一种生物质厌氧发酵搅拌与加热方法及其系统

摘要

本发明公开了一种生物质厌氧发酵罐搅拌与加热方法及其系统，属于生物质厌氧发酵技术领域。通过将厌氧发酵产生的沼气和空气分别用不同的膜分离器进行物理分离，产生富氧燃烧所需的高CH4体积浓度的可燃气体、富氧和富CO2气体；富氧燃烧产生气液两相射流所需的热水；气液两相射流的热水进入射流喷嘴进行加速，利用液相射流抽吸作用把富CO2气体吸入喷嘴后形成气液两射流。气液两相射流装置在厌氧发酵罐内安装的轨道上进行移动，形成可移动和摆动的气液两相射流。本发明通过对气液两相射流装置的运动调节，对发酵罐发酵原料进行全局搅拌和加热，强化厌氧发酵罐内发酵物料的热量交换和质量交换。

权利要求

1.一种生物质厌氧发酵罐搅拌与加热方法，其特征在于，所述方法包括：

将空气中的氧气分离出，并对燃料进行富氧燃烧；通过富氧燃烧产生的热量加热给水；

将厌氧发酵罐所产生沼气中的至少一种气体与加热给水混合，并对生物质发酵罐进行气液两相搅拌；其中所述的燃料为油燃料，所述油燃料经雾化后与分离出的氧气混合进行富氧燃烧；所述方法进一步包括：将厌氧发酵罐所产生的沼气进行膜分离得到甲烷燃料和二氧化碳气体；

生物质厌氧发酵罐启动时，油燃料与分离出的氧气混合进行富氧燃烧，并加热给水；

生物质厌氧发酵罐正常运行时，将所分离出的甲烷燃料与分离出的氧气混合后进行富氧燃烧，并加热给水；分离出的二氧化碳气体与加热后的给水混合后对生物质发酵罐进行气液两相搅拌。

2.根据权利要求1所述的生物质厌氧发酵罐搅拌与加热方法，其特征在于：

厌氧发酵罐所产生的沼气经膜分离后得到甲烷的体积浓度大于86%，空气经膜分离后分离出氧气的容积浓度大于75%。

3.一种生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，包括发酵罐（18）、加热装置和气液两相射流装置，所述气液两相射流装置设置于所述发酵罐内，所述加热装置用于给所述发酵罐中的介质进行加热，其特征在于：所述系统还包括气体分离装置，用于将空气中的氧气进行分离；所述气体分离装置与所述加热装置连接，所分离出的氧气经管路与所述加热装置中的燃料混合进行富氧燃烧，所产生的热量供给所述加热装置中的给水；

所述气液两相射流装置分别接收所述加热装置中的给水及所述发酵罐（18）中所产生沼气中的至少一种气体，用于对所述发酵罐（18）中的介质进行气液两相射流搅拌；

所述加热装置包括：热水锅炉（20）、油罐（26）和油燃烧器（21），所述油罐（26）通过油泵（24）与所述油燃烧器（21）的进油口连接，所述气体分离装置的所分离出的氧气通过第一风机（12）与所述油燃烧器（21）的进气口连接，通过所述油燃烧器（21）的燃烧为所述热水锅炉（20）提供热源；

所述气体分离装置包括第一压气机（1）、第一膜分离器（2）和氧气储罐（11），所述第一膜分离器（2）的进气口与所述第一压气机（1）的出气口连接，所述第一膜分离器（2）的氧气分离出口与所述氧气储罐（11）连接；所述第一压气机（1）吸收空气并通过所述第一膜分离器（2）分离出氧气，并排入所述氧气储罐（11）中，所述氧气储罐（11）的出气口通过第一风机（12）与所述油燃烧器（21）的进气口连接。

4.根据权利要求3所述的生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，其特征在于：

所述气体分离装置还包括第二压气机（6）、第二膜分离器（3）和甲烷储罐（9），所述第二压气机（6）的进气口与所述发酵罐（18）上部的储气室（17）连接，所述第二压气机（6）的出气口与所述第二膜分离器（3）的进气口连接，所述第二膜分离器（3）用于将所述发酵罐（18）中的沼气分离出甲烷燃料和二氧化碳气体，所分离出的甲烷燃料储存于所述甲烷储罐（9）中；

