CN110195011A - 一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置及其方法，装置部分包括铺设于田表面的覆盖膜，所述覆盖膜内侧与田表面之间铺设有秸秆，所述覆盖膜出气口通过管道与集气袋进气口连接，所述集气袋出气口通过管道与增压泵进气口连接，所述增压泵通过管道与甲烷发电机进气口连接，另外本发明还提供相应的方法；本发明既能够对水稻秸秆无害化处理并产生效益，又达到环保化肥田的目的。

Description

一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置及其方法
技术领域
本发明涉及生物质新能源领域，具体地指一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置及其方法。
背景技术
焚烧水稻秸秆会污染环境，近年来越发被各级政府部门和民间环保人士所关注，因此无害化处理秸秆成为大家所关注的重点。现在大家有几种较为主流的方式处理秸秆，比如将秸秆运回做饲料的，将其运输到生物质发电站燃烧发电的，但是现在的这些处理方式运输成本过高，或者在处理的过程中会产生二次污染，种种原因使得水稻秸秆至今还没有较好的方式无害化处理。如今普遍施用化肥巨大，该过程也成为了严重的环境污染来源，我们需要一种更加环保的肥田方式。因此，急需一种方法将水稻秸秆无害化处理和环保化肥田这两个难题同时解决，因此亟待研发出一种无害化处理水稻秸秆并产生效益和环保化肥田的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置及其方法，既能够对水稻秸秆无害化处理并产生效益，又达到环保化肥田的目的。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置，包括铺设于田表面的覆盖膜，所述覆盖膜内侧与田表面之间铺设有秸秆，所述覆盖膜出气口通过管道与集气袋进气口连接，所述集气袋出气口通过管道与增压泵进气口连接，所述增压泵通过管道与甲烷发电机进气口连接。
优选地，秸秆和覆盖膜铺设于田的地垄上，覆盖膜的边缘通过泥土压实于垄沟内，并在垄沟中注水密封。
优选地，所述覆盖膜的出气管与集气袋的导气管配合，所述集气袋的导气管还通过三叉管与增压泵进气口配合。
优选地，所述出气管上设有第一阀门，所述导气管上设有第二阀门，所述三叉管其中两个支管各设有一个第三阀门。
另外，本发明还提供上述装置生产甲烷和发电的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1）：在水稻收获后，根据水田土地大小形成不同的地垄，将水稻秸秆粉碎后均匀地撒在地垄上；
步骤2）：将覆盖膜铺在粉碎的秸秆上，覆盖膜边缘低于地垄并位于垄沟中，然后通过泥土将覆盖膜边缘压实，并在垄沟中注水密封；
步骤3）：将覆盖膜与集气袋通过管道可拆卸地连接；
步骤4）：覆盖膜内部的水稻秸秆在土壤微生物的作用下发酵，发酵产生的甲烷气体会充满覆盖膜，然后进入到集气袋内；
步骤5）：当集气袋内的甲烷充满后，更换新的集气袋，将充满甲烷的集气袋与增压泵和甲烷发电机通过管道组装在一起；
步骤6）：增压泵通电工作，将集气袋中的甲烷气体持续稳定地输送到甲烷发电机中，甲烷发电机工作发电；
步骤7）：待足够长的时间后，地垄上的秸秆发酵产甲烷完成，将装置拆除，发酵产生的基质则作为肥料肥田，土地即可实现耕作。
优选地，所述步骤3）具体过程为：将覆盖膜的出气管与集气袋的导气管可拆卸地连接。
优选地，所述步骤5）中，将充满甲烷的集气袋的导气管连接到三叉管其中一个支管上，将三叉管另一个支管与增压泵进气口连接，在集气袋内的甲烷排完之前，将另一个充满甲烷的集气袋的导气管连接到三叉管剩余的一个支管上；待集气袋内的甲烷排完后，将其拆卸下来。
本发明的有益效果：
1. 本发明采用“产气收集+应用发电”的复合结构，待发酵产气后收集在集气袋中，后用于发电，发酵产气后还能使土壤变的更加肥沃，利于作物下个季度的生长。
2.可实现无害化处理水稻秸秆，在水田中就地处理秸秆，无需运输，成本低，减少环境污染。
3.水稻秸秆发酵产生的甲烷可收集后可用于发电，产生能源，经济效益显著。
4.水稻秸秆发酵后的基质可返还到土地中，实现环保肥田。
