CN101509015A - 上推流秸秆沼气发酵工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明采用的底部进料上部出料的沼气发酵工艺，顺应了秸秆发酵原料进入发酵装置后会上浮的特性，秸秆原料在装置内的运行达到较为理想的推流状态，取得极高的产气效果；发酵装置采用重力自动出浮渣方式，解决了秸秆进出料难题。本工艺可用于以秸秆为惟一发酵原料或以秸秆为主要发酵原料的沼气工程中。也可应用于其它高发酵浓度的沼气工程中。

Description

上推流秸秆沼气发酵工艺及装置
本发明涉及一种秸秆沼气发酵工艺及装置，特别是涉及以秸秆为主要发酵原料的上推流沼气发酵工艺及上部能出渣的立式圆筒体发酵装置。
秸秆发酵原料(例如：玉米秸、麦秸、高梁秸、稻草等)的比重轻，在水中多呈漂浮状，在发酵产气时更是如此，在装置中分层明显，流动性差。它给秸秆沼气发酵的进出料带来困难和工程效率低下。为了解决进出料难题，工程上采用批次发酵工艺来解决，即设置多个发酵单元，轮流进行发酵和换料。例如发明专利(专利申请号：ZL2005100827231)“一种干式发酵的设备及其方法”，就属此类型工艺。虽然它解决了进出料难的问题，但它的设施复杂，造价高，操作不便；运行不稳定，费用高，工程效率低，池容产气率仅达0.6m3/m3.d。另一种变相的解决办法是在以粪便为主要发酵原料的沼气工程中，添加小部分秸秆，其发酵工艺多半采用全混合工艺，配备机械搅拌装置；它可实现1.0～1.5m3/m3.d的池容产气率。欧洲普遍采用这一工艺。但秸秆的充分利用受到限制。
本发明的目的是利用秸秆原料的固有特性，设计适合其沼气发酵的工艺及装置，解决以秸秆为惟一发酵原料或以秸秆为主要发酵原料的沼气工程进出料难题，以及发酵效率低下的问题，实现秸秆沼气发酵较高的和池容产气率和原料产气率，以及工程运行的高可靠性和低成本。
本发明的沼气发酵工艺是经过粉碎的秸秆发酵原料先进入发酵装置底部开始沼气发酵，秸秆原料会上浮形成一浮料层；随后的每一次进料，都会在先前的浮料层下面形成新的浮料层；随着进料次数的不断增加，秸秆原料不断层层向上推进，经过一段时间后，较早进入发酵装置的秸秆原料被推至装置的顶部过程的同时完成产沼气过程，然后，靠自身重力落入出料漏斗，通过出料管经水封池排出，完成沼气发酵全过程。
本发明的发酵装置为设有增温保温设施的底部进料上部出料的立式圆筒体发酵装置，立式圆筒体上部中央设一出料漏斗，漏斗下部连接一出料管，出料管斜穿筒体壁***一水封池中，出料漏斗上口径大于1200mm，下口径大于350mm，出料管管径大于350mm。装置顶盖为圆锥型锅盖，顶盖坡度大于45°。
附图1是完整的上推流秸秆沼气发酵工程工艺流程图
本发明采用了由下向上推流的沼气发酵工艺，顺应了秸秆发酵原料自然上浮的特性，使工艺运行更加顺畅自然，发酵原料在装置内的运动达到较为理想的推流状态，滞留时间最长、发酵最充分的原料将被率先排出，滞留时间不足、发酵未充分的发酵原料不会被排出，发酵原料在装置中的滞留期可人为控制。因此可取得较高的池容产气率和较高的原料产气率。发酵装置无须设搅拌装置操作维护更简便，可实现长久稳定运行。完成发酵的浮渣靠自身重力自动出料，运行费用低。
本发明以日产沼气650m3的秸秆沼气工程实施为例加以说明，工程采用的主要设计参数为：(1)池容产气率：1.0m3/m3.d；(2)原料产气率：0.35～0.40m3/kgTs；(3)有机负荷率：2.5～3.0kgTs/m3.d；(4)沼气发酵温度：38℃±2℃；(5)发酵装置容积：650m3；(6)圆筒体径高比：1∶2；(7)圆锥型顶盖坡度60°；(8)出料漏斗上口径1.8m，下口径0.6m；(9)出料管径φ600mm；(10)进料管径φ160mm。
发酵装置的设计要求：总容积650m3，圆筒体直径7.2m，高14.4m；出料漏斗安装于圆筒体上部中央，漏斗上口与筒体上口处于同一水平面上，下口接出料管，出料管斜穿过圆筒体壁插到水封池中；设置从调配池到发酵装置底部、可双向走料的泵、闸门、管道；设φ100mm的出气管；在装置上设上、中、下三个温度监测点；设置热水锅炉给发酵装置供热的设施；给装置表面(除底面外)加上高效的保温层；在保温层外面加上美观的保护层；设置到达装置顶的梯子及护栏。
按照发酵装置的设计参数要求，以及完整的上推流秸秆沼气发酵工程工艺流程(见附图1)的要求，设计好各处理单元，安排好各处理单元的相互关系和总体布局(包括相对位置和高程)，把沼气工程的设施建设好。
秸秆沼气工程运行要点：
(1)秸秆原料经5mm筛孔粉碎机粉碎进入秸秆粉仓待用；
(2)进料时，从秸秆粉仓将需投加的秸秆粉量投入调配池中；
(3)按投加秸秆粉干重的3倍投加外加水量；
(4)外加水经水封池再入调配池；
(5)从发酵装置底部放料液至调配池中辅助进料，其数量以泵能进料为宜；
(6)启动搅拌装置将秸秆粉与料液混合好；
(7)启动螺杆泵把料泵入发酵装置底部，完成一次进料过程；
(8)运行至发酵装置顶部的秸秆渣(沼渣)，由于自身重力作用，自动落入出料漏斗，经出料管排入水封池中，再从水封池外运利用，完成出料过程；
(9)热水锅炉应每天向发酵装置供热，以保证38℃±2℃的发酵温度，锅炉燃料可以是沼气工程所产沼气，也可以用其它燃料；
(10)发酵装置所产沼气从沼气管经净化装置，脱水脱硫后通过贮配气***输送给用户利用。

Claims (2)

1.一种推流沼气发酵工艺，特别是秸秆推流沼气发酵工艺，其特征是经粉碎的秸秆发酵原料先进入发酵装置底部开始沼气发酵，秸秆原料会上浮形成一浮料层，随后的每一次进料，都会在先前的浮料层下面形成新的浮料层，随着进料次数的不断增加，秸秆发酵原料会不断层层向上推进，经过一段时间后，较早进入发酵装置的发酵原料被推至装置顶部过程的同时完成产沼气过程；然后靠自身重力落入出料漏斗，通过出料管经水封池排出，完成沼气发酵全过程。
2.一种设有增温保温设施的沼气发酵装置，特别是底部进料上部出料的立式圆筒体发酵装置，其特征是圆筒体上部中央设一出料漏斗，漏斗下部连接一出料管，出料管斜穿过筒体壁***一水封池中，装置顶盖为圆锥型锅盖，顶盖坡度大于45°。
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