一种干式厌氧发酵进料系统的制作方法

本实用新型涉及适于输送特殊流体的泵领域，具体而言，涉及一种干式厌氧发酵进料系统。
背景技术：
：近年来随着社会的不断发展，由居民社区、餐饮中心、农贸市场、其他市政口产生的生活厨余垃圾逐渐增多，我国相关科研人员对生活垃圾综合处理技术做了大量引进吸收和摸索改进工作，其中干式厌氧处理生活垃圾技术作为一种新兴技术逐渐进入国内并开始在部分城市试点建设。目前欧洲市场以及国内中已建或者在建的干式厌氧项目为了提高发酵效率，主要采用50℃～60℃的高温发酵技术，对物料的加热以及保温要求很高。同时为了减少后端沼液的产生量以及为了提高系统对发酵原料的容杂率，通常对发酵原料的含固率要求在20％～50％之间，并且多采用序批式连续发酵，也就是在厌氧发酵罐内的物料并不是全混合的均匀状态。申请号为2019206167872的专利给出了一种利用卧式推流干式厌氧处理厨余垃圾的装置，可以对预处理后平均粒径80mm、干扰物不超过10％质量比的生活厨余垃圾进行55℃高温发酵，发酵罐内物料从发酵罐的进料端采用序批推流的方式经过20～25天后才被输送至发酵罐外。这种运行方式对干式厌氧发酵进料系统提出了至少两种要求：第一，由于厌氧发酵罐内是55℃的高温环境，如果用于发酵的新物料特别是在冬季寒冷时段直接进入厌氧发酵罐，势必会对发酵罐进料端的环境温度造成一定冲击，影响这一区域的酸化菌群、厌氧菌群的活性，而每次恢复该影响均需要一定的时间周期，势必影响了发酵系统的产气效率和能力，所以提出的第一点要求是用于干式厌氧发酵的新物料必须经过加热并达到一定的温度后方可进入发酵罐。第二，由于厌氧发酵罐的发酵物料时序批式从进料端输送至出料端，所以罐内的物料并不是全混状态，只是在发酵罐沿长度方向上一小段长度范围内的物料在搅拌桨的作用下处于局部全混状态，如果此时新鲜的厌氧物料直接进入发酵罐进料端，会很难与发酵中后期的物料进行接触配菌种，新鲜物料中如果没有直接被接菌种也会大幅度影响后续的发酵效率，所以提出的第二点要求是用于干式厌氧发酵的新物料应该在外界直接接菌种后再输送入发酵罐或者进入发酵罐后应在短时间内添加接种菌群以保证后续的发酵效率。以上两点不仅是申请号为2019206167872的专利所公开的干式厌氧发酵对进料系统的要求，也是目前国内外绝大多数干式厌氧发酵对其进料系统的理想要求。技术实现要素：本实用新型的主要目的在于提供一种干式厌氧发酵进料系统，以解决现有的发酵系统发酵效率低、发酵原料接种不充分；且现有发酵原料进罐前后的温差大，对罐内菌种活性产生很大的影响等的问题。为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：一种干式厌氧发酵进料系统，其包括厌氧发酵装置、混料装置、柱塞泵输送装置以及进料加热装置；厌氧发酵装置包括厌氧发酵罐以及发酵搅拌组件，发酵搅拌组件包括发酵搅拌电机以及发酵搅拌轴，厌氧发酵罐的进料侧带有进料口，进料口外连进料管路，出料侧带有回流液输出口以及发酵物料输出口，回流液输出口外连回流液输出管路，发酵物料输出口外连发酵物料输出管路，进料管路、回流液输出管路以及发酵物料输出管路上均安装有控制阀；混料装置包括混料箱、安装在混料箱内部的混合搅拌轴以及连接在混合搅拌轴端部的混合搅拌电机，混料箱顶部开设有发酵原料进料口、抽风口以及稀释液进料口，抽风口外侧通过管道与新风风机连通；混料箱底部设置有物料接口，物料接口外连进出料管道，进出料管道上安装有控制阀，混料箱的进出料管道与厌氧发酵罐的进料管路、回流液输出管路连通；柱塞泵输送装置包括进料柱塞泵以及水箱，进料柱塞泵包括物料料缸、液压油缸以及中间水室，中间水室位于物料料缸和液压油缸之间，中间水室与水箱连接，混料箱的进出料管道、厌氧发酵罐的进料管路、回流液输出管路均与进料柱塞泵连通。进料加热装置包括厌氧进料热交换器、保温层、热储能罐以及热水循环泵，厌氧进料热交换器安装在厌氧发酵罐的进料管路上，厌氧进料热交换器外覆盖有保温层，厌氧进料热交换器与热水循环泵以及热储能罐连通；热储能罐中存储一定量的热水，通过热水循环泵提供给厌氧进料热交换器并形成闭环回路。进一步的，还包括应急保护装置，应急保护装置包括空气蓄能器、液位开关以及气动安全阀，气动安全阀安装在混料箱的出料口下方，液位开关安装在混料箱的箱体侧壁上，空气蓄能器通过液位开关与气动安全阀相接通。