一种寒区车库式干式沼气发酵系统及其工作方法
【专利摘要】一种寒区车库式干式沼气发酵系统及其工作方法，属于有机固体废弃物资源化利用技术领域，包括发酵槽、太阳能增温系统、沼液喷淋系统、沼气净化储存系统和曝气系统几大部分。本发明采用阳光板温室能够保证太阳光尽可能多的透入温室内，照射在黑色柔性膜上，又不会使柔性膜暴露在大气中以致热量流失，可以实现良好的增保温效果；槽底内置蓄热换热水箱中可以在白天积蓄太阳能集热系统的热能，于夜晚环境温度较低时将积蓄的热能传递给物料，既可以用来保证发酵槽内的物料温度，又可以为穿过其中的水箱内曝气管加热；曝气系统可以很好地利用反应器自身产生的沼气来疏通料堆，提高传热率。
【专利说明】
_种寒区车库式干式沼气发酵系统及其工作方法
技术领域
[0001]本发明属于有机固体废弃物资源化利用技术领域，特别是涉及到一种寒区车库式干式沼气发酵系统及其工作方法。
【背景技术】
[0002]我省农业有机固体废弃物资源丰富，处理和利用现状不好，污染严重；同时，又面临农村一次能源短缺的现状亟待解决。研制四季平稳产气、高效低成本沼气装置，可以促进畜禽粪便、秸杆等农业有机废弃物的无害化处理与资源化利用，消除粪便、秸杆对地表水、地下水、大气环境污染以及微生物污染，提高农村及城市生活和环境质量。
[0003]现有的寒区大中型沼气设施增保温技术还很不完善，不能保证冬季稳定、低能耗运行。近年来，国内开发建设的几种大中型干法沼气工程，虽然与湿法沼气相比，产气耗能有所降低，但在使用中仍存在诸多问题。如农业部规划设计研究院获得授权的发明专利“一种干式发酵的设备及其方法”，其反应器类型为覆膜槽干式厌氧反应器，工程实例为北京市大兴区庞各庄薛营村奶牛场干法沼气工程，因反应器的顶面和侧面都采用黑色柔性膜覆盖，可以吸收部分太阳能，夏季使用没有问题，但因其保温性能很差，在寒区冬季很难运行；又因为反应器设置在高大的生产车间内，车间建筑成本高，大大提高了整个工程的造价，并未很好解决反应器冬季保温问题;又因为此种干发酵工艺属于批次式发酵，厌氧发酵期间反应器内部没有搅拌设备，所以物料传热效果差，温度不均匀，影响发酵效率；因集热水箱设置在反应器外部，内部没有采取蓄热手段，无法补偿冬季夜间反应器内部能量损失。又如黑龙江龙能伟业燃气股份有限公司获得授权的实用新型专利“干法厌氧反应器”，工程实例为宾县车库型干发酵垃圾处理工程，该工程全盘引进德国干发酵沼气技术，多个反应器布置在一个大的生产车间内，工程造价极其昂贵，虽然反应器保温效果良好，但冬季运行仍需消耗较多常规能源，同时保温措施在夏季阻碍了环境中热能向反应器内部的传递，使其即使在夏季也需要消耗常规能源以达到中温发酵的温度，该工程反应器内部也未采取蓄热手段。
[0004]因此，只有很好解决上述现有技术当中存在的诸多问题，才能大大降低大中型干式沼气工程的建筑成本，实现一年四季稳定、高效、低成本运行。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种寒区车库式干式沼气发酵系统及其工作方法，用来解决现有的干法沼气工程冬季不能低能耗稳定运行、发酵原料受热不均匀、工程建筑成本高等技术问题。
[0006]—种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是，包括发酵槽、太阳能增温系统、沼液喷淋系统、沼气净化储存系统和曝气系统，
[0007]所述的发酵槽包括:水封阀、排空管、阳光板温室、集气膜、通气管、第一出气管、钢筋混凝土槽体、高分子密封防水层、聚氨酯保温层、第一输气管、第一截止阀、液压门，所述的钢筋混凝土槽体为中空的长方体结构，钢筋混凝土槽体设置在水平地面上并且钢筋混凝土槽体的一侧面向正南方向，钢筋混凝土槽体朝向正东或朝向正西的侧壁上设有一个车辆进出的长方形开口，钢筋混凝土槽体的内部侧墙和顶棚的表面喷涂有高分子密封防水层；所述的高分子密封防水层的表面喷涂有聚氨酯保温层;所述集气膜固定在钢筋混凝土槽体的顶部外侧，集气膜与钢筋混凝土槽体之间为集气空间；所述阳光板温室设置在钢筋混凝土槽体的顶部外侧，并且罩在集气膜的上方;所述第一出气管的一端与所述集气空间连接，第一出气管的另一端从钢筋混凝土槽体的顶板内部穿出后，通过第一输气管与沼气净化储存系统的罗茨风机连接;所述的第一截止阀安装在第一输气管上;所述的通气管一端与所述集气空间连接，通气管的另一端与钢筋混凝土槽体的内部连接;所述的排空管安装在钢筋混凝土槽体的顶部，排空管的一端与钢筋混凝土槽体的内部连接，排空管的另一端穿出阳光板温室后与大气连通，排空管的中部设置有水封阀；所述液压门设置在钢筋混凝土槽体的长方形开口处；
[0008]所述的太阳能增温系统包括:膨胀水箱、高密度挤塑板、蓄热换热水箱、水位计、输水管、排箱出水管、排箱出水口、排气阀、水箱出水管、注水口、过滤器、循环栗、单向阀、排箱进水管、支架、托座、排箱、太阳能集热管和水箱进水管;所述膨胀水箱安装在钢筋混凝土槽体的上部，膨胀水箱通过管路与蓄热换热水箱连接;所述的蓄热换热水箱安装在钢筋混凝土槽体的内部地面上，蓄热换热水箱的上表面与钢筋混凝土槽体外部地面等高；所述的高密度挤塑板铺设在蓄热换热水箱的底部;所述支架安装在钢筋混凝土槽体正南方向侧壁的外部;所述的托座和排箱均固定安装在支架上;所述排箱的上部与排箱出水管连接，排箱的下部与排箱进水管连接;所述的太阳能集热管的盲端固定安装在托座内，太阳能集热管的开口端固定安装在排箱的开口内；所述注水口设置在水箱出水管与过滤器之间的管路上；所述的循环栗的进水口通过过滤器与水箱出水管连接，循环栗的出水口通过单向阀与排箱进水管连接;所述排箱出水口通过管路与水箱进水管连接;所述排气阀通过三通与排箱出水口连接;所述水位计安装在排箱上方的输水管上；
