一种厌氧反应热循环平衡系统的制作方法

1.本发明涉及厌氧反应设备领域，尤其涉及一种厌氧反应热循环平衡系统。


背景技术：

2.厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解有机物质，实现稳定化、资源化非常有效的一种处理工艺。温度是影响厌氧消化的关键参数。温度的波动超过2℃就会影响消化效果和产气率。因此，操作过程中需要控制稳定的运行温度，变化范围宜控制在
±
1℃内。而原料温度取决于气候条件，预计冬季温度在0-5℃之间，夏季温度在20-25℃之间。
3.常规厌氧工程配备油气两用热水锅炉，通过厌氧系统产生的沼气部分供给锅炉系统用于原料的加温和系统保温。在沼气用途为发电的项目中，通过热电联产同样会产生热量可供原料的加温和系统保温，但为了保证系统稳定性，仍然会设置锅炉作为保险热源。
4.现有热循环系统，热源分别为热电联产和锅炉系统，需热端包括反应器保温管线、厂区供暖系统、其他需热点。通过板式换热器将各用热点的循环水加热，达到供热的效果。通常通过循环管线的温度计控制发电机或锅炉的启停，当板式换热器供热侧的水温降低到一定温度时，开启发电机或锅炉；当水温升高到一定温度时，停止发电机或锅炉。
5.但现有的热循环系统，由于循环水管线中的水量较小，会造成发电机或锅炉的反复频繁启停，对设备造成影响，同时反复冷却加热也造成能源的浪费；其次，发电机的主要功能是发电，所谓热电联产的热只是副产品，由于厌氧反应器随时都会产生沼气，虽然有气柜作为暂存，但发电机多数时候需要连续运行，无法根据需热端的情况进行随时启停。
6.同时，由于厌氧发酵系统调试期较长，存在物料来料量波动的情况，系统产气量存在长期无法达到设计值的情况。如果沼气按照热电联产路线进行利用，由于发电机的运行负荷限制，存在全天需热、但供热不连续的情况。
7.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供了一种厌氧反应热循环平衡系统，能缓存系统中的热量，及时为系统中需要的设备提供，避免由于循环水管线中的存水量较小，无法缓存较大热量，会造成发电机或锅炉的反复频繁启停，对设备造成影响，同时反复冷却加热也造成能源的浪费的问题。
9.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
10.本发明实施方式提供一种厌氧反应热循环平衡系统，包括：
11.热平衡罐、发电机、第一循环水泵、锅炉、第二循环水泵、厌氧反应器、第三循环水泵、用热点设备和第四循环水泵；其中，
12.所述热平衡罐的罐体内的中间部位设有连通式横隔板，将所述罐体内分隔为经连通式横隔板连通的上层热水存储室和下层回水存储室；
13.所述热平衡罐的罐体的上部分别设置热水出口和加热水进口，所述热水出口和加热水进口分别与所述上层热水存储室内连通；
14.所述热平衡罐的罐体的下部分别设置回水进口和加热水出口，所述回水进口和加热水出口分别与所述下层回水存储室内连通；
15.所述热平衡罐的加热水出口经管路与所述发电机的进水端连接，所述发电机的热水端经设置所述第一循环水泵的管路与所述热平衡罐的加热水进口连接；
16.所述热平衡罐的加热水出口经管路与所述锅炉的进水端连接，所述锅炉的热水进水端经设置所述第二循环水泵的管路与所述热平衡罐的加热水进口连接；
17.所述热平衡罐的热水出口经设置所述第三循环水泵的管路与所述厌氧反应器连接，所述厌氧反应器的出水端经管路与所述热平衡罐的回水进口连接；
18.所述热平衡罐的热水出口经设置所述第四循环水泵的管路与所述用热点设备连接，所述用热点设备的出水口经管路与所述热平衡罐的回水进口连接。
19.与现有技术相比，本发明所提供的厌氧反应热循环平衡系统，其有益效果包括：
20.通过设置热平衡罐，将供热端的热量通过热平衡罐中的热水进行缓存，避免发电机和锅炉的频繁启停，同时在发电机作为主要热源时，可以在发电机连续运行时起到热量储存的作用，在发电机停止时仍可以持续为用电端提供热量，避免系统中热量的浪费。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
22.图1为本发明实施例提供的厌氧反应热循环平衡系统的构成示意图。
23.图2为本发明实施例提供的热平衡罐的平面示意图。
24.图3为图2中的a-a处的剖面示意图。
25.图4为图2中的b-b处的剖面示意图。
26.图5为本发明实施例提供的厌氧反应热循环平衡罐的隔板示意图。
27.图中：100-热平衡罐；200-发电机；300-第一循环水泵；400-锅炉；500-第二循环水泵；600-厌氧反应器；700-第三循环水泵；800-用热点设备；900-第四循环水泵；1-热水出口；2-回水进口；3-加热水进口；4-加热水出口；5-补水口；6-第一温度计插口；7-第二温度计插口；8-安装检查口；9-浮球安装口；10-通气口；11-溢流口；12-排空口；13
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连通式横隔板；13-上层热水存储室；13-下层回水存储室。
具体实施方式
28.下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
