專利名稱：一種生物質厭氧發酵攪拌與加熱方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物質厭氧發酵技術領域，特別涉及一種生物質厭氧發酵攪拌與加熱方法及其系統。
背景技術：
生物質是一種資源豐富的可再生能源，在全球范圍內越來越重視新能源與可再生能源開發和利用的情況下，各國政府加大了對生物質能源化和資源化利用技術的投入力度，加快了生物質能源化與資源化的商業化應用范圍和速度。在生物質的能源化與資源化利用技術中，有高溫的生物質燃燒、熱解和氣化等能源化與資源化技術。生物質的燃燒可以進行發電、供熱、熱電聯產；生物質的熱解產生的可燃氣體可以進行能源化與資源化利用；生物質氣化產生的可燃氣體也可以進行能源化與資
源化利用。在生物質燃燒、熱解和氣化的能源化與資源化利用過程中，會排放出固體污染物和氣體污染物。與上述生物質的高溫能源化與資源化利用技術相比，生物質厭氧發酵制備沼氣技術，可減少固體和氣體污染物的排放，提高生物質的資源化利用率。因此，生物質厭氧發酵技術在發達國家近年來得到快速商業化推廣應用，逐漸成為生物質能源化與資源化的主流技術。生物質厭氧發酵制備沼氣的原料可以是農作物秸桿、人畜糞便、城市污泥等。生物質厭氧發酵制備沼氣經歷水解、酸化、醋酸化和甲烷化等四個階段，上述四個階段均要求在厭氧條件下完成。生物質厭氧發酵的產品有沼氣(沼氣有關組分的體積濃度=CH4 :50-65%,CO2 :25-45%,在 20-40 °C 時 H2O :2_7%，N2 < 2%, O2 < 2%, H2 < 2%。，H2S :20-20000ppm)、沼液和沼渣。沼氣可以用作燃料進行能源化利用，也可以濃縮后送入供氣管網進行資源化應用；沼液可以作為液體肥料還田；沼渣可以進一步進行發酵制成固體有機肥料。生物質厭氧發酵制備沼氣技術的上述特點，促進了該技術的大規模商業化應用。國際上根據發酵溫度的不同，生物質厭氧發酵可以分為常溫發酵(發酵溫度小于25°C)、中溫發酵(發酵溫度35-42°C)和高溫發酵(發酵溫度50-65°C)三種；根據發酵原料中固體物料的質量濃度(含固率)的不同，生物質厭氧發酵可分為濕式發酵(含固率小于13%)、半干式發酵(含固率15-20%)和干式發酵(含固率大于20%)。國內外已投運的大型商業化厭氧發酵制備沼氣的系統多為中溫發酵和高溫發酵。干式厭氧發酵與濕式厭氧發酵相比，具有容積產氣率高和沼液產量少的顯著優點。近年來，國內外加大了生物質干式厭氧發酵技術的研發力度，促進了生物質干式厭氧發酵技術的商業化應用進程。不論濕式生物質厭氧發酵，還是干式生物質厭氧發酵，發酵原料的種類、原料的含固率、發酵溫度、原料攪拌、pH、菌種等因素都是影響其產氣率的主要因素，也直接影響厭氧發酵系統運行的可靠性與經濟性。當厭氧發酵的原料種類和含固率保持不變時，發酵溫度和攪拌方式成為影響厭氧發酵系統經濟運行的最重要因素。在中溫和高溫厭氧發酵系統中，厭氧發酵過程中發酵原料的有機物降解所產生的熱量，一般不足以維持厭氧發酵所需的溫度，需要對發酵原料進行加熱。為了提高厭氧發酵的容積產氣率，需要對發酵原料進行攪拌，強化發酵原料的傳質過程，提高生化反應速率。因此，對發酵原料進行合理和有效地攪拌與加熱，是保證生物質厭氧發酵系統穩定與經濟運行的重要技術手段。常見的發酵原料的攪拌方式有機械攪拌、氣體攪拌、液體攪拌、氣液兩相攪拌不同方式。