[0009]所述的沼液喷淋系统包括:螺旋喷头、输液管路、沼液池、沼液栗、排液水封、排液管和集液槽;所述的螺旋喷头固定安装在钢筋混凝土槽体的内顶部;所述沼液池设置在钢筋混凝土槽体的外部并且位于液压门一侧的地面以下；所述沼液栗设置在沼液池的内底部;所述输液管路的一端与螺旋喷头连接，输液管路的另一端与沼液栗的出口连接;所述集液槽设置在发酵槽靠近液压门一侧的下部，集液槽通过排液管与沼液池连接;所述排液管在连接沼液池的端口处设有排液水封；
[0010]所述的沼气净化储存系统包括:第二截止阀、脱水罐、脱硫罐、进气管、双膜储气柜、火炬、第二出气管、第四截止阀、第三输气管和罗茨风机;所述的罗茨风机的进口通过第一输气管与第一出气管连接，罗茨风机的出口处设置有三通，其中一个出口经过第二截止阀与脱水罐连接，所述脱硫罐的一端与脱水罐连接，脱硫罐的另一端通过进气管与双膜储气柜连接;所述火炬通过第二出气管与双膜储气柜连接;所述第二出气管上设置有第四截止阀;所述第三输气管的一端与双膜储气柜连接，第三输气管的另一端连接至用户；
[0011]所述曝气系统包括:罗茨风机、第二输气管、第三截止阀、水箱内曝气管和水箱外曝气管;所述罗茨风机的另一个出口通过第二输气管与水箱内曝气管连接;所述第二输气管上设置有第三截止阀；所述水箱内曝气管与水箱外曝气管连接;所述水箱外曝气管设置在蓄热换热水箱上表面的凹槽内，水箱外曝气管的末端设置有盲堵。
[0012]所述循环栗上设置有时控开关。
[0013]所述液压门的内表面喷涂有聚氨酯保温层，液压门的四周边框上焊接有凹槽，凹槽内固定安装有气涨管。
[0014]所述气涨管连接有气栗。
[0015]所述水封阀包括U形管、排液阀、排水管和注水管；所述排液阀设置在U形管的下部;所述排水管位于排液阀的下部;所述注水管的一端位于U形管的上部，注水管的另一端与U形管的内部连通。
[0016]所述蓄热换热水箱通过阀门与沼气锅炉连接。
[0017]—种寒区车库式干式沼气发酵系统的工作方法，利用一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:包括以下步骤，
[0018]步骤一、太阳能系统注水
[0019]17:00时至5:00时，打开排气阀和水位计的阀门，向太阳能增温系统内注水，水位计显示水注满后，关闭排气阀和水位计的阀门，在太阳能集热管的上表面全部覆盖遮阳网；
[0020]步骤二、进料、封液压门
[0021]利用铲车将物料装入发酵槽内，铲车驶出后，关闭液压门，手动控制充气栗向液压门上的气涨管内注入空气，直到气涨管内压力达到25kPa，停止充气；
[0022]步骤三、太阳能增温系统启动运行
[0023]撤去遮阳网，通过时控开关设定循环栗每运转I个小时停转30分钟，
[0024]光照强度为300001UX以上，蓄热换热水箱的水温低于60°C，开启时控开关，使太阳能增温系统持续为物料提供热量，
[0025]光照强度为300001UX以上，太阳能集热管的水温高于70°C或蓄热换热水箱的水温高于60°C，用遮阳网遮住太阳能集热管；
[0026]光照强度低于300001UX，蓄热换热水箱的水温低于60°C，关闭排箱出水管的阀门和排箱进水管的阀门，开启沼气锅炉阀门，燃烧沼气锅炉，并开启时控开关，利用沼气锅炉给蓄热换热水箱内的水加热，使物料温度维持在50°C?55°C，
[0027]光照强度低于300001ux，蓄热换热水箱的水温高于60°C，关闭排箱出水管的阀门和排箱进水管的阀门，关闭沼气锅炉阀门，停止循环加热；
[0028]步骤四、好氧预处理
[0029]开启第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，每隔7小时?8小时启动罗茨风机对发酵物料进行曝气，曝气结束后关闭罗茨风机，每次曝气时间为25分钟?30分钟，在曝气过程中，罗茨风机将吸入的空气输出到曝气管内，罗茨风机的输出压力为60kPa，空气经水箱外曝气管通入发酵物料内，温度传感器测量料层温度，物料温度达到50°C?55°C，进行下一步；
[0030]步骤五、封反应器进行厌氧发酵
[0031]关闭排液阀，通过注水管向水封阀内注水，直到注水管内的水面高于注水管与U形管的连接处，水封阀内的水完全封住排空管，停止注水，关闭第一截止阀，进行厌氧发酵。
[0032]步骤六、厌氧发酵初期排出杂气
[0033]检测沼气中甲烷的体积浓度，沼气中甲烷的体积浓度低于50%时为杂气，启动罗茨风机将杂气通过排空管排出至大气；
[0034]步骤七、沼气的净化储存
[0035]沼气中甲烷的体积浓度为50%以上为合格沼气，开启第一截止阀和第二截止阀，关闭第三截止阀，启动罗茨风机将合格沼气抽出并依次经过脱硫罐和脱水罐的净化，储存在双膜储气柜中，双膜储气柜中的净化沼气输送至用户使用，余下的净化沼气通过火炬燃烧，产生的水和CO2排放至大气中；
[0036]步骤八、厌氧发酵结束、出料
