專利名稱：厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)及使用方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明厭氧發(fā)酵沼氣的技術(shù)領域，具體是涉及一種厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)及使用方法。
背景技術(shù)：
至2010年底，我國有國家支持的大中型沼氣工程14000多個，主要分類為能源回收型、環(huán)境保護型以及綜合用途型。在這些項目中大型項目(厭氧發(fā)酵罐IOOOm3以上的)的投資回報率一般在10%-20%，大部分中小型(厭氧發(fā)酵罐IOOOm3以下的)的投資回報率都在10%以下。雖然回報率會隨生產(chǎn)規(guī)模擴大而遞增，但由于厭氧發(fā)酵罐其本身的技術(shù)原因，單個發(fā)酵罐的大小一般不易超過2000m3。如果厭氧發(fā)酵罐過大的話，就會帶來保溫成本增加、攪拌耗能、施工難度加大、占地成本加大等一系列問題。另外這樣的收益率還受生產(chǎn)穩(wěn)定性和市場的影響，其中重要收益組成部分的肥料市場波動比較大，特別是沼液受運送成本的 影響比較大，一般都只是適合本地消化，一旦出現(xiàn)滯銷，不但無法收益，還會對周邊環(huán)境造成威脅。所以總體來說，沼氣工程的投資收益率還是比較脆弱的，很多沼氣工程因為收益或技術(shù)等問題而處于閑置狀態(tài)，造成了大量的資源浪費。解決沼氣工程的普遍收益率偏低，使產(chǎn)品充分體現(xiàn)其商品性，成為了一個廣為關(guān)注的課題。如現(xiàn)在有沼氣項目與周邊農(nóng)戶簽訂供肥協(xié)議，穩(wěn)定售肥渠道，或通過沼氣發(fā)電余熱的熱能回收提高沼氣工程的價值產(chǎn)出，雖然也取得了局部性的改善，但依然對收益率提高的貢獻度比較低；還有通過做成CDM項目來出售碳排放權(quán)，但因為開發(fā)條件苛刻，開發(fā)周期也長，該模式至今還沒有得到很好的推廣?，F(xiàn)行大中型沼氣厭氧發(fā)酵一般采用中溫(30°C -40°C)或高溫(50°C _60°C)發(fā)酵。在冬季，由于環(huán)境溫度與反應溫度的差距，產(chǎn)生的沼氣30-90%甚至更多要用于維持發(fā)酵溫度，主要用于兩部分1、補償發(fā)酵罐以及各管道的熱損失，2、用于把進料加熱到反應溫度。因為即便發(fā)酵罐的保溫能做到很好，但在發(fā)酵過程中還至少有總熱量的10%隨發(fā)酵罐或各類管道表面散失掉。另外，發(fā)酵反應后的沼液因為是在反應溫度的狀態(tài)下被排出的，顯然還蘊含著大量的低品位熱量，但這些沼液在排出后，一般都會被自然冷卻到環(huán)境溫度，其中的余熱很難被利用。如果按照容積產(chǎn)氣率lm3/lm3，沼氣甲烷含量60%，甲烷燃燒值為34000kJ/m3，水力停留時間為10-20天來計算的話，中溫發(fā)酵后沼液從40°C降到環(huán)境溫度10°C的話，所釋放熱量占所產(chǎn)生全部沼氣熱量的28-55%以上；高溫發(fā)酵后沼液從60°C降到環(huán)境溫度10°C的話，所釋放熱量占所產(chǎn)生全部沼氣熱量的45-90%以上。通過這兩部分的能量平衡的計算我們不難得出上面所提到的在冬季為什么會把30-90%的能量耗費在發(fā)酵溫度的維持上面?，F(xiàn)有的發(fā)酵過程的損失熱的減少一般有兩種途徑1、通過降低反應罐和各類管道的總表面積/總體積的比值，比如擴大單個反應罐的容積；2、在反應罐和各類管道上覆蓋保溫材料。雖然伴有成本的增加，也取得了一定的效果，但10%左右的熱損失依然是不可避免的。另外還可通過將部分沼液進行固液分離，然后將液體部分重新和進料混合進入反應罐來減少沼液內(nèi)熱能的損失，但這樣也依然無法避免大量沼渣沼液的排放帶走很多熱量。即使世界先進水平，在冬季30%以上的沼氣用于反應加溫的事實也是無法避免的。因為沼氣能量收益一般占整個沼氣工程項目收益的60%-80%以上，所以合理利用好這些余熱，將會給沼氣工程項目帶來巨大的盈利空間?，F(xiàn)有技術(shù)中，在溫室種植管理中，溫室冬季加溫是重要的環(huán)境調(diào)控措施，是提高溫室的生產(chǎn)效率重要途徑。有統(tǒng)計為了在冬季將溫室內(nèi)溫度維持在6-8°C以上，整個冬季需消費天然氣3000-5000 m3/1000m2，如要維持在11_12°C以上的話，需要消費天然氣8000-12000 m3/1000m2。