發酵原料加熱所需的熱量，可來自厭氧發酵系統外部或厭氧發酵系統內部。在大多數商業化生物質厭氧發酵系統中，加熱發酵原料的熱量一般都來自厭氧發酵系統內部。當生物質厭氧發酵系統在啟動階段時，發酵系統不產沼氣，加熱發酵原料所需的熱量來自蒸汽鍋爐或熱水鍋爐，蒸汽鍋爐或熱水鍋爐的燃料可以是燃油，也可以是燃氣或固體燃料。當生物質厭氧發酵正常運行時，發酵系統會產生大量的沼氣。沼氣常作為內燃機發電機組的燃料進行能源化利用，內燃機發電機組的余熱用于加熱發酵原料的熱源，加熱方式常用管式換熱器對發酵原料進行加熱。如果內燃機發電機組的余熱不能滿足加熱發酵物料的需要時，需要蒸汽鍋爐或熱水鍋爐補充所需的熱量，蒸汽鍋爐或熱水鍋爐的燃料常采用厭氧發酵系統產生的沼氣。為了簡化發酵原料的加熱系統，蒸汽鍋爐或熱水鍋爐常采用燃氣鍋爐，使厭氧發酵系統在啟動和正常運行工況時，蒸汽鍋爐或熱水鍋爐都采用氣體燃料。在實際工程應用中，有內燃機發電機組和生物質鍋爐組成的發酵原料加熱系統；也有內燃機發電機組和燃油鍋爐組成的發酵原料加熱系統。不論上述哪種厭氧發酵原料的加熱系統，加熱 原料的熱量均來自燃料的燃燒過程。在內燃機燃燒過程中，以發酵過程產生的沼氣為燃料，過量空氣系數約I. 05-1. 10 ;在蒸汽鍋爐或熱水鍋爐的燃燒過程中，無論采用氣體、液體和固體燃料，過量空氣系統也都大于1，這說明，內燃機和鍋爐中的燃燒過程都會排放大量的NOx0如果能有效減少蒸汽鍋爐或熱水鍋爐的NOx排放，可提高生物質厭氧發酵系統原料加熱過程的環境友好性。因此，在滿足生物質厭氧發酵系統加熱和攪拌要求的同時，減少NOx排放，具有重要的實用意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是減少蒸汽鍋爐或熱水鍋爐的NOx排放，提高生物質厭氧發酵系統原料加熱過程的環境友好性。為解決現有技術中的技術問題，本發明提供了一種生物質厭氧發酵攪拌與加熱方法及其系統。一方面，提供了一種生物質厭氧發酵攪拌與加熱方法，所述方法包括將空氣中的氧氣分離出，并對燃料進行富氧燃燒；通過富氧燃燒產生的熱量加熱給水；將厭氧發酵罐所產生沼氣中的至少一種氣體與加熱給水混合，并對生物質發酵罐進行氣液兩相攪拌。所述的燃料為油然料，所述油燃料經霧化后與分離出的氧氣混合進行富氧燃燒。所述方法還包括將厭氧發酵罐所產生的沼氣進行膜分離得到甲烷燃料和二氧化碳氣體；生物質厭氧發酵罐啟動時，油燃料與分離出的氧氣混合進行富氧燃燒，并加熱給水；生物質厭氧發酵罐正常運行時，將所分離出的甲烷燃料與分離出的氧氣混合后進行富氧燃燒，并加熱給水；分離出的二氧化碳氣體與加熱后的給水混合后對生物質發酵罐進行氣液兩相攪拌。
厭氧發酵罐所產生的沼氣經膜分離后得到甲烷的體積濃度大于86%，空氣經膜分離后分離出氧氣的容積濃度大于75%。另一方面，提供了一種生物質厭氧發酵攪拌與加熱系統，一種生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，包括發酵罐、加熱裝置和氣液兩相射流裝置，所述氣液兩相射流裝置設置于所述發酵罐內，所述加熱裝置用于給所述發酵罐中的介質進行加熱，所述系統還包括氣體分離裝置，用于將空氣中的氧氣進行分離；所述氣體分離裝置與所述加熱裝置連接，所分離出的氧氣經管路與所述加熱裝置中的燃料混合進行富氧燃燒，所產生的熱量供給所述加熱裝置中的給水；所述氣液兩相射流裝置分別接收所述加熱裝置中的給水及所述發酵罐中所產生沼氣中的至少一種氣體，用于對所述發酵罐中的介質進行氣液兩相射流攪拌。