农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置的制作方法

本发明涉及能源及环保技术领域，特别是涉及农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置。

背景技术：

目前国内外用农作物秸秆作为沼气原料的立式大型发酵罐，都存在沼气原料漂浮、结壳难题，漂浮在沼液上面的秸秆沼气原料不产气或少量产气，而且时间一长还结壳又厚又硬，产生的沼气出不来，发酵罐就要报废。为此都设置有搅拌装置，搅拌装置虽解决结壳问题，反过来又限制沼气原料干物质含量的提高，导致产生率低、投资大；立式发酵罐内秸秆沼气原料干物质含量只有百分之几，即湿发酵工艺。如若秸秆沼气原料干物质含量达到约10%，即半干式发酵工艺时，不仅搅拌阻力大，出渣还非常困难。至今秸秆作为沼气原料，漂浮结壳，进出料困难仍是国内外立式发酵罐难以逾越的障碍。

为了解决漂浮结壳，进出料困难的难题，国内外采用半干式发酵（沼气原料干物质含量约10%）、干式发酵（沼气原料干物质含量约20%）而设计的车库式、隧道式发酵装置，内部都有搅拌装置、加热装置、喷淋系统，这是因为秸秆沼气原料内沼液下渗，喷淋系统是把下部沼液循环到顶部喷淋，但容易形成水沟。另外加热时由于沼气原料干物质含量高，传导速度慢，就必须搅拌。搅拌运行成本高，投资大，在搅拌过程中还破坏微生物菌团的形成，结果是工程投资大、运行成本高，容积产气率低等。车库式发酵室上部还有空间。

我国目前大型秸秆沼气工程都是采用西方国家技术，都存在以上问题，至今还没有一个可在全国复制、可推广的规范工程。

秸秆作为沼气原料漂浮、结壳，进出料困难，产气率低、工程投资大、运行成本高是国内外共同存在的技术难题，同时机械搅拌电机直接安装在罐顶上，密封困难，容易漏水漏气。

发酵罐内产生沼气二种物质是沼气原料和沼液，发酵周期是温度决定的，但温度不产生沼气。

作为农业大国，年产农作物秸秆约9亿吨，畜禽粪便38亿吨，一吨干小麦、水稻、玉米秸秆理论上都能生产沼气约400立方米以上。

沼气原料微生物发酵制沼气，要求碳氮比为25-30:1，干物质含量约20%，含水量约80%，沼气菌既要吃也要喝；农作物秸秆风干后含碳量约40-50%，含水量约10-15%；秸秆、粪便、餐厨垃圾混合为沼气原料，混合后碳氮比、干物质含量都有利于沼气的生产，既科学又符合我国国情，是真正的秸秆焚烧终结者。

沼气工程是人类生态文明最重要的环节，秸秆混合原料制沼气是我国目前最好、最重要、最急需的工程，但我国的沼气工程，特别是秸秆沼气工程走到历史的最低谷。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有问题，提供了农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置。

全干发酵工艺是世界首创，是秸秆混合原料制沼气最新工艺，比目前国内外湿发酵工艺、半干发酵工艺、干发酵工艺更科学、更合理、更先进；核心技术是二个100%，即秸秆混合原料100%填满沼气发酵罐，且沼气原料100%都在沼液内，容积产气率将创历史之最。

农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置亦为全干发酵工艺是指发酵罐内百分百填满秸秆混合原料，其浓度达到干发酵工艺的要求，且沼气原料百分百都在沼液内。

本申请的农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置，由于全干发酵工艺的特性，沼气发酵罐内没有加热装置；中高温发酵的热源来自秸秆混合原料在发酵罐内进行堆沤产生60-70℃的高温，堆沤完成后再回流老沼液作菌种；全干发酵工艺沼气工程技术是世界首创，比目前国内外干发酵工艺更科学。

