專利名稱：一種多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于發酵技術領域，具體涉及一種高效節能多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，特別是畜禽糞便農作物秸稈規模化沼氣工程厭氧發酵處理的系統。
背景技術：
近年來，隨著規模化畜禽養殖業的快速發展，大量相對集中的畜禽糞便、污水等廢棄物相繼產生。由于與規模化養殖相配套技術不到位，使得大型畜禽養殖企業周邊空氣環境質量不斷惡化。此外，養殖場排出的污水含有大量有機物，對周邊的環境污染嚴重。從國家能源戰略、環境保護及社會發展的需求來看，規模化畜禽糞便沼氣工程是實現畜禽糞便廢棄物資源化綜合利用的最佳途徑。規模化畜禽養殖業快速發展帶來的養殖副產物(糞便等)的相對集中，為畜禽糞便的規模化沼氣工程創造了有利的條件。此外，農村戶用沼氣規模小，效率低，衛生條件差，能源利用率也低。從新農村建設的角度，盡快改變沼氣分散產生和利用的模式，實現規模化養殖與規模化沼氣相配套的沼氣工程，是當前農村亟待解決的問題。我國的小規模沼氣工程建設始建于上世紀60年代，以糞便加秸稈為原料采用間歇運行。規模化畜禽糞污厭氧理發酵工程興建于70年代末，采用常溫地下式發生器(規模為50-100m3)發酵。而大規模農村戶用沼氣池的建設開始于80年代，采用地上復合床反應發酵罐，常溫發酵，產氣率約為1. Om3/ (m3 · d)。從90年代開始，大規模沼氣工程成為實現畜禽糞便污水資源化綜合利用的重要措施。但目前的沼氣工程由于規模化程度低(分散利用)；發酵技術落后，產氣效率低；反應器技術水平低，能耗高；工藝過程控制落后，效率低；沼氣產氣不連續(冬季閑置)，使用效率低；沼氣使用盲目，不合理；沼渣、沼液未能有效合理利用，污染嚴重；經濟效益低下等因素導致規模化沼氣工程技術未能進一步有效地推廣和應用。已有的規模化厭氧發酵沼氣工程中，厭氧發生器通常采用罐體為柱形的立式或臥式結構，內置多級攪拌器(CN20159^84U，CN201614372U，CN201704320U)。發酵罐主要依靠強有力的機械攪拌來進行傳質、傳熱及氣泡打散，這就需要攪拌器具有較大的攪拌功率。攪拌功率與攪拌器直徑的平方成正比，發酵罐體積擴大后攪拌功率成倍增加。因而，規模化沼氣發酵罐的能耗比較高。此外，由于罐體結構(立式，臥式，圓柱形，棱柱型等)和攪拌類型 (徑流型、軸流型及混合型)的匹配不合理，致使發酵罐底部長期存在“死角”，產生攪拌不均，進而影響厭氧發酵的效率。盡管目前采用改變發酵罐罐體高徑比和結構、改變攪拌槳葉類型和方式來改善厭氧發酵環境，但是，仍無法有效解決罐體底部的“死角”問題。而加大攪拌功率同時加大了攪拌系統的成本和運行費用。這對于目前經濟效益并不顯著的沼氣工程而言，并不是解決現有問題有效的技術措施。通氣壓力與發酵罐內液層高度成正比。因此，發酵罐體積擴大后通氣壓力快速上升，最終導致系統能耗增加。對于微生物液體深層發酵，通常采用氣升式或氣體環流式發酵罐(CN20U88178Y，CN2597477, CN101058789A, CN03219507. 9)，利用壓縮空氣壓力能，通
4過射流裝置，再借助于罐內的導流裝置，帶動發酵液循環，使微生物發酵過程在罐內均勻進行。對于無攪拌發酵罐，雖然節省了攪拌功率的消耗，但為克服液層靜壓力和轉換高速射流的壓力能，空壓機出口壓力上升導致電耗上升，不能有效的節能。