所述加熱裝置包括熱水鍋爐、油罐和油燃燒器，所述油罐通過油泵與所述油燃燒 器的進油口連接，所述氣體分離裝置的所分離出的氧氣通過第一風機與所述油燃燒器的進氣口連接，通過所述油燃燒器的燃燒為所述熱水鍋爐提供熱源。所述氣體分離裝置包括第一壓氣機、第一膜分離器和氧氣儲罐，所述第一膜分離器的進氣口與所述第一壓氣機的出氣口連接，所述第一膜分離器的氧氣分離出口與所述氧氣儲罐連接；所述第一壓氣機吸收空氣并通過所述第一膜分離器分離出氧氣，并排入所述氧氣儲罐中，所述氧氣儲罐的出氣口通過第一風機與所述油燃燒器的進氣口連接。所述氣體分離裝置還包括第二壓氣機、第二膜分離器和甲烷儲罐，所述第二壓氣機的進氣口與所述發酵罐上部的儲氣室連接，所述第二壓氣機的出氣口與所述第二膜分離器的進氣口連接，所述第二膜分離器用于將所述發酵罐中的沼氣分離出甲烷燃料和二氧化碳氣體，所分離出的甲烷燃料儲存于所述甲烷儲罐中；所述加熱裝置中還設有氣體燃燒器，所述甲烷儲罐和氧氣儲罐分別與所述氣體燃燒器的進氣口連接，用于對所分離出的甲烷燃料進行富氧燃燒，為所述熱水鍋爐提供熱源。當發酵罐工作正常時，可以僅依靠對甲烷燃料進行富氧燃燒即可實現對發酵罐內介質的加熱。所述氣體分離裝置中還設有與所述第二膜分離器的二氧化碳分離出口相連接的二氧化碳儲罐，所述二氧化碳儲罐通過第三風機與所述氣液兩相射流裝置連接，所述氣液兩相射流裝置分別接收二氧化碳氣體及加熱后的給水，對所述發酵罐中的介質進行氣液兩相攪拌。通過對二氧化碳和加熱后的給水對發酵罐中的介質進行氣液兩相攪拌，實現發酵罐內介質間熱量的快速傳導。所述氣液兩相射流裝置包括噴嘴、噴嘴支桿、擺動電機及移位機構；所述噴嘴支桿沿所述發酵罐的高度方向設置于所述發酵罐的內壁上，其上設有移位導槽；所述噴嘴的一端設置于所述移位導槽中，且與所述噴嘴支桿間形成滑動配合連接，所述噴嘴上設有與所述熱水鍋爐的蒸汽出口相連接的蒸汽入口，靠近所述噴嘴的出口端設有與所述第三風機的出風口相連接的氣體入口；所述擺動電機與所述噴嘴支桿連接，用于驅動所述噴嘴支桿按一定角度作周期性擺動；所述移位機構與所述噴嘴連接，用于驅動所述噴嘴沿所述移位導槽作上下周期性移動。所述移位機構包括驅動電機、鋼絲繩和纏繞裝置，所述纏繞裝置與所述噴嘴支桿相對固定連接，所述驅動電機用于驅動所述纏繞裝置旋轉；所述鋼絲繩纏繞于所述纏繞裝置上，其一端與所述噴嘴固定連接，通過所述驅動電機帶動所述纏繞裝置正反旋轉，實現所述噴嘴的上下移動。本發明提供的技術方案帶來的有益效果是I)本發明利用膜分離器對空氣進行分離，分離出氧氣和二氧化碳氣體，其中所分離出的氧氣存儲于氧氣儲罐，所分離出的二氧化碳氣體被排出，通過對加熱裝置的燃料進行富氧燃燒，可減少NOx污染排放。2)本發明進一步對厭氧發酵罐內產生的沼氣進行物理分離，產生CH4體積濃度超過86%的可燃氣體和富CO2氣體，分別用于富氧燃燒的燃料和氣液兩相射流的氣源，實現厭氧發酵系統利用自產氣體對發酵原料進行同時攪拌和加熱，并維持發酵罐內厭氧氣氛的目·的，同時，使熱水鍋爐燃燒容積熱負荷提高50%以上，減少NOx污染排放85%以上。