一种用于制备沼气的原料预处理系统及方法与流程

本发明涉及沼气工程技术领域，更具体地说，是涉及一种用于制备沼气的原料预处理系统及方法。

背景技术：

沼气的厌氧发酵是指有机物质，如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等，在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体的复杂的生物化学过程。

目前，沼气工程运行过程中的原料预处理——搅拌配浆环节，对沼气工程来说具有举足轻重的作用，沼气工程中的绝大部分的人力与动力消耗都在原料预处理环节，工程运行过程除预处理环节外，几乎不需要人工干预与投入。参见图1所示，图1为现有技术中用于制备沼气的原料预处理系统的结构示意图，其中，1为搅拌池，2为搅拌机，3为进料口。

但是，采用上述现有技术中用于制备沼气的原料预处理系统进行搅拌配浆存在以下缺点：

首先，该系统动力消耗大、效率低。具体来说，上述原料预处理系统的进料方式一般分为两种(1)将5m³左右的粪便直接倒入搅拌池；(2)通过污水泵冲击的方式，一点点的将粪便冲入搅拌池。两种方法共同的缺点是由于搅拌池直径较大(一般大于3m)，而搅拌机的叶片的长度范围有限，为了提高搅拌效果，就要加大搅拌机功率，耗费大量电力；在在实际运行过程中，搅拌机功率通常为5.5KW左右，而转速仅为30r/min，如果搅拌100m³原料浆，需要搅拌3h以上，效率低下。此外，进料方式(2)中污水泵的使用也会提高系统的电力消耗。

其次，原料浆的浓度很难实现精确。上述进料方式对于每次运抵搅拌池前的原料体积要有准确测量，而进料方式(2)由于是多次进料，又采用水冲入池，对于冲水量与原料量都很难控制，最终造成每天对厌氧发酵罐的进料量的统计，增加难度。

再次，为了方便投料，现有技术的原料预处理工艺通常将搅拌池设置在地下；而为了控制搅拌池直径，通常池深较深(地下3m左右)，这就使经过搅拌的原料中的沙与杂质都沉降于池底，需要人工清理，由于深度与气味的影响，工作难度非常大。

因此，提供一种能耗小、效率高，能够精确控制原料浆浓度且运行维护成本低的原料预处理系统，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于制备沼气的原料预处理系统及方法，本发明提供的原料预处理系统能耗小、效率高，能够精确控制原料浆浓度且运行维护成本低。

本发明提供了一种用于制备沼气的原料预处理系统，包括：

搅拌池，所述搅拌池设有搅拌装置和原料浆出口；

设置在所述搅拌池上方的落料装置，所述落料装置沿竖直方向设置，顶端为落料进口，底端为落料出口，所述落料出口与搅拌池相通；所述落料装置内侧设置有喷头；

出料口与所述落料进口相通的原料分段输送装置，所述原料分段输送装置设有出料口和进料口；

与所述进料口相通的原料储存装置。

优选的，所述搅拌装置的功率为1KW～2KW。

优选的，所述喷头的个数为1个～10个。

优选的，所述原料分段输送装置为旋转输送机。

优选的，所述旋转输送机的功率为3KW～5KW。

优选的，所述原料浆出口设有闸阀。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的原料预处理系统的原料预处理方法，包括以下步骤：