專利“一種軸芯通氣噴氣助力式攪拌發酵罐(CN101007997A)”和“一種具有空氣分布器的發酵罐(CN201459110U) ” 合理地在軸的攪拌槳葉上開孔導入壓縮空氣，以其達到空氣最大的打碎程度，并快速與液體混合，有利于提高攪拌效率；專利“一種機械攪拌發酵罐(CN201317768Y)”和“一種強助氧液態回旋式發酵罐(CN201605^52U)”利用發酵罐內豎直進氣管上開設的壓縮空氣氣孔在發酵液中加入氣體，利用攪拌裝置的旋轉作用，使空氣與發酵液充分混合，加快了廢氣排放速度，提高了發酵效率；其他利用氣流攪拌的發酵罐(CN201276561Y，CN201321454Y, CN201737933U,CN101696388A,CN201459110U,CN201485447U,CN201598284U)大多將不同類型的空氣分布器或噴射混合器置于發酵罐內底部，壓縮空氣由罐體底部打入，借助于罐體內的機械攪拌，使發酵罐內空氣分布趨于均勻，提高了發酵罐的空氣利用率。這些好氧發酵利用壓縮空氣進入發酵罐使氣、液充分混合，同時起到一定的攪拌作用，部分或全部省去了機械攪拌消耗的能量，提高了發酵罐的發酵效率。對于沼氣厭氧發酵，利用氣流攪拌來部分或全部代替機械攪拌的情況在公開的文獻資料中并不多見。專利“循環氣流沼氣發酵罐裝置(C擬849429Y)”采用循環氣流通道， 風機將產生的沼氣從罐體頂部抽出，再從罐體底部打入，有助于增加菌種和發酵原料的接觸面積；專利“雙循環氣體攪拌厭氧發酵罐(CN2550372Y)”采用氣體循環和液體循環雙循環結構，外循環吸入氣體，利用氣體和液體的密度差及在外循環過程中加入的能量，形成內部循環。但由于無攪拌裝置，對于規模化沼氣工程，發酵罐內單純靠沼氣對料液的攪拌的作用是有限的，單純的氣體攪拌不能滿足機械攪拌顯著的傳質、傳熱作用，也不能有效的節能。此外，制約沼氣技術發展的另一個技術瓶頸是產氣不穩定或產氣率低下。厭氧發酵只有維持消化液在有效的發酵溫度區間，才能維持甲烷菌的濃度最大、活性最高，畜禽糞便中的有機酸經水解酸化形成的有機酸才能在甲烷菌的作用下最終被轉化為沼氣。因此， 維持發酵罐內恒定的溫度是產生沼氣的關鍵。中溫厭氧發酵的最佳溫度范圍是33-35°C，而高溫厭氧發酵的最佳溫度范圍是50-55°C，罐內溫差波動不能超過2°C。為了保證甲烷菌具有最好的活性，通常采用加熱裝置和保溫裝置來維持消化液所需的發酵溫度，保證厭氧發酵穩定運行。對發酵原料在預處理池內增溫，熱量損耗比較大，不便采用。而采用加熱元件對罐體內部發酵原料的直接加熱常導致增溫元件(加熱棒)結垢，影響換熱效率，增溫不均勻。專利“發酵法生產沼氣用反應罐(C擬690392Y)”采用在罐體外壁夾層水套中注入循環熱水的辦法來加熱罐體內的料液；專利“一種發酵罐(CN2586698Y)”采用罐體外固定螺旋加熱管來加熱發酵罐間接加熱發酵液；專利“厭氧發酵增溫保溫裝置(CN101067114A) ”采用螺旋盤管纏繞在發酵罐體外，進水管、出水管相間排列螺旋上升。盡管這些罐體外置加熱裝置解決了增溫元件加熱易結垢的問題，也在一定程度上解決了小規模發酵罐罐體內溫度的均勻性，但是，對于大規模沼氣工程，外置加熱管水循環間接的加熱系統并不能有效維持罐內發酵原料的溫度均勻性，難以保證厭氧發酵正常穩定運行。相比于外置間接加熱方式，內置直接加熱熱量損失小，能耗低，能夠保證規模化沼氣工程發酵罐內發酵原料的溫度更加均勻。專利“循環氣流沼氣發酵罐裝置(CN2849429Y) ”利用發電余熱，讓熱水通過罐體中央內置的螺旋管道來加熱發酵罐內的料液，但余熱利用的有限性并不能保證發酵罐系統處于最佳的發酵溫度，特便是在嚴寒地區的冬季。專利“四季恒溫沼氣發酵罐(CN201362709Y)”采用內置調溫管網和外置地源管網來維持發酵罐內最佳的發酵溫度，但對于地熱溫度過低的地區和北方嚴寒地區，對于規模化沼氣工程，外置地源管網結構不能發揮其有效的作用，而內置調溫管網“M型”結構并不能有效保證溫度的穩定性和罐體內部不同部位溫差最小。盡管一些小型發酵設備采用不同的加熱設備能夠保證發酵罐內發酵原料的溫度均勻性，保證厭氧發酵正常穩定運行。但是，對于規模化厭氧沼氣工程，現有攪拌裝置(機械或氣流)、加熱裝置、溫控裝置并不能保證發酵系統在一年四季有效的穩定運行。