3)本發明通過可移動氣液兩相射流可以實現厭氧發酵罐內不同位置的發酵原料的攪拌和加熱，強化了發酵原料內部的傳熱和傳質，可使厭氧發酵罐的容積產氣率增加8%以上，且具有維護、檢修方便的特點；4)在厭氧發酵罐產氣和不產氣的工況下，均可同時實現發酵原料的攪拌和加熱，也可以實現厭氧發酵罐內發酵原料的單獨攪拌或加熱，降低了厭氧發酵系統的能耗，提高了厭氧發酵系統運行的經濟性。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發明所提供的生物質厭氧發酵罐移動式氣液兩相射流攪拌與加熱系統示意圖。圖2是圖I中的氣液兩相射流裝置結構示意圖；圖3是圖2中的噴嘴支桿結構圖；圖4是圖2中的噴嘴結構剖視圖。圖中I-第一壓氣機；2_第一膜分離器；3_第二膜分離器；4_ 二氧化碳儲罐；5_第三風機；6_第二壓氣機；7_閥門；8_閥門；9_甲烷儲罐；10-第二風機；11-氧氣儲罐；12_第一風機；13-導向套；14-噴嘴支桿，141-移位導槽；15a-擺動電機，15b-驅動電機；16-噴嘴，161-蒸汽入口，162-氣體入口 ； 17-儲氣室；18-發酵罐；19-氣體燃燒器；20_熱水鍋爐；21-油燃燒器；22_閥門；23_給水泵；24_油泵；25_水箱；26_油罐；27、28_閥門；29_支架；30-纏繞裝置；31-鋼絲繩。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。本發明提供了一種生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱方法，其具體方法如下將空氣中的氧氣分離出，并對燃料進行富氧燃燒；通過富氧燃燒產生的熱量加熱給水；將厭氧發酵罐18所產生沼氣中的至少一種氣體與加熱給水混合,并對生物質發酵罐18進行氣液兩相攪拌。其中的燃料為油然料，油燃料經霧化后與從空氣中分離出的氧氣混合進行富氧燃燒，當生物質厭氧發酵罐18處于啟動時，發酵罐18上面的儲氣室17沒有產生沼氣或產生的沼氣不足，油燃料與分離出的氧氣混合進行富氧燃燒來加熱給水，也可用于厭氧發酵罐18的正常運行過程中。再優選的方案是在生物質厭氧發酵罐正常運行時，將發酵罐中所產生的沼氣進行 膜分離，分別得到甲烷燃料和二氧化碳氣體；將所分離出的甲烷燃料與分離出的氧氣混合后進行富氧燃燒，并加熱給水；分離出的二氧化碳氣體與加熱后的給水混合后對生物質發酵罐進行氣液兩相攪拌與加熱。這里的厭氧發酵罐所產生的沼氣經膜分離后得到甲烷的體積濃度優選大于86%，空氣經膜分離后分離出氧氣的容積濃度優選大于75%。如圖I和圖2所示，本發明還提供了一種生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，包括發酵罐18、加熱裝置、氣液兩相射流裝置和氣體分離裝置，氣液兩相射流裝置設置于發酵罐18內，加熱裝置用于給發酵罐18中的介質進行加熱，氣體分離裝置用于將空氣中的氧氣進行分離；氣體分離裝置與加熱裝置連接，所分離出的氧氣經管路與加熱裝置中的燃料混合進行富氧燃燒，所產生的熱量供給加熱裝置中的給水；氣液兩相射流裝置分別接收加熱裝置的給水及發酵罐18中所產生沼氣中的至少一種氣體，用于對發酵罐18中的介質進行氣液兩相攪拌與加熱。