机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统

1.一种机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统，其特征在于包括预处理单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元、沼气存储单元以及控制单元，
所述的预处理单元包括与原料输送带连接的搅拌池(1)和压力无磨损加料装置，压力无磨损加料装置包括料罐(2)，料罐(2)底部设置有与搅拌池(1)连接的进料管(3)以及与发酵罐(7)连接的出料管(4)，料罐(2)上部设置有正压进气管(5)以及负压吸气管(6)；
所述的厌氧发酵单元包括发酵罐(7)，发酵罐(7)内顶部设置与出料管(4)相连的进料喷头(10)，发酵罐(7)外上方设置太阳能加热装置(8)，太阳能加热装置(8)连接设于发酵罐(7)外围的超导管(9)；
控制单元包括人机界面控制单元(15)、PLC控制器(14)以及与PLC控制器(14)连接的对系统的各参数采集并加以控制的各传感器和各控制单元。
2.根据权利要求1所述的机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统，其特征在于对系统的各参数采集并加以控制的传感器和控制单元包括：输送带控制单元(16)、正压气泵控制单元(17)和负压气泵控制单元(18)；
以及料罐(2)上设置的料罐输入控制单元(19)、料罐输出控制单元(21)和料罐压力传感器(20)；
以及发酵罐(7)上设置的出渣控制单元(22)、搅拌控制单元(23)、液位传感器(24)和温度传感器(25)；
以及沼气净化单元(11)设置的脱硫脱水控制单元(26)；
以及沼气存储单元(27)设置的存储输入控制单元(27)、气柜温度传感器(28)、气柜压力传感器(29)以及存储输出控制单元(30)。

机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于秸秆沼气集中供气的技术领域，具体涉及一种机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统。\n背景技术\n[0002] 秸秆沼气集中供气技术，是以自然村为单元，建设纯秸秆沼气发酵装置，储气设备，通过管网把沼气输送到农户家中。与其它秸秆气化方式相比，这项技术具有三大优势：\n1、热值高，沼气每立方米热值5000-6000大卡，而秸秆热解气化产气，每立方米热值1000大卡左右。2、效益高无污染。秸秆通过发酵后一方面产生沼气作燃料，同时还产生沼液、沼渣作肥料，使秸秆得到更有效的资源化利用。3、原料充足管理方便。秸秆原料是农业生产的必然产物，在农业种植区随处可见，来源广泛，收集方便，且不受地域和温度的影响，可以保证发酵原料常年供应。\n[0003] 通常秸秆沼气集中供气系统包括输料机构、发酵罐、储气罐等。输料机构现有通常为螺旋上料，但是螺旋上料器的传动机构部件容易磨损，而且机构常常堵塞，并且由于会发生漏气，在后续的发酵罐产气的过程是不能加料的。\n[0004] 发酵罐内必须采用搅拌措施，打破分层现象，促进厌氧消化过程是非常必要的措施。目前常用搅动方法有两种：第一种方法是用长柄状器具从沼气池进料管伸入发酵间，来回拉动数十次，以搅拌池内的发酵液。第二种方法是从出料间舀出10桶沼液，向进料口冲入，使粪液流动，起到搅拌作用。也有一些沼气池本身设有与旋转动力连接的搅拌轴。现有常用的搅动方法太过费力，而设置搅拌轴机构容易出现故障，影响使用。\n[0005] 发酵罐的加热也是必须的，现有的沼气发酵罐的加热有采用电炉丝直接在沼液中加热的，这种加热方式换热面积小，加热效率低，而且电炉丝的温度很高，靠近电炉丝位置的菌会被其灼伤炭化，对发酵效果的影响很大。\n[0006] 另外，国内大多数沼气集中供气工程都是采用简单的继电器逻辑控制，这类系统方式单一，自动化程度较低，只能处理一些开关量问题，无法处理系统的模拟量，并且电气线路复杂，可靠性不高，不便维修。同时由于一些较重要的数据不能适时记录和统计，继而使得沼气工程的运行不能方便快捷，并易造成劳动力、原料等资源的浪费。另外，由于沼气站运行过程中的工艺参数(如：调料池内物料的温度、USR反应器内的温度、沼气净化室内沼气的流量等)不能在线显示，为了比较精确地控制运行条件，需要操作人员进行现场监测，因此，增加了劳动强度，并且不便管理。\n发明内容\n[0007] 本实用新型为了解决现有秸秆集中供气存在的上述的问题，提供了一种机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统。\n[0008] 本实用新型采用如下的技术方案实现：\n[0009] 机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统，其特征在于包括预处理单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元、沼气存储单元以及控制单元，\n[0010] 所述的预处理单元包括与原料输送带连接的搅拌池和压力无磨损加料装置，压力无磨损加料装置包括料罐，料罐底部设置有与搅拌池连接的进料管以及与发酵罐连接的出料管，料罐上部设置有正压进气管以及负压吸气管；\n[0011] 所述的厌氧发酵单元包括发酵罐，发酵罐内顶部设置与出料管相连的进料喷头，发酵罐外上方设置太阳能加热装置，太阳能加热装置连接设于发酵罐外围的超导管；\n[0012] 控制单元包括人机界面控制单元、PLC控制器以及与PLC控制器连接的对系统的各参数采集并加以控制的各传感器和各控制单元。