專利名稱:風(fēng)力攪拌兼致熱式厭氧發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力攪拌兼致熱的厭氧發(fā)酵罐。
背景技術(shù):
隨著人們對(duì)環(huán)保和生物質(zhì)能源的日益重視,有機(jī)廢棄物的厭氧處理工程得到了快速的發(fā)展。為保證厭氧發(fā)酵過(guò)程的高效運(yùn)行,需要對(duì)厭氧發(fā)酵體系進(jìn)行攪拌和加溫,尤其是在北方高寒地區(qū)建設(shè)大型厭氧處理工程,低溫是最主要的技術(shù)難題,必須采取適當(dāng)?shù)募訜岜卮胧?,?duì)沼氣發(fā)酵料液的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。國(guó)內(nèi)的工程大都采用電力攪拌和燃煤鍋爐加溫的方式,這既降低工程的能源效率,又增大了沼氣生產(chǎn)成本。因此,充分利用可再生能源解決厭氧處理工程的攪拌和加溫問(wèn)題具有重要的意義。近幾年,有一些新建厭氧處理工程采用太陽(yáng)能加熱,但是在寒冷的冬季,太陽(yáng)能效率很低,起到的作用很有限。相反,冬季風(fēng)力強(qiáng)勁,風(fēng)力資源豐富,這時(shí)從風(fēng)力獲得的熱能利用率越充分,利用風(fēng)能為厭氧處理工程供能更具有可行性。風(fēng)能資源豐富,而且利用簡(jiǎn)單, 但是利用風(fēng)力為厭氧處理工程供能最大的問(wèn)題在于風(fēng)力的不穩(wěn)定性和不易儲(chǔ)存,難以實(shí)現(xiàn)與厭氧工程能量需求的有效匹配,因?yàn)閰捬跆幚磉^(guò)程恰恰需要穩(wěn)定的攪拌速度和穩(wěn)定的溫度。因此,解決風(fēng)能利用的不穩(wěn)定性是風(fēng)能高效利用的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題,提供一種風(fēng)力攪拌兼致熱式厭氧發(fā)酵罐,在發(fā)酵罐中安裝風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng),利用風(fēng)能對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌和加熱, 有效的改善了風(fēng)能利用的不穩(wěn)定性,解決了厭氧處理工程冬季由于發(fā)酵溫度低導(dǎo)致運(yùn)行效率低的問(wèn)題,一次性投資長(zhǎng)期收益,無(wú)污染。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,它包括發(fā)酵罐罐體以及設(shè)置于發(fā)酵罐罐體頂部的傳動(dòng)軸,其特征是在發(fā)酵罐上方設(shè)置有驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸的風(fēng)力機(jī),還設(shè)置有與傳動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)的液壓泵,與液壓泵連通的液壓系統(tǒng),由液壓系統(tǒng)中的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的攪拌裝置。在液壓泵出口連通的液壓管路致熱回路上設(shè)置圓形阻尼孔,孔徑4_12mm,并在阻尼孔前的液壓管路上設(shè)置定量減壓閥和電磁制動(dòng)閥。在液壓管路的液壓油箱內(nèi)和發(fā)酵罐罐體外設(shè)置換熱裝置,并相互聯(lián)通。液壓油從狹小的阻尼孔高速噴出,與孔板出口處的低速油相沖擊,由于分子間互相沖擊、摩擦而加速分子運(yùn)動(dòng),使油液的動(dòng)能變成熱能,導(dǎo)致油溫上升。這樣反復(fù)循環(huán),使油溫越來(lái)越高。通過(guò)換熱裝置將油的熱量傳遞給發(fā)酵液。在液壓管路致熱回路中的阻尼孔前設(shè)置定量減壓閥。在液壓管路攪拌回路中的液壓馬達(dá)前設(shè)置定量減壓閥。在定量減壓閥前安裝電磁制動(dòng)閥。在液壓系統(tǒng)液壓蓄能回路中設(shè)置有液壓蓄能器。液壓蓄能器由相互間隔的皮囊與殼體兩個(gè)部分組成,囊內(nèi)裝氮?dú)?,囊外的殼體與液壓管路連通。當(dāng)液壓油進(jìn)入蓄能器時(shí),皮囊就受壓變形,氣體體積隨之縮小,液壓油儲(chǔ)存,反之系統(tǒng)工作需要增加液壓油,則氣體膨脹將液壓油排出,使系統(tǒng)能量得到補(bǔ)償。所述液壓蓄能器用于調(diào)節(jié)風(fēng)能產(chǎn)出和使用之間的不平衡,從而實(shí)現(xiàn)能量的穩(wěn)定有效供應(yīng)。當(dāng)載荷需要的能量小于風(fēng)能可以轉(zhuǎn)化的能量時(shí),液壓泵輸出的一部分高壓油通過(guò)溢流閥進(jìn)入蓄能器,多余的能量以液壓能的形式儲(chǔ)存在液壓蓄能器中;當(dāng)風(fēng)能不足時(shí),啟動(dòng)蓄能回路為系統(tǒng)供能。