一种适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于生物质能源利用和环境保护领域，具体地说是一种适应寒冷地区的低能耗运行的沼气系统。包括厌氧发酵罐、发酵罐保温系统、发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统、发酵后物料在线固液分离系统及干物料液面下无堵塞螺旋进料系统，其中发酵罐保温系统设置于厌氧发酵罐的外壁和罐体底部，发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统和发酵后物料在线固液分离系统均与厌氧发酵罐连接，干物料液面下无堵塞螺旋进料系统设置于厌氧发酵罐的上端，干物料通过干物料液面下无堵塞螺旋进料系统输送至厌氧发酵罐内的液面下，本发明降低罐体散热及罐体进料能耗、提高罐体出料热量回收，提高工程能量产出，从而克服了寒冷地区沼气能耗很高，冬季难以运行的缺点。
【专利说明】一种适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物质能源利用和环境保护领域，具体地说是一种适应寒冷地区的低 能耗运行沼气系统。
【背景技术】
[0002] 我国北方地区如东北、华北和西北地区是我国农业的主产区，农牧业发达，每年产 生大量的农作物秸杆和畜禽粪便，具备发展生物质能源产业的良好的原料基础。但这些地 区，尤其是东北和西北地区，冬季气候十分寒冷，传统的沼气工程冬季运行能耗很高（主要 为工程运行热耗），沼气工程冬季运行能量消耗/能量产出在50% -100%之间，甚至部分 工程能耗高于能量产出，沼气工程的能源效益和经济效益很差。造成这种现象的原因是多 方面的，归纳起来可分为三类：第一，物料进料浓度低，传统的泥浆泵、螺杆泵等的进料浓度 在4% -8%之间，而且传统的禽畜粪便原料往往需要加水除沙，因此造成物料发酵浓度很 低，而沼气工程运行过程中的大部分热量（大于80 % )需求来自于发酵物料（主要是发 酵物料所含水分）的增温，物料浓度很低意味着增温所需热能很高；第二，罐体保温方式落 后，目前的罐体保温基本以罐体外壁敷设苯板和岩棉为主，罐体底部基本不做保温层，保温 效果差，冬季运行散热量大；第三，罐体出料单元热量浪费严重，沼渣沼液无余热回收方法； 第四，原料种类单一，以畜禽粪便为主，产气潜力小，发酵过程产能低。上述原因共同造成了 我国现有沼气工程在北方寒冷地区运行能耗很高，能量产出很差。
[0003] 为了提高我国现有沼气工程净能量产出，保障工程在冬季运行亦有良好的能源产 出和经济效益，必须从提高物料进料浓度（干式进料或固态进料），强化发酵设备保温和管 道低热耗散安装设计，进行沼液余热回收和减少出料过程热耗散以及提高工程总能量产出 等多个方面降耗增效。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适应寒冷地区的低能耗运行沼气系 统。该系统降低罐体散热及罐体进料能耗、提高罐体出料热量回收，提高工程能量产出，从 而克服了寒冷地区沼气能耗很高，冬季难以运行的缺点。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，包括厌氧发酵罐、发酵罐保温系统、发 酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统、发酵后物料在线固液分离系统及干物料液面下 无堵塞螺旋进料系统，其中发酵罐保温系统设置于厌氧发酵罐的外壁和罐体底部上，所述 发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统和发酵后物料在线固液分离系统均与厌氧发 酵罐连接，所述干物料液面下无堵塞螺旋进料系统设置于厌氧发酵罐的上端，干物料通过 干物料液面下无堵塞螺旋进料系统输送至厌氧发酵罐内的液面下，流态物料通过发酵罐水 力搅拌与流态物料进料一体化系统输送至厌氧发酵罐内，发酵后的物料通过发酵后物料在 线固液分离系统进行固、液分离。
