一种发酵罐罐底加热系统的制作方法

1.本实用新型涉及生物天然气工程和沼气工程的生产区的加热系统，尤其是指发酵罐罐底加热系统。


背景技术：

2.在生物天然气工程和沼气工程的生产过程中，涉及诸多生产环节。在诸多生产环节中，尤其是发酵环节需要大量热能供物料发酵。目前发酵罐加热是通过热水锅炉提供热水在发酵罐内进行加热。由于发酵罐散热量大，尤其是罐底直接与地面接触，热流体上浮的客观规律，罐体上下温度不够均匀，存在温度梯度，导致发酵罐内物料发酵程度有所差别，发酵效率降低。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供发酵罐罐底加热系统，可对发酵罐从罐底进行加热及保温，使发酵罐温度均匀，提高发酵效率。
4.为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是一种发酵罐罐底加热系统，其特征在于所述加热系统为多层结构，其自上而下依次包括面层、豆石混凝土层、加热盘管层、绝热层、防水层；所述加热盘管层进水端与位于发酵罐外部的分配器中的分水管连通，出水端与分配器中的集水管连通；所述分水管与外部供热系统的供热水管连通，所述集水管与外部供热系统的回水管连通。
5.在所述面层为耐腐蚀性金属板材。
6.在所述加热盘管层与绝热层间还设置有用于固定加热盘管的金属网层。
7.所述加热盘管包括多个供热环路；每个所述供热环路的进水端与分水管连通，出水端与集水管连通。
8.当发酵罐顶部为双层气膜时，在双层气膜间设置有保温层。所述保温层为闭孔橡塑、玻璃棉或岩棉等。
9.外部供热系统为通过高温型空气源热泵机组与燃气热水锅炉作为热源协调运行的供热系统。可根据室外气象温度的高低来进行热源切换，降低能耗。
10.本实用新型的发酵罐罐底加热系统，通过在罐体底部设置加热盘管和保温措施，缓解了罐内发酵液上下部冷热分层情况，保证了发酵罐管内上下发酵温度趋于均匀，尽可能降低上下部温度梯度，提高发酵效率。
附图说明
11.图1，本实用新型供热系统结构示意图。
12.图2，发酵罐外围加热系统展开结构示意图。
13.图3，发酵罐内加热系统展开结构示意图。
14.图4，发酵罐罐底加热系统结构示意图。
15.图5，发酵罐底的加热盘管层结构示意图。
16.图6，发酵罐罐底加热系统中的加热盘管的供水端与回水端与分配器中的分水管、集水管结构示意图，图中，实线为供水端，虚线为回水端。
17.图7，图6中a方向结构示意图，图中，实线为供水端，虚线为回水端。
具体实施方式
18.针对上述技术方案，以高温型空气源热泵机组与燃气热水锅炉作为热源协调运行为发酵罐罐底供热为例进行具体说明。
19.供热总管1，参看图1，包括热水供水管和回水管。供热总管一端分别与空气源热泵机组2和燃气热水锅炉3通过管道分别连通。在空气源热泵机组2和燃气热水锅炉3分别与供热总管连接的管道一端上设置有切换阀门201，用于控制空气源热泵机组2和燃气热水锅炉3之间的切换。供热总管另一端分别与生活区供热系统4和生产区供热系统5通过管道连通。图1中，实线代表热水供水管，虚线代表回水管。
20.采用高温型空气源热泵机组与燃气热水锅炉协调运行系统，提供55℃～60℃生活和生产用热水，保证厂区生活供暖和发酵系统供热要求。
21.当项目工程位于严寒或寒冷地区时，冬季启动燃气热水锅炉为系统供热，空气源热泵机组停止运行；过渡季及夏季燃气锅炉停止运行，高温型空气源热泵机组启动运行。由于空气源热泵机组供热性能系数大于3，远小于燃气锅炉的能源消耗，因此该协调运行系统将大大降低系统的能源消耗量，具有良好的节能性和经济性。