發(fā)酵罐還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)攪拌裝置的電機(jī)和輔助加熱裝置等。在風(fēng)力不足,無(wú)法保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下,采用常規(guī)能源,如電、煤等對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌和加熱。本發(fā)明的有益效果是在發(fā)酵罐上安裝風(fēng)能利用和液壓控制系統(tǒng),利用風(fēng)能對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌和加熱。在發(fā)酵罐頂端安裝風(fēng)力系統(tǒng),將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,并通過(guò)液壓系統(tǒng)將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能,液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌。同時(shí),液壓致熱裝置將液壓能轉(zhuǎn)化為熱能,為發(fā)酵罐進(jìn)行加溫保溫。多余的能量以液壓能的形式存儲(chǔ)在液壓儲(chǔ)能系統(tǒng)中,在風(fēng)能不足時(shí)使用。如果風(fēng)能持續(xù)不足,蓄能器中沒(méi)有能量?jī)?chǔ)備,使用電力、 煤等常規(guī)能源為厭氧發(fā)酵罐攪拌和加溫保溫。液壓馬達(dá)帶動(dòng)攪拌裝置對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)的料液進(jìn)行攪拌。在液壓攪拌回路中的液壓馬達(dá)前設(shè)置定量減壓閥,通過(guò)定量減壓閥調(diào)節(jié)液壓,控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速在合適范圍內(nèi)。在減壓閥前安裝電磁制動(dòng)閥,定時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉電磁制動(dòng)閥適應(yīng)發(fā)酵過(guò)程中的間歇攪拌方式。所述控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、控制電路、液壓控制閥和步進(jìn)電機(jī)等組成。數(shù)據(jù)采集卡采集來(lái)自系統(tǒng)的控制參數(shù),包括風(fēng)速、發(fā)酵液的溫度,油液壓力等。計(jì)算機(jī)對(duì)當(dāng)前的風(fēng)力狀況和發(fā)熱器的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析,確定液壓流向、輔助能源的開(kāi)度,然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)控制電路輸出控制指令,由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制動(dòng)作。當(dāng)風(fēng)力不足,液壓低于工作液壓時(shí),打開(kāi)液壓蓄能回路,為系統(tǒng)提供液壓能,驅(qū)動(dòng)發(fā)酵罐攪拌;當(dāng)風(fēng)力不足,且蓄能器中無(wú)足夠蓄能時(shí),采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)酵罐攪拌。在阻尼孔前設(shè)置定量減壓閥,保持進(jìn)入阻尼孔的液壓在一定范圍,從而保證進(jìn)出口的壓差和熱能的轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)風(fēng)力不足,液壓低于工作液壓時(shí),打開(kāi)液壓蓄能回路,為系統(tǒng)提供液壓能,驅(qū)動(dòng)致熱裝置對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行加熱,以彌補(bǔ)液壓能的不足;當(dāng)載荷需要較多的熱能而風(fēng)能不足以將發(fā)酵液加熱到發(fā)酵設(shè)定最低溫度時(shí),打開(kāi)輔助加熱系統(tǒng),使用常規(guī)能源,如電、煤等為發(fā)酵罐加熱。當(dāng)載荷需要較少的熱能,發(fā)酵液溫度高于發(fā)酵設(shè)定最高溫度時(shí),通過(guò)電磁制動(dòng)閥關(guān)閉致熱裝置,發(fā)酵液溫度低于最適發(fā)酵溫度時(shí)打開(kāi)電磁制動(dòng)閥。