一种大型远程在线监控生产和储存沼气厌氧反应器的制作方法

1.本发明涉及厌氧发酵及沼气储存技术领域。特别适合厨余垃圾、高浓度养殖类畜禽粪便、屠宰污废水、城市生活废水、污泥、工业废水和农作物秸秆等反应物料和活性微生菌进行中温反应工艺方式沼气生产领域。


背景技术：

2.当前厨余垃圾、高浓度养殖类畜禽粪便、屠宰污废水、城市生活废水、污泥、工业废水和农作物秸秆等物料在厌氧罐多采用中温（摄氏36
°
c左右）发酵工艺形式，因有机物浮渣等比重小于水，加之在沼气生产中的沼气气泡的上升作用下使有机物物浮渣在反应液的上部并渐渐的结成硬壳，而敷着大量微生菌的反应物料存在反应器的中下部区域，如何解决浮渣的结壳和让反应物料中的微生菌均匀分布在反应液内是提高沼气产气率和反应物料降解率重要的工艺关键手段之一。
3.当前厌氧反应器在生产中大都采用人工操作，而且常常需要人工现场进行手动的进料、出料、搅拌等操作。一些每日的常规检查需要操作者要往返地爬到厌氧反应罐的上部进行，即使这样也不能保证实时进行生产观察。
4.另外，当前的厌氧反应器大都采用机械和水封式的正压和负压安全保护器形式，对反应器内的超过设定的正压和负压进行保护，但在实际的沼气生产中存在因外界环境影响而带来的一些安全隐患。
5.另外，现有上部为柔性半圆球储气膜形式厌氧反应器也多存在以下问题：1、物料反应液的搅拌形式大都采用机械螺旋桨式并安装在反应器的中下部，这样一些微生菌较难达到反应液的上部区域。而液体循环搅拌工艺形式是将下部的反应液通过泵循环达到液位的上部，虽然可对浮渣的一个小区域进行破壳，但对反应器的整个结壳层而言固定的一个点的破壳不能有效阻止整个反应液面的结壳形成。
6.2、操作人员大都需要进行现场生产的操作，每天工作量大，需要工作人员较多，劳动力成本高。夏季时各种水压式的安全水封装置因水蒸发量大需要进行及时的补水，而一旦不能及时补水到正常水位时将对反应器的安全运行带来极大的安全隐患。
7.3、国内沼气储气膜现在大都选用聚偏氟乙烯材料，不管是单膜式储气柜 还是双膜式储气柜，均因受到风吹日晒雨淋等自然因素的影响快速老化并不能有效的防范如石子、树枝、飞鸟的对气膜的撞击和划伤。
8.4、反应器上安装的机械式安全阀装置因安装在反应罐的外侧常年外界的灰尘和风雨的侵蚀常使得各运动机关不能有效的运行，从而易引发发生机械故障而引发事故。


技术实现要素：

9.本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题和不足，提供一种大型远程在线监控生产和储存沼气厌氧反应器。该反应器可解决依赖人工对厌氧反应器生产过程中的进行繁琐的工序操作，可实时对生产过程进行远程在线实时监测和控制。不仅解决浮渣
结壳问题，还有效地将漂浮在反应面的物料循环至反应器微生物菌种密集区进行分解产气和将反应物进行立体式混合及搅拌，已达到提高产期率、缩短反应物滞留时间和提高降解率。