[0007] 所述发酵罐保温系统包括罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统和/或罐体底部保 温、防水一体化系统，所述罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统是所述厌氧发酵罐的罐壁和 罐顶的外表面上从内至外依次设有防腐层、保温层I、保温层II、钢制网架、保温层III及彩 钢板保护层；所述罐体底部保温、防水一体化系统是所述厌氧发酵罐的底部从下至上依次 设有钢筋混凝土基础、钢丝网架、挤塑板保温层及细石混凝土保护层。
[0008] 所述保温层I为反射隔热涂料层，所述保温层II为岩棉保温板或硅酸铝保温板， 所述钢制网架紧贴保温层II外表面，钢制网架的外表面设有刺状突起，所述保温层III为 聚氨酯发泡层、并附着在钢制网架外表面的刺状突起上；所述钢丝网架紧贴厌氧发酵罐底 部的钢筋混凝土基础上，钢丝网架与厌氧发酵罐的罐壁连接，所述挤塑板保温层为多层、并 采用错缝方式铺设，挤塑板与挤塑板之间及挤塑板与罐壁之间的接缝处灌注聚氨酯发泡材 料。
[0009] 所述发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统包括水力搅拌管和水力循环泵， 其中水力搅拌管设置于厌氧发酵罐内部上方，水力循环泵设置于泵壳体内、并与设置于泵 壳体外部的电机连接，所述泵壳体的上端设有循环泵管道进料口和循环泵出料口，所述循 环泵管道进料口通过设有阀门的进料管与厌氧发酵罐的底部连通，所述水力循环泵通过穿 过循环泵出料口的出料管与水力搅拌管连接；当水力搅拌与流态物料进料一体化系统以水 力搅拌模式运行时，所述厌氧发酵罐内的物料通过循环泵管道进料口进入泵壳体内，泵壳 体以及水力循环泵承受罐体水压，所述泵壳体内的物料通过水力循环泵输送至水力搅拌管 内，物料通过水力搅拌管进入厌氧发酵罐内，形成封闭循环。
[0010]当水力搅拌与流态物料进料一体化系统以进料模式运行时，所述泵壳体设置于进 料池内，泵壳体的侧面设有泵壳体进料口，所述水力循环泵运行时，先关闭与厌氧发酵罐底 部连通的出料管上的阀门，再开启泵壳体进料口，进料池内的流态物料通过水力循环泵输 送至水力搅拌管内，流态物料通过水力搅拌管进入厌氧发酵罐内。
[0011] 所述发酵后物料在线固液分离系统包括缓冲罐体I、缓冲罐II、快速气动阀、固 液分离机、调频螺杆泵、压力检测器、液位检测开关及回流污水泵，其中缓冲罐体I通过管 道与厌氧发酵罐的底部连通，所述快速气动阀设置于缓冲罐体I与厌氧发酵罐之间的管道 上，所述液位检测开关包括分别设置于缓冲罐I内壁的上、下部的上液位开关和下液位开 关，所述调频螺杆泵通过管道分别与缓冲罐体I的底部和固液分离机连接，所述压力检测 器设置于调频螺杆泵和固液分离机之间的管道上，所述固液分离机通过管道与缓冲罐II 的上部连接，所述缓冲罐II的底部通过回流污水泵及管道与设置于厌氧发酵罐内部上方 的沼液回流管连接。
[0012] 所述发酵后物料在线固液分离系统的运行方式是：压力检测器检测固液分离机 前进料口压力，当检测到压力大于lOOOKpa时，降低调频螺杆泵运行频率，当检测到压力低 于lOOKpa时，提高调频螺杆泵运行频率；当上液位开关检测到信号时，关闭快速气动阀，当 下液位开关检测到信号时，开启快速气动阀；所述固液分离机分离出的沼液流入缓冲罐II 内，所述缓冲罐II内的沼液通过回流污水泵回流至厌氧发酵罐内。所述缓冲罐体I和缓冲 罐II的外壁设有保温结构、并上端安装有顶盖。
[0013] 所述干物料液面下无堵塞螺旋进料系统包括驱动装置、螺旋输送机套管、螺旋输 送机中心轴及螺旋输送机输送叶片，其中螺旋输送机中心轴设置于螺旋输送机套管内、并 一端与驱动装置连接，所述螺旋输送机中心轴上设有螺旋输送机输送叶片，所述螺旋输送 机套管靠近驱动装置的一端设有螺旋输送机套管进料口，另一端设有螺旋输送机套管出料 口，所述螺旋输送机套管的出料口端插入安装在厌氧发酵罐上部的螺旋输送机罐体安装套 管内、并位于厌氧发酵罐内液面下方。
[0014] 所述螺旋输送机罐体安装套管靠近出料口的端部设有螺旋输送机出料部位喇叭 口，所述螺旋输送机套管出料口包括设置于螺旋输送机套管上、下侧面的螺旋输送机上侧 出料口和螺旋输送机下侧出料口，所述螺旋输送机上侧出料口和螺旋输送机下侧出料口的 长度为3-6个螺距，其宽度为套管圆周长的1/4-1/3,安装于出料口段的螺旋叶片有1-2片 为正常带式螺旋叶片，对应于出料口段螺旋轴上的另外2-4个螺距范围内不安装螺旋叶 片。