进一步的，还包括液压站，液压站为控制阀提供工作动力。进一步的，发酵原料进料口连接发酵原料进料螺旋装置，用于接收预处理之后的发酵原料。进一步的，稀释液进料口通过管道与稀释液进料泵连接，管道与上设置有稀释液流量计。进一步的，混料箱具有两个混合搅拌轴，分别是第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴，第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴分别由第一混合搅拌电机和第二混合搅拌电机驱动，第一混合搅拌电机和第二混合搅拌电机为变频电机。进一步的，混料箱底部设置称重模块。本实用新型还提供了一种干式厌氧发酵进料系统的控制方法，其包括以下几个步骤：混料调配以及向厌氧发酵罐进料；所述混料调配包括如下步骤：(a1)运行前检查：检测进料系统中各个装置的工作状态，保证各个装置无故障，检查无误后开启液压站；(a2)抽气：启动新风风机对混料箱内进行抽气；(a3)加回流液：控制进料柱塞泵将回流液从厌氧发酵罐输出到混料箱内；(a4)加稀释液：进回流液的同时启动稀释液进料泵，将稀释液泵入至混料箱内；(a5)加发酵原料：在向混料箱内进回流液和稀释液工作进程结束后，启动发酵原料进料螺旋装置，将预处理之后的发酵原料输送至混料箱内；(a6)搅拌物料：启动第一混合搅拌电机和第二混合搅拌电机，驱动第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴转动；所述向厌氧发酵罐进料包括如下步骤：(b1)预热管道：在进行步骤(a6)时，同时启动热水循环泵对厌氧进料热交换器进行预热；(b2)输送混合物料：将混料箱内调配好的物料通过进料柱塞泵输送至厌氧发酵罐内。进一步的，在步骤(a4)中，通过稀释液流量计计量进入混料箱内的稀释液流量，达到稀释液目标流量后，关闭稀释液进料泵。进一步的，在步骤(b2)中，通过混料箱下的称重模块实时测量进入混料箱内物料的重量，达到目标值后停止向厌氧发酵罐进料。本实用新型具有以下有益效果：(1)本实用新型公开的进料系统，直接在发酵罐外对每一次批次的发酵原料都进行接菌种处理，保证所有的发酵原料在进入厌氧发酵罐之前就被充分混合接入菌种，避免了发酵原料直接进入发酵罐导致的发酵原料接种不充分、发酵效率下降的问题，在进料环节就在一定程度上提高了整个干式厌氧发酵的效率，缩短了物料在罐内发酵的停留时间。(2)本实用新型公开的进料系统，通过设置足够长度的厌氧进料热交换器对进入厌氧发酵罐的发酵原料提前加热，通过该结构的设置，可以保证即使是冬季寒冷地区的发酵原料在进入厌氧发酵罐之前就能被加热至40℃～45℃以上，保证夏季炎热环境的发酵原料在进入厌氧发酵罐之前能被加热至接近最终55℃的发酵温度，从而大幅度缩小了发酵原料进罐前后的温差，既避免了温差过大对罐内菌种活性造成的冲击，又避免了在罐内增温过程浪费的时间。(3)本实用新型公开的进料系统，由于可以保证输送至厌氧发酵罐内的发酵原料均是完全接菌种的并且被加热至一定温度的物料，不需要后续为了在罐内强制接种以及为了提高与罐壁加热系统的换热效率所需要的发酵罐内搅拌器高速搅拌，所以采用本进料系统的厌氧发酵罐内搅拌器搅拌速度可以降低50％左右，从而节约搅拌所需的电耗、避免了高速搅拌增加的磨损。(4)本实用新型公开的进料系统采用柱塞泵作为进料输送装置，避免了传统采用螺旋输送装置时因高含杂物料对螺旋叶片产生的磨损，避免了传统采用螺旋输送因物料密实度不足引起的过多空气被带入发酵罐内影响厌氧环境以及形成爆炸气环境的潜在危险。(5)采用本实用新型公开的进料系统，由于混料设备以及输送设备可以直接处理大粒径、高含杂、高含固率、流动性极差的发酵原料，从而降低了对预处理的要求，主要体现在不需要对发酵原料进行精细化粉碎至浆料状态、不要配套过多的人力或设备进行杂物去除，从而可以降低系统投资、降低运行功耗、提高项目实施可行性。