[0037]启动罗茨风机将发酵槽内的气体抽出，直到发酵槽内的压强等于OPa，关闭罗茨风机，开启排液阀，排液阀中的水通过排水管从水封阀内排出，
[0038]再次启动罗茨风机持续向发酵槽内鼓入空气，并利用沼气报警仪在排空管口处测量，甲烷的体积浓度小于0.4%，启动液压门，再次用沼气报警仪测量，甲烷的体积浓度小于
0.4 %，则发酵槽内环境安全，铲车进入发酵槽进行出料。
[0039]通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果:
[0040]第一，采用上述设计的阳光板温室能够保证太阳光尽可能多的透入温室内，照射在黑色柔性膜上，又不会使柔性膜暴露在大气中以致热量流失，可以实现良好的增保温效果O
[0041]第二，采用上述设计的槽底内置蓄热换热水箱中可以在白天积蓄太阳能集热系统的热能，于夜晚环境温度较低时将积蓄的热能传递给物料，既可以用来保证发酵槽内的物料温度，又可以为穿过其中的水箱内曝气管加热。
[0042]第三，采用上述设计的曝气系统可以很好地利用反应器自身产生的沼气来疏通料堆，提高传热率。
【附图说明】
[0043]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明:
[0044]图1为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的总体结构示意图。
[0045]图2为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的侧视结构示意图。
[0046]图3为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的发酵槽截面图一。
[0047]图4为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的发酵槽截面图二。
[0048]图5为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的太阳能换热系统结构示意图。
[0049]图6为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的沼液喷淋系统结构示意图。
[0050]图7为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的沼气净化系统结构示意图。
[0051]图8为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的槽底内置蓄热换热水箱截面示意图。
[0052]图9为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的液压门局部放大结构示意图。
[0053]图10为本发明中一种寒区车库式干式沼气发酵系统的水封阀局部放大结构示意图。
[0054]图中，1-发酵槽、2-太阳能换热系统、3-沼液喷淋系统、4-沼气净化储存系统、5-曝气系统、6-水封阀、7-排空管、8-阳光板温室、9-膨胀水箱、10-集气膜、11-通气管、12-第一出气管、13-钢筋混凝土槽体、14-高分子密封防水层、15-聚氨酯保温层、16-第一输气管、17-第一截止阀、18-高密度挤塑板、19-蓄热换热水箱、20-水位计、21-输水管、22-排箱出水管、23-排箱出水口、24-排气阀、25-水箱出水管、26-注水口、27-过滤器、28-循环栗、29-单向阀、30-排箱进水管、31-支架、32-托座、33-排箱、34-太阳能集热管、35-水箱进水管、36-螺旋喷头、37-输液管路、38-沼液池、39-沼液栗、40-排液水封、41 -排液管、42-集液槽、43-第三截止阀、44-第二截止阀、45-脱水罐、46-脱硫罐、47-进气管、48-双膜储气柜、49-火炬、50-第二出气管、51-第四截止阀、52-第三输气管、53-罗茨风机、54-第二输气管、55-水箱内曝气管、56-水箱外曝气管、57-液压门、58-凹槽、59-气涨管、60-排液阀、61-排水管、62-注水管。
【具体实施方式】
[0055]如图所示，一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是，包括发酵槽1、太阳能增温系统2、沼液喷淋系统3、沼气净化储存系统4和曝气系统5，
[0056]所述的发酵槽I包括:水封阀6、排空管7、阳光板温室8、集气膜10、通气管11、第一出气管12、钢筋混凝土槽体13、高分子密封防水层14、聚氨酯保温层15、第一输气管16、第一截止阀17、液压门57，所述的发酵槽I设计成长方形槽体结构，槽体设置在水平地面上，按东西走向布置，是发酵系统主体部分;所述的钢筋混凝土槽体13为中空的长方体结构，钢筋混凝土槽体13设置在水平地面上并且钢筋混凝土槽体13的一侧面向正南方向，钢筋混凝土槽体13朝向正东或朝向正西的侧壁上设有一个车辆进出的长方形开口，钢筋混凝土槽体13的内部侧墙和顶棚的表面喷涂有高分子密封防水层14;所述的高分子密封防水层14的表面喷涂有聚氨酯保温层15;所述集气膜10固定在钢筋混凝土槽体13的顶部外侧，集气膜10与钢筋混凝土槽体13之间为集气空间；所述阳光板温室8设置在钢筋混凝土槽体13的顶部外侧，并且罩在集气膜10的上方;所述第一出气管12的一端与所述集气空间连接，第一出气管12的另一端从钢筋混凝土槽体13的顶板内部穿出后，通过第一输气管16与沼气净化储存系统4的罗茨风机53连接;所述的第一截止阀17安装在第一输气管16上;所述的通气管11 一端与所述集气空间连接，通气管11的另一端与钢筋混凝土槽体13的内部连接;所述的排空管7安装在钢筋混凝土槽体13的顶部，排空管7的一端与钢筋混凝土槽体13的内部连接，排空管7的另一端穿出阳光板温室8后大气连通，排空管7的中部设置有水封阀6;所述液压门57设置在钢筋混凝土槽体13的长方形开口处；