[0015] 本发明的优点及有益效果是：
[0016] 1.本发明采用罐壁、罐顶和罐底部的全方位、复合式保温，能够有效防止罐体通过 辐射、传导和对流等形式将热量散失到外界环境，提高罐体保温效果。
[0017] 2.本发明既可以农业秸杆为唯一发酵原料，也可以是秸杆与畜禽粪便混合原料发 酵。
[0018] 3.本发明提高进料浓度和发酵内物料浓度，采用干式进料方法和高浓度厌氧发酵 技术，降低物料增温所需能耗。
[0019] 4.本发明采用封闭式水力循环搅拌方式，减少沼液回流和水力搅拌过程热损耗。
[0020] 5.本发明中涉及发酵罐保温方法、发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化方法、 发酵后物料在线固液分离方法、干物料（或固态物料）发酵罐内液面下无堵塞螺旋进料方 法等多个子系统，通过多个方法的联合运用，降低罐体散热、降低罐体进料能耗、提高罐体 出料热量回收，提高工程能量产出，从而克服了寒冷地区沼气能耗很高，冬季难以运行的缺 点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本发明中罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统的结构示意图；
[0022] 图2为本发明中罐体底部保温和防水一体化系统的结构示意图；
[0023] 图3为本发明中发酵罐水力搅拌与流态物料一体化系统的结构示意图；
[0024] 图4为本发明中水力循环泵的安装方式示意图；
[0025] 图5为本发明中发酵后物料在线固液分离系统的结构示意图；
[0026] 图6为本发明中干物料液面下无堵塞螺旋进料系统的结构示意图；
[0027] 图7为本发明中干物料液面下无堵塞螺旋进料系统的安装方式示意图。
[0028] 其中：1为罐壁，2为防腐层，3为保温层I，4为保温层II，5为钢制网架，6为保温 层III，7为彩钢板保护层，8为夯土及混凝土垫层，9为钢筋混凝土基础，10为钢丝网架，11 为聚氨酯发泡密封材料，12为挤塑板保温层，13为发酵料液，14为水力搅拌管，15为厌氧发 酵罐，16为水力循环泵，17为进料池，18为电机，19为循环泵出料口，20为泵壳体进料口，21 为泵壳体，22为循环泵管道进料口，23为沼液回流管,24为压力表,25为手动闸阀,26为快 速气动阀，27为缓冲罐I，28为上液位开关，29为下液位开关，30为调频螺杆泵，31为固液 分离机，32为回流污水泵，33为缓冲罐II，34为螺旋输送机电机，35为螺旋输送机减速机， 36为进料口，37为螺旋输送机套管，38为螺旋输送机罐体安装套管，39为螺旋输送机输送 叶片，40为螺旋输送机出料部位喇叭口，41为螺旋输送机上侧出料口，42为螺旋输送机下 侧出料口，43为螺旋输送机中心轴，44为螺旋输送机，45为液面。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
[0030] 本发明包括厌氧发酵罐15、发酵罐保温系统、发酵罐水力搅拌与流态物料进料一 体化系统、发酵后物料在线固液分离系统及干物料液面下无堵塞螺旋进料系统，其中发酵 罐保温系统设置于厌氧发酵罐15的外壁和罐体底部上，所述发酵罐水力搅拌与流态物料 进料一体化系统和发酵后物料在线固液分离系统均与厌氧发酵罐15连接，所述干物料液 面下无堵塞螺旋进料系统设置于厌氧发酵罐15的上端。干物料通过干物料液面下无堵塞 螺旋进料系统输送至厌氧发酵罐15内的液面下，流态物料通过发酵罐水力搅拌与流态物 料进料一体化系统输送至厌氧发酵罐15内，发酵后的物料通过发酵后物料在线固液分离 系统进行固、液分离。
