷發(fā)酵艙均傾斜放置,水解發(fā)酵艙、甲烷發(fā)酵艙的排氣管位于出料管的 上方;水解發(fā)酵艙外表面設(shè)有水解發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪(12),水解發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪(12)與 水解發(fā)酵艙低位外驅(qū)動(dòng)裝置(11)和水解發(fā)酵艙高位外驅(qū)動(dòng)裝置(13)配合,能夠驅(qū)動(dòng)水解 發(fā)酵艙旋轉(zhuǎn);甲烷發(fā)酵艙外表面設(shè)有甲烷發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪(18),甲烷發(fā)酵艙外驅(qū)動(dòng)齒輪 (18)與甲烷發(fā)酵艙低位外驅(qū)動(dòng)裝置(17)和甲烷發(fā)酵艙高位外驅(qū)動(dòng)裝置(19)配合,能夠驅(qū) 動(dòng)甲烷發(fā)酵艙旋轉(zhuǎn)。
2. 按照權(quán)利要求1的裝置,其特征在于,水解發(fā)酵艙和甲烷發(fā)酵艙的中心軸線和水平 線的夾角均為5-30°。
3. 按照權(quán)利要求1的裝置,其特征在于,水解發(fā)酵艙和甲烷發(fā)酵艙的內(nèi)壁與主螺旋翼 片之間形成縫隙間隙寬為5-10_。
4. 采用權(quán)利要求1的裝置進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵的方法,其特征在于,包括以下步驟: 將發(fā)酵生物質(zhì)混合料按比例投入進(jìn)料倉(8 )中,在進(jìn)料攪拌機(jī)7攪拌下使物料均質(zhì),物 料經(jīng)水解進(jìn)料螺旋泵(9)加壓和水解酸化進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(10)加熱經(jīng)水解酸化進(jìn)料 管道(20)進(jìn)入水解發(fā)酵艙中,水解發(fā)酵艙(4)工作時(shí)以較慢的速度旋轉(zhuǎn),而水解發(fā)酵艙進(jìn) 料機(jī)械密封盤(26)不旋轉(zhuǎn),水解發(fā)酵密封轉(zhuǎn)盤(26)同水解發(fā)酵艙(4)之間通過機(jī)械密封實(shí) 現(xiàn)動(dòng)和靜的密封連接;進(jìn)入水解發(fā)酵艙(4)的物料,在水解發(fā)酵艙主螺旋翼片(5)的推動(dòng)和 水解發(fā)酵艙橫向翼片(6)的不斷攪拌下,沿著水解發(fā)酵艙(4)的中心軸方向,向水解發(fā)酵艙 出料口方向緩慢推進(jìn);在水解發(fā)酵過程中,由于整個(gè)水解發(fā)酵艙(4)呈傾斜臥式放置,發(fā)酵 過程中產(chǎn)生的發(fā)酵液將沿著水解發(fā)酵艙主螺旋翼片(5)和水解發(fā)酵艙(4)內(nèi)壁所設(shè)置的縫 隙(32)流到水解發(fā)酵艙(4)下部,流至水解發(fā)酵艙(4)下部的發(fā)酵液,在呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的水解 發(fā)酵主螺旋翼片(5)和水解發(fā)酵艙橫向翼片(6)的共同攪拌作用下,完成發(fā)酵液同新進(jìn)物 料的攪拌混合,該過程實(shí)現(xiàn)了物料的均勻接種和水解發(fā)酵過程的攪拌;經(jīng)過水解發(fā)酵完成 的物料,被水解發(fā)酵主螺旋翼片(5)推送至水解發(fā)酵出料管(22)的位置,該部位水解發(fā)酵 艙出料密封盤固定連接著水解發(fā)酵艙出料管(22)和水解發(fā)酵艙排氣管(21);運(yùn)行時(shí)水解發(fā) 酵艙(4 )轉(zhuǎn)動(dòng),而水解發(fā)酵艙出料密封盤(27 )不轉(zhuǎn)動(dòng),兩者同進(jìn)料機(jī)械密封方式一樣,通過 機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)無泄漏承壓連接;物料沿水解發(fā)酵艙出料管(22)離開水解發(fā)酵艙(4),進(jìn)入 水解出料及物料調(diào)節(jié)倉(14),物料在此完成pH調(diào)節(jié),然后經(jīng)甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料螺旋泵(15)加 壓和甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料蒸汽加熱換熱器(16)加熱后由甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料管道(23)進(jìn)入甲烷發(fā) 酵艙(1)中,甲烷發(fā)酵艙(1)工作時(shí)以較慢的速度旋轉(zhuǎn),而甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封盤(28) 不旋轉(zhuǎn),甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料機(jī)械密封轉(zhuǎn)盤(28)同甲烷發(fā)酵艙(1)之間,同樣通過機(jī)械密封實(shí) 現(xiàn)密封連接,進(jìn)入甲烷發(fā)酵艙(1)的物料,在甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片(2)的推動(dòng)和甲烷發(fā)酵 艙橫向翼片(3)的不斷攪拌下,沿著甲烷發(fā)酵艙(1)的中心軸方向,向甲烷發(fā)酵艙出料口方 向緩慢推進(jìn),在甲烷發(fā)酵過程中,由于整個(gè)甲烷發(fā)酵艙(1)呈傾斜臥式放置,發(fā)酵過程中產(chǎn) 生的發(fā)酵液,將沿著甲烷發(fā)酵艙主螺旋翼片(2)和甲烷發(fā)酵艙(1)內(nèi)壁所設(shè)置的縫隙(33) 流到甲烷發(fā)酵艙(1)下部,流至甲烷發(fā)酵艙(1)下部的發(fā)酵液在呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的甲烷發(fā)酵艙 主螺旋片(2)和甲烷發(fā)酵艙橫向翼片(3)的攪共同拌作用下,完成同新進(jìn)物料的攪拌,該過 程實(shí)現(xiàn)了物料的均勻接種和甲烷發(fā)酵過程的攪拌,經(jīng)過甲烷發(fā)酵完成的物料被甲烷發(fā)酵艙 主螺旋片(2)推送至甲烷發(fā)酵出料管(25)的位置,物料沿甲烷發(fā)酵出料管(25)離開甲烷發(fā) 酵艙(1),甲烷發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣將經(jīng)甲烷發(fā)酵艙排氣管(24)進(jìn)入沼氣儲(chǔ)氣柜。甲烷發(fā)酵 艙出料部分密封采用同水解發(fā)酵罐同樣的方式實(shí)施。
5. 按照權(quán)利要求4的方法,其特征在于,在進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵過程中物料經(jīng)過水解酸化進(jìn) 料蒸汽加熱換熱器(10)后,物料被加熱到33±2°C。
6. 按照權(quán)利要求4的方法,其特征在于,水解發(fā)酵停留時(shí)間5天。
7. 按照權(quán)利要求4的方法,其特征在于,物料經(jīng)過甲烷發(fā)酵艙進(jìn)料蒸汽加熱換熱器 (16)后,物料被加熱到55±2°C。
8. 按照權(quán)利要求4的方法,其特征在于,甲烷發(fā)酵停留時(shí)間20天時(shí)。
【文檔編號(hào)】C12M1/16GK104109632SQ201410137257
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)