如此高的保溫成本，使得很多溫室大棚經(jīng)營者放棄了以加熱為主的主動保溫措施，而只是采用加厚保溫層的被動保溫措施，使得保溫效果沒法保證，無法種植對溫度要求高而經(jīng)濟效益更好的作物，甚至在冬季碰到極端氣候的話會因凍害而導致遭受嚴重經(jīng)濟損害。另外加厚保溫層被動保溫的方式作物不能進行光合作用，而一旦揭開保溫層而使內(nèi)部的熱量散失的話，就無法進行補充，加厚保溫層被動保溫的方式本身又不產(chǎn)生 熱量，因此很多種植戶在冬季一般只是希望作物不被凍死，開春后能搶先上市買個好價錢，而無法奢望全年不受季節(jié)溫度的影響，穩(wěn)定的產(chǎn)出；有的甚至就干脆放棄了越冬種植，失去了提聞收入的機會。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，提供了一種厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)及使用方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，包括厭氧發(fā)酵罐，所述厭氧發(fā)酵罐下部設有發(fā)酵液導出管道，發(fā)酵液導出管道經(jīng)發(fā)酵液閥連接到第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池，第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池與發(fā)酵液導出管道之間設有溫室支管閥，該組溫室由若干個溫室組成，第 一組溫室后各發(fā)酵液反應池支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道經(jīng)發(fā)酵液循環(huán)泵連接到厭氧發(fā)酵罐的上部，厭氧發(fā)酵罐里的部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液閥、發(fā)酵液導出管道、第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池、發(fā)酵液循環(huán)管道和發(fā)酵液循環(huán)泵再到厭氧發(fā)酵罐形成循環(huán)回路。作為優(yōu)選，所述厭氧發(fā)酵罐下部的發(fā)酵液導出管道經(jīng)發(fā)酵液閥還連接到第二組溫室中的各發(fā)酵液散熱器，第二組溫室中的各發(fā)酵液散熱器與發(fā)酵液導出管道之間也設有溫室支管閥，該組溫室均由若干個溫室組成，第二組溫室后各發(fā)酵液散熱器支管匯集到沼液回收管道經(jīng)沼液回收泵連接到沼液回收池。作為優(yōu)選，所述第二組溫室中設有溫度傳感器，該溫度傳感器監(jiān)測各發(fā)酵液散熱器內(nèi)的溫度，并將電信號傳送至第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，控制這些溫室支管閥的開閉以及開度。作為優(yōu)選，所述第二組溫室中設有定時器，該定時器感知發(fā)酵液散熱器內(nèi)發(fā)酵液的熱量傳遞時間，將電信號傳送至第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，控制這些溫室支管閥的開閉以及開度。作為優(yōu)選，所述發(fā)酵液導出管道、發(fā)酵液反應池、發(fā)酵液散熱器和發(fā)酵液循環(huán)管道由導熱系數(shù)彡0. Iff/mK的保溫材料包覆。上述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)使用方法的步驟為(1)將發(fā)酵液總固體濃度TS、pH、溫度調(diào)節(jié)至最佳的反應條件，打開發(fā)酵液導出管道上的發(fā)酵液閥、第一組溫室前各支管上的溫室支管閥和發(fā)酵液循環(huán)泵，部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液導出管道進入第一組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液反應池，在發(fā)酵液反應池繼續(xù)發(fā)酵的同時向第一組溫室散熱，而后經(jīng)第一組溫室后各發(fā)酵液反應池支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道，被發(fā)酵液循環(huán)泵抽送到厭氧發(fā)酵罐的上部，厭氧發(fā)酵罐里的部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液閥、發(fā)酵液導出管道、第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池、發(fā)酵液循環(huán)管道和發(fā)酵液循環(huán)泵再到厭氧發(fā)酵罐形成循環(huán)回路；
