本发明涉及一种沼气厌氧发酵增温装置及其控制方法，具体是一种利用沼气厌氧发酵完成后排出的沼液所携带的余热为沼气厌氧发酵系统增温的装置及其控制方法。
背景技术：
随着经济的快速发展，能源的有限，环境的污染使世界各国开始将目光聚集到新能源领域并积极探索可持续能源技术。沼气作为一种绿色清洁可再生能源具有极大的开发利用潜力。
沼气的生产与温度密切相关，在适宜的温度范围内才能实现较高的产气率。沼气发酵有低温发酵10-26℃、中温发酵28-40℃、高温发酵46-60℃三种模式，低温发酵效率低，而高温发酵由于要求温度较高，为了维持高温发酵条件，需要向系统输入较多的热量，因此大多数沼气工程采用中温发酵模式，控制发酵池温度为35℃。在寒冷季节，由于环境温度过低，发酵微生物的活性降低，沼气池产气量很少，甚至不产气，严重制约了沼气的使用和推广。
中国关于沼气厌氧发酵池加温提高产气的主要方法专利如下：
中国发明专利“一种暖通系统、沼气池及为沼气池增温的方法”，申请号201210275912.0，授权公开号cn102851202a，设计了一种利用暖通系统为沼气池增温的方法，暖通系统包括地源热泵，将地源热泵末端与沼气池相连，在沼气池底部设置暖盘管、池壁缠绕毛细管，通过末端向沼气池输送热量，实现为沼气池增温。
中国发明专利“一种空气能热泵沼气池”，申请号201010116540.8授权公开号cn101775355a，设计了一种利用空气能热泵为沼气池增温的方法。空气能热泵中的能量传导介质吸收环境中的热量，在其由气态转化为液态的过程中将热量传递给水，水通过循环管加热厌氧发酵池促进厌氧发酵。
中国发明专利“一种用地源/空气源热泵途径加温沼气池的系统和控制方法”，申请号201010276572.4，授权公开号cn101974420a，设计了一种充分利用土壤热能以及空气中的热能为沼气池增温的方法，地源热泵、空气源热泵既可以单独使用，也可以联合使用，以温度传感器控制机组运行。该专利适用于中等规模沼气工程。
中国发明专利“恒温发酵沼气池的太阳能一热泵联合加热系统”，申请号201610302153.0，授权公开号cn105907635a，设计了一种太阳能一热泵联合加热、酸化池、废液池和水箱联合储热、相变材料模块保温的恒温发酵系统，体积小、热效率高。
中国发明专利“一种利用余热生产沼气的热能再利用装置及其运行方式”，申请号201310277954.2，授权公开号cn103304123a，设计了一种利用沼液余热预热进料的换热装置，可以将进料温度提高15℃。
上述专利从不同的方面提出了为沼气厌氧发酵池增温的加热系统和装置，然而这些为沼气厌氧发酵池增温的加热系统和装置几乎不涉及沼液余热利用。事实上，沼气工程每天都会排出大量发酵完的沼液，排出的沼液温度约在35℃左右，十分接近沼气厌氧发酵所需温度，余热利用潜力巨大，同时，如果将这部分沼液直接排到环境中还会造成环境热污染。鉴于上述描述，如何合理利用沼液余热是现在沼气发酵过程中亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的具体技术问题之一是排料沼液余热如何回收并用于为发酵系统增温的问题；之二是由于沼液粘度高导致的换热效率不高的问题。