10.本发明的目的可通过以下技术措施来实现的：本发明的大型远程在线监控生产和储存沼气厌氧反应器包括安装于基座上带有圆锥形顶盖的反应器罐，以悬吊方式安装在反应器罐腔体上部、锥顶下方的可上下收缩的半球体结构的气柜膜形成密闭的厌氧反应器；所述气柜膜底部寖埋在罐体中上部设置的环形结构的水封槽内；在反应器罐下部两侧以对称设置的方式分别安装有一个循环推力泵，两个循环推力泵分别通过相应的循环管和循环推力管出口将反应器罐下部反应物料喷射到位于相应侧的破壳搅拌叶轮上，并推动依次安装在破壳搅拌叶轮轴上数个破壳搅拌叶轮对反应物料液面浮渣进行破碎；环绕反应器罐内壁液面下方、以均布的方式在内壁上设置有若干个上端口为进料口的竖向导流管，竖向导流管的下端与位于反应器罐内壁下部的切向导流管的进料口相连通，切向导流管内腔中安装有搅拌机驱动的搅拌切割桨叶；所述的气柜膜下端口固定安装有一个环形金属管，所述环形金属管与设置在水封槽槽底面上的若干个气柜半圆挂钩挂接在一起、并通过若干条固定绳与固定在反应器罐内壁的数个上环管支架上的一圈封闭固定绳上环管锁紧；固定在气柜膜上的气柜膜上压环通过钢丝绳经滑轮和导向滑轮与固定在反应器罐外壁支架d上带有标尺刻度的竖向方柜内的装有配重石料的配重方篓连接。
11.本发明中安装在水封槽的水封槽补水管上的电磁阀e，安装在水封槽溢流管上的电控流量阀，安装在反应器罐上的用于检测气柜膜内压力的气压传感器、用于控制燃烧火炬燃烧泄压的正压电磁阀b、用于控制对反应器罐内进行补气的电磁阀c、用于控制沼气出气管启闭的电磁阀d、和用于控制启动循环推力泵的电磁阀a、以及进料电磁阀、补水电磁阀e分别通过电连接方式接入plc控制系统的相应端口。
12.本发明中所述反应器罐的水封槽液位处和反应物料液面处分别安装有至少两套的观察窗a和观察窗b，在观察窗外安装有监测摄像系统；设置在反应器罐液面部位的物料溢流管以倒置u型结构插入反应器罐液下，用于控制反应物料稳定的液位；在反应器罐底部设置有进料管和出渣管，进料管以水平方向设置，且沿进料管长度方向朝向下部基座方向开有若干个进料管出孔；所述基座中心处设置有一个凹坑，出渣管进料口延伸至凹坑内；在反应器罐上部锥形顶盖的内面贴附有防尘防水膜。
13.所述破壳搅拌器的破壳搅拌叶轮上等角度分布有若干个端部带有锯齿状的叶片，破壳搅拌器的破壳搅拌叶轮轴两端安装有叶轮轴座，叶轮轴座固定在反应器罐外壁支架e上；沿破壳搅拌叶轮轴长度方向安装有若干个破壳搅拌叶轮；破壳搅拌叶轮轴中心线位于反应物料液面上方、离液面的距离小于破壳搅拌叶轮半径的三分之一。（工作时电控系统打开电磁阀a，启动循环推力泵将下底部反应物料经循环管上的循环推力管出口对准破壳搅拌叶轮轴两端的破壳搅拌叶轮叶片使破壳搅拌叶轮轴转动，并带动破壳搅拌叶轮轴上其它破壳搅拌叶轮一同旋转对反应物料液面的浮渣进行破壳）。
14.所述竖向导流管的横截面呈半圆形结构，作为进料口的上端口距离反应物料液面下100毫米至200毫米，所述竖向导流管固定于反应器罐内壁上形成导流道以便将物料液位面处的浮渣导流到位于反应器罐下部的切向导流管内，通过搅拌切割桨叶进行破碎。
15.本发明中由钢丝绳下端连接的配重方篓在竖向方柜内随气柜膜容积变化可进行上下移动，最高和最低点分别由安装在竖向方柜上的上限位块和下限位块控制，上行程开关和上行程开关以电连接的方式接入plc电控系统的相应接口；竖向方柜外面安装有标尺刻度和监视器。
16.本发明在反应器罐内反应物料液面上的不少于三个气压传感器数据，达到或超过设定安全的正压或负压时，将自动打开正压电磁阀b通过燃烧火炬燃烧泄压，或自动打开电磁阀c通过负压安全进气管反应器罐内进行补气。
17.所述的远程在线监控是操作者在控制室通过plc程序控制系统对整个反应器运行实施自动控制和监控。plc程序控制系统主要可完成以下生产自动控制：1、开启进料电磁阀，启动的进料泵，反应物料可通过进料管进入反应器罐底部。开启出渣电磁阀，启动出料泵通过出渣管将反应器罐底部的沼渣排出。