(2)待厭氧發(fā)酵反應進行到發(fā)酵液中的化學需氧量COD濃度或可溶性有機固體VS濃度被分解下降到初始濃度的10%-50%時，產(chǎn)氣量下降，開始進行發(fā)酵液的排出回收，同時給厭氧發(fā)酵罐補充與排出量相應的原料液，發(fā)酵液的排出回收步驟為a.打開第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，使處于反應溫度的發(fā)酵液注入第二組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液散熱器，注入后關(guān)閉第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液散熱器向第二組溫室散熱；b.當發(fā)酵液散熱器內(nèi)發(fā)酵液溫度下降至設定的排出溫度時，該溫度略高于環(huán)境溫度，或該發(fā)酵液的熱量傳遞時間達到設定時間時，打開第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，處于反應溫度的發(fā)酵液重新注入第二組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液散熱器，同時將冷卻后的發(fā)酵液 即沼液經(jīng)沼液回收管道由沼液回收泵抽送到沼液回收池；c.重復步驟a和b，沼液和沼渣作為冷卻后產(chǎn)物排出。本發(fā)明采用連續(xù)發(fā)酵工藝，每天都要排出沼液和和沼渣并補充進料，沼液排出量根據(jù)水利停留時間HRT來確定，比如水利停留時間HRT為10天，每天要替換10% ；水利停留時間HRT為20天，每天要替換5%。為了補充在溫室中釋放的熱量，維持發(fā)酵所需的溫度，本發(fā)明系統(tǒng)的使用方法中，可在原料液加入?yún)捬醢l(fā)酵罐前的堿性水解過程中進行加熱，或者直接對厭氧發(fā)酵罐進行加熱，或者在發(fā)酵液循環(huán)放熱后先加熱再回流進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，其中加熱燃料可為產(chǎn)出的沼氣，或其它補充燃料。其中優(yōu)選在原料液加入?yún)捬醢l(fā)酵罐前的堿性水解過程中進行加熱，這樣既可以通過高溫加速秸桿原料中的木質(zhì)素、纖維素等難溶有機物的溶解，也可以起到對原料的滅菌消毒的作用。厭氧發(fā)酵罐雖然有完全混合厭氧反應器(CSTR)、升流式厭氧固體反應器(USR)、厭氧濾池反應器(AF)、上流式污泥床反應器(UASB)和膨脹顆粒污泥床反應器(EGSB)等種類，考慮到本系統(tǒng)中發(fā)酵反應液有反應條件均一、具有充分的流動性、產(chǎn)生的沼氣無需三相分離器就能分離的需要，本系統(tǒng)中采用完全混合厭氧反應器(CSTR)方式，上設有攪拌器、進料口、集氣口、回收液入口以及各類反應條件監(jiān)控設備。考慮到總體為管道輸送，為預防管道中反應液流速減慢或停滯，所以最佳反應條件TS濃度可設為12%以下，pH可設為5. 5-7. 5，溫度在中溫發(fā)酵可設為30°C -40°C或更佳為35°C _38°C，高溫發(fā)酵可設為500C _60°C或更佳為 55°C -58°C?？紤]到在冬季溫室內(nèi)溫度需維持在6 °C以上，整個年度需至少消費天然氣3000m3/1000m2，在溫室中的發(fā)酵容量占總發(fā)酵容量50%_95%時，日產(chǎn)氣量50%_95%取決于溫室內(nèi)發(fā)酵容量的大小，所以為能在無外購能源的條件下為溫室提供足夠的熱能，溫室內(nèi)發(fā)酵液容量應不小于10m3/1000m2，更佳為不小于20 m3/1OOOm2。本發(fā)明中溫室內(nèi)發(fā)酵液反應池可為任意形狀，為便于發(fā)酵液流動，可為直徑大于20cm的管道。本發(fā)明中溫室內(nèi)發(fā)酵液反應池可設多個，這些發(fā)酵液反應池在循環(huán)回路中，互相間可以并聯(lián)形式也可以串聯(lián)形式存在；為獲得合理充分可利用容積，溫室內(nèi)發(fā)酵液反應池容量總和應不小于厭氧發(fā)酵罐的容積，更佳容量可大于厭氧發(fā)酵罐容量20倍以上。