本发明是通过以下技术方案实现的：农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置，包括双锥型发酵罐及自动排渣系统，所述双锥型发酵罐及自动排渣系统包括梯型发酵罐体、锥型罐顶、贮气罐、贮气罐盖及螺栓密封圈、周边进料口、进料口盖及螺栓密封圈、防漂浮过滤箅、沼液上平面、中心进料口、对应人工辅助出渣窗口、出渣窗口盖及螺栓密封圈、倒锥型发酵罐底、导气管、排渣通道、排渣阀、溢流管、沼液回流管、沼液池、沼液加热室、温度表、锅炉、锅炉加热循环管、循环泵、沼液回流电机及回流泵，所述梯型发酵罐体的顶部一体设置锥型罐顶，锥型罐顶的顶部贯通连接贮气罐，贮气罐上设有贮气罐盖及螺栓密封圈，贮气罐的侧壁上贯通连接导气管，锥型罐顶上圆周均布设置多个周边进料口，并配有进料口盖及螺栓密封圈，锥型罐顶上还设有溢流管和回流管，回流管上设有回流电机及回流泵，回流管的下端伸入到沼液池内互通的加热室内，加热室设有温度表，加热室顶部设有检查窗口和密封盖；加热室内设置加热循环管，并连通到锅炉，加热循环管上设有循环泵；梯型发酵罐体下部设置多个人工辅助出渣窗口以及一个检查窗口，并配接出渣窗口盖及螺栓密封圈，梯型发酵罐体的底部设置成倒锥型罐底，倒锥型罐底的中间设有排渣通道，并连通到沼液池内，排渣通道上设有排渣阀；梯型发酵罐体的底部设有排水管，并连通回流管，排水管的外端设有排水阀，并且回流管和排水管的内端在梯形发酵罐体的内上部和内下部均设有环管，环管上设有孔，所述回流管上设有开关；多个人工辅助出渣窗口只有在出渣困难、清理残渣、检修内部设备时打开检查窗口利用人工进行出渣、检修，平时封密。

作为对上述方案的进一步改进，还包括秸秆进料系统，所述的秸秆进料系统包括秸秆粉碎机、风机、硬质进料管、软质进料管，所述秸秆粉碎机通过管道连接风机，风机出口连接硬质进料管一端，其另一端连接软质进料管，软质进料管可伸缩移动，进完秸秆原料后移出。

作为对上述方案的进一步改进，还包括三级粪便、餐厨垃圾进料系统，所述的三级粪便、餐厨垃圾进料系统包括垃圾储存池、一级搅拌池、二级搅拌池、入料门、阀闸、一级电机、一级搅拌器、二级电机、二级搅拌器、进料硬管、进料电机、格栅、分节器、进料管，所述储存池的底壁倾斜连通一级搅拌池，一级搅拌池通过格栅连通二级搅拌池，储存池与一级搅拌池间的倾斜通道上设有阀闸，且储存池上设有入料门，一级搅拌池内设有一级搅拌器，一级搅拌器连接一级电机，一级电机安装于一级搅拌池上方，二级搅拌池内设有二级搅拌器，二级搅拌器连接二级电机，二级电机安装于二级搅拌池上方，二级搅拌池的池底设成锅底型池底，二级搅拌池内设有进料硬管，进料硬管上设有进料电机，进料硬管的另一端连接分节器的一进口，其多个出口分别在进料管连接贮气罐的端口和四个周边进料口的上方并相对应，所述贮气罐的端口即为中心进料口；阀闸、入料门平时关闭，防止臭气散发。

作为对上述方案的进一步改进，所述锥型罐顶上圆周均布设置四个周边进料口。

作为对上述方案的进一步改进，所述的分节器上设有一个进口、五个出口，五个出口分别在锥型罐顶的中间设置的贮气罐的端口和四个周边进料口的上方并相对应，所述贮气罐的端口即为中心进料口，且分节器设置在锥型罐顶的侧边，五个出口分别倾斜向发酵罐的锥型罐顶的进料口（贮气罐的端口和四个周边进料口），来解决进料停机时料渣下沉堵塞管道。

作为对上述方案的进一步改进，所述的发酵罐的罐体、罐顶均设有多层保温层，罐体上、中、下部均设有温度计；罐顶五个进料口进完料后也做保温。

作为对上述方案的进一步改进，所述的防漂浮过滤箅设置为可拆卸连接，且防漂浮过滤箅的高度低于溢流管的高度。

作为对上述方案的进一步改进，所述梯型发酵罐体下部设置的多个对应人工辅助出渣窗口在出渣困难时打开，配合罐顶内回流沼液管或梯型发酵罐体底部内排水环管沼液回流出渣。

作为对上述方案的进一步改进，秸秆粉碎后直接从发酵罐顶部的多个进料口进料，软质进料管能伸缩、移动；待进满料后软质进料管移出，随后进粪便、餐厨垃圾、液体原料，进完料后，进料口进行密封，便于保温；秸秆粪便混合后产生60-70度高温；堆沤完成后，再回流沼液。