其中的加熱裝置包括熱水鍋爐20、油罐26和油燃燒器21，油罐26通過油泵24與油燃燒器21的進油口連接，氣體分離裝置的所分離出的氧氣通過第一風機12與油燃燒器21的進氣口連接；油燃燒器21用于給熱水鍋爐20提供熱源。其中的氣體分離裝置包括第一壓氣機I、第一膜分離器2和氧氣儲罐11，第一膜分離器2的進氣口與第一壓氣機I的出氣口連接，第一膜分離器2的氧氣分離出口與氧氣儲罐11連接，氧氣儲罐11通過第一風機12與油燃燒器21的進氣口連接，主要用于發酵罐18的啟動。氣體分離裝置還包括第二壓氣機6、第二膜分離器3和甲烷儲罐9，第二壓氣機6的進氣口與發酵罐18上部的儲氣室17連接，第二壓氣機6的出氣口與第二膜分離器3的進氣口連接，第二膜分離器3用于將發酵罐18中的沼氣分離出甲烷燃料和二氧化碳氣體，所分離出的甲烷燃料儲存于甲烷儲罐9中；加熱裝置中還設有氣體燃燒器19，甲烷儲罐9和氧氣儲罐11分別與氣體燃燒器19的進氣口連接，用于對所分離出的甲烷燃料進行富氧燃燒，為熱水鍋爐20提供熱源；同時在氣體分離裝置中還設有與第二膜分離器3的二氧化碳分離出口相連接的二氧化碳儲罐4，二氧化碳儲罐4通過第三風機5與氣液兩相射流裝置連接，氣液兩相射流裝置分別接收二氧化碳氣體及加熱后的給水，對發酵罐18中的介質進行氣液兩相攪拌，主要用于發酵罐18啟動后的正常工作狀態下。
其中的氣液兩相射流裝置如圖2所示，包括噴嘴16、噴嘴支桿14、擺動電機15a及移位機構，噴嘴支桿14沿發酵罐18的高度方向設置于發酵罐18的內壁上，噴嘴支桿14上設有移位導槽141，如圖3所示，噴嘴16的一端設置于移位導槽141中，且與噴嘴支桿14間形成滑動配合連接；擺動電機15a與噴嘴支桿14連接，用于驅動噴嘴支桿14按一定角度作周期性擺動，噴嘴支桿的上端設置一導向套13，導向套13與噴嘴支桿14相對旋轉連接，導向套13與發酵罐18內壁相對固定連接；移位機構與噴嘴16連接，用于驅動噴嘴16沿移位導槽141作上下周期性移動。噴嘴16結構如圖4所示，噴嘴16上設有與熱水鍋爐20的蒸汽出口相連接的蒸汽入口 161，靠近噴嘴16的出口端設有與第三風機5的出風口相連接的氣體入口 162。其中的移位機構包括驅動電機15b、鋼絲繩31和纏繞裝置30，纏繞裝置30與噴嘴支桿14通過支架29相對固定連接，驅動電機15b用于驅動纏繞裝置30旋轉，鋼絲繩31纏 繞于纏繞裝置30上，鋼絲繩31的一端與噴嘴16固定連接，通過驅動電機15b帶動纏繞裝置30正反旋轉，實現噴嘴16的上下移動。當然這里的移位機構也可以為絲杠驅動結構或其他結構。實施例I附圖I是實施例I的系統示意圖。在實施例I中，厭氧發酵系統正常運行，厭氧發酵罐18內產生的沼氣儲存在位于發酵罐頂部的儲氣室17內，沼氣經閥門7 (此時閥門8關閉)進入壓氣機6進行壓縮，壓縮后的沼氣送入第二膜分離器3進行物理分離，將沼氣分離成CH4體積濃度超過86%的可燃氣體和富CO2氣體。含CH4體積濃度超過86%的可燃氣體儲存在甲烷儲罐9中，富CO2氣體儲存于二氧化碳儲罐4中。空氣經第一壓氣機I和第一膜分離器2分離成O2容積濃度超過75%的富氧和富N2氣體，富氧儲存在氧氣儲罐11中，富N2氣體排入大氣。氧氣儲罐11中的富氧經第一風機12進入氣體燃燒器19 (閥門28開啟，閥門27關閉)與經第二風機10輸送的甲烷儲罐9的CH4體積濃度超過86%的可燃氣體混合，進行富氧燃燒。在熱水鍋爐20中，富氧燃燒產生的熱量加熱給水。