为此，本发明提供一种基于余热回收的沼液预热缓存装置及其预热方法，具体是一种重力作用下的排出沼液缓存与进料沼液预热一体化换热器，利用沼气厌氧发酵完成后排出的沼液所携带的余热为沼气厌氧发酵系统增温。
本发明提供的一种基于余热回收的沼液预热缓存装置，包括沼液预热缓存一体化池体、重力换热器、辅助加热系统及控制系统；其特征在于：所述沼液预热缓存一体化池体中设置有所述重力换热器和所述辅助加热系统，并通过所述控制系统，实现沼气厌氧发酵后的余热为沼气厌氧发酵增温；
所述沼液预热缓存一体化池体是由中间钢板分隔为轴对称上下结构设置的沼液缓存池与进料预热池的池体，在重力作用下利用沼气厌氧发酵后排出的沼液所携带的余热为沼气厌氧发酵增温的一体化换热器系统构成；
所述沼液缓存池中设置有温度传感器ⅰ和沼液回收管，所述沼液回收管一端与沼液缓存池相连通，另一端与切割泵ⅱ和厌氧发酵池相连通；所述进料预热池中设置有进料口、温度传感器ⅱ和进料输送管；其中进料输送管一端与进料预热池相连通，另一端与切割泵ⅰ和厌氧发酵池相连通；
所述重力换热器是由一系列铜管换热器管束构成，并穿过沼液缓存池与进料预热池之间隔置的钢板将两部分连接为一体，其底端连通有沼液排放管；
所述控制系统是由控制器连接的两个电磁阀和铜管换热器管束上端口的开关构成，其中两个电磁阀一个位于供热水管上，另一个位于回热水管上；
所述辅助加热系统是由辅助热源以及设置于进料预热池中的辅助热源加热盘管连通有供热水管和回热水管构成，其中供热水管和回热水管一端与辅助热源相连通，另一端与辅助热源加热盘管相连通。
在上述技术方案中，所述铜管换热器管束的上端部高于沼液缓存池的底部，实现沼液的固液分离；所述辅助热源的供热水量是根据所需负荷变化通过电磁阀进行调节；沼液缓存池、进料预热池以及厌氧发酵池均进行保温处理。
一种如上述的基于余热回收的沼液预热缓存装置的预热方法，其特征在于：所述运行方法是发酵料液通过进料口先进入进料预热池中，厌氧发酵池内发酵后排出的沼液经过切割泵ⅱ以及沼液回收管输送到沼液缓存池中，进入沼液缓存池中的沼液在重力作用下进行固液分离，当沼液缓存池中的液面高度达到一定高度时，控制器控制铜管换热器管束上端口的开关打开，上轻沼液由重力驱动流入铜管换热器管束，将热量传递给发酵进料，使进料温度上升15℃，放热后的排料沼液汇聚到沼液排放管排出；不足的热量通过辅助热源进行补充，辅助热源中的高温热水经过供热水管进入进料预热池，在辅助热源加热盘管中放热后由回热水管返回到辅助热源，完成循环；经过沼液余热以及辅助热源的加热，进料温度达到35℃，由进料输送管送入厌氧发酵池进行发酵。
上述技术方案的实施，与现有技术相比，充分利用了发酵沼液的余热，显著降低了为发酵料液增温所需的能源消耗；所设置的高位铜管换热器管束依靠重力进行了沼液的流动，实现了沼液的固液分离；在冬夏季进料温度不同时，控制系统通过调节电磁阀的开度调节热媒流量从而控制辅助热源供热量，以切割泵代替循环泵，减缓了换热器的结垢现象，而且利用铜管进行换热，提高了换热效率及进料预热温度的均匀性；同时本装置一体化节约了建筑土地面积，减少了管道的散热损耗，进一步提高了沼液预热缓存装置的适应性。
附图说明
图1是本发明所述一体化装置的结构示意图。
图2是本发明所述装置及系统工艺流程图.