發明內容
本發明的目的在于克服上述缺點和不足，提供一種多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統。該厭氧發酵系統的發酵罐具有通過內筒式螺旋攪拌器，沼氣循環系統，沼液循環系統及氣液循環系統的協同作用來改善厭氧發酵的環境，提高攪拌效率，降低系統能耗，節約生產成本，使罐內流體混合均勻，解決了罐體底部的攪拌“死角”或“盲區”，實現發酵罐內發酵原料的高效傳質、傳熱。加熱系統及控溫系統能夠有效控制罐體內發酵原料的溫度，保持罐內發酵原料的溫差波動最小，使厭氧發酵處于的最佳的發酵溫度。為了達到上述目的，本發明是通過下述技術方案來實現的。一種多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，包括發酵罐罐體及設置于發酵罐罐體上的驅動裝置，所述發酵罐罐體為蛋形，發酵罐罐體內腔中心設置有內筒式螺旋攪拌器，內筒式螺旋攪拌器外側設有攪拌器內筒，在發酵罐罐體罐壁與攪拌器內筒之間設有溫度加熱裝置，罐內底部設置有傘形氣流分布器；所述發酵罐罐體上部設有排氣管和壓力控制裝置，底部設有傘形氣流分布器進氣管和排泥排沙出口 ；所述發酵罐罐體側壁上分別連通有沼氣循環系統、沼液循環系統、氣液循環系統、加熱系統、控溫系統和沼渣沼液存放池。本發明進一步的特征在于所述沼氣循環系統包括通過管線與發酵罐罐體上的排氣管連通的第一預處理系統PR0-S1、沼氣預處理閥門、第四預處理系統PR0-S4和沼氣自循環攪拌管網閥；沼氣自循環攪拌管網閥與傘形氣流分布器進氣管相連通，傘形氣流分布器進氣管與所述傘形氣流分布器連通；所述第一預處理系統PRO-Sl包括負壓保護裝置、水封器、脫水器、脫硫器及緩沖裝置；所述第四預處理系統PR0-S4包括空壓機、壓力容器儲氣柜及調壓箱，各裝置之間通過氣體管道連接；所述第四預處理系統PR0-S4通過沼氣輸氣管網閥門、沼氣自循環攪拌管網閥及沼氣流量自動控制閥門分別與用戶、傘形氣流分布器進氣管及系統所設蒸汽鍋爐連
ο所述氣液循環系統包括通過氣液循環系統閥門與沼氣循環系統相連通的氣液循環裝置，氣液循環裝置通過管線連接的第一液體循環系統閥門、第二液體循環系統閥門和第三液體循環系統閥門與發酵罐罐體連通。所述沼液循環系統包括通過管線與發酵罐罐體(發酵罐罐體管壁包括罐體內壁及加熱介質、雙層保溫套和罐體外壁保護層)連通的第二預處理系統PR0-S2、閥門井、沼液
6回流循環泵以及沼液回流循環泵閥門；所述第二預處理系統PR0-S2包括原料泡糞池、酸化池、加熱計量池、機泵及閥門
井，各裝置之間通過液體管道連接。所述加熱系統包括分別與蒸汽鍋爐和市政供熱連通的溫度加熱裝置；所述溫度加熱裝置通過管線連接的加熱系統進水閥、加熱系統出水閥以及水循環系統進水閥與蒸汽鍋爐和市政供熱連通；所述蒸汽鍋爐進水管路連通有水泵、第三預處理系統PR0-S3和蒸汽鍋爐進水閥；所述蒸汽鍋爐進氣管路連通有沼氣流量自動控制閥門和自動控制裝置AUTO ；所述溫度加熱裝置并通過原料預處理系統進水閥與所述第二預處理系統PR0-S2連通。所述控溫系統包括分別設置于發酵罐罐體上的升溫裝置TEMP-C和溫度探測熱電偶，升溫裝置TEMP-C和溫度探測熱電偶分別連接于恒溫自動控制裝置AUT0。所述內筒式螺旋攪拌器頂部設置有貫穿其中心的空心軸，及由空心軸帶動的擋板及消泡裝置，空心軸上設置有攪拌器螺旋葉片；空心軸的底部與傘形氣流分布器進氣管相連通。 所述溫度加熱裝置由“目”字形加熱管和“日，，字形加熱管交叉組合而成“X”型結構，蒸汽(熱水)從加熱管一側進入，換熱冷凝成后從另一側流出，進水管與出水管縱向依次交錯排列，多個“X”型加熱結構沿發酵罐罐體與攪拌器內筒之間的腔體構成多層環形結構；置于蛋形發酵罐內壁附近，沿圓周依次排布(按偶數2，4，6...)