來自水箱25中的給水由給水泵23送入熱水鍋爐20(閥門22關閉)，經化學處理的鍋爐補水送入水箱25。熱水鍋爐20產生的熱水送入噴嘴16，熱水在噴嘴16中的加速形成局部負壓，將來自二氧化碳儲罐4中的富CO2由第三風機5送入的富CO2氣體吸入，形成氣液兩相射流，氣液兩相射流的噴嘴16設置在沿發酵罐18高度方向安裝于噴嘴支桿14的移位導槽141中，由驅動電機15b驅動纏繞裝置30旋轉，并通過鋼絲繩31帶動噴嘴16沿發酵罐高度方向自由移動，相應的限位機構限定噴嘴16的垂直移動距離；同時，噴嘴16出口的兩相射流與發酵罐18內壁形成一定的角度，通過擺動電機15b驅動噴嘴支桿14按一定角度擺動，從而實現噴嘴噴射角度的變換。本發明可沿發酵罐18內壁布置多個氣液兩相射流噴嘴16，可以強化發酵原料的攪拌與加熱，控制氣液兩相射流的出口速度和出口壓力，可以改變氣液兩相射流的剛性，提高發酵原料的攪拌強度和加熱速率。對發酵系統產生的沼氣和空氣分別進行物理分離，得到高CH4濃度的可燃氣體和富氧，二者在熱水鍋爐中進行富氧燃燒，降低NOx的排放，同時利用富CO2氣體作為氣液兩相射流的氣源，與熱水鍋爐20產生的熱水形成氣液兩相射流，氣液兩相射流設計成可移動的，強化了發酵原料內部的傳熱與傳質，提高了對發酵原料的攪拌強度和加熱速率，可使發酵罐的容積產氣率提高8%以上。利用發酵系統自產的沼氣作為燃料和射流氣源，有利于保持發酵罐內的厭氧氛圍，提高了沼氣的能源化與資源化利用率，并實現了大幅度減少NOx排放的目的，提高了生物質厭氧發酵系統的經濟性和環境友好性。實施例2附圖I也是實施例2的系統示意圖。在實施例2中，若厭氧發酵系統處于啟動階段，發酵罐18內沒有沼氣產生，儲氣室17內的氣體經閥門8 (此時閥門7關閉)進入二氧化碳儲罐4。空氣經第一壓氣機I和第一膜分離器2分離成O2容積濃度超過75%的富氧和富N2氣體，富氧儲存在氧氣儲罐11中，富N2氣體排入大氣。氧氣儲罐11中的富氧經第一風機12進入油燃燒器21(閥門27開啟，閥門28關閉)，來自油罐26的燃油經油泵24進入油燃燒器21并進行霧化，完成富氧燃燒。在熱水鍋爐20中，富氧燃燒產生的熱量加熱給水，來自水箱25的給水由給水泵23送入熱 水鍋爐20 (閥門22關閉)，經化學處理的鍋爐補水供入水箱25，熱水鍋爐20產生的熱水送入噴嘴16，熱水在噴嘴16中加速形成局部負壓，將儲氣罐4中的氣體經第三風機5吸入噴嘴16，形成氣液兩相射流，氣液兩相射流子系統的運行狀況與實施例I相同。即在發酵罐啟動階段，本發明滿足發酵原料攪拌和加熱要求的同時，促進了儲氣室17內厭氧氛圍的形成。此外，油的富氧燃燒也可大幅度減少NOx的排放。綜上所述，實施例I和實施例2說明本發明可以在發酵罐正常運行階段或啟動階段，均可實現發酵原料的攪拌和加熱，并有利于發酵罐內厭氧氛圍的形成和保持，并可大幅度減少NOx的排放，具有顯著的經濟效益和社會效益。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱方法，其特征在于，所述方法包括 將空氣中的氧氣分離出，并對燃料進行富氧燃燒；通過富氧燃燒產生的熱量加熱給水；將厭氧發酵罐所產生沼氣中的至少一種氣體與加熱給水混合，并對生物質發酵罐進行氣液兩相攪拌。