18.2、经观察窗b外安装的摄像头观察到物料液面需要进行搅拌破壳时，开启电磁阀a，启动固定在支架a上的循环推力泵，通过循环管将反应器罐底部带有大量微生物菌种的反应物料喷射到搅拌叶轮轴两端的两个破壳搅拌叶轮的叶片上，并带动破壳搅拌叶轮轴上的其它破壳搅拌叶轮一同转动，使得带有锯齿状的破壳搅拌叶轮片对液面进行破壳和搅拌。
19.3、通过安装在反应器内液面上方的气压传感器检测到气压值：当压力值≥+1500pa时，打开电控磁b，将过载压力的沼气通过正压安全出气管经燃烧火炬燃烧，以便保证气柜膜和反应器罐处于安全压力状态下，低于当压力值＜+1500pa时，关闭电控磁b。当压力值≤-50pa时，电磁阀c打开，外界空气通过负压安全进气管进入反应器内，当压力值＞-30pa时电磁阀c关闭。
20.4、在环形结构的水封槽（横截面呈u型水封槽）内安装有一端位于水位200毫米处，另一端连接反应器外部的水封槽溢流管（当外界温度接近0℃时需更换相应的防冻液），水封槽溢流管上安装有电控流量阀；另外通过安装在环形结构的水封槽上方观察窗a外的摄像头可监视其内的水位状态。打开电磁阀e可通过水封槽补水管将水补充进u型水封槽，当电控流量阀传出流量信号时，关闭电磁阀e停止补水。
21.5、启动搅拌机后，安装在搅拌机前端并位于切向导流管内的搅拌切割桨叶将液面上的浮渣经竖向导流管上端和切向导流管循环到位于反应器罐底部，同时搅拌切割桨叶可对浮渣进行粉碎。
22.6、生产的沼气通过沼气出气管上的电磁阀d可控制沼气的输出。由于沼气的生产是动态变化的，气柜膜可上下变动，钢丝绳的一端固定在气柜膜上的气柜膜上压环上，另一端经通过滑轮和导向滑轮与装有配重石料的配重方篓连接并在竖向方柜内做上下移动。气柜膜上下极限位置由安装在竖向方柜上的上限位块和下限位块控制，其上的上行程开关和上行程开关将分别向plc电控系统传输信号并报警提示。竖向方柜外面安装有标尺刻度和监视器以便实时监视气柜膜的沼气体积和容量。
23.本发明的有益效果如下：1、厌氧反应器的沼气全流程生产过程中可远程在线实施检测和通过plc控制系统对各种工艺管线上电磁阀实施控制，减少的操作者数量和劳动强度，降低生产成本。
24.2、双重立体循环和破壳方式，即循环推力泵将厌氧反应器底部含有大量菌种反应
物料经循环管出口处推动破壳搅拌叶轮进行液面浮渣的破碎，同时将一些浮渣经竖向导流管和横竖向导流管内的搅拌切割桨叶进行破碎。使得微生物菌种均匀分布在反应物任何区域，提高了产气率、缩短了物料反应停留时间，提高了降解率。
25.3、通过气压传感器传输的反应器内的实时气压值，plc电控系统可分别自动的打开相应的电磁阀对厌氧反应器内出现的超正压和负压进行有效的安全控制，减少和避免水封式和机械式因外界因素和人为操作出现的问题而造成安全隐患。
附图说明
26.图1为本发明的主视图。
27.图2为本发明的俯视图。
28.图3为图1的a处局部放大示意图。
29.图4为图1的b处局部放大示意图。
30.图5为图1的c处局部放大示意图。
31.图6为图1的d处局部放大示意图。
32.图7为图1的e处局部放大示意图。
33.图8为图1的f处局部放大示意图。
34.图9为图1的竖向和切导流管向局部轴侧图。