作为对上述方案的进一步改进，粪便、餐厨垃圾经入料门进入储存池内，经阀闸控制进入一级搅拌池，搅拌后经格栅过滤进入二级搅拌池，经进料硬管、分节器、进料管分别从发酵罐顶部多个进料口进料。

作为对上述方案的进一步改进，进料时先进粉碎秸秆后进粪便、餐厨垃圾，发酵罐下部的排渣阀稍微打开排出多余水份，使沼气原料在发酵罐内堆沤产生高温。

作为对上述方案的进一步改进，进料系统也可以采用秸秆、粪便、餐厨垃圾先在场内混合后用传送装置从发酵罐顶部多个进料口进料，但堆沤也要在发酵罐内进行。

作为对上述方案的进一步改进，进料时稍微打开排渣阀，使沼气原料在发酵罐内堆沤，产生60-70℃高温，既对沼气原料加热，又减少对大气产生温室效应，既节能又环保。

作为对上述方案的进一步改进，堆沤结束后，关闭排渣阀，把另一个发酵罐刚排出的、有一定温度的老沼液及时回流到发酵罐内做菌种，如果发酵罐内温度过高，则老沼液冷却后再回流到发酵罐内，如果发酵罐内温度过低，老沼液要经过锅炉加热后再回流到发酵罐内，使发酵罐内温度达到中高温发酵要求，中高温热源来自于秸秆混合原料在发酵罐内堆沤产生的高温。

作为对上述方案的进一步改进，沼液回流及溢流管流出沼液要确保两个百分百。

作为对上述方案的进一步改进，上述的所有发酵装置都在阳光大棚内。

作为对上述方案的进一步改进，发酵结束，关闭导气管，打开排渣阀和进料口盖，沼渣从排渣通道排出，打开沼液回流电机及回流泵，沼液从顶部进入发酵罐内增加沼渣流动性，如果排渣困难可打开发酵罐下部出渣窗口盖进行人工搅拌辅助出渣。

作为对上述方案的进一步改进，农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置中的发酵罐内没有搅拌装置、加热装置、喷淋系统等结构，其形成完全空腔结构。

作为对上述方案的进一步改进，农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置采用上进料下出料，发酵罐内百分百填满秸秆混合原料，且沼气原料百分百都在沼液内，中高温发酵产气率最高，发酵周期由发酵罐内温度决定，但温度不产生沼气，发酵罐内没有任何装置，工程投资最低，大进料、大出料，运行成本最低，即一高二低。

本发明相比现有技术具有以下优点：具有结构紧凑，设计合理，采用全干发酵工艺；使秸秆混合原料100%填满发酵罐，放置防漂浮过滤箅并固定，再回流沼液做菌种，使沼液上平面在防漂浮过滤箅上面，也就是使沼气原料100%都在沼液内，沼气原料干物质含量达到最佳干发酵工艺的要求，又使沼气原料100%和微生物接触，彻底解决了秸秆作为沼气原料，漂浮、结壳难题，容积产气率也达到最高水平。

利用双锥型发酵罐体沼渣沼液产生的重力、向内力、倒锥型罐底的下滑力、沼液从上往下冲力等多力的合力，使干发酵工艺（沼气原料干物质含量约20%，水约80%）秸秆混合沼气原料产生的沼渣沼液自动快速排出，如果出现出渣困难时，再从多个人工辅助出渣窗口进行人工搅动辅助出渣；彻底解决干发酵工艺秸秆混合原料出渣难题。

秸秆、粪便、餐厨垃圾混合原料、其混合后碳氮比、干物质含量都有利于沼气的生产，即科学又符合我国国情。

该装置采用上进料、下出料、大进料、大出料工艺，发酵罐内100%填满秸秆混合原料，且沼气原料100%都在沼液内，即全干发酵工艺，同样的温度，产气率最高，工程投资最小，运行成本最低，即一高二低。

