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钱柜娱乐CN101629139B - 规模化太阳能中温固液联合

  [0001] 本发明涉及一种规模化太阳能中温固液联合厌氧发酵和储气装置,属于可再生能源技术领域。

  [0002] 沼气的应用在我国已有一百多年的历史,沼气发酵技术和装置在国内外均得到了迅猛的发展,但仍存在一定的局限性,尤其是规模化厌氧发酵装置的滞后性。目前常用的几种大中型传统沼气发酵池有:立式圆形水压式沼气池、立式圆形浮罩式沼气池、立式圆形半埋式沼气池、长方形(或方形)发酵池、联合沼气池和上流式污泥床反应器等。这些发酵池虽已在许多地方和领域得到了推广应用,但由于其本身存在的一系列问题,已不能满足当前对厌氧发酵装置的需求。

  [0004] 进出料难:传统的沼气发酵池进出料设备主要是针对低浓度厌氧发酵,包括刮板式、搅拌式和管道式的设备,但这些设备并不适于高浓度发酵原料的输送,高浓度原料在用这些设备输送时,常会造成管道的堵塞。

  [0005] 产气率低:由于传统的沼气发酵池本身的结构不够完善,其池深与发酵表面积之比较大,新发酵原料投入发酵池后,即使通过搅拌,也难以和发酵池内的微生物充分接触, 即有效发酵容积小,对发酵原料利用率低,造成产气率低;同时,由于池温受外界温度影响, 当外界温度低时,尤其在冬天,产气量急剧降低。

  [0006] 有效利用率低:由于传统的沼气发酵池其原料的固型物含量不能超过10%,常规牲畜粪便和农业秸秆都必须兑水稀释才能投料,规模化沼气站日换料10%左右,产出大量的液态肥,沼肥虽是有机农业的最佳速效肥,但毕竟总养分含量低施用量大,又体积大质量重难于运输,限制了沼肥的商品化进程。

  [0007] 气密性能不够理想:就目前常用的沼气发酵而言,由于其结构复杂,沼气池的气密性不过关,存在不同程度的漏气现象,气密性能不够理想。

  [0008] 建造技术难度高:建池技术(主要是气密性工艺)难度高,一般人很难掌握。

  [0009] 因此研制出具有出料方便、产气率高、气密性好、有效发酵容积大、保温效果好、结构简单、造价低、施工方便、连续运行等优点的设备是市场所需。

  [0010] 本发明是一种规模化太阳能固液联合厌氧发酵和储气装置,它为沼气工业化生产提供了高效节能的沼气发酵装备,能实现装备的工厂化制造和标准化安装。本发明中的厌氧发酵装置,利用太阳能技术为沼气的连续高效生产提供温度保证,再加上沼气净化储存鼓的设置,满足了用户对沼气间歇式的需求。本发明装置在生产沼气的同时,也为大中型畜禽养殖场的粪便处理及生活中所排放的有机废水的处理提供了良好的环保设备。

  [0011] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是:中温发酵工艺全封闭运行和稳压储气供气。实现中温发酵工艺的主要技术措施包括:一、太阳能技术的应用,通过太阳能热循环系统的建设将太阳能转化为热能,从而满足中温厌氧发酵对热量的需求;二、在厌氧发酵鼓内安装热传递装置,为发酵物料进行加温;三、对厌氧发酵装置进行保温处理,减少防止热量的损失。四、实现稳压储气供气的主要技术措施为:通过调压系统的安装,保持储气鼓内的储气压力为5kpa,可实现较远距离(半径Ikm左右)沼气的输送;五、解决物料有效利用率低的主要技术措施为:厌氧发酵鼓的出料经固液分离,液体部分进行浓度厌氧发酵,固体部分进行固态好氧发酵制作有机肥。