[0031] 所述发酵罐保温系统包括罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统和/或罐体底部保 温、防水一体化系统。如图1所示，所述罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统是所述厌氧发 酵罐15的罐壁1和罐顶的外表面上从内至外依次设有防腐层2、保温层13、保温层114、钢 制网架5、保温层III6及彩钢板保护层7。保温层13为反射隔热涂料层，保温层13要喷涂 均匀，保证罐顶和罐壁均匀覆盖一层隔热涂料层。保温层114为岩棉保温板或硅酸铝保温 板等保温材料，保温层114是软性的保温材料，其敷设厚度在东北和西北高寒地区不应低 于400mm，在华北地区可以在150-300mm之间。钢制网架5紧贴保温层114的外表面，两者 之间无缝隙，钢制网架5的外表面设有3-4cm刺状突起。钢制网架5通过焊接、螺栓锚固等 方法连接为整体，将保温层114全部罩住，钢制网架5单一网孔面积不大于10cm2。钢制网 架5的作用是两个，其一固定保温层114,使其紧贴罐壁和罐顶，保温层114与罐体钢板之 间不留缝隙；其二作为钢丝网架5之外聚氨酯发泡材料的附着层，钢丝网架上要求有3-4cm 的刺状突起，两根刺状突起之间平均距离在2-3cm之间。钢制网架5之外采用直接喷涂的 方式，以刺状突起为附着物，喷涂厚度为5cm聚氨酯发泡层（即保温层1116)，聚氨酯发泡 层（保温层III6)的作用是防风、防潮和保温，其喷涂厚度要求不小于5cm;其中最外部彩 钢板保护层7的主要作用是为内部保温层提高保护，防止日晒雨淋等造成保温层老化。罐 壁、罐顶的防风与保温一体化系统是一种复合的保温方法，能够有效防止罐体通过辐射、传 导和对流等形式将热量散失到外界环境。
[0032] 如图2所示，所述罐体底部保温、防水一体化系统是厌氧发酵罐15的底部从下至 上依次设有钢筋混凝土基础9、钢丝网架10、挤塑板保温层12及细石混凝土保护层。即在 罐体安装完毕后在罐体钢筋混凝土基础9之上安装钢丝网架10,钢丝网架10安装时拉紧、 紧贴厌氧发酵罐15的底部，并且与罐壁1焊接为整体，要求钢丝网架10载荷不小于10吨 /m 2,钢丝网架10之上铺设200mm挤塑板保温层12,单层挤塑板厚度100mm或50臟，铺设两 层或四层，挤塑板铺设采用错缝铺设的方法，将不同层间挤塑板之间的接缝错开，挤塑板与 挤塑板之间接缝以及挤塑板与罐壁之间接缝灌注聚氨酯发泡材料11，起密封和固定作用， 将罐体底部保温层与罐壁结合为整体。挤塑板之上浇筑50-100mm细石混凝土保护层。
[0033] 如图3、图4所示，所述发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统包括水力搅拌 管14和水力循环泵16,其中水力搅拌管14设置于厌氧发酵罐15内部上方，水力循环泵16 设置于封闭的泵壳体21内、并与设置于泵壳体21外部的泥浆泵电机18连接，泵壳体21的 上端设有循环泵管道进料口 22和循环泵出料口 19,循环泵管道进料口 22通过设有阀门的 进料管与厌氧发酵罐15的底部连通，水力循环泵16通过穿过循环泵出料口 19的出料管与 水力搅拌管14连接。泵壳体21设置于进料池17内，泵壳体21的侧面设有泵壳体进料口 20。水力循环泵16(此时以普通泥浆泵模式运行）运行时，先关闭与厌氧发酵罐15底部连 通的进料管上的阀门，再开启泵壳体进料口 20,进料池17内的流态物料通过水力循环泵16 输送至水力搅拌管14内，流态物料通过水力搅拌管14进入厌氧发酵罐15内。
[0034] 发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统可以水力搅拌模式和流态物料进料 模式两种方式运行。在以水力搅拌模式运行时，泵壳体21侧部泵壳体进料口 20封闭，厌氧 发酵罐15内物料通过循环泵管道进料口 22进入泵壳体21内，泵壳体21以及水力循环泵16 承受罐体水压，泵壳体21内的物料在水力循环泵16的带动下重新进入厌氧发酵罐15内， 此种模式下物料封闭循环，可以充分利用罐体高度产生的水压，提高水力循环泵16的物料 输送量，减少流体热量损失和水力循环泵16的扬程损失。以流态物料进料模式运行时，打 开泵壳体21侧部泵壳体进料口 20，关闭循环泵管道进料口 22之前阀门，匀浆后的畜禽粪便 等流态物料加入到进料池17中，在水力循环泵16的泵送作用下，通过水力搅拌管14进入 厌氧发酵罐15内。