在液壓管路蓄能回路中的蓄能器前設(shè)置先導(dǎo)型溢流閥, 當(dāng)系統(tǒng)液壓大于先導(dǎo)型溢流閥設(shè)定的壓力時(shí),高壓油液進(jìn)入蓄能器以液壓能的形式儲(chǔ)存起來(lái);當(dāng)系統(tǒng)液壓小于工作所需最低壓力時(shí),液壓管路蓄能回路中的電磁單向閥打開(kāi),釋放蓄能器中的液壓能。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于溢流閥所設(shè)定的壓力時(shí),油液溢流進(jìn)入油箱。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是利用風(fēng)能對(duì)厭氧處理工程進(jìn)行攪拌和加熱,可以提供冬季所需能耗的50%以上,在產(chǎn)生新能源的同時(shí),節(jié)約了常規(guī)能源的消耗,同時(shí)提高了厭氧處理工程的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。風(fēng)能利用采用了液壓系統(tǒng),獲得較為穩(wěn)定的攪拌轉(zhuǎn)速和熱源,較好的解決了風(fēng)能的不穩(wěn)定性。將風(fēng)能直接用于攪拌和致熱與將風(fēng)力用于發(fā)電相比,還提高了風(fēng)能的能量利用效率,風(fēng)能利用效率達(dá)到40%以上,而發(fā)電的效率只有15% — 30%,而且系統(tǒng)與風(fēng)能的匹配性能好,對(duì)風(fēng)況變化的適應(yīng)性更強(qiáng),開(kāi)發(fā)潛力很大。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明換熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本發(fā)明工作原理示意圖。圖中1-葉輪;2-液壓泵;3-尾翼;4-電機(jī);5-液壓馬達(dá);6-致熱裝置;7-液壓油箱(內(nèi)置換熱裝置);8_熱交換泵;9-觀察窗;10-液壓蓄能器;11-沼氣出口 ; 12-齒輪箱;13-攪拌槳;14-出料管;15-取樣管;16-罐體;17-進(jìn)料管;18-排泥管;19-進(jìn)水管;20-出水管;21-換熱管;22-支架;23,27,29-溢流閥;24-先導(dǎo)型溢流閥;25-電磁單向閥;26二8_電磁制動(dòng)閥;30-阻尼孔;31-輔助加熱裝置;32-過(guò)濾器;33-溫度計(jì); 34-壓力計(jì)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征和具體實(shí)施方式
詳述如下
如圖ι所示,一種風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,它包括發(fā)酵罐罐體16以及設(shè)置于發(fā)酵罐罐體頂部的傳動(dòng)軸,在發(fā)酵罐罐體16上方設(shè)置有驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸的風(fēng)力機(jī),還設(shè)置有與傳動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)的液壓泵2,與液壓泵2連通的液壓系統(tǒng),由液壓系統(tǒng)中的液壓馬達(dá)5驅(qū)動(dòng)攪拌槳 13對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)料液進(jìn)行攪拌。在液壓泵2出口連通的液壓管路致熱回路上的致熱器6內(nèi)設(shè)置圓形阻尼孔30,孔徑4-12mm,在液壓管路的液壓油箱內(nèi)和發(fā)酵罐罐體外設(shè)置換熱裝置,并相互聯(lián)通。在致熱裝置6內(nèi),液壓油從狹小的阻尼孔30高速噴出,與孔板出口處的低速油相沖擊,由于分子間互相沖擊、摩擦而加速分子運(yùn)動(dòng),使油液的動(dòng)能變成熱能,導(dǎo)致油溫上升。這樣反復(fù)循環(huán),使油溫越來(lái)越高。通過(guò)換熱裝置將油的熱量傳遞給發(fā)酵液。在阻尼孔30前的液壓管路致熱回路上設(shè)置定量減壓閥四和電磁制動(dòng)閥觀。在液壓馬達(dá)5前的液壓管路攪拌回路上設(shè)置定量減壓閥27和電磁制動(dòng)閥26。在液壓管路蓄能回路中設(shè)置液壓蓄能器10以及電磁單向閥 25。液壓蓄能器10由相互間隔的皮囊與殼體兩個(gè)部分組成,囊內(nèi)裝氮?dú)?,囊外的殼體與液壓管路連通。所述發(fā)酵罐包括罐體16,攪拌槳13,進(jìn)料管17,出料管14,排泥管18,沼氣出口 11,保溫系統(tǒng)等。該發(fā)酵罐在罐體內(nèi)安裝了攪拌槳13,使發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵原料和微生物處于完全混合狀態(tài),適用于含有大量懸浮固體原料的處理。