图中：1：沼液缓存池；2：温度传感器ⅰ；3：控制器；4：进料口；5：辅助热源；6：电磁阀；7：供热水管；8：回热水管；9：温度传感器ⅱ；10：辅助热源加热盘管；11：进料预热池；12：进料输送管；13：切割泵ⅰ；14：沼液排放管；15：切割泵ⅱ；16：铜管换热器管束；17：沼液回收管；18：厌氧发酵池。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明。
本发明是一种基于余热回收的沼液预热缓存装置和预热方法，具体是一种在重力作用下的排出沼液缓存与进料沼液预热一体化换热器系统，该一体化换热器系统是利用沼气厌氧发酵完成后排出的沼液所携带的余热为沼气厌氧发酵系统进行增温，该装置主要包括沼液预热缓存一体化池体、重力换热器、辅助加热系统及控制系统。
其中的沼液预热缓存一体化池体是以中间的钢板及支撑结构隔开封闭成为两部分池体，即沼液缓存池1和进料预热池11，其中沼液缓存池1位于进料预热池11的上方位置，所述沼液缓存池1中设置有温度传感器2以及沼液回收管17，该沼液回收管17的一端与沼液缓存池1相连通，另一端与切割泵ⅱ15、厌氧发酵池18相连通；所述进料预热池11中设有进料口4，温度传感器9以及进料输送管12，该进料输送管12一端与进料预热池11相连，另一端与切割泵ⅰ13、厌氧发酵池18相连通。
其中的重力换热器是由一系列铜管换热器管束16组成，铜管换热器管束16的底部连通到沼液排放管14，铜管换热器管束16穿过沼液缓存池1与进料预热池11之间的钢板将两部分连通起来。
其中的控制系统包括控制器3、两个电磁阀6以及换热器管束16上端口开关，两个电磁阀一个安装于供热水管7上，另一个安装于回热水管8上，
其中的辅助加热系统包括辅助热源5以及辅助热源加热盘管10、供热水管7和回热水管8，供热水管7及回热水管8一端与辅助热源5相连通，另一端与辅助热源加热盘管10相连通。
实施上述方案将一体化池体以钢板分隔为两部分，使铜管换热器管束穿过分隔板，减少了管道的散热损失，同时沼液依靠自身重力沿换热器管束流向进料预热池，不需要额外耗功。
实施上述方案将铜管换热器管束上端口设有开关，由控制系统控制开关状态，上端口高于沼液缓存池的底部一定距离，可以实现沼液的固液分离，保证进入铜管换热器管束的部分为粘度较小的沼液，减轻了铜管换热器管束结垢后换热效率衰减的问题，延长了换热器管束的使用年限。
实施上述方案时，辅助热源供热水量可根据所需负荷的变化进行调节；进料预热池内设有搅拌器，有助于实现池内换热的均匀性。
实施上述方案时，以切割泵代替传统的循环泵，减轻了管道的结垢和堵塞现象，起到了较好的效果。
实施上述方案时，对沼液缓存池、进料预热池以及厌氧发酵池均进行保温处理，效果更好。
上述一种基于余热回收的沼液预热缓存装置的预热方法，该预热方法是发酵料液先通过进料口4进入进料预热池11中，厌氧发酵池18内发酵后排出的沼液经过切割泵ⅱ15以及沼液回收管17输送到沼液缓存池1中，进入沼液缓存池1中的沼液在重力作用下进行固液分离，当沼液缓存池1中的液面高度达到一定高度时，控制器3控制铜管换热器管束16上端口的开关打开，上轻沼液由重力驱动流入铜管换热器管束16，将热量传递给发酵进料，使进料温度上升15℃，放热后的排料沼液汇聚到沼液排放管14排出；不足的热量通过辅助热源5进行补充，辅助热源5中的高温热水经过供热水管7进入进料预热池11，在辅助热源加热盘管10中放热后由回热水管8返回到辅助热源5，完成循环；经过沼液余热以及辅助热源5的加热，进料温度达到35℃，由进料输送管12送入厌氧发酵池进行发酵。