所述加热装置中还设有气体燃烧器（19），所述甲烷储罐（9）和氧气储罐（11）分别与所述气体燃烧器（19）的进气口连接，用于对所分离出的甲烷燃料进行富氧燃烧，为所述热水锅炉（20）提供热源。

5.根据权利要求4所述的生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，其特征在于：

所述气体分离装置中还设有与所述第二膜分离器（3）的二氧化碳分离出口相连接的二氧化碳储罐（4），所述二氧化碳储罐（4）通过第三风机（5）与所述气液两相射流装置连接，所述气液两相射流装置分别接收二氧化碳气体及加热后的给水，对所述发酵罐（18）中的介质进行气液两相搅拌。

6.根据权利要求5所述的生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，其特征在于：

所述气液两相射流装置包括：喷嘴（16）、喷嘴支杆（14）、摆动电机（15a）及移位机构；

所述喷嘴支杆（14）沿所述发酵罐（18）的高度方向设置于所述发酵罐（18）的内壁上，其上设有移位导槽（141）；

所述喷嘴（16）的一端设置于所述移位导槽（141）中，且与所述喷嘴支杆（14）间形成滑动配合连接，所述喷嘴（16）上设有与所述热水锅炉（20）的蒸汽出口相连接的蒸汽入口（161），靠近所述喷嘴（16）的出口端设有与所述第三风机（5）的出风口相连接的气体入口（162）；

所述摆动电机（15a）与所述喷嘴支杆（14）连接，用于驱动所述喷嘴支杆（14）按一定角度作周期性摆动；

所述移位机构与所述喷嘴（16）连接，用于驱动所述喷嘴（16）沿所述移位导槽（141）作上下周期性移动。

7.根据权利要求6所述的生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，其特征在于：

所述移位机构包括驱动电机（15b）、钢丝绳（31）和缠绕装置（30），所述缠绕装置（30）与所述喷嘴支杆（14）相对固定连接，所述驱动电机（15b）用于驱动所述缠绕装置（30）旋转；所述钢丝绳（31）缠绕于所述缠绕装置（30）上，其一端与所述喷嘴（16）固定连接，通过所述驱动电机（15b）带动所述缠绕装置（30）正反旋转，实现所述喷嘴（16）的上下移动。

说明书

一种生物质厌氧发酵搅拌与加热方法及其系统

技术领域

[0001] 本发明涉及生物质厌氧发酵技术领域，特别涉及一种生物质厌氧发酵搅拌与加热方法及其系统。

背景技术

[0002] 生物质是一种资源丰富的可再生能源，在全球范围内越来越重视新能源与可再生能源开发和利用的情况下，各国政府加大了对生物质能源化和资源化利用技术的投入力度，加快了生物质能源化与资源化的商业化应用范围和速度。

[0003] 在生物质的能源化与资源化利用技术中，有高温的生物质燃烧、热解和气化等能源化与资源化技术。生物质的燃烧可以进行发电、供热、热电联产；生物质的热解产生的可燃气体可以进行能源化与资源化利用；生物质气化产生的可燃气体也可以进行能源化与资源化利用。在生物质燃烧、热解和气化的能源化与资源化利用过程中，会排放出固体污染物和气体污染物。与上述生物质的高温能源化与资源化利用技术相比，生物质厌氧发酵制备沼气技术，可减少固体和气体污染物的排放，提高生物质的资源化利用率。因此，生物质厌氧发酵技术在发达国家近年来得到快速商业化推广应用，逐渐成为生物质能源化与资源化的主流技术。