a)将用于制备沼气的原料依次进行分段输送，得到单位原料；

b)将步骤a)得到的单位原料进行喷水处理，再进行搅拌，得到原料浆。

优选的，步骤a)中所述分段输送的速度为10m³/h～20m³/h。

优选的，步骤b)中所述喷水处理的流量为20m³/h～40m³/h。

优选的，步骤b)中所述搅拌的转速为1000r/min～1500r/min，时间为1h～5h。

本发明提供了一种用于制备沼气的原料预处理系统，包括：搅拌池，所述搅拌池设有搅拌装置和原料浆出口；设置在所述搅拌池上方的落料装置，所述落料装置沿竖直方向设置，顶端为落料进口，底端为落料出口，所述落料出口与搅拌池相通；所述落料装置内侧设置有喷头；出料口与所述落料进口相通的原料分段输送装置，所述原料分段输送装置设有出料口和进料口；与所述进料口相通的原料储存装置。与现有技术相比，本发明提供的用于制备沼气的原料预处理系统采用分段输送，并在搅拌前对分段输送的单位原料进行喷水处理，从而不仅使原料浆浓度精确，而且使后续搅拌过程易于进行，从而降低系统的动力消耗、提高系统效率。实验结果表明，本发明提供的用于制备沼气的原料预处理系统进行原料预处理后，原料浆固体TS浓度能够精确达到要求的6％，每天配浆总量为100m³～150m³。

另外，本发明提供的原料预处理系统配浆方便、节省大量人力，运行维护成本低。

附图说明

图1为现有技术中用于制备沼气的原料预处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于制备沼气的原料预处理系统的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的用于制备沼气的原料预处理系统的工作过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于制备沼气的原料预处理系统，包括：

搅拌池，所述搅拌池设有搅拌装置和原料浆出口；

设置在所述搅拌池上方的落料装置，所述落料装置沿竖直方向设置，顶端为落料进口，底端为落料出口，所述落料出口与搅拌池相通；所述落料装置内侧设置有喷头；

出料口与所述落料进口相通的原料分段输送装置，所述原料分段输送装置设有出料口和进料口；

与所述进料口相通的原料储存装置。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的用于制备沼气的原料预处理系统的结构示意图，其中，1为搅拌池，2为搅拌装置，3为原料浆出口，4为落料装置，5为落料进口，6为落料出口，7为喷头，8为原料分段输送装置，9为出料口，10为进料口，11为原料储存装置。

在本发明中，所述搅拌池(1)用于将沼气工程的原料进行搅拌配浆。在本发明中，所述搅拌池(1)优选采用本领域技术人员熟知的水池改造而成，所述水池的直径优选为1m～3m，更优选为2m，所述水池的高度优选为0.5m～2m，更优选为1m。

在本发明中，所述搅拌池(1)设有搅拌装置(2)和原料浆出口(3)。在本发明中，所述搅拌装置(2)包括电机，与所述电机相连的旋转轴，和沿旋转轴对称设置的叶片，所述电机用于提供电力，使旋转轴进行旋转，进而带动叶片旋转，实现搅拌。本发明对所述搅拌装置(2)在搅拌池中设置的位置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的旋转轴垂直于搅拌池(1)底面设置和旋转轴与搅拌池(1)底面呈一定角度设置均可。在本发明中，所述搅拌装置(2)的功率优选为1KW～2KW，更优选为1.5KW。本发明对所述旋转轴的长度没有特殊限制，能够实现叶片正常旋转即可。在本发明中，所述叶片的的个数优选为1个～3个，所述叶片的直径优选为0.3m～1m，更优选为0.5m。

在本发明中，所述原料浆出口(3)用于将预处理后得到的原料浆排出搅拌池(1)。在本发明中，所述原料浆出口(3)设有闸阀，用于控制原料浆的排出；本发明对所述闸阀没有特殊限制，如可采用本领域技术人员熟知的DN200闸阀。在本发明中，所述原料浆出口(3)设置在搅拌池(1)底部，便于原料浆的排出。

在本发明中，所述搅拌池(1)上方设置有落料装置(4)，所述落料装置(4)沿竖直方向设置，顶端为落料进口(5)，底端为落料出口(6)，所述落料出口(6)与搅拌池(1)相通。在本发明中，原料能够从落料进口(5)在重力作用下从落料出口(6)进入搅拌池(1)，所述落料装置(4)的直径小于搅拌池(1)直径，能够使落料装置(4)下落的原料完全进入搅拌池(1)。