[0057]所述的太阳能增温系统2包括:膨胀水箱9、高密度挤塑板18、蓄热换热水箱19、水位计20、输水管21、排箱出水管22、排箱出水口 23、排气阀24、水箱出水管25、注水口 26、过滤器27、循环栗28、单向阀29、排箱进水管30、支架31、托座32、排箱33、太阳能集热管34和水箱进水管35;所述的太阳能增温系统2的主要部件太阳能集热管34、排箱33设置在发酵槽I的朝阳的外墙壁上，所述排箱33的上部与排箱出水管22连接，排箱33的下部与排箱进水管30连接;所述膨胀水箱9安装在钢筋混凝土槽体13的上部，膨胀水箱9通过管路与蓄热换热水箱19连接;所述的蓄热换热水箱19安装在钢筋混凝土槽体13的内部地面上，蓄热换热水箱19的上表面与钢筋混凝土槽体13外部地面等高;所述的高密度挤塑板18铺设在蓄热换热水箱19的底部;所述支架31安装在钢筋混凝土槽体13正南方向侧壁的外部;所述的托座32和排箱33均固定安装在支架31上;所述的太阳能集热管34的盲端固定安装在托座32内，太阳能集热管34的开口端固定安装在排箱33的开口内；所述注水口 26设置在水箱出水管25与过滤器27之间的管路上;所述的循环栗28的进水口通过过滤器27与水箱出水管25连接，循环栗28的出水口通过单向阀29与排箱进水管30连接;所述排箱出水口 23通过管路与水箱进水管35连接;所述排气阀24通过三通与排箱出水口 23连接;所述水位计20安装在排箱33上方的输水管21上；
[0058]所述的沼液喷淋系统3包括:螺旋喷头36、输液管路37、沼液池38、沼液栗39、排液水封40、排液管41和集液槽42;所述的螺旋喷头36固定安装在钢筋混凝土槽体13的内顶部；所述沼液池38设置在钢筋混凝土槽体13的外部并且位于液压门57—侧的地面以下;所述沼液栗39设置在沼液池38的内底部;所述输液管路37的一端与螺旋喷头36连接，输液管路37的另一端与沼液栗39的出口连接;所述集液槽42设置在发酵槽I靠近液压门57—侧的下部，集液槽42通过排液管41与沼液池38连接;所述排液管41在连接沼液池38的端口处设有排液水封40 ；
[0059]所述的沼气净化储存系统4包括:第二截止阀44、脱水罐45、脱硫罐46、进气管47、双膜储气柜48、火炬49、第二出气管50、第四截止阀51、第三输气管52和罗茨风机53;所述的罗茨风机53的进口通过第一输气管16与第一出气管12连接，罗茨风机53的出口处设置有三通，其中一个出口经过第二截止阀44与脱水罐45连接，所述脱硫罐46的一端与脱水罐45连接，脱硫罐46的另一端通过进气管47与双膜储气柜48连接;所述火炬49通过第二出气管50与双膜储气柜48连接;所述第二出气管50上设置有第四截止阀51;所述第三输气管52的一端与双膜储气柜48连接，第三输气管52的另一端连接至用户；
[0060]所述曝气系统5包括:罗茨风机53、第二输气管54、第三截止阀43、水箱内曝气管55和水箱外曝气管56;所述罗茨风机53的另一个出口通过第二输气管54与水箱内曝气管55连接;所述第二输气管54上设置有第三截止阀43;所述水箱内曝气管55与水箱外曝气管56连接;所述水箱外曝气管56设置在蓄热换热水箱19上表面的凹槽内，水箱外曝气管56的末端设置有盲堵。
[0061 ]所述循环栗28上设置有时控开关。
[0062]所述液压门57的内表面喷涂有聚氨酯保温层15，液压门57的四周边框上焊接有凹槽58，凹槽58内固定安装有气涨管59。
[0063]所述气涨管59连接有气栗。
[0064I所述水封阀6包括U形管、排液阀60、排水管61和注水管62 ；所述排液阀60设置在U形管的下部;所述排水管61位于排液阀60的下部;所述注水管62的一端位于U形管的上部，注水管62的另一端与U形管的内部连通。
[0065]所述蓄热换热水箱19通过阀门与沼气锅炉连接。
[0066]—种寒区车库式干式沼气发酵系统的工作方法，利用一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:包括以下步骤，
[0067]步骤一、太阳能系统注水
[0068]17:00时至5:00时，打开排气阀24和水位计20的阀门，向太阳能增温系统2内注水，水位计20显示水注满后，关闭排气阀24和水位计20的阀门，在太阳能集热管34的上表面全部覆盖遮阳网；[0069 ]步骤二、进料、封液压门
[0070]利用铲车将物料装入发酵槽I内，铲车驶出后，关闭液压门57，手动控制充气栗向液压门57上的气涨管59内注入空气，直到气涨管59内压力达到25kPa，停止充气；
[0071 ]步骤三、太阳能增温系统2启动运行
[0072]撤去遮阳网，通过时控开关设定循环栗28每运转I个小时停转30分钟，