29.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
30.术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
31.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
32.术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
33.除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
34.当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～ 7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
35.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
36.下面对本发明所提供的厌氧反应热循环平衡系统进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
37.如图1至图4所示，本发明实施例提供一种厌氧反应热循环平衡系统，包括：
38.热平衡罐100、发电机200、第一循环水泵300、锅炉400、第二循环水泵500、厌氧反应器600、第三循环水泵700、用热点设备800和第四循环水泵900；其中，
39.所述热平衡罐100的罐体内的中间部位设有连通式横隔板13，将所述罐体内分隔为经连通式横隔板13连通的上层热水存储室14和下层回水存储室15；
40.所述热平衡罐100的罐体的上部分别设置热水出口1和加热水进口3，所述热水出口1 和加热水进口3分别与所述上层热水存储室14内连通；
41.所述热平衡罐100的罐体的下部分别设置回水进口2和加热水出口4，所述回水进
口2 和加热水出口4分别与所述下层回水存储室15内连通；
42.所述热平衡罐100的加热水出口4经管路与所述发电机200的进水口连接，所述发电机 200的热水出水口经设置所述第一循环水泵300的管路与所述热平衡罐100的加热水进口3 连接；
43.所述热平衡罐100的加热水出口4经管路与所述锅炉400的进水端连接，所述锅炉400 的热水出水端经设置所述第二循环水泵500的管路与所述热平衡罐100的加热水进口3连接；
44.所述热平衡罐100的热水出口1经设置所述第三循环水泵700的管路与所述厌氧反应器 600连接，所述厌氧反应器600的出水端经管路与所述热平衡罐的回水进口2连接；
45.所述热平衡罐100的热水出口1经设置所述第四循环水泵900的管路与所述用热点设备 800连接，所述用热点设备800的出水口经管路与所述热平衡罐的回水进口2连接。
46.参见图5，上述系统中，所述热平衡罐100的连通式横隔板13的外形与所述罐体的横截面形状匹配，该连通式横隔板位于所述罐体内的高度处于有效水深的1/2处，该连通式横隔板上发布设有若干个通孔。
47.上述的连通式横隔板的通孔直径为200mm，相邻通孔之间的间距为400mm，通孔数量为6
×
6个，多个通孔以阵列方式发布设置在所述连通式横隔板的中间部位。这种结构的连通式横隔板既能保证上层热水存储室与下层回水存储室的水流通，又不会因流通过快导致上层热水存储室与下层回水存储室内水温差过小，一般能保证上、下层存储室的温差为 10-20℃，进而满足系统冷热水的需要。
48.上述系统中，所述热平衡罐还包括：
49.第一温度计插口6和第二温度计插口7；其中，
50.所述第一温度计插口6设置所述罐体的上部，与所述上层热水存储室内连通；
51.所述第二温度计插口7设置所述罐体的下部，与所述下层回水存储室内连通。通过设置两个温度计插口能方便测量上、下层存储室内的水温。
52.上述系统中，所述热平衡罐的罐体的上部分别设有通气口10、补水口5和溢流口11，所述通气口、补水口和溢流口分别与所述上层热水存储室内连通；
53.所述热平衡罐的罐体的下部设有排空口12，所述排空口与所述下层回水存储室内连通；
54.所述罐体的顶部设有安装检查口8和浮球安装口9，所述安装检查口和浮球安装口分别与所述上层热水存储室内连通。
55.上述系统中，所述通气口10采用弯管型通气口。优选的，弯管型通气口的高度高于罐体顶部500mm。这样结构的通气口既能排气降低罐体内压力，也不会使热水的热量过多流失。
56.上述系统中，所述热平衡罐的储水总容积为上层热水存储室的储水容积和下层回水存储室储水容积的总和，所述下层回水存储室储水容积与所述上层热水存储室的储水容积相等；
57.所述上层热水存储室的储水容积通过以下公式计算确定：
[0058][0059]
其中，各参数含义为：q2为厌氧反应器热损；q3为管路热损；t为发电机工作时长；δt 为供热子系统循环水温差；上述公式中最后乘以1.05相对于补充了5％的热损。
[0060]
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的厌氧反应热循环平衡系统进行详细描述。
[0061]
实施例1
[0062]
如图1至图5所示，本发明实施例提供一种厌氧反应热循环平衡系统，包括：
[0063]