35.图中序号：1－支架a，2－进料电磁阀，3－循环管，4－进料管出孔，5－进料管， 6－支架b，7－竖向导流管，8－搅拌切割桨叶，9－切向导流管，10－基座，11－出渣管，12－支架c，13－出渣电磁阀，14－循环推力泵， 15－电磁阀a，16－反应物料，17－反应器罐，18－物料溢流管，19－电控磁b，20－负压安全进气管，21－电磁阀c，22－正压安全出气管，23－气压传感器，24－燃烧火炬，25－沼气出气管，26－电磁阀d，27－水封槽溢流管，28－电控流量阀，29－水封槽补水管，30－气柜半圆挂钩， 31－电磁阀e，32－上环管支架，33－固定绳，34－固定绳上环管，35－环形结构的水封槽（横截面呈u型水封槽），36－顶盖，37－防尘防水膜，38－气柜膜，39－滑轮，40－气柜膜上压环，41－钢丝绳，42－观察窗a，43－观察窗b，44－导向滑轮，45－导向滑轮支座，46－破壳搅拌叶轮， 47－竖向方柜，48－支架d，49－上限位块，50－上行程开关，51－循环推力管出口，52－破壳搅拌叶轮轴，53－叶轮轴座，54－支架e，55－配重方篓，56－配重石料，57－下行程开关，58－下限位块，59－搅拌机，60－进料泵、61－出料泵。
具体实施方式
36.本发明专利将结合以下实施例（附图）做进一步描述：如图1、2所示，本发明的大型远程在线监控生产和储存沼气厌氧反应器包括安装于基座10上带有圆锥形顶盖36的反应器罐17，以悬吊方式安装在反应器罐腔体上部、锥顶下方的可上下收缩的半球体结构的气柜膜38形成密闭的厌氧反应器；所述气柜膜底部寖埋在罐体中上部设置的环形结构的水封槽35内；在反应器罐下部两侧以对称设置的方式分别安装有一个循环推力泵14，两个循环推力泵14分别通过相应的循环管3和循环推力管出口51将反应器罐下部反应物料16喷射到位于相应侧的破壳搅拌叶轮46上，并推动依次安装在破壳搅拌叶轮轴52上数个破壳搅拌叶轮46对反应物料液面浮渣进行破碎（参见图3）；环绕
反应器罐内壁液面下方、以均布的方式在内壁上设置有三个上端口为进料口的竖向导流管7，竖向导流管的下端与位于反应器罐内壁下部的切向导流管9的进料口相连通，切向导流管9内腔中安装有搅拌机驱动的搅拌切割桨叶8（参见图9）；所述的气柜膜38下端口固定安装有有一个环形金属管，所述环形金属管与设置在水封槽35槽底面上的若干个气柜半圆挂钩30挂接在一起、并通过若干条固定绳33与固定在反应器罐17内壁的数个上环管支架32上的一圈封闭固定绳上环管34锁紧；固定在气柜膜38上的气柜膜上压环40通过钢丝绳41经滑轮39和导向滑轮44与固定在反应器罐17外壁支架d48上带有标尺刻度的竖向方柜47内的装有配重石料56的配重方篓55连接。
37.本发明中安装在水封槽35的水封槽补水管29上的电磁阀e31，安装在水封槽溢流管27上的电控流量阀28，安装在反应器罐上的用于检测气柜膜38内压力的气压传感器23、用于控制燃烧火炬24燃烧泄压的正压电磁阀b19、用于控制对反应器罐17内进行补气的电磁阀c21、用于控制沼气出气管25启闭的电磁阀d26（参见图4）、和用于控制启动循环推力泵14的电磁阀a15、以及进料电磁阀2、补水电磁阀e31分别通过电连接方式接入plc控制系统的相应端口。
38.本发明中所述反应器罐17的水封槽35液位处和反应物料16液面处分别安装有至少两套的观察窗a42和观察窗b43，在观察窗外安装有监测摄像系统；设置在反应器罐液面部位的物料溢流管18以倒置u型结构插入反应器罐17液下（参见图4），用于控制反应物料16稳定的液位；在反应器罐底部设置有进料管5和出渣管11，进料管5以水平方向设置，且沿进料管长度方向朝向下部基座10方向开有若干个进料管出孔4；所述基座10中心处设置有一个凹坑，出渣管11进料口延伸至凹坑内；在反应器罐17上部锥形顶盖36的内面贴附有防尘防水膜37（参见图5）。