[0004] 生物质厌氧发酵制备沼气的原料可以是农作物秸秆、人畜粪便、城市污泥等。生物质厌氧发酵制备沼气经历水解、酸化、醋酸化和甲烷化等四个阶段，上述四个阶段均要求在厌氧条件下完成。生物质厌氧发酵的产品有沼气（沼气有关组分的体积浓度：CH4：50-65%，CO2：25-45%，在20-40℃时H2O：2-7%，N2：＜2%，O2：＜2%，H2：＜2%。，H2S：20-20000ppm）、沼液和沼渣。沼气可以用作燃料进行能源化利用，也可以浓缩后送入供气管网进行资源化应用；沼液可以作为液体肥料还田；沼渣可以进一步进行发酵制成固体有机肥料。生物质厌氧发酵制备沼气技术的上述特点，促进了该技术的大规模商业化应用。国际上根据发酵温度的不同，生物质厌氧发酵可以分为常温发酵（发酵温度小于25℃）、中温发酵（发酵温度35-42℃）和高温发酵（发酵温度50-65℃）三种；根据发酵原料中固体物料的质量浓度（含固率）的不同，生物质厌氧发酵可分为湿式发酵（含固率小于13%）、半干式发酵（含固率15-20%）和干式发酵（含固率大于20%）。国内外已投运的大型商业化厌氧发酵制备沼气的系统多为中温发酵和高温发酵。干式厌氧发酵与湿式厌氧发酵相比，具有容积产气率高和沼液产量少的显著优点。近年来，国内外加大了生物质干式厌氧发酵技术的研发力度，促进了生物质干式厌氧发酵技术的商业化应用进程。不论湿式生物质厌氧发酵，还是干式生物质厌氧发酵，发酵原料的种类、原料的含固率、发酵温度、原料搅拌、pH、菌种等因素都是影响其产气率的主要因素，也直接影响厌氧发酵系统运行的可靠性与经济性。当厌氧发酵的原料种类和含固率保持不变时，发酵温度和搅拌方式成为影响厌氧发酵系统经济运行的最重要因素。在中温和高温厌氧发酵系统中，厌氧发酵过程中发酵原料的有机物降解所产生的热量，一般不足以维持厌氧发酵所需的温度，需要对发酵原料进行加热。为了提高厌氧发酵的容积产气率，需要对发酵原料进行搅拌，强化发酵原料的传质过程，提高生化反应速率。因此，对发酵原料进行合理和有效地搅拌与加热，是保证生物质厌氧发酵系统稳定与经济运行的重要技术手段。

[0005] 常见的发酵原料的搅拌方式有机械搅拌、气体搅拌、液体搅拌、气液两相搅拌不同方式。发酵原料加热所需的热量，可来自厌氧发酵系统外部或厌氧发酵系统内部。在大多数商业化生物质厌氧发酵系统中，加热发酵原料的热量一般都来自厌氧发酵系统内部。当生物质厌氧发酵系统在启动阶段时，发酵系统不产沼气，加热发酵原料所需的热量来自蒸汽锅炉或热水锅炉，蒸汽锅炉或热水锅炉的燃料可以是燃油，也可以是燃气或固体燃料。当生物质厌氧发酵正常运行时，发酵系统会产生大量的沼气。沼气常作为内燃机发电机组的燃料进行能源化利用，内燃机发电机组的余热用于加热发酵原料的热源，加热方式常用管式换热器对发酵原料进行加热。如果内燃机发电机组的余热不能满足加热发酵物料的需要时，需要蒸汽锅炉或热水锅炉补充所需的热量，蒸汽锅炉或热水锅炉的燃料常采用厌氧发酵系统产生的沼气。为了简化发酵原料的加热系统，蒸汽锅炉或热水锅炉常采用燃气锅炉，使厌氧发酵系统在启动和正常运行工况时，蒸汽锅炉或热水锅炉都采用气体燃料。在实际工程应用中，有内燃机发电机组和生物质锅炉组成的发酵原料加热系统；也有内燃机发电机组和燃油锅炉组成的发酵原料加热系统。不论上述哪种厌氧发酵原料的加热系统，加热原料的热量均来自燃料的燃烧过程。在内燃机燃烧过程中，以发酵过程产生的沼气为燃料，过量空气系数约1.05-1.10；在蒸汽锅炉或热水锅炉的燃烧过程中，无论采用气体、液体和固体燃料，过量空气系统也都大于1，这说明，内燃机和锅炉中的燃烧过程都会排放大量的NOx。如果能有效减少蒸汽锅炉或热水锅炉的NOx排放，可提高生物质厌氧发酵系统原料加热过程的环境友好性。因此，在满足生物质厌氧发酵系统加热和搅拌要求的同时，减少NOx排放，具有重要的实用意义。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是减少蒸汽锅炉或热水锅炉的NOx排放，提高生物质厌氧发酵系统原料加热过程的环境友好性。

[0007] 为解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种生物质厌氧发酵搅拌与加热方法及其系统。

