外循环式多点热补偿大型全混式沼气厌氧发酵罐的制作方法

本实用新型涉及发酵罐，具体涉及一种外循环式多点热补偿大型全混式沼气厌氧发酵罐。

背景技术：

大型全混式厌氧发酵罐主要有三种种类型：碳钢焊接罐、卷板成型利浦罐、搪瓷拼装罐，发酵罐容积从1000m³到5000m³，一般由发酵液进料口、沼液(二次发酵液)出料口、沼气出口、搅拌器安装孔、分析化验管口和其他工艺管口。发酵系统需要恒温，一般中温发酵30～40℃，高温发酵50～60℃，温度均高于环境温度，所以一般大型发酵罐的制造后期均要对罐体做保温层施工，但是温差较大的环境，发酵罐罐体表面积过大，依然会造成较大的热量损失，所以必须采用加热罐体或者发酵液的来补偿这部分热损失。

采用热水内循环的加热方式，一般需要在发酵罐底部设置热水进水管管口，热水逆流从发酵罐上部出水，这种加热方式一般使用热水加热盘管，上下两个管口热水和外界热水形成闭路循环。采用热水外盘管加热发酵罐管壁的热补偿方式也是采用这种热水循环方式，只是加热盘管直接在罐体外部缠绕，无需进行内循环管口。两种方式对三种不同形式的发酵罐均可适用，但是两种加热方式均存在一些问题，内置加热盘管上发酵液沉积问题，导致加热盘管加热效果差，外置加热也存在热损耗大，管路漏水破坏保温结构等问题。

大型发酵罐的发酵效果除了对发酵液温度比较敏感，还对发酵菌种的分布密度直接相关，中高温厌氧发酵过程中，顶部的搅拌除了传热，更重要的是传质，在搅拌传质过程中，发酵细菌也得到均匀分布，保证发酵罐的各部分菌种数量和活性，但是机械搅拌一般采用平行浆式搅拌桨，传质主要集中在水平方向，垂直方向上的传质效果并不理想，而且容易形成搅拌死区，从而造成菌种的分布不均，影响发酵罐的发酵效率。

技术实现要素：

本实用新型针对以上对大型CSTR发酵罐中温和高温发酵过程的发酵罐热补偿方式的问题，提供一种外循环式多点热补偿大型全混式沼气厌氧发酵罐，该发酵罐采用发酵液外循环方式，解决换热器强制循外环工艺这种工艺的发酵罐物料循环管口、仪表及其他管口的位置问题和结构问题，从而满足这种工艺的要求，实现工艺的最优效果。

为实现上述目的，本实用新型所设计一种外循环式多点热补偿大型全混式沼气厌氧发酵罐，包括罐体，所述罐体顶部设置有电机，所述电机下端连接有设置在罐体内部的搅拌轴，所述搅拌轴上由上至下间隔设置有多个搅拌叶片，所述罐体外壁上由上至下间隔开设有多个发酵液循环液出口，所述发酵液循环液出口的底部出口下方的罐体外壁上开设有沼液出口，所述罐体外壁上部开设有溢流管口，所述罐体外壁上部还设置有发酵液循环液壁入口，所述罐体外壁下部还设置有罐壁人孔，所述发酵液循环液壁入口和罐壁人孔之间的罐体外壁上由上至下开设有多个温度传感器接口，所述罐体外壁底部开设有粪污和有机质类物料入口，所述罐体的罐顶表面开设有正负压保护管接口、产气孔、观察孔组件、秸秆类发酵液入口、发酵液循环液竖直入口和罐顶人孔。

进一步地，所述发酵液循环液出口依次包括上部发酵液循环液出口、中部发酵液循环液出口和下部发酵液循环液出口。

发酵液循环液出口采用上中下三个出口，可以同时开启，也可以分别单独开启，对实现热补偿的同时，能够实现物料纵向循环，增加菌种的的纵向分布均匀性，也就是说即便是在夏天或者发酵罐温度相对恒定的工况下，可以独立开启三个入口，同时关闭换热器热水，形成单纯传质循环过程。

发酵液循环液出口开口的位置只限定高度，并不限定管口之间的夹角，便于管口的检修和配管的合理。管口采用法兰连接，接管长度为发酵罐保温层厚度的1.5～2倍，不易过长，也不影响发酵罐保温层的一次性成型必要时需要对接管法兰部分设置支撑加强筋，消除循环泵产生的震动。