  [0012] 该发明除具有建设周期短,设备化、标准化程度高,防腐性能优越,外形美观,维护量小而简单,可实现搬迁、扩容及回收利用,土建投资成本低,价格更合理的优点外,还具有以下特征:一、利用太阳能技术实行沼气中温发酵工艺,可解决目前沼气发酵沿用的传统常温厌氧发酵技术存在严重的技术缺陷,即该套装备中的太阳能热循环系统和保温设施能保证沼气厌氧发酵常年稳定进行,且厌氧发酵产物经固液分离后分别处理,使沼气和有机肥料的产出连续稳定,提高了产气速率和原料利用率;二、能满足不同发酵浓度的需求,即当发酵原料的TS含量在4〜15%时,该套设备均能正常运行,各地可根据当地种植业的需求选择合适的发酵浓度;三、该产品可实现有机废物的循环利用、节约利用和先进利用,为湖泊水生植物打捞处置、牲畜养殖污染治理、村落生活污染治理、作物秸秆有效利用提供技术支撑;四、适用于水生植物、农作物秸秆、人畜粪便、村落有机废弃物等资源化利用。

  [0025] 参照图1,高浓度厌氧发酵鼓的主体由两端的封头[1]及中间的罐体[3]组成。为了保持罐内温度,减少热量损失,在罐体及封头上包裹有一定厚度的保温材料,并在保温材料外覆防雨层。为了使发酵鼓不变形,鼓内部用加强筋加固。

  [0026] 参照图1图2图3,在发酵鼓的上部留有一个进料口 [2],在罐体顶部预留了一个人孔[5],可方便检修人员进入鼓内进行维护和修理。在人孔上装有密闭的放空管[6]及出气管[7],放空管用于在通过人孔进入鼓内前放空鼓内的气体,而出气管则是所产生沼气的出口。在鼓的尾部有一排泥/排渣管[8],主要用于排出鼓内底部的一些沉积泥渣。该鼓安放于两个鞍式底座[9]上。[0027] 参照图1图2,经过发酵的有机物料可以从出料口 [2¾排出;在罐体的顶部设有一个平台W],方便检修人员在罐体顶部工作。

  [0028] 参照图2图3,本高浓度厌氧发酵鼓的混勻搅拌系统采用齿轮齿圈传动方式带动中轴滚动,由交流电动机经双极摆线]为一组,焊接在中轴[12] 上,钱柜娱乐共六组,两片叶轮之间的角度为120度;中轴为两根,都由一个传动系统驱动。太阳能热水器加热的热水,经热水进水口 [20]进入鼓内盘管[11],热水在盘管内流动时便起到了加热作用,最后热水再经热水出水口 [18]流出后进入太阳能热水罐中。为了便于控制鼓内的发酵温度,在鼓内沿测温线]安装数个温度传感器。

  [0029] 参照图2,中轴传动系统[14]安装于鼓中部的一个密封室[15]内,中轴穿过密封室的部位以密封件[13]密封;两边的中轴各有两套中轴托架[16]支撑。热水循环泵[19] 用于促进热水在盘管中的流动。

  [0030] 参照图3,在运行过程中可以通过取样管[21]从鼓内取发酵物进行pH值测定,成份分析等。。

  [0031] 参照图4,低浓度厌氧发酵鼓的主体由两端的封头[30]及中间的罐体[25]组成。 为了保持罐内温度,减少热量损失,在罐体及封头上包裹有一定厚度的保温材料,并在保温材料外覆防雨层。溢流管[35]与溢流口连通。

  [0032] 参照图4图5图6,物料可从进料口 [31]进入,经发酵后由出料口 [34]排出,在发酵过程中,如果因出料口堵塞,鼓内物料可从溢流管[23]排出。检修人员可以通过人孔 [27]进入鼓内进行检修,在人孔上装有密闭的放空管[观],用于检修前排空鼓内气体。鼓内所产沼气可以通过出气管[29]排出。排泥/排渣管[32]用于排出鼓内底部沉积泥渣。 该鼓安放于鞍式底座[33]上。

  [0033] 参照图4和图5,疏通口 [24]位于溢流管的上部,平时处于密封状态,在溢流口阻塞时可以打开进行修理。罐体顶部设有平台[26],可以方便鼓上的检修作业。

  [0034] 参照图5和图6,低浓度厌氧发酵鼓内的加热仍然通过盘管[38]实现,热水通过热水进水口 Wl]进入,由热水出水口 W0]流出完成盘管内循环。该厌氧发酵鼓中物料的混勻通过泵循环搅拌方式实现,即杂质泵W2]从底部将物料通过循环管W4]压送至鼓的上部,经两个循环出料口 [36]喷出,以物料从高处落下造成的冲击力混勻物料。在鼓中安装了两个温度传感器[37],以测量鼓内发酵物料的发酵温度。取样管W3]用于从鼓内取出发酵物进行PH值测定,成份分析等。