[0008] 一方面，提供了一种生物质厌氧发酵搅拌与加热方法，所述方法包括：

[0009] 将空气中的氧气分离出，并对燃料进行富氧燃烧；通过富氧燃烧产生的热量加热给水；将厌氧发酵罐所产生沼气中的至少一种气体与加热给水混合，并对生物质发酵罐进行气液两相搅拌。

[0010] 所述的燃料为油然料，所述油燃料经雾化后与分离出的氧气混合进行富氧燃烧。

[0011] 所述方法还包括：将厌氧发酵罐所产生的沼气进行膜分离得到甲烷燃料和二氧化碳气体；

[0012] 生物质厌氧发酵罐启动时，油燃料与分离出的氧气混合进行富氧燃烧，并加热给水；

[0013] 生物质厌氧发酵罐正常运行时，将所分离出的甲烷燃料与分离出的氧气混合后进行富氧燃烧，并加热给水；分离出的二氧化碳气体与加热后的给水混合后对生物质发酵罐进行气液两相搅拌。

[0014] 厌氧发酵罐所产生的沼气经膜分离后得到甲烷的体积浓度大于86%，空气经膜分离后分离出氧气的容积浓度大于75%。

[0015] 另一方面，提供了一种生物质厌氧发酵搅拌与加热系统，

[0016] 一种生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，包括发酵罐、加热装置和气液两相射流装置，所述气液两相射流装置设置于所述发酵罐内，所述加热装置用于给所述发酵罐中的介质进行加热，所述系统还包括气体分离装置，用于将空气中的氧气进行分离；所述气体分离装置与所述加热装置连接，所分离出的氧气经管路与所述加热装置中的燃料混合进行富氧燃烧，所产生的热量供给所述加热装置中的给水；

[0017] 所述气液两相射流装置分别接收所述加热装置中的给水及所述发酵罐中所产生沼气中的至少一种气体，用于对所述发酵罐中的介质进行气液两相射流搅拌。

[0018] 所述加热装置包括：热水锅炉、油罐和油燃烧器，所述油罐通过油泵与所述油燃烧器的进油口连接，所述气体分离装置的所分离出的氧气通过第一风机与所述油燃烧器的进气口连接，通过所述油燃烧器的燃烧为所述热水锅炉提供热源。

[0019] 所述气体分离装置包括第一压气机、第一膜分离器和氧气储罐，所述第一膜分离器的进气口与所述第一压气机的出气口连接，所述第一膜分离器的氧气分离出口与所述氧气储罐连接；所述第一压气机吸收空气并通过所述第一膜分离器分离出氧气，并排入所述氧气储罐中，所述氧气储罐的出气口通过第一风机与所述油燃烧器的进气口连接。

[0020] 所述气体分离装置还包括第二压气机、第二膜分离器和甲烷储罐，所述第二压气机的进气口与所述发酵罐上部的储气室连接，所述第二压气机的出气口与所述第二膜分离器的进气口连接，所述第二膜分离器用于将所述发酵罐中的沼气分离出甲烷燃料和二氧化碳气体，所分离出的甲烷燃料储存于所述甲烷储罐中；

[0021] 所述加热装置中还设有气体燃烧器，所述甲烷储罐和氧气储罐分别与所述气体燃烧器的进气口连接，用于对所分离出的甲烷燃料进行富氧燃烧，为所述热水锅炉提供热源。当发酵罐工作正常时，可以仅依靠对甲烷燃料进行富氧燃烧即可实现对发酵罐内介质的加热。

[0022] 所述气体分离装置中还设有与所述第二膜分离器的二氧化碳分离出口相连接的二氧化碳储罐，所述二氧化碳储罐通过第三风机与所述气液两相射流装置连接，所述气液两相射流装置分别接收二氧化碳气体及加热后的给水，对所述发酵罐中的介质进行气液两相搅拌。通过对二氧化碳和加热后的给水对发酵罐中的介质进行气液两相搅拌，实现发酵罐内介质间热量的快速传导。

[0023] 所述气液两相射流装置包括：喷嘴、喷嘴支杆、摆动电机及移位机构；

[0024] 所述喷嘴支杆沿所述发酵罐的高度方向设置于所述发酵罐的内壁上，其上设有移位导槽；

[0025] 所述喷嘴的一端设置于所述移位导槽中，且与所述喷嘴支杆间形成滑动配合连接，所述喷嘴上设有与所述热水锅炉的蒸汽出口相连接的蒸汽入口，靠近所述喷嘴的出口端设有与所述第三风机的出风口相连接的气体入口；

