CN107270112A - 一种双膜沼气柜凝结水防冻系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双膜沼气柜凝结水防冻系统及方法，所述系统包括沼气柜基础电加热装置及电加热控制系统；所述沼气柜基础电加热装置埋设在双膜沼气柜下方的基础内，并贴近地面设置，其加热面积与双膜沼气柜内膜的底部面积相适应；沼气柜基础电加热装置由电加热控制系统控制，电加热控制系统与双膜沼气柜控制系统联锁控制。本发明采用电加热方式使双膜沼气柜内膜的凝结水在低温环境下不会冻结，并连续稳定排出，从而保证双膜沼气柜的安全稳定运行。

Description

一种双膜沼气柜凝结水防冻系统及方法

技术领域

本发明涉及双膜沼气柜凝结水回收技术领域，尤其涉及一种适用于冬季高寒地区室外双膜沼气柜凝结水回收过程的双膜沼气柜凝结水防冻系统及方法。

背景技术

生物质能是可转化成多种能源产品的新能源，已具备大规模工业开发的技术方法有生物质沼气、直接发电、热解气化和化学转化等。在众多的工艺中，生物质沼气通过生物方法直接处理有机废弃物不但改善生活环境，且生产出清洁能源和初级资源，是发展循环经济的重要组成部分。目前，我国生物质能产业发展较快，能源和资源产业已形成多个小规模示范工程，但大型工业化规模的生物质资源综合循环利用工程仍缺乏生产实践经验。

在大型工业化生物质沼气工程中，生产企业一般都配置相应规模的化工处理装置对沼气进行化学处理，用于生产满足市场需求的产品如生物天然气，二氧化碳等。在化学处理过程中，为稳定和调节装置的生产运行，一般都会设置原料气的临时存储设施。目前，常用的沼气存储设备是常压膜式气柜，跟以往大型工业钢制气柜不同，膜式气柜的特点是简单，安全，操作方便，投资少。膜式气柜的储量虽然只有几千立方，但这一规格大小的气柜特别适合沼气生产过程的临时储存，因此膜式气柜的应用日益广泛。

然而，在北方地区的一些沼气工程运行过程中发现：冬季低温条件下，膜式气柜中低温凝结水极易发生冰冻现象，部分生产单位使用蒸汽伴随来加热气柜，虽有一定效果，但其操作不易控制，同时，蒸汽伴随管道可能因管道弯曲等原因造成加热盲点，在低温时管道易冰冻而导致加热完全失效。

发明内容

本发明提供了一种双膜沼气柜凝结水防冻系统及方法，采用电加热方式使双膜沼气柜内膜的凝结水在低温环境下不会冻结，并连续稳定排出，从而保证双膜沼气柜的安全稳定运行。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种双膜沼气柜凝结水防冻系统，包括沼气柜基础电加热装置及电加热控制系统；所述沼气柜基础电加热装置埋设在双膜沼气柜下方的基础内，并贴近地面设置，其加热面积与双膜沼气柜内膜的底部面积相适应；沼气柜基础电加热装置由电加热控制系统控制，电加热控制系统与双膜沼气柜控制系统联锁控制。

所述基础的中心线与双膜沼气柜的中轴线同轴，基础为中心低四周高的凹形基础；沼气柜基础电加热装置的加热元件为发热电缆或电热膜，加热元件在同一水平面内均匀设置。

基于所述系统的一种双膜沼气柜凝结水防冻方法，包括如下步骤：

1)厌氧发酵系统生产的沼气经由地下管道输送至双膜沼气柜，由于厌氧发酵系统的温度通常维持在35℃恒温，故发酵产生的沼气中水蒸气为饱和状态，经由地下管道输送过程中，随着温度降低部分水蒸气发生冷凝；

2)含水蒸汽的沼气从双膜沼气柜底部的沼气入口进入，沼气储存于双膜沼气柜的内膜中，内、外膜之间通过空气维持压力平衡实现存储沼气的进出料；随外界温度的变化，在内膜内壁及基础地面上会有大量凝结水产生，这部分凝结水因重力往下流，通过具有斜面的双膜沼气柜底部基础中心的地下排水管道排至厂区凝结水收集池；

3)当气温降至零度以下时，内膜及基础表面的凝结水在排走之前就会被冻成冰块，此时，开启沼气柜基础电加热装置，可防止凝结水结冰并将已凝结的冰块完全融化后排出；

4)沼气柜基础电加热装置通过电加热控制系统控制，并与双膜沼气柜控制系统联锁控制；只有在双膜沼气柜内膜中的温度降低至设定温度或基础地面出现结冰现象时，电加热控制系统才控制基础电加热装置启动加热模式；

5)通过双膜沼气柜内膜保护器、双膜沼气柜保护系统以及红外高度探测仪，在电加热过程中调节和控制内膜在外膜空腔内的膨胀收缩，避免出现内膜塌陷、过载和超压的极端工况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用电加热方式将双膜沼气柜内膜中的温度控制在理想范围，避免内膜中的凝结水因温度过低而结冰，防止内膜因结冰破损及凝结水结冰后堵塞排水管道；

2)电加热过程采用程序控温方式，高效节能，在不同时间段可根据外部环境温度变化情况适时进行调节控制，与蒸汽伴随管加热相比，内膜中的温度更易于控制，加热效果更加稳定可靠；