，形成“圓環”，多個加熱 “圓環”縱向分層排布(按奇數1，3，5...)，內筒式攪拌器置于多層圓環之中；所述相鄰“X”型加熱結構間隔0. 30-0. 50m，加熱“圓環”層與層間隔0. 50-0. 70m, “X”型加熱結構的高度為罐體內徑的1/8-1/6。所述傘形氣流分布器為圓錐形開口結構，沿錐體圓周呈對稱分布有2、4、8或16 個文丘里氣液混合器，每個文丘里氣液混合器設三個端口，其氣液混合器進料口置于傘形氣流分布器圓錐外側面上，氣流混合器氣液出口置于傘形氣流分布器內側，氣液混合器進氣端口與進氣管連通并支撐于氣液混合器進料口和氣流混合器氣液出口構成的管段中部； 氣液混合器通過傘形氣流分布器內側面和傘形氣流分布器進氣管支撐沿錐體圓周呈逆時針傾斜分布，且傾斜方向與所述空心軸的旋轉方向一致；所述傾斜角度為3-10°。所述沼渣沼液存放池中設有與發酵罐罐體連通的發酵罐出料水封，沼渣沼液存放池連通有沼渣沼液分離器。所述發酵罐罐體容積為500-3000m3單體罐或連體罐，罐體高徑比為0. 60-0. 75， 罐體高度與螺旋攪拌器套筒高度比為0. 50-0. 80，罐體內徑與攪拌器套筒內徑比為 0. 30-0. 50。本發明與現有技術的比較具有以下優點1、本發明結構簡單、設計合理，蛋形發酵罐與內筒式螺旋攪拌器相適應，以最小的攪拌功率獲得最大的混合效果，是規模化畜禽糞便農作物秸稈厭氧發酵的關鍵裝置。2、本發明采用內置對稱分布文丘里管的傘形氣流分布器，將壓縮沼氣從發酵罐底部打入，高速氣流帶動發酵罐內物料旋轉、翻滾，配合內筒式高效螺旋攪拌器的提升作用， 推動物料在混合容器內循環反復運動，產生較強烈的徑向、軸向混合，提高了攪拌效率，降低了系統能耗，節省了運行費用，縮短了發酵周期，提高了生產率。3、本發明采用“X”型加熱組件組成的多層“圓環”加熱裝置來加熱蛋形發酵罐內發酵料液，內筒式攪拌器置于多層圓環加熱組件之中，保證了罐內發酵料液溫差波動最小； 全自動溫控系統使厭氧發酵處于的最佳的發酵溫度，保證了甲烷菌種具有最好的活性，提高了發酵罐的發酵效率和產氣率。4、本發明通過多循環攪拌(沼氣循環，沼液循環及氣液循環)協同內筒式螺旋攪拌器的機械攪拌作用使罐內流體混合均勻，有效的改善了厭氧發酵的環境，解決了罐體底部的攪拌“死角”或“盲區”，實現了發酵罐內發酵原料的高效傳質、傳熱。總之，本發明結構新穎，設計合理，能夠通過內筒式螺旋攪拌器，沼氣循環系統，沼液循環系統及氣液循環系統的協同作用來提高系統的攪拌效率，改善厭氧發酵的發酵環境，使流體混合均勻，溫差波動小，系統能耗低，發酵效率高，產氣率高，實現發酵罐內發酵原料的高效傳質、傳熱，保證了厭氧發酵在一年四季正常運行，實現規模化沼氣工程的進一步推廣應用。
圖1為本發明的總體結構示意圖。圖2為發酵罐罐體結構局部放大示意圖。圖3為加熱裝置單體的立體結構示意圖。圖4為加熱裝置在發酵罐內沿圓周分布示意圖。圖5為加熱裝置單體在罐內縱向分布示意圖。圖6為傘形氣流分布器結構示意圖。圖7為圖6的A-A剖視示意圖。如圖所示1-驅動裝置(電動機)；2-內筒式螺旋攪拌器；3-排氣管；301-氣液循環系統閥門；302-氣流(沼氣)預處理閥門；3021-沼氣輸氣管網閥門；3022-沼氣自循環攪拌管網閥門；3023-沼氣流量自動控制閥門；4-壓力控制裝置；5-擋板及消泡裝置； 6-攪拌器內筒；7-攪拌器支撐架；8-發酵罐罐體；801-罐體內壁及加熱介質；802-雙層保溫套；803-罐體外壁保護層；9-氣液循環裝置(循環泵)；901，902，903-液體循環系統閥門；10-傘形氣流分布器進氣管；11-蒸汽鍋爐；1101-加熱系統進水閥；1102-加熱系統出水閥；1103-原料預處理系統進水閥；1104-水循環系統進水閥；12-閥門井；13-水泵； 1301-蒸汽鍋爐進水閥；14-沼液回流循環泵；1401-沼液回流循環泵閥門；15-沼渣沼液分離器；16-沼渣沼液存放池及發酵罐出料水封；17-溫度探測熱電偶；18-溫度加熱裝置； 19-傘形氣流分布器；20-攪拌器螺旋葉片；21-空心軸；22-文丘里氣液混合器；2201-氣液混合器進氣端口 ；2202-氣液混合器進料口 ；2203-氣液混合器氣液出口 ；23-排泥排沙出