2.根據權利要求I所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱方法，其特征在于 所述的燃料為油然料，所述油燃料經霧化后與分離出的氧氣混合進行富氧燃燒。
3.根據權利要求2所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱方法，其特征在于所述方法還包括將厭氧發酵罐所產生的沼氣進行膜分離得到甲烷燃料和二氧化碳氣體； 生物質厭氧發酵罐啟動時，油燃料與分離出的氧氣混合進行富氧燃燒，并加熱給水； 生物質厭氧發酵罐正常運行時，將所分離出的甲烷燃料與分離出的氧氣混合后進行富氧燃燒，并加熱給水；分離出的二氧化碳氣體與加熱后的給水混合后對生物質發酵罐進行氣液兩相攪拌。
4.根據權利要求1-3任一所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱方法，其特征在于 厭氧發酵罐所產生的沼氣經膜分離后得到甲烷的體積濃度大于86%，空氣經膜分離后分離出氧氣的容積濃度大于75%。
5.一種生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，包括發酵罐(18)、加熱裝置和氣液兩相射流裝置，所述氣液兩相射流裝置設置于所述發酵罐內，所述加熱裝置用于給所述發酵罐中的介質進行加熱，其特征在于 所述系統還包括氣體分離裝置，用于將空氣中的氧氣進行分離；所述氣體分離裝置與所述加熱裝置連接，所分離出的氧氣經管路與所述加熱裝置中的燃料混合進行富氧燃燒，所產生的熱量供給所述加熱裝置中的給水； 所述氣液兩相射流裝置分別接收所述加熱裝置中的給水及所述發酵罐(18)中所產生沼氣中的至少一種氣體，用于對所述發酵罐(18)中的介質進行氣液兩相射流攪拌。
6.根據所述權利要求5所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，其特征在于 所述加熱裝置包括熱水鍋爐(20)、油罐(26)和油燃燒器(21)，所述油罐(26)通過油泵(24)與所述油燃燒器(21)的進油口連接，所述氣體分離裝置的所分離出的氧氣通過第一風機(12)與所述油燃燒器(21)的進氣口連接，通過所述油燃燒器(21)的燃燒為所述熱水鍋爐(20)提供熱源。
7.根據權利要求6所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，其特征在于 所述氣體分離裝置包括第一壓氣機(I )、第一膜分離器(2)和氧氣儲罐(11)，所述第一膜分離器(2)的進氣口與所述第一壓氣機(I)的出氣口連接，所述第一膜分離器(2)的氧氣分離出口與所述氧氣儲罐(11)連接；所述第一壓氣機(I)吸收空氣并通過所述第一膜分離器(2 )分離出氧氣，并排入所述氧氣儲罐(11)中，所述氧氣儲罐(11)的出氣口通過第一風機(12)與所述油燃燒器(21)的進氣口連接。
8.根據權利要求7所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，其特征在于 所述氣體分離裝置還包括第二壓氣機(6)、第二膜分離器(3)和甲烷儲罐(9)，所述第二壓氣機(6 )的進氣口與所述發酵罐(18 )上部的儲氣室(17 )連接，所述第二壓氣機(6 )的出氣口與所述第二膜分離器(3)的進氣口連接，所述第二膜分離器(3)用于將所述發酵罐(18)中的沼氣分離出甲烷燃料和二氧化碳氣體，所分離出的甲烷燃料儲存于所述甲烷儲罐(9)中； 所述加熱裝置中還設有氣體燃燒器(19)，所述甲烷儲罐(9)和氧氣儲罐(11)分別與所述氣體燃燒器(19)的進氣口連接，用于對所分離出的甲烷燃料進行富氧燃燒，為所述熱水鍋爐(20)提供熱源。