再进一步地，所述上部发酵液循环液出口设置在发酵液循环液壁入口一侧，方便维护检修，所述上部发酵液循环液出口离管顶的距离为2500～3000mm，且高于最高液位1200～1500mm，所述下部发酵液循环液出口离管底的距离为300～1000mm；避免影响物料外排管口，同时避免搅拌死区的物料带固体堵塞换热器换热管；所述发酵液循环液壁入口离管顶的距离为1800～2200mm，且发酵液循环液壁入口位于最高液位以下。

发酵液循环管路及管路上的阀门等采用保温措施，经过外置换热器后，循环进入罐体，秸秆类发酵液入口设置在发酵罐顶部，发酵液进入发酵罐后在内置搅拌器作用下，对全罐发酵液进行热补偿，达到增温热补偿的目的，同时传质过程能增加发酵菌种的均匀分布。秸秆类发酵液入口管口采用二选一或者两个均设置的方法，发酵液循环液壁入口位于发酵罐最高液位以下，横向开孔，发酵液循环液竖直入口位于罐顶发酵罐最高液面以上锥体部位，竖向开孔。

再进一步地，所述温度传感器接口依次包括上部温度传感器接口、中部温度传感器接口和下部温度传感器接口。因为CSTR中搅拌器的强制对流会造成内部物料温度瞬间变化很大，所以温度传感器设置在发酵罐外壁，不直接测量内部发酵液温度。同时温度传感器的安装位置要尽可能绕开搅拌器浆叶高度附近。温度传感器的安装要避开保温层，不影响发酵罐保温层的一次性成型。

再进一步地，所述温度传感器接口依次包括上部温度传感器接口离管顶的距离为2300～2700；且高于最高液位800～1200mm；所述下部温度传感器接口离管底的距离为1200～2000mm。传感器兼顾温度显示，温度控制，温差控制功能。

再进一步地，所述正负压保护管接口和产气孔离罐体中心的距离R1均为3200～3300mm、所述观察孔组件由一对观察孔组成，所述观察孔组件离罐体中心的距离R2为5200～5300mm；所述秸秆类发酵液入口离罐体中心的距离R3为6200～6400mm，所述发酵液循环液竖直入口和罐顶人孔离罐体中心的距离R3均为7600～7800mm。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型适用于采用发酵液外部循环热补偿的发酵罐工艺，用外置换热器换热升温后循环回发酵罐，从而达到对发酵罐热补偿的方式。发酵罐设置发酵液物料循环系统上设置上中下三个循环物料出口管口，还需在罐壁设置温度传感器接口；其中发酵液循环系统管路的出口在罐壁上均匀分布。发酵液循环系统在出口的另一侧，循环物料入口的位置采用发酵液循环液壁入口和发酵液循环液竖直入口二选一，其中，其备选一。发酵液循环液壁入口为在入口管口的对面罐壁上部距离液面高度1-3m的位置设置一个水平方向的入口，这种开孔方式的优势入口位置位于发酵罐最高液位以下，形成闭合循环管路，在下部发酵液循环液出口运行的工况下，管路静压能得到充分利用，可以降低循环泵的功率，达到节能的效果，其备选二，发酵液循环液竖直入口是在罐顶发酵罐最高液面以上锥体部位，在不影响其他仪表和沼气出口正常工作前提现，尽可能高的位置，这种开孔的的优点在于，能产生水压冲击，对发酵液面形成有效的冲击，防止中温高温厌氧发酵过程中的罐顶固体物料结块。

2)本实用新型充分考虑大型发酵罐的制造特点，发酵罐温度补偿的实际需求，上中下均等开孔实现多点补偿的方式。

3)本实用新型开孔位置首要考虑满足工艺要求，同时兼顾检修和制造，保证系统的稳定性，保证大型发酵罐保温层的稳定可靠。

4)本实用新型发酵液循环管路出口选择三个，有效的解决了多点传热，多点传质的问题，不仅从根本上解决了传统工艺传热效果不理想，也创造性的解决了目前工艺对大型发酵罐纵向传质几乎全靠搅拌器的局限性问题。