22.当项目位于夏热冬冷、夏热冬暖以及温和气候分区时，可省去燃气热水锅炉系统，仅利用高温型空气源热泵机组即可达到相应的供暖要求，实现更科学、更节能的热源利用方式。
23.热源采用高温型空气源热泵机组与燃气热水锅炉协调运行系统，在室外气温较高地区或气温较高季节情况时，仅通过能源利用效率高的高温型空气源热泵机组，便可实现系统供热，避免了使用能源利用率低的燃气锅炉系统供热方式，整个供热系统降低了能源消耗量，提高了能源利用率和工程的经济性。
24.在供热总管的供水管上设置有补水定压装置101和软化水处理102，软化水处理与自来水管连接。通过补水定压装置维持供热系统压力稳定。
25.在生活区供热系统4与供热总管连接的管道一端上依次设置有开闭阀门401和调节阀门402。开闭阀门401设置在生活区供热系统的热水管和回水管上，控制生活区供热系统的开启和关闭。调节阀门402设置在热水管和回水管间。调节阀门402上连接有气候补偿器403，气候补偿器与位于室外的温度传感器404连接。气候补偿器根据室外温度调节调节阀门402的大小控制供热旁通流量，确保生活区温度的合理和稳定。在热水供水管上设置有供热循环泵及相关阀门405，为生活区供热系统提供循环动力。当不需要对生活区进行供暖时，可以关闭阀门401，切断对生活区供暖。
26.在生产区供热系统5与供热总管连接的管道一端上依次设置有调节阀门501和相关启闭阀门。调节阀门设置在供热水管和回水管间。调节阀门根据发酵罐温度信息调节供热流量。在供热水管上设置有工艺供热循环泵及相关阀门502，为生产区供热系统提供循环动力。生产区的各个发酵罐6的供热系统分别与生产区供热系统连通。在各发酵罐加热系统
的入口端设置有热力入口装置503。通过设置带自力式流量控制阀的热力入口装置，热力入口装置通过热水管和回水管与发酵罐各加热系统连通为其供热，确保各发酵罐所需热水流量，通过调节供水温度实现各罐体的供热量调节。
27.采用供热循环泵动力系统、各单体和发酵罐体间的热量调节装置以及室外供热管网系统。本方式不同于传统生物天然气行业与沼气行业的各发酵罐与循环动力系统一一对应设置的做法，而是通过设置带自力式流量控制阀的热力入口装置，确保各发酵罐所需热水流量，通过调节供水温度实现各罐体的供热量调节。该管网设置方式大大减少了常用供热系统的设备和管网数量，具体包括热水循环泵和室外供热管网，由此可缓解室外供热管网敷设的大量占地问题，减少初投资，同时也减少了与其它专业室外管道的交错打架问题。
28.发酵罐加热系统包括发酵罐外壁加热系统、发酵罐内加热系统、发酵罐罐底加热系统。生产区供热系统向发酵罐的各加热系统供热。
29.发酵罐罐壁外加热系统，参见图2，在发酵罐罐壁的材质为陶瓷或金属材质时，在其外周一侧竖直设置有分水母管601和汇水母管602，在分水母管和汇水母管间连接有数根平行间隔围绕发酵罐外壁设置的环状的加热管603。分水母管的下端与热力入口装置处的热水供水管连通，为其提供热水。汇水母管的下端与热力入口装置处的回水管连通。在分水母管和汇水母管的上端分别设置有自动排气阀604。在发酵罐外围加热系统的夹层外周包覆有一层保温层605，进行保温。通过调整供、回水温度和加热管间距来调整对该罐体供热量的大小。由于加热管不与发酵物料接触，可采用价格相对较低的阻氧型塑料管材，该材质使用寿命可达50年，造价相对较低。
30.在发酵罐灌顶设置有存储沼气的内膜606和外膜607。在内膜与外膜间设置有一层柔性保温层608。柔性保温材料要求容重较小、柔韧性好、导热系数较小的材料，如闭孔橡塑等材质，可实现良好的保温性能，大大降低罐顶散热量。