39.所述破壳搅拌器的破壳搅拌叶轮46上等角度分布有若干个端部带有锯齿状的叶片（参见图7），破壳搅拌器的破壳搅拌叶轮轴52两端安装有叶轮轴座53，叶轮轴座固定在反应器罐17外壁支架e54上；沿破壳搅拌叶轮轴52长度方向安装有若干个破壳搅拌叶轮46；破壳搅拌叶轮轴52中心线位于反应物料16液面上方、离液面的距离小于破壳搅拌叶轮46半径的三分之一。（工作时电控系统打开电磁阀a（15），启动循环推力泵14将下底部反应物料16经循环管3上的循环推力管出口53对准破壳搅拌叶轮轴52两端的破壳搅拌叶轮46叶片使破壳搅拌叶轮轴52转动，并带动破壳搅拌叶轮轴上其它破壳搅拌叶轮一同旋转对反应物料液面的浮渣进行破壳）。
40.所述竖向导流管7的横截面呈半圆形结构，作为进料口的上端口距离反应物料16液面下100毫米至200毫米，所述竖向导流管7固定于反应器罐17内壁上形成导流道以便将物料液位面处的浮渣导流到位于反应器罐17下部的切向导流管9内，通过搅拌切割桨叶8进行破碎。
41.本发明中由钢丝绳41下端连接的配重方篓55在竖向方柜47内随气柜膜38容积变化可进行上下移动，最高和最低点分别由安装在竖向方柜47上的上限位块49和下限位块58控制，上行程开关50和上行程开关57以电连接的方式接入plc电控系统的相应接口；竖向方柜47外面安装有标尺刻度和监视器。
42.本发明在反应器罐17内反应物料16液面上的不少于三个气压传感器23数据，达到或超过设定安全的正压或负压时，将自动打开正压电磁阀b19通过燃烧火炬24燃烧泄压，或
自动打开电磁阀c21通过负压安全进气管20对反应器罐17内进行补气。
43.开启进料电磁阀2，启动的进料泵2，反应物料可通过支架b6进料管5进入反应器底部。进料管5向基座10方向开有数个进料管出孔4以免沼渣堵塞，同时进料时将沉淀物吹散。开启出渣电磁阀13，启动出料泵61通过支架c12上的出渣管11将反应器罐底部中心凹坑内的沼渣排出。
44.观察窗a42和观察窗b 43外安装的摄像头分别将u型水封槽35和物料反应液位状况的实时图像传输到操作者在控制室检视屏上。
45.当液面需要进行搅拌破壳时，开启电磁阀a15，启动固定在支架a1上的循环推力泵14将底部反应物料16经循环管3上循环推力管出口53对准两端的破壳搅拌叶轮46叶片使破壳搅拌叶轮轴52上其它破壳搅拌叶轮46一同转动已达到将液面浮渣破碎。
46.当安装在反应器内液面上方的气压传感器23检测到气压值：当压力值≥+1500pa时，打开电控磁b19，将气柜膜38内的沼气过载压力通过正压安全出气管22经燃烧火炬24点火燃烧，以便保证气柜膜和反应器罐处于安全压力状态下，当压力值＜+1500pa时，关闭电控磁b19。当压力值≤-50pa时，电磁阀c打开，外界空气通过负压安全进气管20进入反应器内，当压力值＞-30pa时电磁阀c21关闭。
47.在环形结构的水封槽35上安装一个距其槽底200毫米水位处的通向反应器罐17外的带电控流量阀28的水封槽溢流管27和一个带电磁阀e31的u型水封槽补水管29。打开电磁阀e31可通过u型水封槽补水管29将水补充进u型水封槽35内，达到200毫米水位时，当电控流量阀28传出流量信号时，关闭电磁阀e31停止补水。