  [0035] 参照图5,为了使发酵鼓不变形,鼓内部用加强筋[39]加固。

  [0036] 参照图7,沼气净化储存鼓由中部的罐体W7]及两端的封头W8]组成,为了使发酵鼓不变形,鼓的罐体部分用纵横的加强筋[51]加固,而封头由封头骨架[50]加固。沼气储存鼓中的沼气通过出气管W9]流出供使用。在鼓的侧部留有人孔[53],平时处于密封状态,需要进入鼓内时可打开。

  [0037] 参照图7图8,沼气在进入储气鼓之前需经过脱水及脱硫,沼气经进气口 [56]进入先经气水分离器[55]脱水,再进入脱硫塔W5]脱硫,之后由脱硫塔上部的净化出气管W6] 进入储气鼓内部储存。在脱硫塔上留有脱硫剂更换口 B4],在脱硫剂失效后可以通过此口进行更换。储气鼓安放于鞍式底座[52]上。

  [0038] 参照图8,调压系统[58]用于调节储气鼓内沼气的压力,它与脱硫塔共同安装于平台[59]上。调压系统根据沼气的储存量进行调节而保持鼓内压力恒定,保护层[57]用于防止气袋在反复充放气过程中与鼓内壁摩擦而发生损伤。

  [0039] 参照图9,固态好氧发酵转鼓由两端的封头[60]、鼓体W9]及中轴[71]三部分组成。封头直径大于鼓体,罩在筒体外部;中轴穿过两端封头放置于外部的钢制支架上,上面焊接有一定直径的通风管;承重架W6]安装在鼓体中部附近的内壁上,用于支撑鼓体重量;螺旋抄板W3]焊接在鼓内壁,在鼓转动时可将沼渣从进料口 [70] —端送至出料口 [67] 一端;好氧发酵转鼓在处理沼渣过程中可以通过取样孔W8]取鼓内样品分析;链轮 [65]安装在鼓体中部的加强板W4]上,链轮上安装有链条,电机通过链条带动鼓体转动; 在鼓体上还安装有两个轨道[62],轨道与鼓下部固定的轴承对接,能防止鼓体在转动鼓时偏移;鼓顶部留有两个人孔[61],方便人员进入鼓内检修。

  [0040] 参照图10,固态好氧发酵转鼓的承重架由加强骨架[72]、导轮[74]和槽钢架[75] 组成,3个槽钢架间隔120°角焊接于鼓体的壁板[73]内部,钱柜娱乐,另一端各安装有一个导轮;槽钢架间有加强骨架相连,以增加承重架的承重能力,鼓体在转动时导轮会绕中轴[71]做圆周运动。

  [0042] 实例1 :云南省洱源县年处理3500吨厩肥太阳能中温沼气站建设

  [0043] 牲畜粪便的资源化循环利用是洱海流域点面源污染治理的优选领域,因此在洱源县洱海流域奶牛养殖业最为发达、养殖区较为集中的乡(镇)实施项目建设。该项目设计年处置235头牛或913头猪产生的3500吨厩肥,每年产沼气7. 1万方,保障100〜200户管道燃气用户生活用气,并年产液体有机肥1700吨,固体有机肥680吨。

  [0044] 1、项目的技术结构选用太阳能中温固液联合沼气发酵技术,技术体系由九部分组成:原料粉碎和调配系统;太阳能热交换系统;高浓度中温厌氧发酵系统;低浓度中温厌氧发酵系统,沼渣好氧发酵堆肥系统;沼液调配有机肥系统;沼渣精制有机肥系统;沼气净化和存储系统;沼气调压和输送系统。

