一種秸稈沼氣制備耦合發(fā)電余熱利用的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可再生能源開發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種秸桿沼氣制備耦合發(fā)電余熱利用的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生約8億噸農(nóng)作物秸桿。目前，秸桿的能源化利用方式主要有焚燒、氣化、熱解、乙醇發(fā)酵和沼氣發(fā)酵。與其它轉(zhuǎn)化技術(shù)相比，利用沼氣發(fā)酵技術(shù)處理利用秸桿，不僅可以產(chǎn)生高效、清潔的高品位能源，同時產(chǎn)生的沼渣和沼液還可以直接用作有機(jī)肥料，不失為一種行之有效的出路。沼氣發(fā)酵技術(shù)本身是一種非常成熟的技術(shù)，利用該技術(shù)轉(zhuǎn)化秸桿為新型能源，可以緩解我國常規(guī)能源緊張狀況、提高農(nóng)村人民的生活質(zhì)量；另一方面，又可解決作物秸桿的出路問題，減少因其露天焚燒、亂堆亂置等帶來的對環(huán)境不利影響。實際上，我國已經(jīng)明確將秸桿沼氣作為一項主要的可再生能源進(jìn)行重點支持發(fā)展。
[0003]眾所周知，由于秸桿等木質(zhì)纖維原料自身的特點，例如，復(fù)雜難降解的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)、較高的碳氮比、濕發(fā)酵容易上浮結(jié)殼，導(dǎo)致秸桿沼氣發(fā)酵的穩(wěn)定性及產(chǎn)氣效率較低。針對上浮結(jié)殼，主要通過改進(jìn)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)來解決，例如公開專利CN 103103117 B、CN103374521 B等即通過改進(jìn)反應(yīng)器的原料進(jìn)出口、攪拌方式來解決上浮結(jié)殼。針對較高的碳氮比，主要通過混合發(fā)酵的方式來解決，例如公開專利CN 101235388 BXN 102732565 B等即通過添加含氮較多的糞便、酒蒸餾廢液等與秸桿進(jìn)行混合發(fā)酵來調(diào)整碳氮比。
[0004]針對復(fù)雜難降解的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，主要通過預(yù)處理來解決。一般來講，用于減小原料尺寸的切碎、粉碎等機(jī)械預(yù)處理是必須的，這里講的預(yù)處理方法主要指化學(xué)法、生物法、物理法等改變內(nèi)部木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的方法:
[0005]化學(xué)法主要采用酸、堿預(yù)處理，例如，公開專利CN 102154374 BXN 102399825 B、CN 101691586 B、CN 101475964 B、CN 103740767 A等即采用硫酸、鹽酸、尿素、氫氧化鈉、有機(jī)酸、固體堿等進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理?；瘜W(xué)預(yù)處理方法普遍存在設(shè)備腐蝕問題，且需要大量的水對預(yù)處理后的原料進(jìn)行清洗或需要大量的酸堿進(jìn)行中和。當(dāng)用水進(jìn)行清洗時，會損失溶解性有機(jī)質(zhì)，當(dāng)用酸堿中和時，又會產(chǎn)生大量的鈉離子和氯離子，不僅可能抑制厭氧發(fā)酵，還可能造成環(huán)境污染，而且會影響沼渣的后續(xù)利用。以上問題嚴(yán)重影響了酸堿預(yù)處理在規(guī)模化秸桿沼氣工程上的應(yīng)用；
[0006]生物法主要采用酶或微生物進(jìn)行預(yù)處理，由于酶的價格較高，而沼氣的附加值還不是很高，因此，一般不考慮用酶來進(jìn)行預(yù)處理，更多的是采用微生物來進(jìn)行處理。例如公開專利 CN 1888073 B、CN 100487104C、CN 102533609 B、CN 101486988 B 等即通過木質(zhì)纖維素降解菌來破化木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。另外，公開專利CN 102586335 B、CN 102031276 B、CN102261004 B等進(jìn)行生物-化學(xué)聯(lián)合預(yù)處理。生物預(yù)處理雖然條件溫和，沒有腐蝕和二次污染，但是需要的處理時間較長，更為重要的是，由于微生物的自身代謝，需要消耗原料本身作為碳源，而且消耗掉的原料部分是很容易被降解利用的部分。因此，原料的碳損失較為嚴(yán)重，大大降低了原料產(chǎn)率；
[0007]物理法主要有水熱處理和蒸汽爆破。水熱處理即通過高溫蒸汽破化木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。蒸汽爆破是一種改進(jìn)型的水熱處理，利用高壓蒸汽迅速升溫，將原料和水或水蒸氣等在高溫、高壓下(150?240°C)處理一定時間后，立即降至常溫、常壓，蒸汽爆破過程中，高壓蒸汽滲入至纖維內(nèi)部，以氣流的方式從封閉的孔隙中釋放出來，使纖維發(fā)生一定的機(jī)械斷裂，同時高溫、高壓加劇纖維素內(nèi)部氫鍵的破壞，游離出新的羥基，纖維素內(nèi)的有序結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增加了纖維素的吸附能力。