[0073]光照强度为300001UX以上，蓄热换热水箱19的水温低于60°C，开启时控开关，使太阳能增温系统2持续为物料提供热量，
[0074]光照强度为300001UX以上，太阳能集热管34的水温高于70°C或蓄热换热水箱19的水温高于60°C，用遮阳网遮住太阳能集热管34，避免发酵槽I内的温度过高；
[0075]光照强度低于300001UX，蓄热换热水箱19的水温低于60°C，关闭排箱出水管22的阀门和排箱进水管30的阀门，开启沼气锅炉阀门，燃烧沼气锅炉，并开启时控开关，利用沼气锅炉给蓄热换热水箱19内的水加热，使得物料温度维持在50°C?55°C，
[0076]光照强度低于300001ux，蓄热换热水箱19的水温高于60°C，关闭排箱出水管22的阀门和排箱进水管30的阀门，关闭沼气锅炉阀门，停止循环加热；
[0077]步骤四、好氧预处理
[0078]开启第一截止阀17和第三截止阀43，关闭第二截止阀44，每隔7小时?8小时启动罗茨风机53对发酵物料进行曝气，曝气结束后关闭罗茨风机53，每次曝气时间为25分钟?30分钟，在曝气过程中，罗茨风机53将吸入的空气输出到曝气管内，罗茨风机53的输出压力为60kPa，空气经水箱外曝气管56通入发酵物料内，温度传感器测量料层温度，物料温度达到50°C?55°C，进行下一步；
[0079]步骤五、封反应器进行厌氧发酵
[0080]关闭排液阀60，通过注水管62向水封阀6内注水，直到注水管62内的水面高于注水管62与U形管的连接处，水封阀6内的水完全封住排空管7，停止注水，关闭第一截止阀17)，进行厌氧发酵。
[0081 ]步骤六、厌氧发酵初期排出杂气
[0082]检测沼气中甲烷的体积浓度，沼气中甲烷的体积浓度低于50%时为杂气，启动罗茨风机53将杂气通过排空管7排出至大气；
[0083]步骤七、沼气的净化储存
[0084]沼气中甲烷的体积浓度为50%以上为合格沼气，开启第一截止阀17和第二截止阀44，关闭第三截止阀43，启动罗茨风机53将合格沼气抽出并依次经过脱硫罐46和脱水罐45的净化，储存在双膜储气柜48中，双膜储气柜48中的净化沼气输送至用户使用，余下的净化沼气通过火炬49燃烧，产生的水和CO2排放至大气中；
[0085]步骤八、厌氧发酵结束、出料
[0086]启动罗茨风机53将发酵槽I内的气体抽出，直到发酵槽I内的压强等于OPa，关闭罗茨风机53，开启排液阀60，排液阀60中的水通过排水管61从水封阀6内排出，
[0087]再次启动罗茨风机53持续向发酵槽I内鼓入空气，并利用沼气报警仪在排空管7口处测量，当甲烷的体积浓度小于0.4%时为测量值达到安全值，启动液压门57，再次用沼气报警仪测量，当甲烷的体积浓度小于0.4%时，则发酵槽I内环境安全，铲车进入发酵槽I进行出料。
[0088]在发酵槽I中，发酵槽I的主体包括钢筋混凝土槽体13和钢质液压门57，整体形成一个全封闭的刚性槽体。钢筋混凝土槽体13内表面进行三灰四浆处理后，在槽内顶棚和侧墙喷涂高分子密封防水层14，在高分子密封防水层14和液压门57内表面喷涂有聚氨酯保温层15，聚氨酯保温层15采用双组分材料一次发泡成形，防水气密性好，硬度高;发酵槽I的顶部设有水封阀6，水封阀6由排液阀60、排水管61、注水管62和一段U形钢管组成，注水管62从U形管的凹处垂直伸入U形管，注水管62的底端距离U形管底端留有一定距离，使用时，从注水管62向水封阀6注水，通过一长条状物体测量水面高度，直至水面高过U形弯头与注水管62的焊合点，即可实现反应器的密封，当发酵初期产生气体不纯或发酵结束，需要对反应器内气体排空时，打开水封阀6底部的排液阀60，将阀内的水通过排水管61排出，直至水面低于U形弯头与注水管62的焊合点，且高于注水管62底端，气体即可从排空管7通过水封阀6顺利排出，而且气体不会从注水管62泄漏，当反应器内气体压力过高时，气体会从U形弯头与注水管62的焊合点击穿液面溢出至系统外部，以保护反应器系统不受到破坏，起到安全阀的作用；阳光板温室8建造在发酵槽I顶部，采用角钢作为框架，框架上铺设有阳光板，建筑成本较低，阳光板温室8遮罩在黑色集气膜10的外侧，有利于吸收太阳能，使膜内气体温度升高，通过曝气系统5通至反应器内物料，以提高物料温度，在发酵时期，反应器内气体通过通气管11进入到膜内，通过膜的鼓起状态可以大致判断反应器内是否充满气体，以便进行排气;液压门57由工字钢和钢板焊合而成，设置在发酵槽I的开口处，液压门上装有两条连接至液压系统的悬臂，由液压系统控制液压门的起落，液压门四周边框焊接有凹槽58，将未充气的气涨管59沿着液压门57的四周边框套在凹槽58内，需要关门密封时，先控制液压系统将液压门57关闭，然后用小型气栗向气涨管59内注入空气，观察气涨管上的压力表，直到管内压力达到25kPa为止，即可完成反应器的密封。
[0089]在太阳能换热系统2中，一般根据排箱安装空间的具体情况，将排箱分成η组，组内排箱采用串联方式连接，排箱组间采取并联方式连接，管路设计应满足并联总管路的过流面积为支管路的η倍，这样可以保证各支路之间流量均衡，防止出现局部循环不畅，发生气化爆管现象；向系统注水前，将注水口 26连接至水栗，开启排气阀24和水位计20的阀门，以便在注水过程中尽可能将系统内空气排出；系统运行过程中，定期检查过滤器27的筛网内是否有杂质，以确保系统内水循环畅通;膨胀水箱9安装在钢筋混凝土槽体顶部，为系统内部水温升高时提供膨胀空间；太阳能换热系统内的热能传递由循环栗28驱动水循环来实现，在白天或晴天时，打开循环栗，热能首先由太阳能集热管传递到水箱内，水箱具有很好的散热作用，可以将一部分热能传递给物料，另一部分储存在水箱内，在夜晚或阴天时，关闭循环栗，水箱内积蓄的热能可以继续为物料提供能量补充，补偿反应器能量散失，使反应器内物料维持均衡稳定的发酵温度。