具體實施例方式下面通過附圖和具體實施例對發明做進一步說明。 如圖1所示，該多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，包括發酵罐罐體8及設置于發酵罐罐體8上的驅動裝置1，其中發酵罐罐體8為蛋形，發酵罐罐體8內腔中心設置有內筒式螺旋攪拌器2，內筒式螺旋攪拌器2外側設有攪拌器內筒6，在發酵罐罐體8罐壁與攪拌器內筒6之間設有溫度加熱裝置18，罐內底部設置有傘形氣流分布器19 ；發酵罐罐體8上部設有排氣管3和壓力控制裝置4，底部設有傘形氣流分布器進氣管10和排泥排沙出口 23 ； 發酵罐罐體8側壁上分別連通有沼氣循環系統、沼液循環系統、氣液循環系統、加熱系統和控溫系統。沼氣循環系統(見圖1所示發酵罐罐體的右側)包括通過管線與發酵罐罐體 8上的排氣管3連通的第一預處理系統PR0-S1、沼氣預處理閥門302、第四預處理系統 PR0-S4和沼氣自循環攪拌管網閥3022 ；沼氣自循環攪拌管網閥3022與傘形氣流分布器進氣管10相連通，傘形氣流分布器進氣管10與傘形氣流分布器19連通；第一預處理系統 PRO-Sl包括負壓保護裝置、水封器、脫水器、脫硫器及緩沖裝置；第四預處理系統PR0-S4包括空壓機、壓力容器儲氣柜及調壓箱，各裝置之間通過氣體管道連接；所述第四預處理系統 PR0-S4通過沼氣輸氣管網閥門3021、沼氣自循環攪拌管網閥3022及沼氣流量自動控制閥門3023分別與用戶、傘形氣流分布器進氣管10及系統所設蒸汽鍋爐11連通。與上述沼氣循環系統相連通有氣液循環系統，氣液循環系統包括通過氣液循環系統閥門301與沼氣循環系統相連通的氣液循環裝置9 (本實施例該裝置采取循環泵)，氣液循環裝置9通過管線連接的第一液體循環系統閥門901、第二液體循環系統閥門902和第三液體循環系統閥門903與發酵罐罐體8連通。工作時，開動氣液循環裝置9 (循環泵)，把發酵罐內發酵液從罐內抽出，連同第四預處理系統PR0-S4從罐體頂部抽出的沼氣，通過閥門301，901，902，903控制，按實際需要從發酵罐側面不同部位打入罐內，從而使發酵罐內的料液翻騰起來，加大了菌種與發酵液的接觸機會，也加快了代謝過程，使發酵時間大為縮短。沼液循環系統(見圖1所示的發酵罐罐體8的左側)包括通過管線與發酵罐罐體 8連通的第二預處理系統PR0-S2、閥門井12、沼液回流循環泵14以及沼液回流循環泵閥門 1401 ；第二預處理系統PR0-S2包括原料泡糞池、酸化池、加熱計量池、機泵及閥門井12，各裝置之間通過液體管道連接。沼液回流有效降低發酵罐內固料濃度，改善了發酵罐內固液氣的混合效果。本實施例的罐體結構如圖2所示，發酵罐罐體8為金屬制罐體或玻璃鋼制罐體，發酵罐罐體8外依次為加熱介質801，雙層保溫套802及外壁保護層803。加熱介質801主要為水加熱暖氣、蒸汽加熱器、熱風加熱器及電加熱器，本實施例首選電加熱器；雙層保溫套 802所用保溫材料主要為真空，聚氨酯、麥秸稈、塑料海綿、氯乙烯、巖棉、泡沫石棉、玻璃棉、 塑料海綿、硅酸鋁中的一種或兩種。相應于本實施例的加熱系統包括分別與蒸汽鍋爐11和市政供熱連通的溫度加熱裝置18，溫度加熱裝置18通過管線連接的加熱系統進水閥1101、加熱系統出水閥1102以及水循環系統進水閥1104與蒸汽鍋爐11和市政供熱連通；蒸汽鍋爐11進水管路連通有水泵13、第三預處理系統PR0-S3和蒸汽鍋爐進水閥1301 ；所述蒸汽鍋爐11進氣管路連通有沼氣流量自動控制閥門3023和自動控制裝置AUTO ；所述溫度加熱裝置18并通過原料預處理系統進水閥1103與所述第二預處理系統PR0-S2連通。