[0026] 所述摆动电机与所述喷嘴支杆连接，用于驱动所述喷嘴支杆按一定角度作周期性摆动；

[0027] 所述移位机构与所述喷嘴连接，用于驱动所述喷嘴沿所述移位导槽作上下周期性移动。

[0028] 所述移位机构包括驱动电机、钢丝绳和缠绕装置，所述缠绕装置与所述喷嘴支杆相对固定连接，所述驱动电机用于驱动所述缠绕装置旋转；所述钢丝绳缠绕于所述缠绕装置上，其一端与所述喷嘴固定连接，通过所述驱动电机带动所述缠绕装置正反旋转，实现所述喷嘴的上下移动。

[0029] 本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

[0030] 1）本发明利用膜分离器对空气进行分离，分离出氧气和二氧化碳气体，其中所分离出的氧气存储于氧气储罐，所分离出的二氧化碳气体被排出，通过对加热装置的燃料进行富氧燃烧，可减少NOx污染排放。

[0031] 2）本发明进一步对厌氧发酵罐内产生的沼气进行物理分离，产生CH4体积浓度超过86%的可燃气体和富CO2气体，分别用于富氧燃烧的燃料和气液两相射流的气源，实现厌氧发酵系统利用自产气体对发酵原料进行同时搅拌和加热，并维持发酵罐内厌氧气氛的目的，同时，使热水锅炉燃烧容积热负荷提高50%以上，减少NOx污染排放85%以上。

[0032] 3）本发明通过可移动气液两相射流可以实现厌氧发酵罐内不同位置的发酵原料的搅拌和加热，强化了发酵原料内部的传热和传质，可使厌氧发酵罐的容积产气率增加8%以上，且具有维护、检修方便的特点；

[0033] 4）在厌氧发酵罐产气和不产气的工况下，均可同时实现发酵原料的搅拌和加热，也可以实现厌氧发酵罐内发酵原料的单独搅拌或加热，降低了厌氧发酵系统的能耗，提高了厌氧发酵系统运行的经济性。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1是本发明所提供的生物质厌氧发酵罐移动式气液两相射流搅拌与加热系统示意图。

[0036] 图2是图1中的气液两相射流装置结构示意图；

[0037] 图3是图2中的喷嘴支杆结构图；

[0038] 图4是图2中的喷嘴结构剖视图。

[0039] 图中：

[0040] 1-第一压气机；2-第一膜分离器；3-第二膜分离器；4-二氧化碳储罐；5-第三风机；6-第二压气机；7-阀门；8-阀门；9-甲烷储罐；10-第二风机；11-氧气储罐；12-第一风机；13-导向套；14-喷嘴支杆,141-移位导槽；15a-摆动电机，15b-驱动电机；16-喷嘴，161-蒸汽入口，162-气体入口；17-储气室；18-发酵罐；19-气体燃烧器；20-热水锅炉；
21-油燃烧器；22-阀门；23-给水泵；24-油泵；25-水箱；26-油罐；27、28-阀门；29-支架；
30-缠绕装置；31-钢丝绳。

具体实施方式

[0041] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0042] 本发明提供了一种生物质厌氧发酵罐搅拌与加热方法，其具体方法如下：

[0043] 将空气中的氧气分离出，并对燃料进行富氧燃烧；通过富氧燃烧产生的热量加热给水；将厌氧发酵罐18所产生沼气中的至少一种气体与加热给水混合，并对生物质发酵罐18进行气液两相搅拌。

[0044] 其中的燃料为油然料，油燃料经雾化后与从空气中分离出的氧气混合进行富氧燃烧，当生物质厌氧发酵罐18处于启动时，发酵罐18上面的储气室17没有产生沼气或产生的沼气不足，油燃料与分离出的氧气混合进行富氧燃烧来加热给水，也可用于厌氧发酵罐18的正常运行过程中。

[0045] 再优选的方案是在生物质厌氧发酵罐正常运行时，将发酵罐中所产生的沼气进行膜分离，分别得到甲烷燃料和二氧化碳气体；将所分离出的甲烷燃料与分离出的氧气混合后进行富氧燃烧，并加热给水；分离出的二氧化碳气体与加热后的给水混合后对生物质发酵罐进行气液两相搅拌与加热。