31.发酵罐作为发酵系统的载体，发酵罐内温度要求常年保持在所需发酵温度，长期高于室外空气温度，因此围护结构罐壁、罐底以及罐顶成为散热面。在硬顶结构的发酵罐可以较容易的设置保温系统，但是在软顶发酵罐顶膜常未设有保温层。通过对整个发酵罐各散热源散热量的计算分析，未设有保温层的膜式罐顶，其散热量可占整个发酵罐体散热量的70％以上，故在罐顶增加保温措施具有重要的节能和经济意义。
32.发酵罐内加热系统，参见图3，在发酵罐内壁的上下端处，围绕内壁以同程方式水平分别设置有供水母管701和回水母管702，供水母管位于内壁下端，回水母管位于内壁上端。供水母管和回水母管间通过有数根平行间隔的竖向加热支管703连接。在发酵罐内加热系统的最高点处，即回水母管处设置有自动排气阀(未图示)，保证发酵物料所需的发酵温度。供水母管的进水端与热力入口装置处的供热水管连通，为其提供热水。回水母管的出水端通过管道与热力入口装置处的回水管连通。通过调整供、回水温度和加热管间距来调整供热量的大小。由于管内加热系统需要与发酵物料接触，因此，加热系统的管材质需为耐腐型材质，同时，管材承压强度满足供热系统压力要求，正常使用寿命不小于30年。
33.由于罐内液体自身的温度梯度分布由上到下为一个递减过程，且为客观规律。本实用新型的发酵罐内加热系统为下进上出加热方式，高温热水主要位于罐内下部区域，对罐内下部与上部温度均匀较为有利。同程式系统布置方式水力平衡性较好，对罐内一圈温度均匀较为有利。同时，竖向加热支管较水平加热支管不易造成罐内固体物质在加热管上
沉积，对散热较为有利。该加热方式能较好实现罐内温度均匀分布，实现良好的发酵温度要求，提高发酵效率。供热量大小可通过调整竖向加热支管的间距大小和数量来调节散热面积，从而实现对罐体供热量的调节。
34.发酵罐罐底加热系统，为多层结构。参见图4至图7，其至上而下依次包括面层(有防水功能)801、豆石混凝土层802、加热盘管层803、铁丝网层804、绝热层(含保护层)805、防水层806、结构板层807共7层结构。
35.其中面层801采用耐腐蚀性金属板材做地板，热传导性能好，增强地面的散热效果，也具有较好的防水作用；豆石混凝土层802主要作为加热盘管的保护层，采用豆石粒径为5mm～12mm，混凝土强度为不低于c15，厚度以地面荷载来确定；该加热盘管可选用价格较低塑料管材，如pe
‑
x管、pb管，也可采用铜管，加热盘管层设置在豆石混凝土层下部，绝热层805选择带铝箔保护层的复合绝热层，也有利于向上热反射。
36.加热盘管803，在罐底部呈圆环状自罐底圆心位置向罐外壁位置处依次敷设。加热盘管根据供热量情况由多个环路组成。每个环路的供水端与位于发酵罐外部的分配器809中分水器810连接，分水器810另一端与热力入口装置处的供热水管连接；回水端与位于发酵罐外部的分配器809中集水器811连接，集水器与热力入口装置处的回水管连通。在分水器和集水器上分别设置有自动排气阀812。通过在罐底设置多个加热环路，且各环路长度相当，可以确保各环路间水力平衡，保证各环路的供热量。加热盘管均匀铺满发酵罐底部，对发酵罐罐底进行加热，可通过调整加热盘管的间距调整供热量。铁丝网层可做为可选项来设置，以便更好的固定加热管，尤其适用于加热管为发热电缆的方式；设置铁丝网时，加热管通过扎带固定。绝热层主要作为减少向地面的热损失，可选用发泡水泥，也可选用eps绝热板材；防水层主要是防止罐内液体下渗及其对结构基础的影响；结构板为混凝土底板，以满足罐体荷载等正常运行。
37.本实用新型的发酵罐罐底加热系统，缓解了罐内发酵液上下部冷热分层情况，保证发酵罐内液体上下温度更趋均匀，尽可能减小温度梯度，提高发酵效率和发酵质量。同时通过高温型空气源热泵机组与燃气热水锅炉协调运行热源系统方案，最大程度的降低能耗，降低生产成本。