蒸汽爆破法對木質(zhì)素去除率很低，并且經(jīng)蒸汽爆破后的木質(zhì)素對纖維素酶有著較高的非特定吸附，同時一些低聚糖類和斷裂木質(zhì)素會在冷卻后沉淀黏附于纖維素表面，阻礙纖維素酶解。然而，由于水熱處理和蒸汽爆破的能耗較高，而沼氣的附加值不是很高，因此很少采用這種物理方法進(jìn)行預(yù)處理。而且水熱處理和蒸汽爆破處理過程，不僅能夠破化真正的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，還會將原料中易降解的溶解性糖以及半纖維素降解后的單糖轉(zhuǎn)化為糠醛、羥甲基糠醛等發(fā)酵抑制物，從而影響后續(xù)厭氧發(fā)酵。對于秸桿，尤其是青綠秸桿，原料中含有部分可溶性的糖類，如果直接進(jìn)行水熱處理，就會將這些可溶性糖類轉(zhuǎn)化為糠醛、羥甲基糠醛等發(fā)酵抑制物。另外，原料中可溶性糖類以及容易生物降解的半纖維素的存在，會降低蒸汽直接與難降解纖維素和木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的接觸面積，從而降水熱處理的處理效率。
[0008]綜上所述，有必要針對秸桿的原料特點，開發(fā)新系統(tǒng)，以實現(xiàn)一種綜合能耗低、處理效率高、且對后續(xù)發(fā)酵無抑制的秸桿預(yù)處理及沼氣發(fā)酵的新工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種提高秸桿沼氣制備效率、降低系統(tǒng)綜合能耗的秸桿沼氣制備耦合發(fā)電余熱利用的系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明涉及一種秸桿沼氣制備耦合發(fā)電余熱利用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:粉碎機(jī)、調(diào)節(jié)池、中溫發(fā)酵池、第一擠壓固液分離機(jī)、水熱反應(yīng)器、高溫發(fā)酵池、第二擠壓固液分離機(jī)、烘干機(jī)、沼氣凈化器、沼氣發(fā)電機(jī)組、第一水-水換熱器、第二水-水換熱器、第一熱水罐、泥-水換熱器、第二熱水罐；其中粉碎機(jī)的出料口與調(diào)節(jié)池的進(jìn)料口、調(diào)節(jié)池的出料口與中溫發(fā)酵池的進(jìn)料口、中溫發(fā)酵池的出料口與第一擠壓固液分離機(jī)的進(jìn)料口依次連通；第一擠壓固液分離機(jī)的出液口與高溫發(fā)酵池的進(jìn)液口連通，第一擠壓固液分離機(jī)的出料口與水熱反應(yīng)器的進(jìn)料口連通；水熱反應(yīng)器的出料口與高溫發(fā)酵池的進(jìn)料口、高溫發(fā)酵池的出料口與泥-水換熱器的進(jìn)料口、泥-水換熱器的出料口與第二擠壓固液分離機(jī)的進(jìn)料口依次連通，第二擠壓固液分離機(jī)的出液口與調(diào)節(jié)池的進(jìn)液口連通；泥-水換熱器的出熱水口與第二熱水罐的進(jìn)水口、第二熱水罐的出水口與調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)的增溫盤管的進(jìn)水口、調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)的增溫盤管的出水口與泥-水換熱器的回冷水口依次連通；中溫發(fā)酵池和高溫發(fā)酵池的沼氣出口與沼氣凈化器、沼氣凈化器與沼氣發(fā)電機(jī)組依次連通；沼氣發(fā)電機(jī)組的高溫?zé)煔馀欧殴艿琅c烘干機(jī)的進(jìn)氣管道、烘干機(jī)的出氣管道與水熱反應(yīng)器的進(jìn)氣管道依次連通；沼氣發(fā)電機(jī)組的冷卻水排放管道與第一水-水換熱器連通；沼氣發(fā)電機(jī)組的缸套水排放管道與第二水-水換熱器連通；第一水-水換熱器的出熱水口與第二水-水換熱器的回冷水口、第二水-水換熱器的出熱水口與第一熱水罐的進(jìn)水口、第一熱水罐的出水口與中溫發(fā)酵池內(nèi)設(shè)的增溫盤管的進(jìn)水口、中溫發(fā)酵池內(nèi)設(shè)的增溫盤管的出水口與第一水-水換熱器的回冷水口依次連通。
[0011]進(jìn)一步地，設(shè)置沼液排放管道與第二擠壓固液分離機(jī)的出液口連通。
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明(I)利用中溫發(fā)酵池、水熱反應(yīng)器、高溫發(fā)酵池相連接，實現(xiàn)中溫發(fā)酵、水熱處理、高溫發(fā)酵相結(jié)合的沼氣制備工藝，提高了原料的沼氣產(chǎn)率，縮短了發(fā)酵周期；(2)先進(jìn)行中溫發(fā)酵再進(jìn)行水熱處理工藝避免了因直接對原料進(jìn)行水熱處理所產(chǎn)生的抑制物出現(xiàn)，且提高了水熱處理的效率。原理為中溫發(fā)酵將容易降解利用的可溶性糖類和半纖維素轉(zhuǎn)化為甲烷，中溫發(fā)酵后剩下的固形物主要是真正難降解的纖維素和木質(zhì)素，此時再進(jìn)行水熱處理，水蒸汽可以直接作用于真正難降解的纖維素和木質(zhì)素從而提高木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的破壞程度。另外，中溫發(fā)酵后容易降解利用的可溶性糖類和半纖維素已經(jīng)被利用完，此時在進(jìn)行水熱處理就不會產(chǎn)生糠醛、呋喃等對后續(xù)發(fā)酵具有抑制作用的物質(zhì)；(3)將中溫發(fā)酵、水熱處理、高溫發(fā)酵的沼氣制備工藝與沼氣發(fā)電余熱綜合利用相結(jié)合，提高了秸桿沼氣制備效率，降低了系統(tǒng)的綜合能耗。根據(jù)沼