控溫系統包括分別設置于發酵罐罐體8上的升溫裝置TEMP-C和溫度探測熱電偶 17，升溫裝置TEMP-C和溫度探測熱電偶17分別連接于恒溫自動控制裝置AUT0。其原理是，溫度探測熱電偶17把發酵罐罐體8內溫度反饋給恒溫自動控制裝置 AUT0,如果罐內溫度低于發酵要求溫度，恒溫自動控制裝置AUTO啟動升溫裝置TEMP-C (加熱罐體內壁里的加熱裝置)和溫度加熱裝置18給系統升溫，沼氣流量自動控制閥門3023 控制沼氣流量，沼氣點燃蒸汽鍋爐11給溫度加熱裝置18供蒸汽進而通過加熱元件給罐內料液升溫。厭氧發酵產生的沼氣通過第四預處理系統PR0-S4在沼氣輸氣管網閥門3021、 沼氣循管網閥門3022和沼氣流量自動控制閥門3023控制下分別供給用戶、傘形氣流分布 19(用于攪拌罐內料液)及蒸汽鍋爐11使用。本實施例中，在發酵罐內不同部位安裝有溫度探測儀和熱電偶17，可隨時反饋消化器內發酵混合物的溫度，并根據工藝要求，由自動控制系統AUTO通過供熱管組或升溫裝置TEMP-C及時調整控制消化器內的溫度，能夠保證消化器內熱量的供給和調節，有效提高發酵質量和效率。此外，本實施例的溫度加熱裝置18由“目”字形加熱管和“日”字形加熱管交叉組合而成“X”型結構，進水管與出水管縱向依次交錯排列，多個“X”型加熱結構沿發酵罐罐體 8與攪拌器內筒6之間的腔體構成多層環形結構；如圖3所示，蒸汽(熱水)從加熱管一側 aa和a進入，換熱冷凝成后從另一側b和ΙΛ流出，進水管與出水管縱向依次交錯排列，形成 “X”型結構，多個“X”型加熱結構置于蛋形發酵罐內壁附近，沿圓周依次排布(按偶數2，4， 6...)，形成“圓環”，如圖4所示，多個加熱“圓環”縱向分層排布(按奇數1，3，5...)，如圖 5所示，保持內筒式攪拌器置于多層圓環之中，相鄰“X”型加熱結構間隔0. 30-0. 50m，加熱 “圓環”層與層間隔0.50-0. 70m。“X”的高度為罐體內徑的1/8-1/6。“X”型結構多層“圓環”加熱設計保證了罐內發酵料液加熱均勻，溫差波動最小，使厭氧發酵處于的最佳的發酵溫度，保證了甲烷菌種具有最好的活性，提高了發酵罐的發酵效率和產氣率。進一步的，如圖1和圖6所示，本實施例的內筒式螺旋攪拌器2頂部設置有貫穿其中心的空心軸21，及由空心軸21帶動的擋板及消泡裝置5，空心軸21上設置有攪拌器螺旋葉片20 ；空心軸21的四周是一個套筒(攪拌器內筒6)，攪拌器內筒6通過攪拌器支撐架 7固定在發酵罐罐體8內壁，空心軸21的底部與傘形氣流分布器進氣管10相連通。本實施例的傘形氣流分布器19為圓錐形開口結構，沿錐體圓周呈對稱分布有2、 4、8或16個文丘里氣液混合器22，每個文丘里氣液混合器22設三個端口 2201，2202及 2203，其氣液混合器進料口 2202置于傘形氣流分布器19圓錐外側面上，氣流混合器氣液出口 2203置于傘形氣流分布器19內側，氣液混合器進氣端口 2201與進氣管10連通并支撐于氣液混合器進料口 2202和氣流混合器氣液出口 2203構成的管段中部；氣液混合器22通過傘形氣流分布器19內側面和傘形氣流分布器進氣管10支撐沿錐體圓周呈逆時針傾斜分布，且傾斜方向與所述空心軸21的旋轉方向一致；所述傾斜角度為3-10°。另外，本實施例中，發酵罐罐體8還連通有沼渣沼液存放池，沼渣沼液存放池中設有與發酵罐罐體連通的發酵罐出料水封16，沼渣沼液存放池連通有沼渣沼液分離器15。進一步的，發酵罐罐體8容積為500-3000m3單體罐或連體罐，罐體高徑比為 0. 60-0. 75，罐體高度與螺旋攪拌器套筒高度比為0. 50-0. 80，罐體內徑與攪拌器套筒內徑比為 0. 30-0. 50。