[0046] 这里的厌氧发酵罐所产生的沼气经膜分离后得到甲烷的体积浓度优选大于86%，空气经膜分离后分离出氧气的容积浓度优选大于75%。

[0047] 如图1和图2所示，本发明还提供了一种生物质厌氧发酵罐搅拌与加热系统，包括发酵罐18、加热装置、气液两相射流装置和气体分离装置，气液两相射流装置设置于发酵罐18内，加热装置用于给发酵罐18中的介质进行加热，气体分离装置用于将空气中的氧气进行分离；气体分离装置与加热装置连接，所分离出的氧气经管路与加热装置中的燃料混合进行富氧燃烧，所产生的热量供给加热装置中的给水；气液两相射流装置分别接收加热装置的给水及发酵罐18中所产生沼气中的至少一种气体，用于对发酵罐18中的介质进行气液两相搅拌与加热。

[0048] 其中的加热装置包括：热水锅炉20、油罐26和油燃烧器21，油罐26通过油泵24与油燃烧器21的进油口连接，气体分离装置的所分离出的氧气通过第一风机12与油燃烧器21的进气口连接；油燃烧器21用于给热水锅炉20提供热源。

[0049] 其中的气体分离装置包括第一压气机1、第一膜分离器2和氧气储罐11，第一膜分离器2的进气口与第一压气机1的出气口连接，第一膜分离器2的氧气分离出口与氧气储罐11连接，氧气储罐11通过第一风机12与油燃烧器21的进气口连接，主要用于发酵罐18的启动。

[0050] 气体分离装置还包括第二压气机6、第二膜分离器3和甲烷储罐9，第二压气机6的进气口与发酵罐18上部的储气室17连接，第二压气机6的出气口与第二膜分离器3的进气口连接，第二膜分离器3用于将发酵罐18中的沼气分离出甲烷燃料和二氧化碳气体，所分离出的甲烷燃料储存于甲烷储罐9中；加热装置中还设有气体燃烧器19，甲烷储罐9和氧气储罐11分别与气体燃烧器19的进气口连接，用于对所分离出的甲烷燃料进行富氧燃烧，为热水锅炉20提供热源；同时在气体分离装置中还设有与第二膜分离器3的二氧化碳分离出口相连接的二氧化碳储罐4，二氧化碳储罐4通过第三风机5与气液两相射流装置连接，气液两相射流装置分别接收二氧化碳气体及加热后的给水，对发酵罐18中的介质进行气液两相搅拌，主要用于发酵罐18启动后的正常工作状态下。

[0051] 其中的气液两相射流装置如图2所示，包括：喷嘴16、喷嘴支杆14、摆动电机15a及移位机构，喷嘴支杆14沿发酵罐18的高度方向设置于发酵罐18的内壁上，喷嘴支杆14上设有移位导槽141，如图3所示，喷嘴16的一端设置于移位导槽141中，且与喷嘴支杆14间形成滑动配合连接；摆动电机15a与喷嘴支杆14连接，用于驱动喷嘴支杆14按一定角度作周期性摆动，喷嘴支杆的上端设置一导向套13，导向套13与喷嘴支杆14相对旋转连接，导向套13与发酵罐18内壁相对固定连接；移位机构与喷嘴16连接，用于驱动喷嘴16沿移位导槽141作上下周期性移动。

[0052] 喷嘴16结构如图4所示，喷嘴16上设有与热水锅炉20的蒸汽出口相连接的蒸汽入口161，靠近喷嘴16的出口端设有与第三风机5的出风口相连接的气体入口162。

[0053] 其中的移位机构包括驱动电机15b、钢丝绳31和缠绕装置30，缠绕装置30与喷嘴支杆14通过支架29相对固定连接，驱动电机15b用于驱动缠绕装置30旋转，钢丝绳31缠绕于缠绕装置30上，钢丝绳31的一端与喷嘴16固定连接，通过驱动电机15b带动缠绕装置30正反旋转，实现喷嘴16的上下移动。当然这里的移位机构也可以为丝杠驱动结构或其他结构。