9.根據權利要求8所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，其特征在于 所述氣體分離裝置中還設有與所述第二膜分離器(3)的二氧化碳分離出口相連接的二氧化碳儲罐(4)，所述二氧化碳儲罐(4)通過第三風機(5)與所述氣液兩相射流裝置連接，所述氣液兩相射流裝置分別接收二氧化碳氣體及加熱后的給水，對所述發酵罐(18)中的介質進行氣液兩相攪拌。
10.根據權利要求9所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，其特征在于 所述氣液兩相射流裝置包括噴嘴(16)、噴嘴支桿(14)、擺動電機(15a)及移位機構； 所述噴嘴支桿(14)沿所述發酵罐(18)的高度方向設置于所述發酵罐(18)的內壁上，其上設有移位導槽(141); 所述噴嘴(16)的一端設置于所述移位導槽(141)中，且與所述噴嘴支桿(14)間形成滑動配合連接，所述噴嘴(16)上設有與所述熱水鍋爐(20)的蒸汽出口相連接的蒸汽入口(161)，靠近所述噴嘴(16)的出口端設有與所述第三風機(5)的出風口相連接的氣體入口(162)； 所述擺動電機(15a)與所述噴嘴支桿(14)連接，用于驅動所述噴嘴支桿(14)按一定角度作周期性擺動； 所述移位機構與所述噴嘴(16)連接，用于驅動所述噴嘴(16)沿所述移位導槽(141)作上下周期性移動。
11.根據權利要求10所述的生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱系統，其特征在于 所述移位機構包括驅動電機(15b)、鋼絲繩(31)和纏繞裝置(30)，所述纏繞裝置(30)與所述噴嘴支桿(14)相對固定連接，所述驅動電機(15b)用于驅動所述纏繞裝置(30)旋轉；所述鋼絲繩(31)纏繞于所述纏繞裝置(30)上，其一端與所述噴嘴(16)固定連接，通過所述驅動電機(15b)帶動所述纏繞裝置(30)正反旋轉，實現所述噴嘴(16)的上下移動。
全文摘要
本發明公開了一種生物質厭氧發酵罐攪拌與加熱方法及其系統，屬于生物質厭氧發酵技術領域。通過將厭氧發酵產生的沼氣和空氣分別用不同的膜分離器進行物理分離，產生富氧燃燒所需的高CH4體積濃度的可燃氣體、富氧和富CO2氣體；富氧燃燒產生氣液兩相射流所需的熱水；氣液兩相射流的熱水進入射流噴嘴進行加速，利用液相射流抽吸作用把富CO2氣體吸入噴嘴后形成氣液兩射流。氣液兩相射流裝置在厭氧發酵罐內安裝的軌道上進行移動，形成可移動和擺動的氣液兩相射流。本發明通過對氣液兩相射流裝置的運動調節，對發酵罐發酵原料進行全局攪拌和加熱，強化厭氧發酵罐內發酵物料的熱量交換和質量交換。
文檔編號C12M1/02GK102876567SQ201210425008
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者孟蓬強 申請人:南京通用電氣裝備有限公司