工作時，壓縮沼氣通過空壓機從發酵罐罐體8底部的傘形氣流分布器進氣管10打入，發酵液在文丘里氣液混合器22噴射氣流壓力下，高速氣流帶動發酵罐罐體8內物料在傘形氣流分布器19內旋轉，使物料產生較強的徑向混合；同時，在內筒式螺旋攪拌器2的徑向提升作用下，發酵液進入攪拌器內筒6，在內筒式螺旋攪拌器2的進一步提升下，從攪拌器內筒6底部提升至上部，在甩料板(擋板及消泡裝置幻的旋轉作用下被拋落到發酵罐罐體8容器四周，在自身重力作用下慢慢落下，順著發酵罐罐體8內壁回到發酵罐罐體8底部，再次被氣流文丘里氣液混合器22吸入傘形氣流分布器19，配合內筒式螺旋攪拌器2的較強的軸向作用，推動物料在發酵罐罐體8混合容器內循環反復運動，形成周而復始不停流動的發酵過程。 以上所述，僅是本發明針對畜禽糞便厭氧發酵的實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據本發明技術對以上實施例所做的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，包括發酵罐罐體(8)及設置于發酵罐罐體(8) 上的驅動裝置(1)，其特征在于所述發酵罐罐體(8)為蛋形，發酵罐罐體(8)內腔中心設置有內筒式螺旋攪拌器O)，內筒式螺旋攪拌器( 外側設有攪拌器內筒(6)，在發酵罐罐體(8)罐壁與攪拌器內筒(6)之間設有溫度加熱裝置(18)，罐內底部設置有傘形氣流分布器(19)；所述發酵罐罐體⑶上部設有排氣管(3)和壓力控制裝置G)，底部設有傘形氣流分布器進氣管(10)和排泥排沙出口 ；所述發酵罐罐體(8)側壁上分別連通有沼氣循環系統、沼液循環系統、氣液循環系統、加熱系統、控溫系統和沼渣沼液存放池。
2.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述沼氣循環系統包括通過管線與發酵罐罐體(8)上的排氣管C3)連通的第一預處理系統PRO-Sl、沼氣預處理閥門(302)、第四預處理系統raO-S4和沼氣自循環攪拌管網閥(3022)；沼氣自循環攪拌管網閥(302 與傘形氣流分布器進氣管(10)相連通，傘形氣流分布器進氣管(10)與所述傘形氣流分布器(19)連通；所述第一預處理系統PRO-Sl包括負壓保護裝置、水封器、脫水器、脫硫器及緩沖裝置； 所述第四預處理系統PR0-S4包括空壓機、壓力容器儲氣柜及調壓箱，各裝置之間通過氣體管道連接；所述第四預處理系統PR0-S4通過沼氣輸氣管網閥門(3021)、沼氣自循環攪拌管網閥(302 及沼氣流量自動控制閥門(302 分別與用戶、傘形氣流分布器進氣管(10)及系統所設蒸汽鍋爐(11)連通。
3.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述氣液循環系統包括通過氣液循環系統閥門(301)與沼氣循環系統相連通的氣液循環裝置(9)，氣液循環裝置(9)通過管線連接的第一液體循環系統閥門(901)、第二液體循環系統閥門(902) 和第三液體循環系統閥門(90 與發酵罐罐體(8)連通。
4.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述沼液循環系統包括通過管線與發酵罐罐體(8)連通的第二預處理系統PR0-S2、閥門井(12)、沼液回流循環泵(14)以及沼液回流循環泵閥門(1401)；所述第二預處理系統PR0-S2包括原料泡糞池、酸化池、加熱計量池、機泵和閥門井(12)，各裝置之間通過液體管道連接。
5.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述加熱系統包括分別與蒸汽鍋爐(11)和市政供熱連通的溫度加熱裝置(18)；所述溫度加熱裝置(18) 通過管線連接的加熱系統進水閥(1101)、加熱系統出水閥(1102)以及水循環系統進水閥 (1104)與蒸汽鍋爐(11)和市政供熱連通；所述蒸汽鍋爐(11)進水管路連通有水泵(13)、 第三預處理系統PR0-S3和蒸汽鍋爐進水閥(1301)；所述蒸汽鍋爐(11)進氣管路連通有沼氣流量自動控制閥門(302 和自動控制裝置AUT0;所述溫度加熱裝置(18)通過原料預處理系統進水閥(1103)與所述第二預處理系統PR0-S2連通。