在本发明中，所述落料装置(4)内侧设置有喷头(7)，所述喷头(7)能够实现喷水，用于在原料经过落料装置(4)的过程中，对原料进行喷水处理。在本发明中，所述喷头(7)的个数优选为1个～10个，更优选为4个～6个。本发明对所述喷头(7)设置在落料装置(4)内侧的具体位置没有特殊限制，优选采用沿竖直方向螺旋设置。

在本发明中，所述落料装置(4)与原料分段输送装置(8)相连。所述原料分段输送装置(8)设有出料口(9)和进料口(10)，所述出料口(9)与落料进口(5)相通。在本发明中，所述原料分段输送装置(8)优选为旋转输送机，所述旋转输送机内设置有螺旋叶片，能够在原料输送过程中将原料平均分段。在本发明中，所述旋转输送机的功率优选为3KW～5KW，更优选为4KW。

在本发明中，所述进料口(10)与所述原料储存装置(11)相通，所述原料储存装置(11)能够经进料口(10)进入原料分段输送装置(8)进行分段传输。在本发明中，所述原料储存装置(11)优选为料斗，本发明对此没有特殊限制。在本发明中，所述料斗优选设置在地下，便于原料装填。

按照上述本发明实施例提供的用于制备沼气的原料预处理系统，采用分段输送，并在搅拌前对分段输送的单位原料进行喷水处理，从而不仅使原料浆浓度精确，而且使后续搅拌过程易于进行，从而降低系统的动力消耗、提高系统效率。本发明实施例工作过程如下：

首先，将沼气工程原料填满原料储存装置(11)，启动原料分段输送装置(8)，原料经进料口(10)进入分段输送装置(8)进行分段输送，分段后得到的单位原料不断输送至出料口(9)。

其次，启动喷头(7)喷水，对由出料口(9)经落料进口(5)进入落料装置(4)的单位原料进行喷水处理，喷水处理后的单位原料经落料出口(6)进入搅拌池(1)。

再次，启动搅拌装置(2)，对搅拌池(1)中的原料进行搅拌，得到原料浆。

最后，开启原料浆出口(3)排出原料浆，完成原料预处理。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的原料预处理系统的原料预处理方法，包括以下步骤：

a)将用于制备沼气的原料依次进行分段输送，得到单位原料；

b)将步骤a)得到的单位原料进行喷水处理，再进行搅拌，得到原料浆。

本发明首先将用于制备沼气的原料依次进行分段输送，得到单位原料。本发明对用于制备沼气的原料没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的沼气工程原料即可，如可采用固体TS浓度在10％～30％的人畜粪便。

本发明采用分段输送的方式，能够使原料在输送过程中平均分段为单位原料，并持续不断的将单位原料进行后续处理，便于控制配浆浓度。在本发明中，所述分段输送的速度优选为10m³/h～20m³/h，更优选为15m³/h～16m³/h。

得到所述单位原料后，本发明将得到的单位原料进行喷水处理，再进行搅拌，得到原料浆。在本发明中，所述喷水处理能够对单位原料进行稀释分散，有利于后续搅拌过程的进行，同时实现控制配浆浓度。在本发明中，所述喷水处理的流量优选为20m³/h～40m³/h，更优选为22.89m³/h～35.61m³/h。

完成所述喷水处理后，本发明将喷水处理后的单位原料进行搅拌，得到原料浆。在本发明中，搅拌的转速优选为1000r/min～1500r/min，更优选为1300r/min～1400r/min,；所述搅拌的时间优选为1h～5h，更优选为1.97h～3.93h。