本發(fā)明中溫室內(nèi)發(fā)酵液散熱器可設多個，這些發(fā)酵液散熱器在系統(tǒng)中互相間可以并聯(lián)形式也可以串聯(lián)形式存在；由于所釋放的熱量在在整個產(chǎn)出沼氣的熱量的30-50%，所以其所處的溫室的總面積在與發(fā)酵液反應池所處溫室的維持溫度和散熱量相同的條件下，也應占整個發(fā)酵液散熱器所處溫室總面積的30-50%，在提高發(fā)酵液散熱器所處溫室的維持溫度和釋放熱量，增加散發(fā)熱量的速度的條件下，比如可將維持溫度提高到10°C，釋放熱量提高到每天消費天然氣45m3/1000m2以上的話，發(fā)酵液散熱器所處的溫室占發(fā)酵液反應池所處溫室總面積的10-15% ;在其外部覆蓋導熱系數(shù)< 0. Iff/mK的保溫材料，通過調(diào)節(jié)發(fā)酵液散熱器外覆蓋的保溫材料的厚度或面積等方法調(diào)節(jié)其熱量的散發(fā)速度。本發(fā)明中為盡量減少熱量在溫室外無效散失，發(fā)酵液導出管道、發(fā)酵液循環(huán)管道以及其它暴露在溫室外的存有發(fā)酵液的容器或管道都應被導熱系數(shù)< 0. Iff/mK的保溫材料所覆蓋。 本發(fā)明中溫室內(nèi)發(fā)酵液反應池材料可為任意材料，考慮到為了能在沒有外購能源的條件下維持發(fā)酵溫度，由發(fā)酵液反應池單位時間內(nèi)釋放的熱量最好小于本容積內(nèi)單位時間內(nèi)產(chǎn)出的沼氣內(nèi)所含熱量，通過表面釋放的熱量不能過快；另外為了給溫室及時足量的補充熱量，通過表面釋放的熱量不能過慢。因此本系統(tǒng)中發(fā)酵液反應池應被導熱系數(shù)(0. Iff/mK的保溫材料所覆蓋，并可通過增加或減少保溫材料的厚度或覆蓋面積來調(diào)節(jié)散熱的速度。本發(fā)明中原料液的添加和發(fā)酵液的循環(huán)回流至厭氧發(fā)酵罐過程中均采用高位進料方式，為使厭氧發(fā)酵罐中浮渣不因缺少水分而硬化，可將進料管設置在浮渣層以上，在高壓泵的作用下，使進料液沖洗打碎浮渣。本發(fā)明為預防管道中反應液流速減慢或停滯，可在發(fā)酵液導出管道、發(fā)酵液循環(huán)管道、沼液回收管道和沼液排出管道中加設中繼泵，提高反應液的流動速度。本發(fā)明中由于田間秸桿所占比例較大，為預防其在管道中堵塞，故將秸桿先進行粉碎處理，將粉碎后原料投入50-100°C的堿性水解池中，該水解池pH維持在9-12之間，可使得木質(zhì)素、纖維素等難溶有機物預先得到一定溶解處理，經(jīng)過螺旋壓榨機進行固液分離，將發(fā)酵原料液調(diào)整至有機物濃度VS10%以下再使用原料泵抽送到厭氧發(fā)酵罐中進行發(fā)酵。采用上述技術(shù)方案后，使得本發(fā)明有以下優(yōu)點
I、將厭氧發(fā)酵罐中部分發(fā)酵液轉(zhuǎn)移至溫室內(nèi)的發(fā)酵液反應池，通過外表面散熱可以為溫室提供熱能,如溫室中發(fā)酵液容量超過總發(fā)酵容量的90%時，理論上通過發(fā)酵液反應池外表面散發(fā)熱量的90%可以被充分利用。2、將排出前的發(fā)酵液即沼液在溫室中滯留，使其所含熱量在溫室中充分釋放，可以使絕大多數(shù)的余熱得到利用。3、將發(fā)酵反應容器放置入溫室后，使得厭氧發(fā)酵罐的占地面積大大減少，由于溫室內(nèi)發(fā)酵反應容器對保溫要求不高，大幅降低了系統(tǒng)的保溫成本。4、厭氧發(fā)酵罐單罐容積減小，其余容積都以管道的方式存在，大幅降低了工程的造價，一般厭氧發(fā)酵罐的擴容成本為1800-3500元/m3，以管道的形式，成本可降至50%以下，并且發(fā)酵容積可隨情況調(diào)節(jié)，并同時降低了溫室內(nèi)散熱管道的投資。
5、由于發(fā)酵液通過循環(huán)進行攪拌混合，大幅降低了厭氧發(fā)酵罐的攪拌成本，并且通過高位入料的方式回流發(fā)酵液，避免了厭氧發(fā)酵罐上層出現(xiàn)結(jié)殼現(xiàn)象。6、由于產(chǎn)地和消費地相同，所產(chǎn)生的沼氣(包括CH4和C02)、沼液、沼渣可就地消費，減少運輸成本，并且可以獲取穩(wěn)定的溫室供熱收入，使整體投資回報率大幅提高并且穩(wěn)定。7、由于管道大多在溫室內(nèi)，可利用該管道將產(chǎn)出的沼液、沼渣直接施入地里，免去施肥的人工成本，更利于各類沼肥的消化，并可以利用該管道進行其他液體肥料或水分的補給。8、通過對原料的高溫堿性的加熱分解處理，使得沼液中的各類病原菌和病毒得到大幅度的抑制，提高了沼液施用的安全性。
9、相對于溫室經(jīng)營者來說，便捷價廉的獲取了在生產(chǎn)過程中所必須的有機肥、CO2肥和保溫熱量，并且消化了種植中產(chǎn)生的大量秸桿，還可以消化本地產(chǎn)出其他作物秸桿及各類有機廢料。


