[發明專利]生物發酵分布式供能系統

有效

• 申請號: 201310011978.3
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103087901A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 楊曉奕
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C12M1/107
• 分類號: C12M1/107;C12M1/02;C05F5/00;A23K1/18;F24J2/00;F02C6/00;F02C6/18;F03D9/02
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及生物質發酵領域，具體涉及一種生物質預處理強化生物發酵分布式供能系統。

背景技術

生物質發酵在實際運行過程中普遍存在厭氧效率低、產氣率不穩定等問題。究其原因，其一：生物質發酵過程中，由于大量發酵營養物質包裹在生物質的細胞壁內，而細胞壁分子量大，難溶于水，故難以被生物降解，從而成為生物發酵的限速步驟；其二:厭氧發酵主要有中溫發酵和高溫發酵，雖然高溫發酵效率明顯高于中溫發酵，但由于額外熱量需求，導致應用受到限制。另外，厭氧菌對溫度變換較敏感，不僅影響產氣率，而且當溫度低于或發高于其適宜溫度時，發酵還將受到抑制，且由于厭氧菌世代期長，恢復周期長；其三：反應器內部由于物料與菌種物化性能差異，發酵池內部極易沉積、結殼，導致傳質效率下降，影響產氣效率。上述問題目前國內外無論研究機構還是沼氣企業都給予充分重視，并亟待解決。

針對問題一：生物質破壁是厭氧消化生物轉化效率關鍵。多種預處理技術如機械破碎制漿、加熱水解、化學預處理、超生破碎等都在實驗室得到了實驗驗證，其都能不同程度加速固體有機物水解，大幅度提高生物質廢物產氣率和產氣速率。但最終是否能用于實際工程中，主要取決于預處理能量消耗是否大于所帶來沼氣產氣量提高。本發明者以難降解生物質（油脂提取后藻渣、油料植物脫脂后廢棄物、剩余污泥、廢秸稈等生物質）為對象，比較了不同預處理方式輸入與輸出能量關系，得出熱預處理是能夠最多獲得能量凈輸出的預處理方式。

針對問題二高溫消化能量供給及保溫技術。目前高溫發酵的熱源主要來自三個方面。第一種是電加熱增溫保溫系統。該技術顯著優點是升溫速度快且不易受外界環境影響，一定程度上解決了沼氣池在冬季加熱和保溫問題。第二種是鍋爐水循環沼氣池增溫系統。上述兩種技術由于需消耗高品位能源，系統總凈能量凈輸出效率下降，其節能性及社會經濟性不佳，利用受到限制。第三種是太陽能集熱技術。采用太陽能熱水器水循環沼氣池升溫系統，由溫度傳感器和單片機實現溫度控制，但由于太陽能利用受地域影響較大，使其推廣有一定的局限性。

針對問題三沼氣池內高效傳質攪拌技術：在沼氣發酵池中，發酵反應是依靠傳質而進行的，而傳質產生必須通過基質與微生物之間實際接觸。對于沼氣反應器，混合攪拌是最有效、最可行手段。沼氣池的攪拌通常分為機械攪拌、氣體攪拌和液體攪拌三種方式。機械攪拌是通過機械攪動達到攪拌的目的；氣體攪拌是將沼氣從池底部打進去，產生較強的氣體回流達到攪拌目的；液體攪拌是從沼氣池出料間將發酵料液抽出，然后從進料口沖入氣池內，產生較強的液體回流，達到攪拌的目的。這三種方式也都需要額外耗能。

因此，迫切需要提供一種新的技術解決上述現有技術中存在的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種太陽能集熱與燃氣輪機余熱耦合生物質發酵耦合的分布式供能系統，且所述的生物質發酵通過進行生物質預處理強化。本發明進一步采用風能發電或機械傳動攪拌提高發酵池內傳熱傳質效率，通過提高生物質沼氣發酵效率，提高分布式供能系統的整體效率。

本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種生物發酵分布式供能系統，該系統包括：

生物發酵裝置，包括生物發酵預處理池和與其相連的生物發酵池，其中，所述生物發酵池中設置有攪拌裝置，用于攪拌所述生物發酵池中的生物質材料；

太陽能集熱裝置，用與收集太陽能，其通過第一換熱裝置與生物發酵裝置相連，為生物發酵裝置提供熱量；

發電裝置，其通過管道與生物發酵裝置相連，用于將來自生物發酵裝置的沼氣燃燒進行燃氣發電，所述發電裝置還與攪拌裝置相連，用于為攪拌裝置提供動能，其中所述發電裝置包括依次相連接的燃氣機輪、發電機和變壓輸電裝置。

本系統進一步包括風能采集裝置，其用于采集風能，并能夠將風能轉化為機械能和電能；且其同時與攪拌裝置和發電裝置相連，一方面其能夠直接為攪拌裝置提供動能，另一方面將剩余電能輸送至發電裝置儲存。

本系統中進一步包括：

第二換熱裝置，其余所述第二換熱裝置一端通過管道與發電裝置相連，另一端通過管道與生物發酵裝置相連，用于將發電裝置的尾氣的余熱與來自生物發酵裝置的換熱管道的換熱介質進行換熱。如此達到余熱回收利用的目的。

余熱回收裝置，其設置于燃氣輪機與第二換熱裝置之間，用于回收燃氣輪機尾氣中的余熱。

所述生物發酵池優選包括依次連接的一級發酵池和二級發酵池。

所述系統還包括：