本发明提供了一种用于制备沼气的原料预处理系统，包括：搅拌池，所述搅拌池设有搅拌装置和原料浆出口；设置在所述搅拌池上方的落料装置，所述落料装置沿竖直方向设置，顶端为落料进口，底端为落料出口，所述落料出口与搅拌池相通；所述落料装置内侧设置有喷头；出料口与所述落料进口相通的原料分段输送装置，所述原料分段输送装置设有出料口和进料口；与所述进料口相通的原料储存装置。与现有技术相比，本发明提供的用于制备沼气的原料预处理系统采用分段输送，并在搅拌前对分段输送的单位原料进行喷水处理，从而不仅使原料浆浓度精确，而且使后续搅拌过程易于进行，从而降低系统的动力消耗、提高系统效率。实验结果表明，本发明提供的用于制备沼气的原料预处理系统进行原料预处理后，原料浆固体TS浓度能够精确达到要求的6％，每天配浆总量为100m³～150m³。

另外，本发明提供的原料预处理系统配浆方便、节省大量人力，运行维护成本低。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

请参阅图3，图3为本发明实施例1提供的用于制备沼气的原料预处理系统的工作过程示意图，其中，1为搅拌池，2为搅拌装置，3为原料浆出口，4为落料装置，5为落料进口，6为落料出口，7为喷头，8为原料分段输送装置，9为出料口，10为进料口，11为原料储存装置，12为电机，13为旋转轴，14为叶片，15为螺旋叶片，a为分段输送过程，b为喷水处理过程，c为搅拌过程，d为排出原料浆过程，1’为原料，2’为地平面。

本发明实施例1所述的原料预处理系统的搅拌池(1)直径为2m，高1m，搅拌装置(2)的功率为1.5KW，叶片直径0.5m，原料浆出口(3)通过DN200闸阀控制开启和关闭；落料装置(4)内侧设置有6个喷头，最大喷水量为40m³/h；原料分段输送装置(8)为旋转输送机，功率为4KW，螺旋叶片长度为4m，外径0.3m，内径0.1m，螺距0.3m，填充系数0.3；原料储存装置(11)为料斗，容积为10m³。

采用上述的原料预处理系统对固体TS浓度为20％左右的猪粪进行原料预处理，具体工作过程如下：

(1)用翻斗车等运输工具将沼气工程原料(固体TS浓度为20％左右的猪粪)填满料斗，启动旋转输送机，原料经进料口进入旋转输送机，在螺旋叶片旋转左右下进行分段输送，转速为45r/min，输送速度为15.26m³/h，分段后得到的单位原料不断输送至出料口。

(2)启动喷头喷水(喷头延时与旋转输送机20s启动与停止)，对由出料口经落料进口进入落料装置的单位原料进行喷水处理，喷水处理的流量为35.61m³/h，喷水处理后的单位原料经落料出口进入搅拌池。

(3)当搅拌池中的液面高度高于叶片0.1m后，启动搅拌装置，转速为1400r/min，对搅拌池中的原料进行搅拌1.97h，得到原料浆。

(4)开启DN200闸阀不断排出原料浆，完成原料预处理。

上述工作过程能够实现得到原料浆固体TS浓度能够精确达到要求的6％，每天配浆总量为100m³。

实施例2

采用实施例1所述的原料预处理系统对固体TS浓度为15％左右的牛粪进行原料预处理，具体工作过程如下：

(1)用翻斗车等运输工具将沼气工程原料(固体TS浓度为20％左右的猪粪)填满料斗，启动旋转输送机，原料经进料口进入旋转输送机，在螺旋叶片旋转左右下进行分段输送，转速为45r/min，输送速度为15.26m³/h，分段后得到的单位原料不断输送至出料口。

(2)启动喷头喷水(喷头延时与旋转输送机20s启动与停止)，对由出料口经落料进口进入落料装置的单位原料进行喷水处理，喷水处理的流量为22.89m³/h，喷水处理后的单位原料经落料出口进入搅拌池。

(3)当搅拌池中的液面高度高于叶片0.1m后，启动搅拌装置，转速为1400r/min，对搅拌池中的原料进行搅拌3.93h，得到原料浆。

(4)开启DN200闸阀不断排出原料浆，完成原料预处理。

上述工作过程能够实现得到原料浆固体TS浓度能够精确达到要求的6％，每天配浆总量为150m³。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。