上述实施的一种基于余热回收的沼液预热缓存装置及其预热方法，以排料沼液余热作为热源，以重力驱动排料沼液进入换热器与进料换热，将进料提高到一定温度，不足部分由辅助热源进行补偿，最终将进料温度提高到发酵所需温度后送入厌氧发酵池进行发酵，本发明充分考虑排料沼液含有丰富的可用余热，设计的一体化换热器能够减少发酵系统增温所需总能量的49%，节能效果显著，沼液在换热器管束中依靠自身重力即可实现流动，无需耗功；此外，一体化的沼液预热缓存池体减少了管道热损耗，同时可实现排料沼液的固液分离，延长了换热器的使用年限。
以下结合附图对本发明的原理和特征作出进一步的说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
具体是一种重力作用下的排出沼液缓存与进料沼液预热一体化换热器，利用沼气厌氧发酵完成后排出的沼液所携带的余热为沼气厌氧发酵系统增温。
该装置主要由沼液预热缓存一体化池体、重力换热器及控制系统、辅助加热系统组成。
其中的沼液预热缓存一体化池体以中间的钢板及支撑结构隔开成为两部分池体，即沼液缓存池1和进料预热池11，其中沼液缓存池1位于进料预热池11的上方。
其中的沼液缓存池1中设有温度传感器2以及沼液回收管17。沼液回收管17一端与沼液缓存池1相连，另一端与切割泵ⅱ15、厌氧发酵池18相连接。
其中的进料预热池11中设有进料口4，温度传感器9以及进料输送管12。进料输送管12一端与进料预热池11相连，另一端与切割泵ⅰ13、厌氧发酵池18相连接。
其中的重力换热器是由一系列铜管换热器管束16组成，铜管换热器管束的底部连接到沼液排放管14。铜管换热器管束16穿过沼液缓存池1和进料预热池11之间的钢板将两部分连通起来。
其中的控制系统包括控制器3、两个电磁阀6以及换热器管束16上端口开关，两个电磁阀一个位于供热水管7上，一个位于回热水管8上。
其中的辅助加热系统包括辅助热源5以及辅助热源加热盘管10、供热水管7、回热水管8。供热水管7及回热水管8一端与辅助热源5相连接，另一端与辅助热源加热盘管10相连。
如上所述的一种基于余热回收的沼液预热缓存装置的预热方法如下：
发酵料液由进料口进入一体化装置下半部的进料预热池中，进料温度较低约为5℃，为达到中温发酵条件35℃，需要对其加热，厌氧发酵池内发酵完成后排出的沼液经过切割泵以及沼液回收管输送到一体化装置的上半部分，即沼液缓存池，进入缓存池的沼液在重力作用下发生固液分离。当缓存池内液面高度达到一定高度时，控制器作用使得铜管换热器管束上端口开关打开，上轻沼液由重力驱动流入铜管换热器管束，将热量传递给发酵进料，使进料温度上升15℃，放热后的排料沼液汇聚到沼液排放管排出并做统一处理。预热进料不足的热量由辅助加热系统进行补充，辅助加热系统中的高温热水经过供热水管进入进料预热池，在辅助热源加热盘管中放热后由回热水管返回到辅助热源，完成循环。经过沼液余热以及辅助热源的加热，进料温度达到35℃，由进料输送管送入厌氧发酵池进行发酵。
按照本发明上述一种基于余热回收的沼液预热缓存装置以及该沼液预热缓存装置的预热方法，具体试验如下。
某中温发酵沼气工程厌氧发酵池每天排出35℃的渣液50m3，同时每天供至厌氧发酵池的原料，猪粪、污水及水混合，也是50m3；原料温度为5℃，需加热至35℃后才能进入发酵池，如果采用原有技术，需热源提供6.27mj热量，采用本装置，用发酵完成后沼液35℃的余热进行加热，使原料温度由5℃升至20℃，利用余热热量为3.14mj，本装置可将原料加热所需的热量减少49%左右。
具体实施时，所述基于余热回收的沼液预热缓存装置，一体化池体可由钢板及支撑结构分隔开，此外，冬夏季辅助热源热水量可由控制系统进行控制。