秸秆混合原料在罐内堆沤产生高温，即对原料加温，又不产生温室效应，即节能又环保。

附图说明

图1为本发明中双锥型发酵罐及排渣系统的结构示意图。

图2为发酵罐的罐顶结构示意图。

图3为本发明中秸秆进料系统的结构示意图。

图4为本发明中三级粪便、餐厨垃圾进料系统的结构示意图。

图5为分节器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1-5中所示，农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置，包括双锥型发酵罐及自动排渣系统，所述双锥型发酵罐及自动排渣系统包括梯型发酵罐体1、锥型罐顶2、贮气罐3、贮气罐盖4及螺栓密封圈、周边进料口5、进料口盖6及螺栓密封圈、防漂浮过滤箅7、沼液上平面8、中心进料口9、对应人工辅助出渣窗口10、窗口盖11及螺栓密封圈、倒锥型发酵罐底12、导气管28、排渣通道16、排渣阀17、溢流管18、沼液回流管19、沼液池20、温度表22、锅炉23、锅炉加热循环管25、循环泵26、沼液回流电机27，所述梯型发酵罐体1的顶部一体设置锥型罐顶2，锥型罐顶2的顶部贯通连接贮气罐3，贮气罐3上设有贮气罐盖4及螺栓密封圈，贮气罐3的侧壁上贯通连接导气管28，锥型罐顶2上圆周均布设置多个周边进料口5，并配有进料口盖6及螺栓密封圈，锥型罐顶2上还设有溢流管18和回流管19，回流管19上设有回流电机27及回流泵，回流管19的下端伸入到沼液池20内互通的加热室21内，加热室21设有温度表22，加热室21内设置加热循环管25，并连通到锅炉23，加热循环管25上设有循环泵26，加热室21顶部设有检查窗口及密封盖47；梯型发酵罐体1下部设置三至六个人工辅助出渣窗口10以及一个检查窗口13，并配接出渣窗口盖11及螺栓密封圈，梯型发酵罐体1的底部设置成倒锥型罐底12，倒锥型罐底12的中间设有排渣通道16，并连通到沼液池20内，排渣通道16上设有排渣阀17；梯型发酵罐体1的底部设有排水管14，并连通回流管19，排水管14的外端设有排水阀15，并且回流管19和排水管14的内端在梯形发酵罐体1的内上部和内下部均设有环管，环管上设有孔，所述回流管上设有开关24。

作为对上述方案的进一步改进，还包括秸秆进料系统，所述的秸秆进料系统包括秸秆粉碎机29、风机30、硬质进料管31、软质进料管46，所述秸秆粉碎机29通过管道连接风机30，风机30出口连接硬质进料管31一端，其另一端连接软质进料管46。

作为对上述方案的进一步改进，还包括三级粪便、餐厨垃圾进料系统，所述的三级粪便、餐厨垃圾进料系统包括垃圾储存池33、一级搅拌池34、二级搅拌池35、入料门36、阀闸37、一级电机38、一级搅拌器39、二级电机40、二级搅拌器41、进料硬管42、进料电机43、格栅44、分节器24、进料管32，所述储存池33的底壁倾斜连通一级搅拌池34，一级搅拌池34通过格栅44连通二级搅拌池35，储存池33与一级搅拌池34间的倾斜通道上设有阀闸37，且储存池33上设有入料门36，一级搅拌池34内设有一级搅拌器39，一级搅拌器39连接一级电机38，一级电机38安装于一级搅拌池34上方，二级搅拌池35内设有二级搅拌器41，二级搅拌器41连接二级电机40，二级电机40安装于二级搅拌池35上方，二级搅拌池35的池底设成锅底型池底45，二级搅拌池35内设有进料硬管42，进料硬管42上设有进料电机43，进料硬管43的另一端连接分节器24的一进口，其多个出口分别通过进料管32对应贮气罐3的端口和四个周边进料口5的上方，所述贮气罐3的端口即为中心进料口9。

作为对上述方案的进一步改进，所述锥型罐顶2上圆周均布设置四个周边进料口5。

作为对上述方案的进一步改进，所述的分节器24上设有一个进口、五个出口，且五个出口上设有闸，五个出口分别与锥型罐顶2的中间设置的贮气罐3的端口（中心进料口）和四个周边进料口5相对应，所述贮气罐3的端口即为中心进料口9；且分节器24设置在锥型罐顶2的侧边，五个出口分别倾斜向发酵罐体1的锥型罐顶2的进料口（贮气罐的端口和四个周边进料口），来解决进料停机时料渣下沉堵塞管道。

作为对上述方案的进一步改进，所述的发酵罐的罐体1、罐顶2均设有多层保温层，罐体1上、中、下部均设有温度计；进完料后五个进料口（四个周边进料口和一个中心进料口）密封后再做保温。