[0035] 如图5所示，所述发酵后物料在线固液分离系统设置于室内，包括缓冲罐体127、 缓冲罐1133、快速气动阀26、固液分离机31、调频螺杆泵30、压力检测器、液位检测开关及 回流污水泵32,其中缓冲罐体127通过管道与厌氧发酵罐15的底部连通，快速气动阀26设 置于缓冲罐体127与厌氧发酵罐15之间的管道上，所述液位检测开关包括分别设置于缓冲 罐127的内壁上、下部的上液位开关28和下液位开关29。调频螺杆泵30通过管道分别与 缓冲罐体127的底部和固液分离机31连接，调频螺杆泵30需配套变频电机，实现调频螺杆 泵30流量连续可调。压力检测器（压力表24)设置于调频螺杆泵30和固液分离机31之 间的管道上。固液分离机31通过管道与缓冲罐1133的上部连接，缓冲罐1133的底部通过 回流污水泵32及管道与设置于厌氧发酵罐15内部上方的沼液回流管23连接。缓冲罐体 127和缓冲罐1133亦可以是池体的形式，池体的外壁设有保温结构、并上端安装有顶盖。物 料流经发酵后物料在线固液分离系统的部位以保温材料包裹。
[0036] 所述发酵后物料在线固液分离系统的运行方式是：压力检测器检测固液分离机 31前进料口压力，当检测到压力大于lOOOKpa(表压）时，降低调频螺杆泵30运行频率，当 检测到压力低于lOOKpa (表压）时，提高调频螺杆泵30运行频率；当上液位开关28检测到 信号时，关闭快速气动阀26,当下液位开关29检测到信号时，开启快速气动阀26。固液分 离机31分离出的沼液流入缓冲罐1133内，缓冲罐1133内的沼液通过回流污水泵32回流 至厌氧发酵罐15内。
[0037] 如图6、图7所示，所述干物料液面下无堵塞螺旋进料系统包括驱动装置、螺旋输 送机套管37、螺旋输送机中心轴43及螺旋输送机输送叶片39,其中螺旋输送机中心轴43 设置于螺旋输送机套管37内、并一端与驱动装置连接，螺旋输送机中心轴43上设有螺旋 输送机输送叶片39。螺旋输送机套管37靠近驱动装置的一端设有螺旋输送机套管进料口 36,另一端设有螺旋输送机套管出料口，螺旋输送机套管37的出料口端插入安装在厌氧发 酵罐15上部的螺旋输送机罐体安装套管38内、并位于厌氧发酵罐15内液面下方。螺旋 输送机罐体安装套管38靠近出料口端设有螺旋输送机出料部位喇叭口 40。螺旋输送机套 管出料口包括设置于螺旋输送机套管37末端上、下侧面的螺旋输送机上部出料口 41和螺 旋输送机下部出料口 42,螺旋输送机上部出料口 41和螺旋输送机下部出料口 42的长度为 3-6个螺距，其宽度为套管圆周长的1/4-1/3。安装于进料口段的螺旋输送机输送叶片39 有1-2片为正常带式螺旋叶片，对应于出料口段螺旋轴上的其它2-4个螺距范围内不安装 螺旋输送机输送叶片39。所述驱动装置包括螺旋输送机电机34和螺旋输送机减速机35。
[0038] 实施例
[0039] 本发明的技术方法可以应用于我国北方寒冷地区单独秸杆原料或者秸杆与牛粪 混合原料的沼气工程。以建设规模1200立方米的沼气工程为实施案例加以说明。
[0040] 该处工程位于我国吉林省西北部，冬季夜间气温在-30°C，白天气温 在-15°C -25°C之间，该处工程以稻草原料为主，牛粪原料为辅，设计年处理稻草1200吨， 年处理牛粪3650吨，年产沼气46. 95万m3 (平均每日生产沼气12861m3)。工程实际运行效 果完全达到设计要求。
[0041] 本工程厌氧发酵罐15内运行温度常年稳定控制在35°C，冬季严寒条件下（24小时 平均温度_20°C到_25°C )，工程正常运行条件下，平均每日需燃烧沼气133Nm3 (沼气锅炉热 效率93%，罐体换热管道效率90% )，工程运行热耗/工程总能量产出等于10. 33%。通过 实验研究确定，在停止进料情况下，维持罐体温度为35°C，每日仅需要燃烧沼气21m3,罐体 保温效果完全达到设计要求。
[0042] 发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化方法将罐体水力搅拌与流态物料的进料 实现了一体化，既降低工程建设成本，又可以在进行水力搅拌式充分利用罐体自身水压产 生的压力，降低了流态物料输送过程中由于扬程损失而造成流量下降，工程实际运行中安 装了两台15KW水力循环泵16(其中一台为备用），水力循环泵16设计流量为100m 3/h，扬程 15m，罐体高度8m，实测力量约80m3/h，证明这一设计方法能够有效克服水力循环泵16扬程 损失造成的流量降低。
[0043] 发酵物料在线固液分离方法，能够有效降低固液分离过程中热量散失，工程实测 表明，固液分离机31分离后沼液温度> 33°C，固液分离过程沼液降温低于2°C，在线固液分 离方法十分有效。