該發(fā)酵罐一般采用恒溫連續(xù)投料運(yùn)行,原料由進(jìn)料管17進(jìn)入發(fā)酵罐,在攪拌槳的作用下與發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵液混合發(fā)酵,產(chǎn)生的沼氣通過(guò)沼氣出口 11進(jìn)入貯氣系統(tǒng),經(jīng)過(guò)消化的料液通過(guò)出料管14排除,發(fā)酵罐底部積累的污泥通過(guò)排泥管18定期排出,一般每隔3 5天排放一次,每次排放量應(yīng)視污泥在發(fā)酵罐內(nèi)積累高度而定。所述風(fēng)力機(jī)包括葉輪1,液壓泵2,尾翼3,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),制動(dòng)裝置等組成,葉輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn),把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿~輪軸的機(jī)械能。葉輪軸經(jīng)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn),將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?,?qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)運(yùn)行。制動(dòng)裝置用于在風(fēng)力過(guò)大時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)。所述液壓系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)5,致熱裝置6,油箱7,液壓蓄能器10,液壓控制閥23, 24, 27,29,過(guò)濾器32等。(液壓驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)5旋轉(zhuǎn),液壓馬達(dá)5帶動(dòng)攪拌槳13對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)料液進(jìn)行攪拌。在致熱裝置6內(nèi),液壓油從狹小的阻尼孔30高速噴出,與孔板出口處的低速油相沖擊,由于分子間互相沖擊、摩擦而加速分子運(yùn)動(dòng),使油液的動(dòng)能變成熱能,導(dǎo)致油溫上升。這樣反復(fù)循環(huán),使油溫越來(lái)越高。所述換熱裝置如圖2所示,包括進(jìn)水管19,換熱管21,出水管20,通過(guò)換熱裝置將液壓油的熱量傳遞給發(fā)酵液。發(fā)酵罐還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)攪拌裝置的電機(jī)4和輔助加熱裝置31。在風(fēng)力不足,無(wú)法保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下,采用常規(guī)能源,如電、煤等對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌和加熱。所述控制系統(tǒng)如圖3所示,風(fēng)力帶動(dòng)葉輪19轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓泵2產(chǎn)生高壓液流,通過(guò)定量減壓閥27調(diào)節(jié)液流壓力大小,控制液壓馬達(dá),使攪拌槳13轉(zhuǎn)速在合適范圍內(nèi)。發(fā)酵采用間歇攪拌方式,定時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉電磁制動(dòng)閥沈。當(dāng)風(fēng)力不足,液壓低于工作液壓時(shí),打開(kāi)液壓管路蓄能回路上的電磁單向閥25,使用液壓蓄能器10為系統(tǒng)提供液壓能,驅(qū)動(dòng)發(fā)酵罐攪拌;當(dāng)風(fēng)力不足,且蓄能器中無(wú)足夠蓄能時(shí),采用電機(jī)4驅(qū)動(dòng)發(fā)酵罐攪拌。通過(guò)控制定量減壓閥四來(lái)保持進(jìn)入阻尼孔30的高壓液流在一定范圍,從而保證進(jìn)出口的壓差和熱能的轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)風(fēng)力不足,液流低于工作液壓時(shí),打開(kāi)液壓管路蓄能回路上的電磁單向閥25,使用液壓蓄能器10為系統(tǒng)提供液壓能,驅(qū)動(dòng)致熱裝置對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行加熱,以彌補(bǔ)液壓能的不足;當(dāng)載荷需要較多的熱能而風(fēng)能不足以將發(fā)酵液加熱到發(fā)酵設(shè)定最低溫度時(shí),打開(kāi)輔助加熱裝置31,使用常規(guī)能源,如電、煤等為發(fā)酵罐加熱。