作为对上述方案的进一步改进，所述的防漂浮过滤箅7设置为可拆卸连接，且防漂浮过滤箅7的高度低于溢流管28的高度。

作为对上述方案的进一步改进，所述梯型发酵罐体下部设置的多个对应人工辅助出渣窗口在出渣困难时打开，配合罐顶内回流沼液管或梯型发酵罐体底部内排水环管沼液回流出渣。

作为对上述方案的进一步改进，秸秆粉碎后直接从发酵罐顶2部的多个进料口5进料，软质进料管46能伸缩、移动；待进满料后软质进料管32移出。

作为对上述方案的进一步改进，粪便、餐厨垃圾经入料门36进入储存池33内，经阀闸37控制进入一级搅拌池34，搅拌后经格栅44过滤进入二级搅拌池35，经进料硬管42、分节器24、进料管32分别从发酵罐顶2部多个进料口5进料。

作为对上述方案的进一步改进，进料时先进粉碎秸秆后进粪便、餐厨垃圾液体时，稍微打开发酵罐下部的排渣阀17排出多余水份，使沼气原料在发酵罐内堆沤产生高温。

作为对上述方案的进一步改进，进料系统也可以采用秸秆、粪便、餐厨垃圾先在场内混合后用传送装置从发酵罐顶部多个进料口进料，但堆沤也要在发酵罐内进行。

作为对上述方案的进一步改进，进料时稍微打开排渣阀17，使沼气原料在发酵罐内堆沤，产生60-70℃高温，既对沼气原料加热，又减少对大气产生温室效应，既节能又环保。

作为对上述方案的进一步改进，堆沤结束后关闭排渣阀17，把另一个发酵罐刚排出的、有一定温度的老沼液及时回流到发酵罐内做菌种，如果发酵罐内温度过高，则老沼液冷却后再回流到发酵罐内，如果发酵罐内温度过低，老沼液要经过锅炉23加热后再回流到发酵罐内，使发酵罐内温度达到中高温发酵要求。

作为对上述方案的进一步改进，沼液回流及溢流管18流出沼液要确保两个百分百，当发酵罐内回流的老沼液过多时即从溢流管排出，发酵罐内的沼液上平面8高于防漂浮过滤箅7。

作为对上述方案的进一步改进，上述的所有发酵装置都在阳光大棚内。

作为对上述方案的进一步改进，发酵结束，关闭导气管28，打开排渣阀17和进料口盖6，沼渣从排渣通道16排出，打开沼液回流电机27及回流泵，沼液从顶部进入发酵罐内增加沼渣流动性，如果排渣困难可打开发酵罐下部检查窗口10盖及人工辅助出渣口进行人工操作排渣。

作为对上述方案的进一步改进，农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置中的发酵罐内没有搅拌装置、加热装置、喷淋系统等结构，其形成完全空腔结构。

作为对上述方案的进一步改进，农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置采用上进料下出料，发酵罐内百分百填满秸秆混合原料，且沼气原料百分百都在沼液内，中高温发酵产气率最高，发酵周期由发酵罐内温度决定，但温度不产生沼气，中高温发酵产气率最高，发酵罐内没有任何装置，工程投资最低，大进料、大出料，运行成本最低，即一高二低。

作为对上述方案的进一步改进，农业废弃物秸秆混合原料中高温制沼气装置生产沼气工艺流程：进料、回流老沼液做菌种，加热保温生物发酵，生产沼气，产气结束后排出沼液、沼渣，并将其进行干湿分离，沼渣是制作优质有机肥原料，沼液大部分回流作菌种，少量做液体有机肥；发酵罐内只有沼气原料和沼液，温度决定发酵周期，并不产生沼气；

生产沼气基本条件：沼气原料、微生物、温度；

农作物秸秆作为沼气原料（干物质含量为20%），中高温发酵（30-55℃），发酵罐产气量、产气率最好；

全干发酵工艺秸秆混合原料中高温制沼气，秸秆混合原料在发酵罐内堆沤产生60-70℃高温，且从顶部多外进料口进满料后，固定防漂浮过滤箅后，回流老沼液，使发酵罐内百分百填满秸秆混合原料，且百分百都在沼液内，沼气原料百分百和微生物接触，产气率达到最高；将对我国农业废弃物资源化利用、污染治理、国家能源安全，特别是能源转化都将做出重大贡献。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。