[0090]在沼液喷淋系统3中，将排液水封40中注入沼液直到液面没过排液管41的出口，以封住反应器内的气体，从物料中渗出的沼液汇入集液槽42，并由排液管41流入排液水封40中，排液水封40集满后沼液流淌至沼液池38中，通过沼液栗39，沼液经过输液管路37输送至螺旋喷头36，再喷洒到料堆上，既实现了物料发酵后产生的沼液的回收利用，又避免了沼液对环境的二次污染。
[0091]在沼气净化储存系统4中，当系统中产生的气体需要排出时，可采用罗茨风机53将反应器内气体抽出，经脱硫罐46和脱水罐45净化后储存在双膜储气柜48中，多余的气体可通过火炬49进行燃烧:正常工作时截止阀51常开，当双膜储气柜48中气体压力高于1.5kPa时，火炬自动点火系统开始点火并控制电磁阀打开，沼气开始燃烧，当双膜储气柜48中气体压力低于0.5kPa时，电磁阀自动关闭，停止燃烧。
[0092]在曝气系统5中，水箱内曝气管55从槽底内置蓄热换热水箱19中穿过，以便水箱将积蓄的热能传给曝气管中的气体，罗茨风机53可将反应器内产生的气体通过水箱内曝气管55，经过槽底内置蓄热换热水箱19的加热，传至水箱外曝气管56，再由下至上通至物料内，穿透物料层，起到很好的传质传热作用。
[0093]该系统的操作步骤:
[0094]步骤一:太阳能系统的注水:将排气阀24和水位计20的阀门打开，并向系统内注水，观察水位计20，当水注满后关闭排气阀24和水位计20的阀门。为防止太阳能集热管34内的热空气与冷水相互作用导致炸裂，此步骤需在凌晨或傍晚环境温度较低时进行。加水后，应将太阳能集热管表面覆盖遮阳网，避免不循环情况下太阳能集热管内水温过高。
[0095]步骤二:进料、封液压门:利用铲车将物料装入发酵槽I内，关闭液压门57。将液压门57上的气涨管59内注入空气，直到气涨管59内压力达到25kPa。为了保证发酵槽的密封性，定期检查气涨管59内的压力，如小于25kPa则向其注入空气将其压力补充至25kPa。
[0096]步骤三:太阳能系统的启动运行:将与循环栗28相连的时控开关设定为循环栗28每运转I个小时停转30分钟。根据太阳能集热管34的水温和发酵槽I内的物料温度来决定是否开启开关，如晴天状况下槽内物料温度较低，则开启时控开关;如遇阴雨天气，则关闭太阳能换热系统2的阀门，开启沼气锅炉阀门，燃烧沼气锅炉，并开启时控开关，利用沼气锅炉给蓄热换热水箱19内的水加热。
[0097]步骤四:好氧预处理:打开第一截止阀17和第三截止阀43，关闭第二截止阀44，每隔7?8个小时启动/关闭罗茨风机53对发酵物料进行曝气，每次曝气时间25分钟?30分钟，在曝气过程中，空气通过进气管吸入，经罗茨风机53输出到曝气管内，输出压力为60kPa，空气经水箱外曝气管56通入发酵物料内，空气穿透料层，利用温度传感器测量料层温度，直到物料温度增至50°C?55°C。
[0098]步骤五:封反应器:将水封阀6的排液阀60关闭，向水封阀6内注入水，直到水面高于水封阀6中部U形管的底部截面上部，以封住排空管7，将第一截止阀17关闭，进行厌氧发酵。
[0099]步骤六:厌氧发酵初期排出杂气:利用罗茨风机53将每天产生的杂气通过排空管7排空，直到产生沼气中甲烷含量达到50%以上。
[0100]步骤七:沼气的净化储存:打开第一截止阀17和第二截止阀44，关闭第三截止阀43，利用罗茨风机53将所述步骤六结束后产生的沼气抽出，经过脱硫罐46和脱水罐45的净化，储存在双膜储气柜48中，双膜储气柜48中的沼气可以输送至用户使用，多余的沼气可通过火炬49燃烧，产生的水和CO2排放至大气中。
[0101]步骤八:厌氧发酵结束出料:用罗茨风机53将发酵槽I内的气体抽出，直到凸起的集气膜10变凹陷，将水封阀6内的水排出，持续向槽内鼓入空气，并利用沼气报警仪在排空管7 口处进行测试，当甲烷含量小于0.4 %时为测量值达到安全值，将液压门57打开，待空气进入槽内后再次用沼气报警仪进行测量，当甲烷含量持续低于0.4%时，槽内环境安全，可以用铲车进行出料。
[0102]社会效益:
[0103]本发明可以保证菌种冬季发酵的正常温度，使得东北地区在寒冷的冬季也可很好地处理畜禽粪便和农作物秸杆等农业有机物固体废弃物，同时生产沼气和绿色有机肥。沼气可作为生产和生活用能，即可节约燃煤，又可减少排入大气污染物S02、烟尘等;绿色有机肥出售给周边农民，用来种菜、种粮食，既可减少病虫害，改良土壤，又可生产绿色有机食品，为农民带来很好的经济效益；畜禽粪便、农作物秸杆等有机固体废弃物经有效处理后可大大减少其对地表水、地下水、大气环境的污染以及微生物污染等，提高农村及城市环境质量。
【主权项】
