高固体厌氧消化沼气生产中的组合搅拌方法及装置

摘要

本发明公开了一种高固体厌氧消化沼气生产中的组合搅拌方法及装置。圆柱型密闭反应器壁的下部安装有径向搅拌器和切向搅拌器，反应器壁紧贴反应器底面等分连接4～20个排沙管，反应器壁的上部连接进料管，反应器底部连接大出料管。将一个进出料周期分成两个阶段，分别进行切向和径向组合搅拌，进料后先进行径向搅拌，然后切向搅拌，使沙石在离心作用下集中到反应器底部周边，然后打开排沙管，沙石随着离心作用形成的射流排出，出料和排沙同时完成，然后关闭排沙管，停止切向搅拌，进行进料，循环轮流使用两种搅拌形成两种不同的搅拌流场，相互消除搅拌死角，避免物料结壳和沙累积，保证系统稳定运行。本发明主要用于生产沼气。

说明书

技术领域

本发明涉及沼气生产方法，尤其是涉及一种高固体厌氧消化沼气生产中的组合搅拌方法及装置。

背景技术

搅拌与破壳是高固体厌氧消化生产沼气过程中的关键环节。当固体浓度超过10％时，完全混合厌氧反应器(CSTR)是比较理想的选择。搅拌所需要的能耗是完全混合厌氧消化过程的主要运行成本之一，因此采用节能高效的搅拌方式是降低系统运行成本的有效途径。同时，搅拌还直接影响固体物料的厌氧消化效果。在一个反应器中，固体物料和功能微生物的均匀分布与紧密接触是高效厌氧消化的必要基础。目前一般都采用单一的搅拌方法，所形成的搅拌流场是固定的，因此单一搅拌方式下不可避免存在搅拌死角。在搅拌死角区域中，物料得不到搅拌，消化不完全，降低了物料的利用率。

单一搅拌还存在物料“结壳”的问题，在搅拌死角结壳问题尤其严重。高固体厌氧消化过程中，产生的沼气将固体物料中难分解的纤维素等物质携带至液面，如果得不到搅拌，这些物料就会变干并逐渐黏结在一起，形成功能微生物难以接触、消化的硬壳。现有一些技术在搅拌死角安装类似于轱辘的搅拌器，通过这种额外的搅拌来专门搅动漂浮在液面上的纤维素等物质，实现破壳，但这需要额外的装置和能耗。目前尚无技术将搅拌与破壳有效结合在一起，使搅拌兼具破壳功能。

此外，很多固体物料都含有很多沙、石等杂质，这些杂质在反应器中会侵占反应器的有效容积，增加搅拌难度和能耗，堵塞和磨损管道，累积时间过长的沙石杂质会在反应器中固化，严重影响系统的正常运行。目前我国现有的一些规划化沼气工程或多或少都面临除沙的困境。现有的搅拌方式均不利于沙的沉淀，未能将搅拌与除沙有效结合起来，不具备除沙功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高固体厌氧消化沼气生产中的组合搅拌方法及装置，解决高固体厌氧消化生产沼气过程单一搅拌方式下存在搅拌死角使物料利用率低下、物料易在液面结壳硬化、不具备除沙功能而使沙在反应器内累积等技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、本发明的高固体厌氧消化沼气生产中的组合搅拌方法：

将一个进出料周期分成两个阶段，分别进行切向搅拌和径向搅拌，形成组合搅拌，进料后先进行径向搅拌，即利用搅拌器沿反应器底面直径方向推动液体，使液体上下翻腾搅拌，然后停止径向搅拌，进行下一阶段的切向搅拌，即利用另一个搅拌器沿底面边缘切线方向推动液体形成旋转离心流场，一方面完成搅拌，另一方面沙石在离心作用下集中到反应器底部周边，然后打开反应器底部周边的排沙管，沙石随着离心作用形成的射流排出，出料和排沙同时完成，然后关闭排沙管，停止切向搅拌，进行进料，如此循环轮流使用两种搅拌方式，形成两种不同的搅拌流场，相互消除搅拌死角，避免物料结壳和沙累积，保证系统稳定运行。