附图说明图1是本实用新型所涉及的干式厌氧发酵进料系统简单布局示意图；图2是本实用新型所涉及的干式厌氧发酵进料系统工艺流程简图；图3是本实用新型所涉及的进料柱塞泵结构示意图；图4是本实用新型所涉及的干式厌氧发酵进料系统逻辑控制方法简述；其中，上述附图包括以下附图标记：100、混料箱；101、第一混合搅拌电机；102、第二混合搅拌电机；103、第一混合搅拌轴；104、第二混合搅拌轴；105、称重模块；106、应急卸料阀；107、发酵原料进料口；108、抽风口；109、稀释液进料口；111、空气蓄能器；112、液位开关；113、气动安全阀；121、发酵原料进料螺旋装置；122、稀释液进料泵；123、稀释液流量计；131、液压混料进出料阀；141、新风风机；210、液压站；211、双联泵驱动电机；212、主泵；213、副泵；214、进料柱塞泵换向阀；215、液压混料进出料阀换向阀；216、液压回流阀换向阀；217、液压厌氧进料阀换向阀；220、进料柱塞泵；221、中间水室；222、物料料缸；223、液压油缸；224、前接近开关；225、后接近开关；231、水箱；300、厌氧发酵罐；301、发酵罐搅拌电机；302、发酵搅拌轴；303、进料管路；304、回流液输出管路；305、发酵物料输出管路；311、手动回流阀；312、液压回流阀；321、手动厌氧进料阀；322、液压厌氧进料阀；331、厌氧进料热交换器；332、保温层；341、热储能罐；342、热水循环泵。具体实施方式下面结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1-4所示，本实用新型所述的干式厌氧发酵进料系统包括厌氧发酵装置、混料装置、柱塞泵输送装置以及进料加热装置；厌氧发酵装置包括厌氧发酵罐300以及发酵搅拌组件，发酵搅拌组件包括发酵搅拌电机301以及发酵搅拌轴302，厌氧发酵罐的进料侧带有进料口，进料口外连进料管路303，出料侧带有回流液输出口以及发酵物料输出口，回流液输出口外连回流液输出管路304，发酵物料输出口外连发酵物料输出管路305，进料管路、回流液输出管路以及发酵物料输出管路上均安装有控制阀；回流液输出管路上安装有手动回流阀311以及液压回流阀312；所述手动回流阀在进料系统正常工作时一直处于开启状态；液压回流阀安装在手动回流阀之后，在进料系统自动运行过程中，通过控制液压回流阀的状态控制回流液输出管路的通断。厌氧发酵罐的进料管路上安装有厌氧进料阀321液压厌氧进料阀322，厌氧进料阀在进料系统正常工作时一直处于开启状态；液压厌氧进料阀安装在厌氧进料阀之后，在进料系统自动运行过程中，通过控制液压厌氧进料阀的状态控制厌氧发酵罐的进料管路的通断。所述混料装置包括混料箱100、安装在混料箱内部的混合搅拌轴以及连接在混合搅拌轴端部的混合搅拌电机，混料箱顶部开设有发酵原料进料口107、抽风口108以及稀释液进料口109，抽风口外侧通过管道与新风风机141连通；混料箱底部设置有物料接口，物料接口外连进出料管道，进出料管道上安装有控制阀，混料箱的进出料管道与厌氧发酵罐的进料管路、回流液输出管路连通；混料箱底部的支腿上分别设置有称重模块105。所述混料箱具有两个搅拌轴，分别是由第一混合搅拌电机101驱动的第一混合搅拌轴103和由第二混合搅拌电机102驱动的第二混合搅拌轴104。并且，第一混合搅拌电机和第二混合搅拌电机是变频电机，可以在各自的变频器控制下调整转速，并能改变工作旋转方向，从而可以满足针对不同的情况对发酵原料、回流液、稀释液等进行不同转速、不同旋向的搅拌以保证对物料的搅拌效果。所述发酵原料进料口通过法兰与发酵原料进料螺旋装置121连接，用于接收预处理之后的发酵原料。所述稀释液进料口通过管道与稀释液进料泵122连接，并设置有稀释液流量计123，在需要对发酵原料进行物料干物质含量调配或需要通过稀释液对其进行接菌种时，通过稀释液进料泵供给不同种类的稀释液，并通过稀释液流量计计量进入混料箱内的稀释液流量δq。所述抽风口通过管道与新风风机接通，只要是在混料箱运行过程中，新风风机就处于工作状态，保证混料箱中物料产生的少量沼气可以通过新风风机排向外部，避免在混料箱内形成爆炸气体环境。所述称重模块可以对混料箱内的物料进行重量计量，与稀释液流量计结合调配发酵原料的干物质含量。柱塞泵输送装置包括进料柱塞泵220以及水箱231，进料柱塞泵包括物料料缸222、液压油缸223以及中间水室221，中间水室安装在物料料缸和液压油缸之间，中间水室与水箱连接，混料箱的进出料管道、厌氧发酵罐的进料管路、回流液输出管路均与进料柱塞泵连通。