1.一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是，包括发酵槽(I)、太阳能增温系统(2)、沼液喷淋系统(3)、沼气净化储存系统(4)和曝气系统(5)，所述的发酵槽(I)包括:水封阀(6)、排空管(7)、阳光板温室(8)、集气膜(10)、通气管(11)、第一出气管(12)、钢筋混凝土槽体(13)、高分子密封防水层(14)、聚氨酯保温层(15)、第一输气管(16)、第一截止阀(17)、液压门(57)，所述的钢筋混凝土槽体(13)为中空的长方体结构，钢筋混凝土槽体(13)设置在水平地面上并且钢筋混凝土槽体(13)的一侧面向正南方向，钢筋混凝土槽体(13)朝向正东或朝向正西的侧壁上设有一个车辆进出的长方形开口，钢筋混凝土槽体(13)的内部侧墙和顶棚的表面喷涂有高分子密封防水层(14);所述的高分子密封防水层(14)的表面喷涂有聚氨酯保温层(15);所述集气膜(10)固定在钢筋混凝土槽体(13)的顶部外侧，集气膜(10)与钢筋混凝土槽体(13)之间为集气空间；所述阳光板温室(8)设置在钢筋混凝土槽体(13)的顶部外侧，并且罩在集气膜(10)的上方;所述第一出气管(12)的一端与所述集气空间连接，第一出气管(12)的另一端从钢筋混凝土槽体(13)的顶板内部穿出后，通过第一输气管(16)与沼气净化储存系统(4)的罗茨风机(53)连接;所述的第一截止阀(17)安装在第一输气管(16)上;所述的通气管(11) 一端与所述集气空间连接，通气管(11)的另一端与钢筋混凝土槽体(13)的内部连接;所述的排空管(7)安装在钢筋混凝土槽体(13)的顶部，排空管(7)的一端与钢筋混凝土槽体(13)的内部连接，排空管(7)的另一端穿出阳光板温室(8)后与大气连通，排空管(7)的中部设置有水封阀(6);所述液压门(57)设置在钢筋混凝土槽体(13)的长方形开口处；所述的太阳能增温系统(2)包括:膨胀水箱(9)、高密度挤塑板(18)、蓄热换热水箱(19)、水位计(20)、输水管(21)、排箱出水管(22)、排箱出水口(23)、排气阀(24)、水箱出水管(25)、注水口(26)、过滤器(27)、循环栗(28)、单向阀(29)、排箱进水管(30)、支架(31)、托座(32)、排箱(33)、太阳能集热管(34)和水箱进水管(35);所述膨胀水箱(9)安装在钢筋混凝土槽体(13)的上部，膨胀水箱(9)通过管路与蓄热换热水箱(19)连接;所述的蓄热换热水箱(19)安装在钢筋混凝土槽体(13)的内部地面上，蓄热换热水箱(19)的上表面与钢筋混凝土槽体(13)外部地面等高;所述的高密度挤塑板(18)铺设在蓄热换热水箱(19)的底部;所述支架(31)安装在钢筋混凝土槽体(13)正南方向侧壁的外部;所述的托座(32)和排箱(33)均固定安装在支架(31)上;所述排箱(33)的上部与排箱出水管(22)连接，排箱(33)的下部与排箱进水管(30)连接;所述的太阳能集热管(34)的盲端固定安装在托座(32)内，太阳能集热管(34)的开口端固定安装在排箱(33)的开口内；所述注水口( 26)设置在水箱出水管(25)与过滤器(27)之间的管路上;所述的循环栗(28)的进水口通过过滤器(27)与水箱出水管(25)连接，循环栗(28)的出水口通过单向阀(29)与排箱进水管(30)连接;所述排箱出水口(23)通过管路与水箱进水管(35)连接;所述排气阀(24)通过三通与排箱出水口(23)连接;所述水位计(20)安装在排箱(33)上方的输水管(21)上；所述的沼液喷淋系统(3)包括:螺旋喷头(36)、输液管路(37)、沼液池(38)、沼液栗(39)、排液水封(40)、排液管(41)和集液槽(42);所述的螺旋喷头(36)固定安装在钢筋混凝土槽体(13)的内顶部;所述沼液池(38)设置在钢筋混凝土槽体(13)的外部并且位于液压门(57)—侧的地面以下;所述沼液栗(39)设置在沼液池(38)的内底部;所述输液管路(37)的一端与螺旋喷头(36)连接，输液管路(37)的另一端与沼液栗(39)的出口连接;所述集液槽(42)设置在发酵槽(I)靠近液压门(57)—侧的下部，集液槽(42)通过排液管(41)与沼液池(38)连接;所述排液管(41)在连接沼液池(38)的端口处设有排液水封(40); 所述的沼气净化储存系统(4)包括:第二截止阀(44)、脱水罐(45)、脱硫罐(46)、进气管(47)、双膜储气柜(48)、火炬(49)、第二出气管(50)、第四截止阀(51)、第三输气管(52)和罗茨风机(53);所述的罗茨风机(53)的进口通过第一输气管(16)与第一出气管(12)连接，罗茨风机(53)的出口处设置有三通，其中一个出口经过第二截止阀(44)与脱水罐(45)连接，所述脱硫罐(46)的一端与脱水罐(45)连接，脱硫罐(46)的另一端通过进气管(47)与双膜储气柜(48)连接;所述火炬(49)通过第二出气管(50)与双膜储气柜(48)连接;所述第二出气管(50)上设置有第四截止阀(51);所述第三输气管(52)的一端与双膜储气柜(48)连接，第三输气管(52)的另一端连接至用户； 所述曝气系统(5)包括:罗茨风机(53)、第二输气管(54)、第三截止阀(43)、水箱内曝气管(55)和水箱外曝气管(56);所述罗茨风机(53)的另一个出口通过第二输气管(54)与水箱内曝气管(55)连接;所述第二输气管(54)上设置有第三截止阀(43);所述水箱内曝气管(55)与水箱外曝气管(56)连接;所述水箱外曝气管(56)设置在蓄热换热水箱(19)上表面的凹槽内，水箱外曝气管(56)的末端设置有盲堵。