\n[0013] 对系统的各参数采集并加以控制的传感器和控制单元包括：输送带控制单元、正压气泵控制单元和负压气泵控制单元；\n[0014] 以及料罐上设置的料罐输入控制单元、料罐输出控制单元和料罐压力传感器；\n[0015] 以及发酵罐上设置的出渣控制单元、搅拌控制单元、液位传感器和温度传感器；\n[0016] 以及沼气净化单元设置的脱硫脱水控制单元；\n[0017] 以及沼气存储单元设置的存储输入控制单元、气柜温度传感器、气柜压力传感器以及存储输出控制单元。\n[0018] 本实用新型具有如下的有益效果：\n[0019] 1、压力无磨损加料装置实现了原料机械化自动入料，解决了螺旋上料机构传动部件磨损和堵塞现象，并且加料时发酵罐可继续产气，保持产气连续性。\n[0020] 2、发酵罐内的高压射流压浮无搅拌式厌氧系统，使原料和微生物充分混合，达到充分接种和防止秸秆上浮的作用，其效率比传统的常规消化器显著提高。\n[0021] 3、发酵罐上的复合太阳能超导增温保温技术，实现常年生产沼气，从根本上解决了目前沼气越冬以及不能常年供气的难题。\n[0022] 4、通过对废弃秸秆沼气集中供气工程机电一体化装备和控制技术的攻关，对沼气工程的进料系统、发酵系统、沼气净化系统和沼气存储系统实现机械化、实施监测与控制，使整个系统的各个部件标准化、模块化、系列化。这对于降低工人的劳动量，减少运行成本，提高了沼气工程的管理水平，实现沼气工程系统的自动控制，实现整个系统的优化控制都具有极其重要的意义。\n附图说明\n[0023] 图1为本实用新型的结构示意图\n[0024] 图中：1-搅拌池，2-料罐，3-进料管，4-出料管，5-正压进气管，6-负压吸气管，\n7-发酵罐，8-太阳能加热装置，9-超导管，10-进料喷头，11-沼气净化单元，12-压力泵，\n13-沼气存储单元，14-PLC控制器，15-人机界面控制单元，16-输送带控制单元，17-正压气泵控制单元，18-负压气泵控制单元，19-料罐输入控制单元，20-料罐压力传感器，21-料罐输出控制单元，22-出渣控制单元，23-搅拌控制单元，24-液位传感器，25-温度传感器，\n26-脱硫脱水控制单元，27-存储输入控制单元，28-气柜温度传感器，29-气柜压力传感器，\n30-存储输出控制单元。\n具体实施方式\n[0025] 结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。\n[0026] 机电一体化废弃秸秆沼气集中供气系统，其特征在于包括预处理单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元、沼气存储单元以及控制单元。\n[0027] 所述的预处理单元包括与原料输送带连接的搅拌池1和压力无磨损加料装置，压力无磨损加料装置包括料罐2，料罐2底部设置有与搅拌池1连接的进料管3以及与发酵罐7连接的出料管4，料罐2上部设置有正压进气管5以及负压吸气管6；压力无磨损加料装置实现原料机械化自动入料。将该装置替代传统的螺旋上料器，解决螺旋上料机构传动部件磨损和堵塞现象。并且加料时发酵罐可继续产气，保持产气连续性。\n[0028] 所述的厌氧发酵单元包括发酵罐7，发酵罐7内顶部设置与出料管4相连的进料喷头10，形成高压射流压浮无搅拌式厌氧系统，是针对秸秆密度小、流动性、导热性能差等因素专门设计，采用中温发酵连续投料，在消化器内新进入的料液通过喷射撞击反应层，使消化器内的料液与原料充分混合，达到充分接种和防止秸秆上浮的作用，其效率比传统的常规消化器显著提高。\n[0029] 发酵罐7外上方设置太阳能加热装置8，太阳能加热装置8连接设于发酵罐7外围的超导管9；复合太阳能超导增温保温技术，实现常年生产沼气。将太阳能超导加温装置植入发酵罐内，提高发酵温度。在春、秋季实现中温发酵，在夏季实现高温发酵，冬季只需少量加热即可实现正常发酵。从而从根本上解决了目前沼气越冬以及不能常年供气的难题。\n[0030] 控制单元包括人机界面控制单元15、PLC控制器14以及与PLC控制器14连接的对系统的各参数采集并加以控制的各传感器和各控制单元。对系统的各参数采集并加以控制的传感器和控制单元包括：输送带控制单元16、正压气泵控制单元17和负压气泵控制单元18；以及料罐2上设置的料罐输入控制单元19、料罐输出控制单元21和料罐压力传感器\n20；以及发酵罐7上设置的出渣控制单元22、搅拌控制单元23、液位传感器24和温度传感器25；以及沼气净化单元11设置的脱硫脱水控制单元26；以及沼气存储单元27设置的存储输入控制单元27、气柜温度传感器28、气柜压力传感器29以及存储输出控制单元30。\n[0031] 秸秆沼气工程与可编程控制系统PLC结合，实现机电一体化操作。PLC控制系统可根据沼气发酵工艺的要求，对工艺的各参数进行采集并加以顺序或逻辑控制。根据沼气工艺的特点和需要，PLC控制的单元应包含预处理单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元和沼气存储单元。便于对重点工艺环节进行现场观测和操作控制，系统还应设置终端显示操作器。另外，系统应设置手动操作功能，并配有硬手动/自动切换，以便在开车和设备检修期间，能对工艺设备进行现场硬手动操作。\n[0032] 高效纯秸秆沼气发酵系统模块化、标准化，系列化。标准化设计各个部件，完成进出料系统、搅拌系统、沼气收集系统的设备机械化定型设计。建立沼气发酵过程数学模型，实现对纯秸秆沼气发酵过程自动调控的参数评估体系；建立沼气发酵装置的数学控制仿真模型和系统智能调控软件，形成自动化、标准化、系列化机电一体化成套设备，提高规模化沼气工程的自动化程度。