[0044] 干物料液面下无堵塞螺旋进料方法对于输送揉搓后干稻草、青储草料十分有效， 可以在不添加水的情况下直接将固态物料输送至罐体液面以下，在保证发酵罐密封、厌氧 的情况下实现了固态物料的高效输送。且能耗很低，实测表明，工程配套4KW螺旋输送机， 干秸杆进料量可以达到1吨/小时，进料效率远高于泵送方式。
【权利要求】
1. 一种适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：包括厌氧发酵罐（15)、发 酵罐保温系统、发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统、发酵后物料在线固液分离系 统及干物料液面下无堵塞螺旋进料系统，其中发酵罐保温系统设置于厌氧发酵罐（15)的 外壁和罐体底部上，所述发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统和发酵后物料在线固 液分离系统均与厌氧发酵罐（15)连接，所述干物料液面下无堵塞螺旋进料系统设置于厌 氧发酵罐（15)的上端，干物料通过干物料液面下无堵塞螺旋进料系统输送至厌氧发酵罐 (15)内的液面下，流态物料通过发酵罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统输送至厌氧发 酵罐（15)内，发酵后的物料通过发酵后物料在线固液分离系统进行固、液分离。
2. 按权利要求1所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述发酵 罐保温系统包括罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统和罐体底部保温、防水一体化系统，所 述罐壁、罐顶的防风与保温一体化系统是所述厌氧发酵罐（15)的罐壁（1)和罐顶的外表面 上从内至外依次设有防腐层（2)、保温层I (3)、保温层II (4)、钢制网架（5)、保温层III (6) 及彩钢板保护层（7);所述罐体底部保温、防水一体化系统是所述厌氧发酵罐（15)的底部 从下至上依次设有钢筋混凝土基础（9)、钢丝网架（10)、挤塑板保温层（12)及细石混凝土 保护层。
3. 按权利要求2所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述保温 层1(3)为反射隔热涂料层，所述保温层11(4)为岩棉保温板或硅酸铝保温板，所述钢制网 架（5)紧贴保温层II外表面（4)，钢制网架（5)的外表面设有刺状突起，所述保温层III (6) 为聚氨酯发泡层、并附着在钢制网架（5)外表面的刺状突起上；所述钢丝网架（10)紧贴厌 氧发酵罐（15)底部的钢筋混凝土基础（9)上，钢丝网架（10)与厌氧发酵罐（15)的罐壁连 接，所述挤塑板保温层（12)为多层、并采用错缝方式铺设，挤塑板与挤塑板之间及挤塑板 与罐壁（1)之间的接缝处灌注聚氨酯发泡材料（11)。
4. 按权利要求1所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述发酵 罐水力搅拌与流态物料进料一体化系统包括水力搅拌管（14)和水力循环泵（16)，其中水 力搅拌管（14)设置于厌氧发酵罐（15)内部上方，水力循环泵（16)设置于泵壳体（21)内、 并与设置于泵壳体（21)外部的电机（18)连接，所述泵壳体（21)的上端设有循环泵管道进 料口（22)和循环泵出料口（19)，所述循环泵管道进料口（22)通过设有阀门的进料管与厌 氧发酵罐（15)的底部连通，所述水力循环泵（16)通过穿过循环泵出料口（19)的出料管与 水力搅拌管（14)连接；当水力搅拌与流态物料进料一体化系统以水力搅拌模式运行时，所 述厌氧发酵罐（15)内的物料通过循环泵管道进料口（22)进入泵壳体（21)内，泵壳体（21) 以及水力循环泵（16)承受罐体水压，所述泵壳体（21)内的物料通过水力循环泵（16)输送 至水力搅拌管（14)内，物料通过水力搅拌管（14)进入厌氧发酵罐（15)内，形成封闭循环。