6.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述控溫系統包括分別設置于發酵罐罐體(8)上的升溫裝置TEMP-C和溫度探測熱電偶(17)，升溫裝置 TEMP-C和溫度探測熱電偶(17)分別連接于恒溫自動控制裝置AUT0。
7.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述內筒式螺旋攪拌器(2)頂部設置有貫穿其中心的空心軸(21)，及由空心軸帶動的擋板及消泡裝置(5)，空心軸上設置有攪拌器螺旋葉片00)；空心軸的底部與傘形氣流分布器進氣管(10)相連通。
8.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述溫度加熱裝置(18)由“目”字形加熱管和“日”字形加熱管交叉組合而成“X”型結構，進水管與出水管縱向依次交錯排列，多個“X”型加熱結構沿發酵罐罐體(8)與攪拌器內筒(6)之間的腔體構成多層環形結構；所述相鄰“X”型加熱結構間隔0. 30-0. 50m，加熱“圓環”層與層間隔 0. 50-0. 70m，“X”型加熱結構的高度為罐體內徑的1/8-1/6。
9.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述傘形氣流分布器(19)為圓錐形開口結構，沿錐體圓周呈對稱分布有2、4、8或16個文丘里氣液混合器(22)，每個文丘里氣液混合器0 設三個端口 0201)“220幻及(2203)，其氣液混合器進料口 020 置于傘形氣流分布器(19)圓錐外側面上，氣流混合器氣液出口 020；3)置于傘形氣流分布器(19)內側，氣液混合器進氣端口 O201)與進氣管(10)連通并支撐于氣液混合器進料口 020 和氣流混合器氣液出口 020；3)構成的管段中部；氣液混合器02)通過傘形氣流分布器(19)內側面和傘形氣流分布器進氣管(10)支撐沿錐體圓周呈逆時針傾斜分布，且傾斜方向與所述空心軸的旋轉方向一致；所述傾斜角度為3-10°。
10.按照權利要求1所述的多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，其特征在于所述發酵罐罐體(8)容積為500-3000m3單體罐或連體罐，罐體高徑比為0. 60-0. 75，罐體高度與螺旋攪拌器套筒高度比為0. 50-0. 80，罐體內徑與攪拌器套筒內徑比為0. 30-0. 50。
全文摘要
本發明公開了一種多循環攪拌蛋形厭氧發酵系統，包括發酵罐罐體及設置于發酵罐罐體上的驅動裝置，所述發酵罐罐體為蛋形，發酵罐罐體內腔中心設置有內筒式螺旋攪拌器，內筒式螺旋攪拌器外側設有攪拌器內筒，在發酵罐罐體罐壁與攪拌器內筒之間設有溫度加熱裝置，罐內底部設置有傘形氣流分布器；所述發酵罐罐體上部設有排氣管和壓力控制裝置，底部設有傘形氣流分布器進氣管和排泥排沙出口；所述發酵罐罐體側壁上分別連通有沼氣循環系統、沼液循環系統、氣液循環系統、加熱系統、控溫系統和沼渣沼液存放池。本發明能夠通過多循環攪拌來提高系統的攪拌效率，改善厭氧發酵環境，流體混合均勻，溫差波動小，系統能耗低，發酵率高，適于推廣應用。
文檔編號C02F11/04GK102517199SQ201110365150
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者云斯寧, 孫毅 申請人:西安建筑科技大學