圖I是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例參看圖1，本發(fā)明厭氧發(fā)酵罐8前，粉碎處理后的原料投入到溫度50-800C > pH9-10的水解池I中進行水解，然后使用螺旋壓榨機2擠壓水解后的原料，獲取發(fā)酵原料液，除去掉不可溶的固體物，發(fā)酵原料液匯集在原料池3中，原料池3中的發(fā)酵原料液調(diào)整至有機物濃度VS10%以下再使用原料泵4抽送到厭氧發(fā)酵罐8中進行發(fā)酵，厭氧發(fā)酵罐8內(nèi)設有攪拌器5，厭氧發(fā)酵罐8頂端的集氣管6連通到沼氣儲存罐7 ;厭氧發(fā)酵罐8下部設有發(fā)酵液導出管道16和沼液排出管道18,發(fā)酵液導出管道16上設有發(fā)酵液閥12,發(fā)酵液導出管道16連接到兩組溫室中，兩組溫室均由若干個溫室組成，每組溫室前的各支管上均設有溫室支管閥13，其中第一組溫室14內(nèi)設有發(fā)酵液反應池15，第一組溫室14后的各支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道17后經(jīng)發(fā)酵液循環(huán)泵9連接到厭氧發(fā)酵罐8的上部，形成循環(huán)回路；第二組溫室20內(nèi)設有發(fā)酵液散熱器21，第二組溫室20后的各支管匯集到沼液回收管道22后經(jīng)沼液回收泵23連接到沼液回收池10 ;第二組溫室20內(nèi)設有溫度傳感器19或定時器24，該溫度傳感器監(jiān)測發(fā)酵液散熱器21內(nèi)的溫度，并將電信號傳送至第二組溫室前各支管上的溫室支管閥13，控制這些溫室支管閥的開閉以及開度，或由定時器24感知發(fā)酵液散熱器內(nèi)發(fā)酵液的熱量傳遞時間，將電信號傳送至第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，控制這些溫室支管閥的開閉以及開度。沼液排出管道18上設有沼液閥11，沼液排出管道18經(jīng)沼液閥11連通到沼液回收池10，發(fā)酵液反應池15和發(fā)酵液導出管道16和發(fā)酵液循環(huán)管道17和發(fā)酵液散熱器21由導熱系數(shù)< 0. I ff/mK的保溫材料包覆。上述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液及沼液余熱利用系統(tǒng)使用方法的步驟為
(I)將發(fā)酵液總固體濃度TS、pH、溫度調(diào)節(jié)至最佳的反應條件，打開發(fā)酵液導出管道上的發(fā)酵液閥、第一組溫室前各支管上的溫室支管閥和發(fā)酵液循環(huán)泵，部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液導出管道進入第一組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液反應池，在發(fā)酵液反應池繼續(xù)發(fā)酵的同時向第一組溫室散熱，而后經(jīng)第一組溫室后各發(fā)酵液反應池支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道，被發(fā)酵液循環(huán)泵抽送到厭氧發(fā)酵罐的上部，厭氧發(fā)酵罐里的部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液閥、發(fā)酵液導出管道、第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池、發(fā)酵液循環(huán)管道和發(fā)酵液循環(huán)泵再到厭氧發(fā)酵罐形成循環(huán)回路；
(2)待厭氧發(fā)酵反應進行到發(fā)酵液中的化學需氧量COD濃度或可溶性有機固體VS濃度被分解下降到初始濃度的10%-50%時，產(chǎn)氣量下降，開始進行發(fā)酵液的排出回收，同時給厭氧發(fā)酵罐補充與排出量相應的原料液，發(fā)酵液的排出回收步驟為a.打開第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，使處于反應溫度的發(fā)酵液注入第二組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液散熱器，注入后關(guān)閉第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液散熱器向第二組溫室散熱；b.