二、本发明的高固体厌氧消化沼气生产中的组合搅拌装置：

包括反应器、4～20个排沙管、径向搅拌器、切向搅拌器、进料管和大出料管；反应器为圆柱型密闭容器，反应器壁的下部安装有径向搅拌器和切向搅拌器，径向搅拌器的轴呈水平，方向与反应器底面的直径方向相同，切向搅拌器的轴呈水平，方向与反应器底面的切线方向相同，反应器壁紧贴反应器底面等分连接4～20个排沙管，反应器壁的上部连接进料管，反应器底部连接大出料管。

所述的一个进料周期中的径向搅拌和切向搅拌时长分配根据物料特性确定，各占一个进料周期的四分之一至二分之一。

本发明具有的有益的效果是：

1.循环轮流使用切向搅拌和径向搅拌两种搅拌方式，形成两种不同的搅拌流场，相互消除搅拌死角，避免物料结壳，使物料与功能微生物均匀接触，得以高效利用生产沼气，使搅拌兼具破壳功能，节约了能耗。

2.通过切向搅拌形成的离心作用使沙石集中在反应器底面周边，再及时排出，可以保证沙石等杂质仅在反应器内停留一个进出料周期，避免累积，降低沙石对反应器的破坏，使搅拌兼具除沙功能，节约了能耗，保证系统的稳定运行。

本发明主要用于生产沼气。

附图说明

图1是本发明的反应器横向剖面图。

图2是本发明的反应器纵向剖面图。

图3是本发明的切向搅拌状态下的反应器流场分布平面图。

图4是本发明的径向搅拌状态下的反应器流场分布剖面图。

图中：1.反应器，2.排沙管，3.径向搅拌器，4.切向搅拌器，5.进料管，6.大出料管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括反应器1、4～20个排沙管2、径向搅拌器3、切向搅拌器4、进料管5和大出料管6；反应器1为圆柱型密闭容器，反应器1壁的下部安装有径向搅拌器3和切向搅拌器4，径向搅拌器3的轴呈水平，方向与反应器1底面的直径方向相同，切向搅拌器4的轴呈水平，方向与反应器1底面的切线方向相同，反应器1壁紧贴反应器底面等分连接4～20个排沙管2，反应器1壁的上部连接进料管5，反应器1底部连接大出料管6。

所述的一个进料周期中的径向搅拌和切向搅拌时长分配根据物料特性确定，各占一个进料周期的四分之一至二分之一。

本发明将一个进出料周期分成两个阶段，分别进行切向搅拌和径向搅拌，形成组合搅拌，进料后先进行径向搅拌，即利用搅拌器沿反应器底面直径方向推动液体，使液体上下翻腾搅拌，然后停止径向搅拌，进行下一阶段的切向搅拌，即利用另一个搅拌器沿底面边缘切线方向推动液体形成旋转离心流场，一方面完成搅拌，另一方面沙石在离心作用下集中到反应器底部周边，然后打开反应器底部周边的排沙管，沙石随着离心作用形成的射流排出，出料和排沙同时完成，然后关闭排沙管，停止切向搅拌，进行进料，如此循环轮流使用两种搅拌方式，形成两种不同的搅拌流场，相互消除搅拌死角，避免物料结壳和沙累积，保证系统稳定运行。

具体实施例：

反应器1壁高10米、底部直径20米，径向搅拌器3和切向搅拌器4均为15千瓦的轴流螺旋桨搅拌器，轴与反应器1底面的垂直距离为螺旋桨长度的2倍，轴伸入反应器1内0.5～1米，排沙管2设8个，内径为10厘米，进料管5内径为20厘米，距离反应器1壁顶端2米，大出料管6内径为50厘米，位于反应器1底面正中间。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。