5)本实用新型对循环物料的入口设计了两种方式，分别分析了两种管口在换热和传质两种工况下的优缺点，解决循环泵能耗问题和发酵罐上层固体物料结块影响发酵产沼气的问题。本实用新型既兼顾利用静压能降低系统运行成本问题，也创造性的改进了发酵罐顶部固含量过高结块问题，特别是秸秆类密度较小的发酵物料顶部结块影响发酵已经严重制约了CSTR式发酵罐的系统稳定性。

附图说明

图1为本实用新型发酵罐的结构示意图；

图2为本实用新型发酵罐的俯视图；

图中，罐体1、发酵液循环液出口1.1、上部发酵液循环液出口1.1a、中部发酵液循环液出口1.1b、下部发酵液循环液出口1.1c、沼液出口1.2、溢流管口1.3、发酵液循环液罐壁横向入口1.4、罐壁人工出入口1.5、温度传感器接口1.6、上部温度传感器接口1.6a、中部温度传感器接口1.6b、下部温度传感器接口1.6c、粪污和有机质类物料入口1.7、正负压保护管接口1.8、观察孔组件1.9、观察孔1.91、产气孔1.10、秸秆类发酵液入口1.11、发酵液循环液罐顶竖直入口1.12、罐顶人孔1.13、电机2、搅拌轴3、搅拌叶片3.1。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

如图1～2所示：一种外循环式多点热补偿大型全混式沼气厌氧发酵罐，包括全容积为3800m³的碳钢焊接罐，所述罐体1顶部设置有电机2，罐体直径为17m，高度(带电机)为19.5m；所述电机2下端连接有设置在罐体内部的搅拌轴3，所述搅拌轴3上由上至下间隔设置有3个搅拌叶片3.1，所述罐体1外壁上由上至下间隔开设有上部发酵液循环液出口1.1a、中部发酵液循环液出口1.1b和下部发酵液循环液出口1.1c

下部发酵液循环液出口1.1c下方的罐体1外壁上开设有沼液出口1.2，罐体1外壁上部开设有溢流管口1.3，罐体1外壁上部还设置有发酵液循环液壁入口1.4，上部发酵液循环液出口1.1a设置在发酵液循环液壁入口1.4一侧，

罐体1外壁下部还设置有罐壁人工出入口1.5，所述发酵液循环液壁入口1.4和罐壁人工出入口1.5之间的罐体1外壁上由上至下开设有上部温度传感器接口1.6a、中部温度传感器接口1.6b和下部温度传感器接口1.6c，

罐体1外壁底部开设有有机质物料入口1.7，所述罐体1的罐顶表面开设有正负压保护管接口1.8、产气孔1.10、观察孔组件1.9、秸秆类发酵液入口1.11、发酵液循环液竖直入口1.12和罐顶人孔1.13。

上部发酵液循环液出口1.1a离管顶的距离为2700mm，且高于最高液位1300mm，接管长度为300mm；

中部发酵液循环液出口1.1b离管底的距离为8000mm，接管长度为300mm；

下部发酵液循环液出口1.1c离管底的距离为600mm；接管长度为300mm；

发酵液循环液壁入口1.4离管顶的距离为2000mm，且发酵液循环液壁入口1.4位于最高液位以下。

上部温度传感器接口1.6a离管顶的距离为2500；且高于最高液位1100mm；接管长度为＝300mm；

中部温度传感器接口1.6b离管底的距离为8000mm；接管长度为300mm；

下部温度传感器接口1.6c离管底的距离为1600mm；接管长度为300mm；

正负压保护管接口1.8和产气孔1.10离罐体中心的距离R1均为3250mm、所述观察孔组件1.9由一对观察孔1.91组成，所述观察孔组件1.9离罐体中心的距离R2为5250mm；所述秸秆类发酵液入口1.11离罐体中心的距离R3为6250mm，所述发酵液循环液竖直入口1.12和罐顶人孔1.13离罐体中心的距离R3均为7750mm。

上述出入口和接口采用法兰连接，管口及外接法兰建议采用和罐体相同材质的Q235B或者10#钢这些材质，但是，发酵液循环液竖直入口1.12开在顶部，就必须考虑沼气对管口的腐蚀问题，这个管口就应该使用304不锈钢材质。考虑到外接管口较多，保温施工一旦实施难以拆卸或者检修，本身这些管口温度压力也经常变动，且有强制循环物料冲刷，也可以将上述发酵液循环液出口1.1，温度传感器接口1.6以及发酵液循环液壁入口1.4全部使用304不锈钢材质，保证系统的稳定性。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。