當發(fā)酵液散熱器內(nèi)發(fā)酵液溫度下降至設定的排出溫 度時，該溫度略高于環(huán)境溫度，或該發(fā)酵液的熱量傳遞時間達到設定時間時，打開第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，處于反應溫度的發(fā)酵液重新注入第二組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液散熱器，同時將冷卻后的發(fā)酵液即沼液經(jīng)沼液回收管道由沼液回收泵抽送到沼液回收池；c.重復步驟a和b，沼液和沼渣作為冷卻后產(chǎn)物排出。本發(fā)明采用連續(xù)發(fā)酵工藝，每天都要排出沼液和和沼渣并補充進料，沼液排出量根據(jù)水利停留時間HRT來確定，比如水利停留時間HRT為10天，每天要替換10% ；水利停留時間HRT為20天，每天要替換5%。為了補充在溫室中釋放的熱量，維持發(fā)酵所需的溫度，本發(fā)明系統(tǒng)的使用方法中，可在原料液加入?yún)捬醢l(fā)酵罐前的堿性水解過程中進行加熱，或者直接對厭氧發(fā)酵罐進行加熱，或者在發(fā)酵液循環(huán)放熱后先加熱再回流進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，其中加熱燃料可為產(chǎn)出的沼氣，或其它補充燃料。其中優(yōu)選在原料液加入?yún)捬醢l(fā)酵罐前的堿性水解過程中進行加熱，這樣既可以通過高溫加速秸桿原料中的木質(zhì)素、纖維素等難溶有機物的溶解，也可以起到對原料的滅菌消毒的作用。本發(fā)明提高了沼氣工程的投資回報率，解決了沼氣工程規(guī)模問題，和伴隨擴大規(guī)模而來的占地擴大、攪拌耗能提高、保溫成本增加、施工難度加大等的問題；其次充分利用在厭氧發(fā)酵反應過程中產(chǎn)生的各種生成物，包括厭氧發(fā)酵反應過程中的發(fā)熱或反應后的余熱、沼液、沼渣等，使其商品性得以充分體現(xiàn)，提高了整體的收益率。本發(fā)明將厭氧發(fā)酵反應系統(tǒng)的建設及運營與溫室大棚的加溫需求結(jié)合起來，解決了厭氧發(fā)酵反應過程中的發(fā)熱或反應后的余熱的利用問題，并能方便廉價的進行厭氧發(fā)酵罐擴容，將大容量的發(fā)酵罐分成兩部分，一部分容量分散到溫室中的發(fā)酵液反應池內(nèi)，另一部分存在相對較小容量的厭氧發(fā)酵罐中，兩者通過發(fā)酵液導出管道和發(fā)酵液循環(huán)管道相連接，形成循環(huán)回路，發(fā)酵液在此回路中能夠循環(huán)流動。例舉假定本系統(tǒng)的利用環(huán)境為1000000m2溫室，即1500畝，每個溫室為長100m，寬10m，高3m，共1000個，每個溫室內(nèi)設直徑為60cm，長IOOm的管道I根，約28m3，總長為100000m,總?cè)莘e為18000 m3,材料為玻璃鋼夾砂管，壁厚10mm，導熱系數(shù)為0. 4 ff/mK,外圍覆蓋泡沫塑料，厚40mm，導熱系數(shù)0.05 W/mK。其中發(fā)酵液散熱器所處的溫室總面積為IOOOOOm2,占溫室總面積10%，其保溫材料覆蓋為93%，散熱速度約為溫室內(nèi)發(fā)酵反應池的約3倍。發(fā)酵液導出管道I根，發(fā)酵液循環(huán)管道I根，沼液回收管道I根，同為玻璃鋼夾砂管，壁厚10mm，導熱系數(shù)為0. 4 W/mK，外圍覆蓋泡沫塑料，厚100mm，導熱系數(shù)0. 05 W/mK，共約800m長，總?cè)莘e為200m3，厭氧發(fā)酵罐總?cè)莘e為1000m3，此時總?cè)莘e為29200m3，能產(chǎn)生沼氣并能有效回收的有效反應容積為厭氧發(fā)酵罐容積+發(fā)酵液導出管道容積+溫室內(nèi)發(fā)酵液反應池容積+發(fā)酵液循環(huán)管道容積，本實施中總有效反應容積約為26400m3。溫室內(nèi)總發(fā)酵液容量為28000m3，有效反應容量為25200 m3，用于散熱的發(fā)酵液散熱器容量為2800m3，每天產(chǎn)生的沼氣約為26400m3，相當于17200m3天然氣。溫室內(nèi)發(fā)酵液反應池在溫差30°C的條件下，以維持6°C以上的溫度為目標，每天散熱為140000kcal，約相當于15m3天然氣，溫室內(nèi)發(fā)酵液散熱器在溫差30°C的條件下，以維持10°C以上的溫度為目標，散熱為420000kcal/天，約相當于45m3天然氣，兩者每天在所有溫室內(nèi)散發(fā)熱量總共約相當于天然氣18000m3/天，以整個系統(tǒng)每天生產(chǎn)17200m3天然氣能力，大致能夠持平。厭氧發(fā)酵罐內(nèi)采用完全混合厭氧反應器(CSTR)，采用中溫發(fā)酵，溫度范圍為37°C-38°C。