一种厌氧消化沼渣水热装置及方法

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一种厌氧消化沼渣水热装置及方法
申请号	CN202111252039.9	申请日	2021-10-26	公开(公告)号	CN113941588A	公开(公告)日	2022-01-18
申请人	浙江天地环保科技股份有限公司; 浙江工商大学;			发明人	孙科; 何若; 廖达琛; 王婧; 叶强; 常星岚; 奚爽;
摘要	本发明涉及厌氧消化沼渣水热装置，包括水热反应装置和水蒸气加热系统；所述水热反应装置包括水热罐体、电辅助加热装置、温度控制器、保温装置、水蒸气加热盘管、进气阀、出气阀和搅拌装置；水热罐体外侧设有电辅助加热装置，电辅助加热装置外侧设有保温装置；水热罐体内部设有水蒸气加热盘管；水热罐体的进气口和出气口分别设有进气阀和出气阀；所述水蒸气加热系统包括水蒸气发生器、水蒸气调节阀、水蒸气输出管和水蒸气回流管。本发明的有益效果是：本发明通过水蒸气加热系统和压力控制装置为水热罐体提供高温高压环境，可以对有机固体废弃物厌氧消化沼渣中难降解有机物进行转化，实现有机固体废弃物的减量化和无害化。
权利要求	1.一种厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：包括水热反应装置(1)和水蒸气加热系统(2)；所述水热反应装置(1)包括水热罐体(11)、电辅助加热装置(12)、温度控制器(14)、保温装置(15)、水蒸气加热盘管(16)、进气阀(17)、出气阀(18)和搅拌装置；水热罐体(11)外侧设有电辅助加热装置(12)，电辅助加热装置(12)外侧设有保温装置(15)；水热罐体(11)内部设有水蒸气加热盘管(16)；水热罐体(11)的进气口和出气口分别设有进气阀(17)和出气阀(18)；水热罐体(11)设有温度控制器(14)；水热罐体(11)设有搅拌装置；所述水蒸气加热系统(2)包括水蒸气发生器(26)、水蒸气调节阀(21)、水蒸气输出管(24)和水蒸气回流管(25)；水蒸气发生器(26)通过水蒸气输出管(24)和水蒸气回流管(25)连接水热罐体(11)中的水蒸气加热盘管(16)；水蒸气输出管(24)和水蒸气回流管(25)还分别连接进气阀(17)和出气阀(18)；水蒸气输出管(24)始端设有水蒸气调节阀(21)。 2.根据权利要求1所述的厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：所述搅拌装置由搅拌控制器(13)和搅拌装置扇叶(111)组成，搅拌装置扇叶(111)位于水热罐体(11)内部。 3.根据权利要求2所述的厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：所述搅拌装置扇叶(111)采用上下两层，上层的搅拌装置扇叶(111)置于水热罐体中部位置，下层的搅拌装置扇叶(111)置于水热罐体底部位置，上层的搅拌装置扇叶(111)外侧设有上层导流板(113)，下层的搅拌装置扇叶(111)外侧设有下层导流板(112)，上层导流板(113)和下层导流板(112)均为双曲面圆环结构。 4.根据权利要求1所述的厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：所述水热罐体(11)设有第一防爆压力表(19)。 5.根据权利要求1所述的厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：所述水热罐体(11)底部设有出口开关阀(31)。 6.根据权利要求1所述的厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：所述水蒸气发生器(26)设有第二防爆压力表(22)和安全阀(23)。 7.