2.根据权利要求1所述的一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:所述循环栗(28)上设置有时控开关。3.根据权利要求1所述的一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:所述液压门(57)的内表面喷涂有聚氨酯保温层(15)，液压门(57)的四周边框上焊接有凹槽(58)，凹槽(58)内固定安装有气涨管(59)。4.根据权利要求3所述的一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:所述气涨管(59)连接有气栗。5.根据权利要求1所述的一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:所述水封阀(6)包括U形管、排液阀(60)、排水管(61)和注水管(62);所述排液阀(60)设置在U形管的下部;所述排水管(61)位于排液阀(60)的下部;所述注水管(62)的一端位于U形管的上部，注水管(62)的另一端与U形管的内部连通。6.根据权利要求1所述的一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:所述蓄热换热水箱(19)通过阀门与沼气锅炉连接。7.—种寒区车库式干式沼气发酵系统的工作方法，利用如权利要求1所述的一种寒区车库式干式沼气发酵系统，其特征是:包括以下步骤， 步骤一、太阳能系统注水 17:00时至5:00时，打开排气阀(24)和水位计(20)的阀门，向太阳能增温系统(2)内注水，水位计(20)显示水注满后，关闭排气阀(24)和水位计(20)的阀门，在太阳能集热管(34)的上表面全部覆盖遮阳网； 步骤二、进料、封液压门 利用铲车将物料装入发酵槽(I)内，铲车驶出后，关闭液压门(57)，手动控制充气栗向液压门(57)上的气涨管(59)内注入空气，直到气涨管(59)内压力达到25kPa，停止充气；步骤三、太阳能增温系统(2)启动运行 撤去遮阳网，通过时控开关设定循环栗(28)每运转I个小时停转30分钟， 光照强度为30000Iux以上，蓄热换热水箱(19)的水温低于60 V，开启时控开关，使太阳能增温系统(2)持续为物料提供热量， 光照强度为300001UX以上，太阳能集热管(34)的水温高于70°C或蓄热换热水箱(19)的水温高于60°C，用遮阳网遮住太阳能集热管(34); 光照强度低于300001UX，蓄热换热水箱(19)的水温低于60°C，关闭排箱出水管(22)的阀门和排箱进水管(30)的阀门，开启沼气锅炉阀门，燃烧沼气锅炉，并开启时控开关，利用沼气锅炉给蓄热换热水箱(19)内的水加热，使物料温度维持在50°C?55°C， 光照强度低于300001ux，蓄热换热水箱(19)的水温高于60°C，关闭排箱出水管(22)的阀门和排箱进水管(30)的阀门，关闭沼气锅炉阀门，停止循环加热； 步骤四、好氧预处理 开启第一截止阀(I 7)和第三截止阀(43 )，关闭第二截止阀(44 )，每隔7小时?8小时启动罗茨风机(5 3)对发酵物料进行曝气，曝气结束后关闭罗茨风机(5 3 )，每次曝气时间为2 5分钟?30分钟，在曝气过程中，罗茨风机(53)将吸入的空气输出到曝气管内，罗茨风机(53)的输出压力为60kPa，空气经水箱外曝气管(56)通入发酵物料内，温度传感器测量料层温度，物料温度达到50°C?55°C，进行下一步； 步骤五、封反应器进行厌氧发酵 关闭排液阀(60)，通过注水管(62)向水封阀(6)内注水，直到注水管(62)内的水面高于注水管(62)与U形管的连接处，水封阀(6)内的水完全封住排空管(7)，停止注水，关闭第一截止阀(17)，进行厌氧发酵。 步骤六、厌氧发酵初期排出杂气 检测沼气中甲烷的体积浓度，沼气中甲烷的体积浓度低于50%时为杂气，启动罗茨风机(53)将杂气通过排空管(7)排出至大气； 步骤七、沼气的净化储存 沼气中甲烷的体积浓度为50%以上为合格沼气，开启第一截止阀(17)和第二截止阀(44)，关闭第三截止阀(43)，启动罗茨风机(53)将合格沼气抽出并依次经过脱硫罐(46)和脱水罐(45)的净化，储存在双膜储气柜(48)中，双膜储气柜(48)中的净化沼气输送至用户使用，余下的净化沼气通过火炬(49)燃烧，产生的水和CO2排放至大气中； 步骤八、厌氧发酵结束、出料启动罗茨风机(53)将发酵槽(I)内的气体抽出，直到发酵槽(I)内的压强等于OPa，关闭罗茨风机(53)，开启排液阀(60)，排液阀(60)中的水通过排水管(61)从水封阀(6)内排出，再次启动罗茨风机(53)持续向发酵槽(I)内鼓入空气，并利用沼气报警仪在排空管(7)口处测量，甲烷的体积浓度小于0.4%，启动液压门(57)，再次用沼气报警仪测量，甲烷的体积浓度小于0.4%，则发酵槽(I)内环境安全，铲车进入发酵槽(I)进行出料。
【文档编号】C12M1/16GK106010946SQ201610601177
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】赵国明, 矫云学, 袁存亮, 张重, 张蕾蕾, 丁伟, 裴海林, 邢向欣, 张苏, 陈涛, 王聪, 王微, 李爱芹
【申请人】吉林省农业机械研究院