[0054] 实施例1

[0055] 附图1是实施例1的系统示意图。

[0056] 在实施例1中，厌氧发酵系统正常运行，厌氧发酵罐18内产生的沼气储存在位于发酵罐顶部的储气室17内，沼气经阀门7（此时阀门8关闭）进入压气机6进行压缩，压缩后的沼气送入第二膜分离器3进行物理分离，将沼气分离成CH4体积浓度超过86%的可燃气体和富CO2气体。含CH4体积浓度超过86%的可燃气体储存在甲烷储罐9中，富CO2气体储存于二氧化碳储罐4中。空气经第一压气机1和第一膜分离器2分离成O2容积浓度超过75%的富氧和富N2气体，富氧储存在氧气储罐11中，富N2气体排入大气。氧气储罐11中的富氧经第一风机12进入气体燃烧器19（阀门28开启，阀门27关闭）与经第二风机10输送的甲烷储罐9的CH4体积浓度超过86%的可燃气体混合，进行富氧燃烧。在热水锅炉20中，富氧燃烧产生的热量加热给水。来自水箱25中的给水由给水泵23送入热水锅炉20（阀门
22关闭），经化学处理的锅炉补水送入水箱25。热水锅炉20产生的热水送入喷嘴16，热水在喷嘴16中的加速形成局部负压，将来自二氧化碳储罐4中的富CO2由第三风机5送入的富CO2气体吸入，形成气液两相射流，气液两相射流的喷嘴16设置在沿发酵罐18高度方向安装于喷嘴支杆14的移位导槽141中，由驱动电机15b驱动缠绕装置30旋转，并通过钢丝绳31带动喷嘴16沿发酵罐高度方向自由移动，相应的限位机构限定喷嘴16的垂直移动距离；同时，喷嘴16出口的两相射流与发酵罐18内壁形成一定的角度，通过摆动电机15b驱动喷嘴支杆14按一定角度摆动，从而实现喷嘴喷射角度的变换。本发明可沿发酵罐18内壁布置多个气液两相射流喷嘴16，可以强化发酵原料的搅拌与加热，控制气液两相射流的出口速度和出口压力，可以改变气液两相射流的刚性，提高发酵原料的搅拌强度和加热速率。

[0057] 对发酵系统产生的沼气和空气分别进行物理分离，得到高CH4浓度的可燃气体和富氧，二者在热水锅炉中进行富氧燃烧，降低NOx的排放，同时利用富CO2气体作为气液两相射流的气源，与热水锅炉20产生的热水形成气液两相射流，气液两相射流设计成可移动的，强化了发酵原料内部的传热与传质，提高了对发酵原料的搅拌强度和加热速率，可使发酵罐的容积产气率提高8%以上。利用发酵系统自产的沼气作为燃料和射流气源，有利于保持发酵罐内的厌氧氛围，提高了沼气的能源化与资源化利用率，并实现了大幅度减少NOx排放的目的，提高了生物质厌氧发酵系统的经济性和环境友好性。

[0058] 实施例2

[0059] 附图1也是实施例2的系统示意图。

[0060] 在实施例2中，若厌氧发酵系统处于启动阶段，发酵罐18内没有沼气产生，储气室17内的气体经阀门8（此时阀门7关闭）进入二氧化碳储罐4。空气经第一压气机1和第一膜分离器2分离成O2容积浓度超过75%的富氧和富N2气体，富氧储存在氧气储罐11中，富N2气体排入大气。氧气储罐11中的富氧经第一风机12进入油燃烧器21（阀门27开启，阀门28关闭），来自油罐26的燃油经油泵24进入油燃烧器21并进行雾化，完成富氧燃烧。
在热水锅炉20中，富氧燃烧产生的热量加热给水，来自水箱25的给水由给水泵23送入热水锅炉20（阀门22关闭），经化学处理的锅炉补水供入水箱25，热水锅炉20产生的热水送入喷嘴16，热水在喷嘴16中加速形成局部负压，将储气罐4中的气体经第三风机5吸入喷嘴16，形成气液两相射流，气液两相射流子系统的运行状况与实施例1相同。即在发酵罐启动阶段，本发明满足发酵原料搅拌和加热要求的同时，促进了储气室17内厌氧氛围的形成。此外，油的富氧燃烧也可大幅度减少NOx的排放。

[0061] 综上所述，实施例1和实施例2说明本发明可以在发酵罐正常运行阶段或启动阶段，均可实现发酵原料的搅拌和加热，并有利于发酵罐内厌氧氛围的形成和保持，并可大幅度减少NOx的排放，具有显著的经济效益和社会效益。

[0062] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。