根据权利要求1所述的厌氧消化沼渣水热装置，其特征在于：所述水热罐体(11)由中间罐体、罐顶和罐底组成，中间罐体是固定的，罐顶和罐底分别通过法兰和螺栓螺母连接中间罐体。 8.一种如权利要求1所述的厌氧消化沼渣水热装置的工作方法，其特征在于：水蒸气发生器(26)产生的水蒸气通过水蒸气输出管(24)进入水蒸气加热盘管(16)，再通过水蒸气回流管(25)回流至水蒸气发生器(26)；通过温度控制器(14)显示水热罐体(11)内的温度，调控水蒸气调节阀(21)开度以调节水蒸气的输送量，直至达到设定温度；同时，水蒸气通过进气阀(17)进入水热罐体(11)，再通过出气阀(18)流出水热罐体(11)；蒸汽进入水热罐体(11)时，压力增大，通过第一防爆压力表(19)检测水热罐体(11)内的压力，调控进气阀(17)和出气阀(18)开度以调节水热罐体(11)内的压力，直至达到设定压力。
说明书全文	一种厌氧消化沼渣水热装置及方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种厌氧消化沼渣水热闪蒸装置，属于环保能源技术领域。背景技术 [0002] 随着经济的快速发展和人们生活水平的提高，我国固体废弃物的产量逐年增加，其中每年产生的有机固体废弃物将近45亿吨，且以10％的增速逐年增加。厌氧消化技术是指利用微生物在厌氧条件下降解各类有机质转化产生沼气并释放能量的过程，同时伴随沼液、沼渣的产生，是目前处理有机固体废弃物的常用工艺。厌氧消化技术通常包括水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段。在厌氧消化过程中碳水化合物可以较快被降解，其次为蛋白质和脂肪，而纤维素和木质素等通常较难降解，滞留在厌氧消化沼渣中。由于厌氧消化沼渣成分复杂，且存有重金属超标的问题，后续直接用作肥料存有一定的挑战。若直接丢弃，则不仅会污染环境，而且会造成资源的浪费。 [0003] 水热技术是指在密闭反应釜中，利用高温高压条件实现难降解物质的转化，该技术在处理厌氧消化沼渣上具有较好的应用前景。水热技术的优势主要包括：1)不受原料含水率的限制，适用于含水率较高的废弃物降解；2)在高温高压下，利用水的介电常数降低，使难溶性物质易于溶解，利于难降解类有机物的转化；3)可获得性质较好的水热产物，比如生物炭材料；4)反应过程中通过对纤维素、木质素等的降解获得更高的产气量；5)水热反应产物混合原料厌氧消化可进一步促进有机废弃物资源化，提高产气量。由此可见，水热技术是一种解决厌氧消化沼渣产生量大且较难处理瓶颈的关键技术，其不仅可实现有机固体废弃物无害化、减量化的目的，而且可以提高沼气产量。 [0004] 目前，市面上水热反应罐主要采用高温(250‑400℃)和高压(10‑50Mpa)，水热液化制取化学品/生物油、生物炭等。水热反应罐采用电加热，升温过程慢且温度稳定性不佳，在实际工程上由于高温高压操作控制要求较高。在厌氧消化过程中产物沼气是一种清洁的能源，其可用于厌氧消化系统水蒸气生成，用于系统水热反应。为了提高有机物厌氧消化产气量，开发设计一种可用于厌氧消化沼渣的水热装置，提高厌氧消化沼渣的可生物降解性，对有机固体废弃物的处置具有重要意义。发明内容 [0005] 本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种厌氧消化沼渣水热装置及方法，以提高厌氧消化沼渣中难降解有机物的转化，同时生成的水热产物可用于厌氧消化过程以提高有机固体废弃物的资源化、减量化和无害化。 [0006] 这种厌氧消化沼渣水热装置，包括水热反应装置和水蒸气加热系统； [0007] 所述水热反应装置包括水热罐体、电辅助加热装置、温度控制器、保温装置、水蒸气加热盘管、进气阀、出气阀和搅拌装置；水热罐体外侧设有电辅助加热装置，电辅助加热装置外侧设有保温装置；水热罐体内部设有水蒸气加热盘管；水热罐体的进气口和出气口分别设有进气阀和出气阀；水热罐体设有温度控制器；水热罐体设有搅拌装置； [0008] 所述水蒸气加热系统包括水蒸气发生器、水蒸气调节阀、水蒸气输出管和水蒸气回流管；水蒸气发生器通过水蒸气输出管和水蒸气回流管连接水热罐体中的水蒸气加热盘管；水蒸气输出管和水蒸气回流管还分别连接进气阀和出气阀；水蒸气输出管始端设有水蒸气调节阀。 [0009] 作为优选：所述搅拌装置由搅拌控制器和搅拌装置扇叶组成，搅拌装置扇叶位于水热罐体内部。 [0010] 作为优选：所述搅拌装置扇叶采用上下两层，上层的搅拌装置扇叶置于水热罐体中部位置，下层的搅拌装置扇叶置于水热罐体底部位置，上层的搅拌装置扇叶外侧设有上层导流板，下层的搅拌装置扇叶外侧设有下层导流板，上层导流板和下层导流板均为双曲面圆环结构。 [0011] 作为优选：所述水热罐体设有第一防爆压力表。 [0012] 作为优选：所述水热罐体底部设有出口开关阀。 [0013] 作为优选：所述水蒸气发生器设有第二防爆压力表和安全阀。 [0014] 作为优选：所述水热罐体由中间罐体、罐顶和罐底组成，中间罐体是固定的，罐顶和罐底分别通过法兰和螺栓螺母连接中间罐体。 [0015] 这种厌氧消化沼渣水热装置的工作方法：水蒸气发生器产生的水蒸气通过水蒸气输出管进入水蒸气加热盘管，再通过水蒸气回流管回流至水蒸气发生器；通过温度控制器显示水热罐体内的温度，调控水蒸气调节阀开度以调节水蒸气的输送量，直至达到设定温度；同时，水蒸气通过进气阀进入水热罐体，再通过出气阀流出水热罐体；蒸汽进入水热罐体时，压力增大，通过第一防爆压力表检测水热罐体内的压力，调控进气阀和出气阀开度以调节水热罐体内的压力，直至达到设定压力。 [0016] 本发明的有益效果是：本发明通过水蒸气加热系统和压力控制装置为水热罐体提供高温高压环境，可以对有机固体废弃物厌氧消化沼渣中难降解有机物进行转化，实现有机固体废弃物的减量化和无害化；转化后的难降解物质可再次被利用，与有机固体废弃物混合厌氧消化，可以加快有机质的降解，降低有毒有害物质的浓度，提高厌氧消化的沼气产量，实现有机固体废弃物的资源化利用，生成的产物可以用于原料的混合厌氧消化，大大节约了人力成本；该水热装置的使用可以明显提高有机固体废弃物的资源化利用，不仅可以解决资源短缺问题，还可以减少固体废弃物产量，改善环境。附图说明 [0017] 图1为厌氧消化沼渣水热装置的结构示意图。 [0018] 附图标记说明：1水热反应装置；11水热罐体；12电辅助加热装置；13搅拌控制器；14温度控制器；15保温装置；16水蒸气加热盘管；17进气阀；18出气阀；19第一防爆压力表； 111搅拌装置扇叶；112下层导流板；113上层导流板；2水蒸气加热系统；21水蒸气调节阀；22 第二防爆压力表；23安全阀；24水蒸气输出管；25水蒸气回流管；26水蒸气发生器；31出口开关阀。具体实施方式 [0019] 下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 [0020] 实施例一 [0021] 本申请提供一种厌氧消化沼渣水热装置，通过在水热反应装置内提供高温高压环境，将有机固体废弃物厌氧消化沼渣中难降解有机物水解转化为易于降解的有机物。同时水热反应装置采用水蒸气加热为主，并辅以电加热，能较稳定地控制系统的温度，并且进行压力控制，使有机物在适宜温度和压力下进行转化。这不仅实现了对厌氧消化沼渣中难降解有机物的高效水热转化，而且水热反应产物与原料混合进行厌氧消化，可以提高有机固体废弃物产沼和产甲烷量，在有机固体废弃物领域具有极大的应用潜力。其结构包括水热反应装置1和水蒸气加热系统2。 [0022] 所述水热反应装置1包括水热罐体11、电辅助加热装置12、搅拌控制器13、温度控制器14、保温装置15、水蒸气加热盘管16、进气阀17、出气阀18、第一防爆压力表19、搅拌装置扇叶111、下层导流板112和上层导流板113；水热罐体11外侧设有电辅助加热装置12，电辅助加热装置12外侧设有保温装置15；水热罐体11内部设有水蒸气加热盘管16；水热罐体 11的进气口和出气口分别设有进气阀17和出气阀18；水热罐体11设有温度控制器14；水热罐体11设有搅拌装置，搅拌装置由搅拌控制器13和搅拌装置扇叶111组成，搅拌装置扇叶 111位于水热罐体11内部，搅拌装置扇叶111采用上下两层，上层置于水热罐体中间偏上位置，下层置于水热罐体底部偏上位置，上层的搅拌装置扇叶111外侧设有上层导流板113，下层的搅拌装置扇叶111外侧设有下层导流板112，导流板均为双曲面圆环结构；水热罐体11 设有第一防爆压力表19；水热罐体11底部设有出口开关阀31，可以控制物料流出。 [0023] 所述水蒸气加热系统2是水热罐体11的主要加热体系，包括水蒸气发生器26、水蒸气调节阀21、第二防爆压力表22、安全阀23、水蒸气输出管24和水蒸气回流管25；水蒸气发生器26通过水蒸气输出管24和水蒸气回流管25连接水热罐体11中的水蒸气加热盘管16，进行水蒸气加热；水蒸气输出管24和水蒸气回流管25分别连接进气阀17和出气阀18，进行压力控制；水蒸气输出管24始端设有水蒸气调节阀21；水蒸气发生器26设有第二防爆压力表 22和安全阀23，当水蒸气发生器26内的蒸汽压力过大时，可打开安全阀释放蒸汽。 [0024] 实施例二 [0025] 在实施例一的基础上，本申请实施例二提供一种更具体的厌氧消化沼渣水热装置，具体如下： [0026] 所述水热罐体11的结构为上下法兰，需用螺栓螺母紧固，水热罐体选用的材质为316L不锈钢，水热罐体按耐压不低于5MPa设计。水热罐体11由中间罐体、罐顶和罐底组成，中间罐体是固定的，罐顶和罐底分别通过法兰和螺栓螺母连接中间罐体。 [0027] 所述水热罐体采用水蒸气加热，并根据需要进行电辅助加热，根据厌氧消化沼渣有机物降解程度和有机物种类选择160‑210℃工作温度，所述水热罐体设置有温度控制器，可监测罐体和罐内温度。 [0028] 通过水蒸气加热系统实现水热罐体高温和高压环境。所述水蒸气发生器26内装入适量水，当水热反应装置内达到设定温度时，调节水蒸气调节阀21，使水热反应罐保持恒定温度。所述水蒸气加热盘管16连接水蒸气输出管24和水蒸气回流管25，并通过温度控制器 14显示温度，调控水蒸气调节阀21开度以调节水蒸气的输送量，达到控制温度的目的；进气阀17、出气阀18和第一防爆压力表19组成压力控制装置，水蒸气输出管24、水蒸气回流管25 分别连接进气阀17、出气阀18，蒸汽进入水热罐体11时，压力变大，通过第一防爆压力表19 检测水热罐体内压力，最终达到控制压力的目的。所述水蒸气输出管24和水蒸气回流管25 采用316L不锈钢。厌氧消化沼渣中难降解有机物在适宜的高温高压水热环境下更容易发生转化，因此在本实施例中水热罐体内的压力控制在5MPa以上。 [0029] 所述搅拌装置包括搅拌控制器13和搅拌装置扇叶111，材质为316L不锈钢。为了使水热反应更均匀更迅速，采用机械搅拌的方式对水热罐体11内的原料进行搅拌以加速反应。为进一步提升物料的加热均匀性，设置两层搅拌装置扇叶111，并在其外侧设置两层导流板，使物料经搅拌提升至罐体两侧，从而提高了整个罐体的物料搅拌流态，使物料搅拌和加热更加均匀。本发明中根据原料的粒径大小、有机质种类的不同，采用的转速为20‑ 200rpm，电机功率为400W。 [0030] 实施例三 [0031] 本申请实施例三提供一种厌氧消化沼渣水热装置的工作方法：水蒸气发生器26产生的水蒸气通过水蒸气输出管24进入水蒸气加热盘管16，再通过水蒸气回流管25回流至水蒸气发生器26；通过温度控制器14显示水热罐体11内的温度，调控水蒸气调节阀21开度以调节水蒸气的输送量，直至达到设定温度；同时，水蒸气通过进气阀17进入水热罐体11，再通过出气阀18流出水热罐体11；蒸汽进入水热罐体11时，压力增大，通过第一防爆压力表19 检测水热罐体11内的压力，调控进气阀17和出气阀18开度以调节水热罐体11内的压力，直至达到设定压力。