所述进料柱塞泵是一种液压驱动的单缸柱塞泵装置。进料柱塞泵在出料过程(挤推)中水箱中的清水被自动吸入中间水室中，在吸料过程(抽吸)中中间水室中的清水被自动挤压出至水箱中。通过在进料柱塞泵中设置中间水室可以起到多个作用：第一，进料柱塞泵在往复连续工作工程中会产生大量的热，中间水室中的清水可以对其进行冷却，从而允许进料柱塞泵可以长时间连续工作；第二，中间水室与水箱中的清水提供一种检测信号，用于判断进料柱塞泵物料活塞与物料缸体或者活塞杆与液压油密封之间是否磨损失效导致泄露，如果中间水室与水箱中的清水变浑浊但无油渍，表明物料活塞与物料缸体之间磨损严重出现泄露，如果中间水室与水箱中的清水表层有一层油渍，则表明活塞杆的液压密封部位出现磨损泄露，可以用于检修工作的提前预判；第三，中间水室中的清水在柱塞泵运行过程中可以对物料活塞起到一定的润滑作用，并可以保证物料活塞前后压力的平衡。进料加热装置主要包括厌氧进料热交换器331、保温层332、热储能罐341、热水循环泵342。所述厌氧进料热交换器安装于手动厌氧进料阀和液压厌氧进料阀之间，用于对由进料柱塞泵输送进入厌氧发酵罐的物料进行进罐前的预加热。并且厌氧进料热交换器的外部需要设置保温层，避免热能损耗。所述热储能罐中存储一定量的85℃～95℃的热水，通过热水循环泵提供给厌氧进料热交换器并形成闭环回路。该干式厌氧发酵进料系统还包括应急保护装置，应急保护装置包括空气蓄能器111、液位开关112以及气动安全阀113；液位开关安装在混料箱的箱体侧壁上，设置在距离混料箱顶部约30cm左右的位置；气动安全阀安装在混料箱的底部出料口下方，在进料系统正常工作时一直处于开启状态；空气蓄能器通过液位开关中的阀门与气动安全阀由管道接通。如果混料箱内的物料在特殊情况下到达液位开关所处高度，会触动液位开关动作，空气蓄能器中的压缩空气通过液位开关中的阀门到达气动安全阀内，控制气动安全阀关闭，从而保证外界的由发酵罐卸出的物料在液压回流阀、液压厌氧进料阀故障时停止逆流至混料箱造成溢流。气动安全阀与混料箱之间安装有应急卸料阀106，用于在混料箱及后端设备发生故障时对混料箱进行物料清空时使用，应急卸料阀在进料系统正常工作时一直处于关闭状态。混料箱的出口位置安装有液压混料进出料阀131，并在气动安全阀之后，在进料系统自动运行过程中，通过控制液压混料进出料阀的状态控制发酵罐内的物料与混料箱中物料所在管道的通断。该干式厌氧发酵进料系统还包括液压站210，主要包括双联泵驱动电机211、主泵212、副泵213、进料柱塞泵换向阀214、液压混料进出料阀换向阀215、液压回流阀换向阀216以及液压厌氧进料阀换向阀217；双联泵驱动电机与主泵和副泵连接，为主泵和副泵的工作提供动力。所述主泵提供的高压液压油通过进料柱塞泵换向阀分配后为进料柱塞泵提供工作动力。副泵提供的高压液压油分别通过液压混料进出料阀换向阀、液压回流阀换向阀、液压厌氧进料阀换向阀的分配后各自为液压混料进出料阀、液压回流阀、液压厌氧进料阀提供工作动力。本实用新型公开的一种干式厌氧发酵进料系统的控制方法简述如图3所示，每个工作循环主要按照下述步骤执行：混料调配以及向厌氧发酵罐进料；所述混料调配包括如下步骤：(a1)运行前检查：检测进料系统中各个装置的工作状态，保证各个装置无故障，检查无误后开启液压站；在启动进料系统前，检测进料系统中的泵、阀等的工作状态，保证各个装置正常运行，运行时，首先启动液压站。(a2)抽气：启动新风风机对混料箱内进行抽气；在混料箱进回流液和稀释液之前，应启动新风风机对混料箱内进行抽气，避免后续添加的物料在混料箱内形成并累计沼气形成爆炸气环境。同时开启混料箱中的第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴，并通过变频器设定其转速为n2、两者的旋向相反。(a3)加回流液：控制进料柱塞泵将回流液从厌氧发酵罐输出到混料箱内；进回流液时，应首先打开通过控制液压回流阀换向阀控制打开液压回流阀，然后通过控制进料柱塞泵换向阀控制进料柱塞泵处于吸料工作进程，将回流液从厌氧发酵罐中吸入进料柱塞泵的物料缸体内，通过前接近开关224检测到进料柱塞泵开到位时，停止进料柱塞泵的吸料工作进程，并关闭液压回流阀。