热平衡罐、发电机、第一循环水泵、锅炉、第二循环水泵、厌氧反应器、第三循环水泵、用热点设备和第四循环水泵；其中，
[0064]
所述热平衡罐的罐体内的中间部位设有连通式横隔板，将所述罐体内分隔为经连通式横隔板连通的上层热水存储室和下层回水存储室；
[0065]
所述热平衡罐的罐体的上部分别设置热水出口和加热水进口，所述热水出口和加热水进口分别与所述上层热水存储室内连通；
[0066]
所述热平衡罐的罐体的下部分别设置回水进口和加热水出口，所述回水进口和加热水出口分别与所述下层回水存储室内连通；
[0067]
所述热平衡罐的热水出口经设置所述第三循环水泵的管路与所述厌氧反应器连接，所述厌氧反应器的热水输出口经管路与所述热平衡罐的加热水进口连接；
[0068]
所述热平衡罐的热水出口经设置所述第四循环水泵的管路与所述用热点设备连接，所述用热点设备的回水输出口经管路与所述热平衡罐的加热水进口连接；
[0069]
所述热平衡罐的加热水出口经管路与所述发电机的进水端连接，所述发电机的回水端经设置所述第一循环水泵的管路与所述热平衡罐的回水进口连接；
[0070]
所述热平衡罐的加热水出口经管路与所述锅炉的进水端连接，所述锅炉的回水端经设置所述第二循环水泵的管路与所述热平衡罐的回水进口连接。
[0071]
本实施例的系统通过设置热平衡罐，将供热端的热量通过热平衡罐中的热水进行缓存，避免发电机和锅炉的频繁启停，同时在发电机作为主要热源时，可以在发电机连续运行时起到热量储存的作用，在发电机停止时仍可以持续为用电端提供热量，避免热量的浪费。
[0072]
本发明实施例中各设备所需热量与所供热量，按以下方式计算得出：
[0073]
(1)需热量计算：
[0074]
厌氧反应器需热量包括物料加热耗热量、反应器热损、管路热损。
[0075][0076]
物料含水率80％以上，比热容按水考虑，4.18kj/kg
·
℃，w表示进料物料量，单位t； t1表示厌氧反应器内温度，单位℃；t0表示物料初始温度，单位℃；q1，单位kw。
[0077]
[0078]
a表示厌氧反应器表面积，单位m2；t1表示厌氧反应器内温度，单位℃；t0’表示室外温度，单位℃；k1表示传热系数，单位w/(m2*℃)
[0079]
管路热损(q3)＝(q1 q2)*5％；
[0080]
反应器需热量(q)＝q1 q2 q3；
[0081]
如有其他用热点设备，需热量累加即为总需热量。
[0082]
(2)供热量计算：
[0083]
锅炉作为稳定热源，需要满足全部供热量需求，即：
[0084]
锅炉供热量(q供1)＝高干反应器需热量(q) 其他需热量(q其他)
[0085]
热电联产回收缸套水和烟气两股热量，不同发电机组会有不同热功率系数
[0086][0087]
d表示单位沼气发电量，单位为kwh/m3，一般取2；k表示热功率系数，即发电机热功率/电功率，进口发电机一般取0.9，国产发电机＞1。
[0088]
(3)热平衡罐储热量计算：
[0089]
考虑最极端情况，即全天热电联产量可以满足全天需热量的总量，但厌氧反应器产气量不足以让发电机20-24小时连续运行。此时需要的热平衡罐储热量最大。
[0090]
即：高干反应器需热量(q)＝热电联产热量(q供2)时，可以得到此时的反应器产气量，根据以下公式计算发电机工作时长。
[0091]
由于发电机工作效率低于50％时否则容易发生积碳，按50％计算。
[0092][0093]
为了减少热平衡罐容积，应尽量将进料时间控制在发电机工作时间，因此考虑热平衡罐最小储热量时，可以不考虑q1，按以下公式计算确定热平衡罐的上层热水存储室的容积：
[0094][0095]
其中，各参数含义为：q2为厌氧反应器热损；q3为管路热损；t为发电机工作时长；δt 为供热子系统循环水温差。供热子系统指发动机和锅炉配合第一、第二循环泵构成的子系统。
[0096]
热平衡罐的下层回水存储室的容积与上层热水存储室的容积相同，因此，热平衡罐的总容积通过上层热水存储室的容积加上下层回水存储室的容积的和得出。
[0097]
(4)项目实例计算：
[0098]
厌氧反应器处理规模100t/d，发电机发电功率400kw，物料温度按冬季5℃，反应器温度按49℃，反应器尺寸35*10*10，底部为弧形，传热系数通过计算取0.4w/(m2*℃)。
[0099]
全天热电联产量刚刚满足全天需热量的总量时，如下：
[0100]
[0101][0102]
(2.128*w 25.133)*1.05＝4.5*w
[0103]
计算得出w＝11.65t物料时，满足以上条件。
[0104]
由于发电机采用400kw，因此发电机工作时长为：
[0105][0106]
物料产气率按60m3/t，d取2，k取0.9，计算得出t＝6.29h；
[0107]
热平衡只需要满足发电机不工作时，q2 q3热量损失的补充即可。
[0108]
此时，q2 q3＝27.63kw；
[0109][0110]
上式中，δt取20℃；通过乘以1.05实现增加了5％的热损。
[0111]
计算得出m＝22.12t，此为热平衡罐上层热水存储室的储能热水量，下层回水存储室的回水储量与上层热水存储室的储能热水量相同，加上下层回水存储室的回水储量，则热平衡罐的总容积为44.24t。
[0112]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。