3)结构简单，控制操作方便，投资运行费用低，针对高寒地区的双膜沼气柜的运行管理适应性强。

附图说明

图1是本发明所述一种双膜沼气柜凝结水防冻系统的结构示意图。

图中：1.双膜沼气柜 2.沼气柜基础电加热装置 3.电加热控制系统 4.沼气柜内膜保护器 5.沼气柜控制系统 6.红外高度探测仪 7.基础

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种双膜沼气柜凝结水防冻系统，包括沼气柜基础电加热装置2及电加热控制系统3；所述沼气柜基础电加热装置2埋设在双膜沼气柜1下方的基础7内，贴近地面设置，其加热面积与双膜沼气柜1内膜的底部面积相适应；沼气柜基础电加热装置2由电加热控制系统3控制，电加热控制系统3与双膜沼气柜控制系统5联锁控制。

所述基础7的中心线与双膜沼气柜1的中轴线同轴，基础7为中心低四周高的凹形基础；沼气柜基础电加热装置2的加热元件为发热电缆或电热膜，加热元件在同一水平面内均匀设置。

基于所述系统的一种双膜沼气柜凝结水防冻方法，包括如下步骤：

1)厌氧发酵系统生产的沼气经由地下管道输送至双膜沼气柜1，由于厌氧发酵系统的温度通常维持在35℃恒温，故发酵产生的沼气中水蒸气为饱和状态，经由地下管道输送过程中，随着温度降低部分水蒸气发生冷凝；

2)含水蒸汽的沼气从双膜沼气柜1底部的沼气入口进入，沼气储存于双膜沼气柜1的内膜中，内、外膜之间通过空气维持压力平衡实现存储沼气的进出料；随外界温度的变化，在内膜内壁及基础地面上会有大量凝结水产生，这部分凝结水因重力往下流，通过具有斜面的双膜沼气柜1底部基础7中心的地下排水管道排至厂区凝结水收集池；

3)当气温降至零度以下时，内膜及基础7表面的凝结水在排走之前就会被冻成冰块，此时，开启沼气柜基础电加热装置2，可防止凝结水结冰并将已凝结的冰块完全融化后排出；

4)沼气柜基础电加热装置2通过电加热控制系统3控制，并与双膜沼气柜控制系统5联锁控制；只有在双膜沼气柜1内膜中的温度降低至设定温度或基础7地面出现结冰现象时，电加热控制系统3才控制基础电加热装置2启动加热模式；

5)通过双膜沼气柜内膜保护器4、双膜沼气柜保护系统以及红外高度探测仪6，在电加热过程中调节和控制内膜在外膜空腔内的膨胀收缩，避免出现内膜塌陷、过载和超压的极端工况。

本发明中，所述双膜沼气柜1为3/4球体，其内膜与外膜的边缘密封连接，内膜中的密闭空间是用于储存沼气的储存仓，内膜与外膜之间的密闭空间为用于泵入空气或放出空气以调节压力或稳定外膜结构的调节仓。为顺利排出内膜中的凝结水，内膜底部对应的沼气柜基础7采用中心低四周高的内凹形基础，便于各处凝结水沿周向的斜面向中心汇集并最终通过中心的地下排水管道排出；基础7斜面的斜度一般不小于千分之三。

本发明所述沼气柜基础电加热装置2中的加热元件在双膜沼气柜1内膜底面范围内均匀铺设在基础7中，且贴近地面设置，以保证最佳的加热效果。

双膜沼气柜内膜保护器4、双膜沼气柜保护系统以及红外高度探测仪6均为现有技术，其中双膜沼气柜保护系统可与双膜沼气柜控制系统5组合在一起。

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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双膜沼气柜凝结水防冻系统，其特征在于，包括沼气柜基础电加热装置及电加热控制系统；所述沼气柜基础电加热装置埋设在双膜沼气柜下方的基础内，并贴近地面设置，其加热面积与双膜沼气柜内膜的底部面积相适应；沼气柜基础电加热装置由电加热控制系统控制，电加热控制系统与双膜沼气柜控制系统联锁控制。

2.根据权利要求1所述的一种双膜沼气柜凝结水防冻系统，其特征在于，所述基础的中心线与双膜沼气柜的中轴线同轴，基础为中心低四周高的凹形基础；沼气柜基础电加热装置的加热元件为发热电缆或电热膜，加热元件在同一水平面内均匀设置。

3.基于权利要求1所述系统的一种双膜沼气柜凝结水防冻方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)厌氧发酵系统生产的沼气经由地下管道输送至双膜沼气柜，由于厌氧发酵系统的温度通常维持在35℃恒温，故发酵产生的沼气中水蒸气为饱和状态，经由地下管道输送过程中，随着温度降低部分水蒸气发生冷凝；

2)含水蒸汽的沼气从双膜沼气柜底部的沼气入口进入，沼气储存于双膜沼气柜的内膜中，内、外膜之间通过空气维持压力平衡实现存储沼气的进出料；随外界温度的变化，在内膜内壁及基础地面上会有大量凝结水产生，这部分凝结水因重力往下流，通过具有斜面的双膜沼气柜底部基础中心的地下排水管道排至厂区凝结水收集池；

3)当气温降至零度以下时，内膜及基础表面的凝结水在排走之前就会被冻成冰块，此时，开启沼气柜基础电加热装置，可防止凝结水结冰并将已凝结的冰块完全融化后排出；

4)沼气柜基础电加热装置通过电加热控制系统控制，并与双膜沼气柜控制系统联锁控制；只有在双膜沼气柜内膜中的温度降低至设定温度或基础地面出现结冰现象时，电加热控制系统才控制基础电加热装置启动加热模式；

5)通过双膜沼气柜内膜保护器、双膜沼气柜保护系统以及红外高度探测仪，在电加热过程中调节和控制内膜在外膜空腔内的膨胀收缩，避免出现内膜塌陷、过载和超压的极端工况。