通过控制液压混料进出料阀换向阀控制打开液压混料进出料阀，然后控制进料柱塞泵处于出料工作进程，将进料柱塞泵的物料缸体内的回流物料打入混料箱内，当后接近开关225检测到柱塞泵完全将物料打入混料箱内后，停止进料柱塞泵出料，并关闭液压混料进出料阀，此时完成进回流液的一个循环进程，并对回流液的循环进程计数δc，重复循环进回流液过程，直至达到预设的进回流液循环次数c。(a4)加稀释液：进回流液的同时启动稀释液进料泵，将稀释液泵入至混料箱内；启动稀释液进料泵将稀释液泵入至混料箱内，并通过稀释液流量计计量进入混料箱内的稀释液流量δq，待达到设定的进稀释液目标流量q后，关闭稀释液进料泵；作为稀释液的物料可以是自来水、项目厂区收集的雨水等清水介质，也可以是生活厨余垃圾的渗滤液或经过脱水后的沼液，可以是其中的一种也可以是多种组合。(a5)加发酵原料：在向混料箱内进回流液和稀释液工作进程结束后，启动发酵原料进料螺旋装置，将预处理之后的发酵原料输送至混料箱内；启动发酵原料进料螺旋装置，将预处理之后的发酵原料输送至混料箱内，并通过称重模块实时测量混料箱内物料增量δm1，待达到设定的目标值m1后停止向混料箱内进发酵原料。(a6)搅拌物料：调整第一混合搅拌电机和第二混合搅拌电机的转速为n1，驱动第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴转动；混料调配过程中需要将第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴的旋向相反，并累积记录混料调配的工作时间δt1，达到设定时间t1后即标志混料调配结束。所述向厌氧发酵罐进料包括如下步骤：(b1)预热管道：在进行步骤(a6)时，同时启动热水循环泵对厌氧进料热交换器进行预热，保证后续进料过程中对物料的加热效果。(b2)输送混合物料：将混料箱内调配好的物料通过进料柱塞泵输送至厌氧发酵罐内。将第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴的转速调整为n3、两者的旋向相反，并且旋向应满足能将物料推向混料箱出料口的位置。将混料箱内调配好的物料通过进料柱塞泵输送至厌氧发酵罐内的过程与步骤(a3)类似，物料输送过程中，通过称重模块实时测量进入混料箱内物料增量δm2，待达到设定的目标值m2后停止向厌氧发酵罐进料，标志着该工作进程的结束。在向厌氧发酵罐进料工作进程结束后，一个进料系统工作进程结束，停止第一混合搅拌轴和第二混合搅拌轴的搅拌、停止液压站的工作，在延时t2后停止新风风机和热水循环泵。如果预处理后直接进入混料箱的发酵原料的干物质含量为25％～40％之间，则上述实施例中的主要参数可参考如下表1所示。表1参数推荐数值混料箱搅拌转速n1180～220r/min混料箱搅拌转速n2120～150r/min混料箱搅拌转速n350～80r/min稀释液进料量设定值q0.3～0.35m3进回流液往复循环次数设定值c2进厌氧发酵与原料时混料箱增重设定值m12200kg向厌氧发酵罐进料时混料箱减重设定值m22750～2800kg混料调配延时设定值t1120～150s系统结束时延时停止风机、水泵设定值t215～25s干式厌氧发酵进料系统中所涉及的各个控制阀以及行程开关、新风风机、泵、电机等的装置的信号反馈以及开关均为中控控制装置控制，该中控控制装置的信号处理及控制过程均为现有技术，在此不做赘述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“前端”、“后端”、“左右”“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。当然，上述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定对本实用新型的实施例范围。本实用新型也并不仅限于上述举例，本
技术领域：
的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本实用新型的专利涵盖范围内。当前第1页12