5. 按权利要求4所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：当水力搅 拌与流态物料进料一体化系统以进料模式运行时，所述泵壳体（21)设置于进料池（17)内， 泵壳体（21)的侧面设有泵壳体进料口（20)，所述水力循环泵（16)运行时，先关闭与厌氧发 酵罐（15)底部连通的出料管上的阀门，再开启泵壳体进料口（20)，进料池（17)内的流态物 料通过水力循环泵（16)输送至水力搅拌管（14)内，流态物料通过水力搅拌管（14)进入厌 氧发酵罐（15)内。
6. 按权利要求1所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述发酵 后物料在线固液分离系统包括缓冲罐体I (27)、缓冲罐II (33)、快速气动阀（26)、固液分 离机（31)、调频螺杆泵（30)、压力检测器、液位检测开关及回流污水泵（32)，其中缓冲罐 体1(27)通过管道与厌氧发酵罐（15)的底部连通，所述快速气动阀（26)设置于缓冲罐体 1(27)与厌氧发酵罐（15)之间的管道上，所述液位检测开关包括分别设置于缓冲罐1(27) 内壁的上、下部的上液位开关（28)和下液位开关（29)，所述调频螺杆泵（30)通过管道分别 与缓冲罐体1(27)的底部和固液分离机（31)连接，所述压力检测器设置于调频螺杆泵（30) 和固液分离机（31)之间的管道上，所述固液分离机（31)通过管道与缓冲罐II (33)的上部 连接，所述缓冲罐II (33)的底部通过回流污水泵（32)及管道与设置于厌氧发酵罐（15)内 部上方的沼液回流管（23)连接。
7. 按权利要求6所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述发酵 后物料在线固液分离系统的运行方式是：压力检测器检测固液分离机（31)前进料口压力， 当检测到压力大于lOOOKpa时，降低调频螺杆泵（30)运行频率，当检测到压力低于lOOKpa 时，提高调频螺杆泵（30)运行频率；当上液位开关（28)检测到信号时，关闭快速气动阀 (26)，当下液位开关（29)检测到信号时，开启快速气动阀（26);所述固液分离机（31)分离 出的沼液流入缓冲罐II (33)内，所述缓冲罐II (33)内的沼液通过回流污水泵（32)回流至 厌氧发酵罐（15)内。
8. 按权利要求6或7所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述 缓冲罐体I (27)和缓冲罐II (33)的外壁设有保温结构、并上端安装有顶盖。
9. 按权利要求1所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述干 物料液面下无堵塞螺旋进料系统包括驱动装置、螺旋输送机套管（37)、螺旋输送机中心轴 (43)及螺旋输送机输送叶片（39)，其中螺旋输送机中心轴（43)设置于螺旋输送机套管 (37)内、并一端与驱动装置连接，所述螺旋输送机中心轴（43)上设有螺旋输送机输送叶片 (39)，所述螺旋输送机套管（37)靠近驱动装置的一端设有螺旋输送机套管进料口（36)，另 一端设有螺旋输送机套管出料口，所述螺旋输送机套管（37)的出料口端插入安装在厌氧 发酵罐（15)上部的螺旋输送机罐体安装套管（38)内、并位于厌氧发酵罐（15)内液面下 方。
10. 按权利要求9所述的适应寒冷地区的低能耗运行沼气系统，其特征在于：所述螺旋 输送机罐体安装套管（38)靠近出料口的端部设有螺旋输送机出料部位喇叭口（40)，所述 螺旋输送机套管出料口包括设置于螺旋输送机套管（37)上侧面的螺旋输送机上侧出料口 (41)和螺旋输送机下侧出料口（42)，所述螺旋输送机上侧出料口（41)和螺旋输送机下侧 出料口（42)的长度为3-6个螺距，其宽度为套管圆周长的1/4-1/3,安装于出料口段的螺旋 叶片有1-2片为正常带式螺旋叶片，对应于出料口段螺旋轴上的另外2-4个螺距范围内不 安装螺旋叶片。
【文档编号】C12M1/107GK104120081SQ201310150383
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】郭荣波, 许晓晖, 戴萌, 杨智满, 罗生军 申请人:中国科学院青岛生物能源与过程研究所