原料主要為各類田間秸桿、各類養(yǎng)殖排泄物、以及城市的有機廢棄物。由于田間秸桿所占比例較大，故先進行粉碎前處理，將粉碎后原料投入堿性水解池中，該水解池PH維持在9-12、溫度在50-100°C之間，可使得木質(zhì)素、纖維素等難溶有機物預先等到一定處 理，經(jīng)過螺旋壓榨機進行固液分離，將發(fā)酵原料液調(diào)整至有機物濃度VS10%以下再使用原料泵抽送到厭氧發(fā)酵罐中進行發(fā)酵，待有機物被去除80%-90%后將沼液在溫室內(nèi)靜置放熱后排出，排出的溫度設為環(huán)境溫度+3°C，水利停留時間HRT為20天，容積產(chǎn)氣率為lm3/m3。每天提供共26400m3沼氣，約相當于天然氣近17200m3，足夠供應所有溫室維持6°C或10°C以上的溫度。排出后的沼液可進行無害處理后作為肥料排入田中，也可在充分沉淀凈化后，上清液作為濃度調(diào)節(jié)水循環(huán)利用，沉淀物作為肥料排出利用。最后，應當指出，以上實施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應認為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，包括厭氧發(fā)酵罐，其特征在于所述厭氧發(fā)酵罐下部設有發(fā)酵液導出管道，發(fā)酵液導出管道經(jīng)發(fā)酵液閥連接到第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池，第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池與發(fā)酵液導出管道之間設有溫室支管閥，該組溫室由若干個溫室組成，第一組溫室后各發(fā)酵液反應池支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道經(jīng)發(fā)酵液循環(huán)泵連接到厭氧發(fā)酵罐的上部，厭氧發(fā)酵罐里的部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液閥、發(fā)酵液導出管道、第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池、發(fā)酵液循環(huán)管道和發(fā)酵液循環(huán)泵再到厭氧發(fā)酵罐形成循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述厭氧發(fā)酵罐下部的發(fā)酵液導出管道經(jīng)發(fā)酵液閥還連接到第二組溫室中的各發(fā)酵液散熱器，第二組溫室中的各發(fā)酵液散熱器與發(fā)酵液導出管道之間也設有溫室支管閥，該組溫室均由若干個溫室組成，第二組溫室后各發(fā)酵液散熱器支管匯集到沼液回收管道經(jīng)沼液回收泵連接到沼液回收池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述第二組溫室中設有溫度傳感器，該溫度傳感器監(jiān)測各發(fā)酵液散熱器內(nèi)的溫度，并將電信號傳送至第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，控制這些溫室支管閥的開閉以及開度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述第二組溫室中設有定時器，該定時器感知發(fā)酵液散熱器內(nèi)發(fā)酵液的熱量傳遞時間，將電信號傳送至第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，控制這些溫室支管閥的開閉以及開度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)酵液導出管道、發(fā)酵液反應池和發(fā)酵液循環(huán)管道由導熱系數(shù)< 0. Iff/mK的保溫材料包覆。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)酵液導出管道、發(fā)酵液散熱器和發(fā)酵液循環(huán)管道由導熱系數(shù)< 0. Iff/mK的保溫材料包覆。