當(dāng)載荷需要較少的熱能,發(fā)酵液溫度高于發(fā)酵設(shè)定最高溫度時(shí),關(guān)閉電磁制動(dòng)閥觀,發(fā)酵液溫度低于最適發(fā)酵溫度時(shí)打開(kāi)電磁制動(dòng)閥28。當(dāng)系統(tǒng)液壓大于先導(dǎo)型溢流閥M設(shè)定的壓力時(shí),高壓油液進(jìn)入蓄能器以液壓能的形式儲(chǔ)存起來(lái);當(dāng)系統(tǒng)液壓小于工作所需最低壓力時(shí),打開(kāi)電磁單向閥25,釋放蓄能器中的液壓能;當(dāng)系統(tǒng)壓力大于溢流閥23所設(shè)定的壓力時(shí),油液溢流進(jìn)入油箱7。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,它包括發(fā)酵罐罐體以及設(shè)置于發(fā)酵罐罐體頂部的傳動(dòng)軸,其特征是在發(fā)酵罐上方設(shè)置有驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸的風(fēng)力機(jī),還設(shè)置有與傳動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)的液壓泵,與液壓泵連通的液壓系統(tǒng),由液壓系統(tǒng)中的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的攪拌裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是在液壓泵出口連通的液壓管路致熱回路上設(shè)置圓形阻尼孔,孔徑為4-12mm,在液壓管路的液壓油箱內(nèi)和發(fā)酵罐罐體外設(shè)置換熱裝置,并相互聯(lián)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是在液壓管路致熱回路中的阻尼孔前設(shè)置定量減壓閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是在液壓管路攪拌回路中的液壓馬達(dá)前設(shè)置定量減壓閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是在定量減壓閥前安裝電磁制動(dòng)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是在液壓管路液壓蓄能回路中設(shè)置有液壓蓄能器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是蓄能器由相互間隔的皮囊與殼體兩個(gè)部分組成,囊內(nèi)裝氮?dú)?,囊外的殼體液壓管路連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力攪拌兼制熱式厭氧發(fā)酵罐,其特征是還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)攪拌裝置的電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)力攪拌兼致熱式厭氧發(fā)酵罐,本發(fā)酵罐安裝了風(fēng)能利用和控制系統(tǒng),可以利用風(fēng)力作為能量來(lái)源對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)的料液進(jìn)行攪拌和加熱。在發(fā)酵罐的頂端裝有葉輪,葉輪將風(fēng)力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生高壓油液,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能,液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行攪拌。在液壓致熱裝置中,高壓油液通過(guò)阻尼孔時(shí),油液分子相互碰撞、摩擦,使油液的動(dòng)能變成熱能,導(dǎo)致油溫上升。通過(guò)換熱裝置將油液的熱量傳遞給發(fā)酵液,從而達(dá)到發(fā)酵所需要的溫度。在能量產(chǎn)出高于能量負(fù)荷時(shí),通過(guò)液壓蓄能裝置將能量?jī)?chǔ)存起來(lái),需要時(shí)使用,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)供能。在風(fēng)能不足時(shí),采用常規(guī)能源進(jìn)行補(bǔ)充。
文檔編號(hào)C12M1/36GK102191168SQ201110067409
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者張曉東, 張 杰, 李巖, 梁曉輝, 許海朋 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院能源研究所