  [0045] 2、工艺流程厩肥经过粉碎调配后先进行自然厌氧酸化再进入高浓度厌氧发酵鼓发酵生产沼气,后进行固液分离,液体部分进入低浓度厌氧发酵生产沼气,固体部分进行固态好氧发酵处理。高浓度、低浓度厌氧发酵产生的沼气脱硫脱水后存储于沼气净化存储鼓中,通过燃气管道送至附近村民家庭,作为生活燃料使用;固态好氧发酵后的固体肥再经干燥和后熟,制作成固态有机肥,低浓度厌氧发酵后的沼液调配分装成液态有机肥。(图11)。

  [0046] 3、核心技术(1)高浓度中温厌氧发酵技术;(¾固体厌氧-液体厌氧-好氧发酵集成技术;C3)太阳能中温固液联合发酵沼气站装备总成技术。

  [0048] 5、产品方案该项目建成投产后可获得以下产品:(1)沼气——管道沼气,直接供应沼气站附近村民小组使用。(¾沼液——桶装液体有机肥,规格25kg/桶,包装桶回收,重复使用。(¾沼S——精制固体有机肥,规格50kg/袋,编织袋包装。

  [0049] 6、装备选择主体装备选择高浓度厌氧发酵鼓、低浓度厌氧发酵鼓、固态好氧发酵转鼓、沼气净化存储鼓和太阳能热循环系统。附属装备主要包括料仓、粉碎机、输送带、料斗、螺杆泵、固液分离器及燃气管道等。

  [0051] (1)高浓度厌氧发酵鼓:直径:3m,长度15m,钢板焊制,体积106m3,外被5cm保温层。 有效容积比85%,发酵周期10〜15天,日换料6〜9%,发酵TS为8〜15%,容积产气率 1. 2〜1. 5m3气/m3,发酵温度35士2°C,搅拌系统转速5转/分钟。

  [0052] (2)低浓度厌氧发酵鼓:直径3m,长度15m,钢板焊制,体积106m3,外被5cm保温层。 有效容积比85%,发酵周期6〜10天,日换料8〜15%,发酵TS为4〜8%,容积产气率 0. 8〜1. 2m3气/m3,发酵温度35士2°C。采用一台口径80mm、流量每小时40立方米、扬程25 米的杂质泵实现鼓内部泵循环搅拌。

  [0053] (3)沼气净化储存鼓:直径3m,长度15m,体积106m3,钢板焊制,安装有TS-250脱硫塔、BC-300沼气凝水器、AF-80干式阻火器、LMN-25沼气流量计等设备。储气压力3〜 5kpa,沼气甲烷含量不低于45 %,燃值不低于4200kCal/m3。

  [0054] (4)固态好氧发酵转鼓:直径3m,长度15m,体积106m3。采用齿轮齿圈传动方式带动滚筒滚动,由交流电动机经双极摆线〜40%,间断旋转,每日4次,每次1小时,转速5转/分钟。

  [0055] (5)太阳能热循环系统:发酵鼓外热水为温差自主动力推动循环,发酵鼓内采用强制循环方式;设有200m2太阳能线、装备制造主体装备在工厂内按照国家标准和规范完成制造和质量检验,高、低浓度厌氧发酵鼓、固态好氧发酵转鼓,沼气净化储气鼓等(含部件)运送到项目地进行安装。

  [0057] 9、工程建设沼气站建设面积2亩(1333m2),在土建工程完成后即可实施安装工程。 主体装备运送到项目地进行安装,送气管道和太阳能现场制安,送气管道为4000m。安装完成后对各部分装备进行调试;并对各种仪表进行校正。

  [0058] 10、供气运行沼气站建设完成后即可启动运行,处理厩肥并生产沼气。

  [0060] 农村面源污染是江川星云湖水体富营养化的主要原因。因此,本着资源循环和节约的原则,将李忠村农户养殖畜禽粪便及生活污水收集进入沼气站,养殖粪便进行高浓度厌氧发酵转化为能源(沼气)和肥料

  [0061](固、液体有机肥),生活污水进行低浓度厌氧发酵产生沼气、并经过好氧曝气、生物过滤净化后达标排放。高浓度厌氧发酵所产的沼肥还可进行固液分离,液体部分进行低浓度厌氧发酵生产沼气,固体部分进入固态好氧发酵鼓处理生产有机肥。经整个过程实现资源化循环利用的同时避免养分流失污染水体,并配套集中供气系统和沼肥调配系统,为农户提供管道燃气和有机肥料。该沼气站可年处理牲畜粪便4635. 5吨,废水2. 48万吨;年产沼气8. 21万方,液体有机肥2143. 04吨,固态有机肥812. 16吨,排放水质到国家环保总局颁布的养殖业污水处理排放标准。