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)使用方法的步驟為 (1)將發(fā)酵液總固體濃度TS、pH、溫度調(diào)節(jié)至最佳的反應條件，打開發(fā)酵液導出管道上的發(fā)酵液閥、第一組溫室前各支管上的溫室支管閥和發(fā)酵液循環(huán)泵，部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液導出管道進入第一組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液反應池，在發(fā)酵液反應池繼續(xù)發(fā)酵的同時向第一組溫室散熱，而后經(jīng)第一組溫室后各發(fā)酵液反應池支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道，被發(fā)酵液循環(huán)泵抽送到厭氧發(fā)酵罐的上部，厭氧發(fā)酵罐里的部分發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液閥、發(fā)酵液導出管道、第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池、發(fā)酵液循環(huán)管道和發(fā)酵液循環(huán)泵再到厭氧發(fā)酵罐形成循環(huán)回路； (2)待厭氧發(fā)酵反應進行到發(fā)酵液中的化學需氧量COD濃度或可溶性有機固體VS濃度被分解下降到初始濃度的10%-50%時，產(chǎn)氣量下降，開始進行發(fā)酵液的排出回收，同時給厭氧發(fā)酵罐補充與排出量相應的原料液，發(fā)酵液的排出回收步驟為a.打開第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，使處于反應溫度的發(fā)酵液注入第二組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液散熱器，注入后關(guān)閉第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，發(fā)酵液經(jīng)發(fā)酵液散熱器向第二組溫室散熱；b.當發(fā)酵液散熱器內(nèi)發(fā)酵液溫度下降至設定的排出溫度時，該溫度略高于環(huán)境溫度，或該發(fā)酵液的熱量傳遞時間達到設定時間時，打開第二組溫室前各支管上的溫室支管閥，處于反應溫度的發(fā)酵液重新注入第二組溫室內(nèi)的各發(fā)酵液散熱器，同時將冷卻后的發(fā)酵液即沼液經(jīng)沼液回收管道由沼液回收泵抽送到沼液回收池；c.重復步驟a和b，沼液和沼渣作為冷卻后產(chǎn)物排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的使用方法中，可在原料液加入?yún)捬醢l(fā)酵罐前的堿性水解過程中進行加熱，或者直接對厭氧發(fā)酵罐進行加熱，或者在發(fā)酵液循環(huán)放熱后先加熱再回流進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，來補充在溫室中釋放的熱量，維持發(fā)酵所需的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的使用方法中，優(yōu)選在原料液加入?yún)捬醢l(fā)酵罐前的堿性水解過程中進行加熱，來補充在溫室中釋放的熱量，維持發(fā)酵所需的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液和沼液余熱利用系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的使用方法中，加熱燃料可為產(chǎn)出的沼氣，或其它補充燃料。
全文摘要
一種厭氧發(fā)酵沼氣的發(fā)酵液及沼液余熱利用系統(tǒng)，厭氧發(fā)酵罐下部的發(fā)酵液導出管道分別連接到第一組溫室中的各發(fā)酵液反應池和第二組溫室中的各發(fā)酵液散熱器中，第一組溫室后各發(fā)酵液反應池支管匯集到發(fā)酵液循環(huán)管道經(jīng)發(fā)酵液循環(huán)泵連接到厭氧發(fā)酵罐的上部，形成循環(huán)回路；第二組溫室后各發(fā)酵液散熱器支管匯集到沼液回收管道經(jīng)沼液回收泵連接到沼液回收池。本發(fā)明將厭氧發(fā)酵反應系統(tǒng)的建設及運營與溫室大棚的加溫需求結(jié)合起來，使用過程中發(fā)酵液的余熱得以利用，同時降低了溫室內(nèi)散熱管道的投資，并能方便廉價的進行厭氧發(fā)酵罐擴容，整體投資回報率大幅提高并且穩(wěn)定。
文檔編號C12M1/107GK102796658SQ20121030128
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者涂維浩, 洪峰 申請人:涂維浩