  [0062] 高浓度、低浓度厌氧发酵产生的沼气脱硫脱水后存储于沼气净化存储鼓中,通过燃气管道送至附近村民家庭,作为生活燃料使用;固态好氧发酵后的固体肥再经干燥和后熟,制作成固态有机肥,低浓度厌氧发酵后的沼液调配分装成液态有机肥,(图11)。

  [0063] 1、项目的技术结构项目选用太阳能中温固液联合沼气发酵技术,技术体系由八部分组成:原料粉碎和调配系统;太阳能热循环系统;高浓度中温厌氧发酵系统;沼液调配有机肥系统;沼渣精制有机肥系统;沼气净化和存储系统;沼气调压和输送系统。由IOOm3高浓度厌氧发酵鼓、IOOm3低浓度厌氧发酵鼓、30m3热水罐、IOOm3沼气净化存储鼓、400m2太阳能板和406户集中供气管道用户组成。

  [0064] 2、工艺流程将养殖户养殖过程中产生的粪便收集后运送沼气站作为发酵原料。厩肥经过调配后先进行自然厌氧酸化再进入高浓度厌氧发酵鼓发酵生产沼气,后进行固液分离,液体部分进入低浓度厌氧发酵生产沼气,固体部分进行固态好氧堆肥(10天),制作成固态有机肥。

  [0065] 在村落原有两条排水沟渠末端埋设水泥管把污水收集汇入沼气站污水收集池, 沿途每100米设置一个沉砂井,进入污水收集池后由泵提升至低浓度厌氧发酵鼓,进行厌氧发酵生产沼气,经好氧曝气处理后流入产区四周生态沟渠(宽度1米、深度0. 5米,共 300m2),生态沟渠分为四段,依次为好氧处理、粗填料过滤、微生物浮球净化处理、浮水植物净化处理,净化后到达标排放。高、低浓度厌氧发酵产生的沼气脱硫、脱水后存储于储气罐, 通过燃气管道送至附近村民家庭,作为生活燃料使用。

  [0067] 4、项目原料厩肥、污水、农作物废弃秸秆(备用)、调理剂(尿素)

  [0069] 6、装备选择主体装备选择高浓度厌氧发酵鼓、低浓度厌氧发酵鼓、沼气净化存储鼓和太阳能热循环系统。附属装备主要包括料仓、粉碎机、输送带、料斗、螺杆泵、固液分离器及燃气管道等。

  [0074] (4)太阳能热循环系统:集热板共有400m2,每块集热板为2m2,12〜17块并联后再串联方式安装,热水在发酵鼓内、外部均采用强制循环方式,配置30m3热水罐,设计温度 50 士 2°C。

  [0075] 8、装备制造主体装备在工厂内按照国家标准和规范完成制造和质量检验,高、低浓度厌氧发酵鼓、沼气净化储气鼓等(含部件)运送到项目地进行安装。

  [0076] 9、工程建设沼气站建设面积3亩,在完成了原料预处理系统、太阳能调温系统、高浓度厌氧发酵系统、低浓度厌氧发酵系统、沼气存储净化系统、污水净化系统及其辅助设备和设施的土建工程后便可进行装备安装。主体装备运送到项目地进行安装,送气管道和太阳能现场制安。

  [0077] 目前,基于本发明技术,已经在云南省建成了十座沼气站,通过沼气这个纽带,把养殖业生产中的食物链与生物加工链有机地结合起来,多层次循环利用有机物资源,把养殖业、种植业和加工业各项生产中的能量转换和物质循环有机结合起来,提高了能源和资源的利用率,使畜禽与饲料、燃料与粪便、作物与肥料在微生物作用下,形成协调、转化、再生、增殖的良性循环,从而建立起以沼气为纽带的良性生态循环,为云南省畜禽养殖基地的污染物处理与沼气工程建设树立一个良好的榜样。

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