5.收集的气体在发电过程中可通过三叉管实现无缝更换集气袋，可持续稳定地进行发电。
附图说明
图1 为一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置中产气及集气部分的结构示意图；
图2为一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置中发电部分的结构示意图；
图3为累计产气量和甲烷含量的时间动态变化图；
图4为发电时长和发电量的时间动态变化图；
图中，覆盖膜1、出气管1.1、第一阀门1.2、集气袋2、导气管2.1、第二阀门2.2、增压泵3、甲烷发电机4、垄沟5、三叉管6、第三阀门6.1。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1和2所示，一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置，包括铺设于田表面的覆盖膜1，所述覆盖膜1内侧与田表面之间铺设有秸秆，所述覆盖膜1出气口通过管道与集气袋2进气口连接，所述集气袋2出气口通过管道与增压泵3进气口连接，所述增压泵3通过管道与甲烷发电机4进气口连接。本实施例中的覆盖膜1和集气袋2采用橡胶材料，增压泵3型号JXL04（生产厂家为“重庆炎隆机械设备有限公司”），甲烷发电机型号TPMG2500ET（生产厂家为“福建闽东晨光电机厂”）。
优选地，秸秆和覆盖膜1铺设于田的地垄上，覆盖膜1的边缘通过泥土压实于垄沟5内，并在垄沟5中注水密封。这样设计后可以实现覆盖膜1内部的秸秆与外界隔绝，保证其厌氧环境，有利于发酵产甲烷过程。
优选地，所述覆盖膜1的出气管1.1与集气袋2的导气管2.1配合，所述集气袋2）的导气管2.1还通过三叉管6与增压泵3进气口配合。在本实施例中，出气管1.1和导气管2.1均可采用焊接管材质，其接口处可以开设外螺纹，出气管1.1和导气管2.1对接位置处可以通过螺纹套筒实现可拆卸地连接方式。
优选地，所述出气管1.1上设有第一阀门1.2，所述导气管2.1上设有第二阀门2.2，所述三叉管6其中两个支管各设有一个第三阀门6.1。通过第一阀门1.2开闭可以控制覆盖膜1内甲烷气体的流出过程，通过第二阀门2.2开闭可以控制集气袋2内甲烷气体的流入和流出过程，通过第三阀门6.1开闭可以控制甲烷气体进入增压泵3的过程，而且两个第三阀门6.1之间的配合可以方便更换集气袋2，具体如下：
当其中一个集气袋2的导气管2.1与三叉管6其中一个支管连接时，在该集气袋2内的甲烷气体将要排尽之前，可以先将另一个集气袋2的导气管2.1与三叉管6另一个支管连接，并打开对应支管的第三阀门6.1，待其中一个集气袋2内的甲烷气体排尽后，关闭此支管的第三阀门6.1，然后拆卸该集气袋2即可，这样可以有效避免更换集气袋2时引起甲烷气体供应不稳定的现象出现，保证集气袋2中的甲烷气体持续稳定地输送到甲烷发电机4中。
另外，本发明还提供上述装置生产甲烷和发电的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1）：在水稻收获后，根据水田土地大小形成不同的地垄，将水稻秸秆粉碎后均匀地撒在地垄上；
步骤2）：将覆盖膜1铺在粉碎的秸秆上，覆盖膜1边缘低于地垄并位于垄沟5中，然后通过泥土将覆盖膜1边缘压实，并在垄沟5中注水密封；
步骤3）：将覆盖膜1与集气袋2通过管道可拆卸地连接；
步骤4）：覆盖膜1内部的水稻秸秆在土壤微生物的作用下发酵，发酵产生的甲烷气体会充满覆盖膜1，然后进入到集气袋2内；水稻田里面本身存在产甲烷菌，在厌氧环境下，会发酵分解水稻秸秆，并产生甲烷气体。
步骤5）：当集气袋2内的甲烷充满后，更换新的集气袋2，将充满甲烷的集气袋2与增压泵3和甲烷发电机4通过管道组装在一起；
步骤6）：增压泵3通电工作，将集气袋2中的甲烷气体持续稳定地输送到甲烷发电机4中，甲烷发电机4工作发电；
步骤7）：待足够长的时间后，地垄上的秸秆发酵产甲烷完成，将装置拆除，发酵产生的基质则作为肥料肥田，土地即可实现耕作。
优选地，所述步骤3）具体过程为：将覆盖膜1的出气管1.1与集气袋2的导气管2.1可拆卸地连接。
优选地，所述步骤5）中，将充满甲烷的集气袋2的导气管2.1连接到三叉管6其中一个支管上，将三叉管6另一个支管与增压泵3进气口连接，在集气袋2内的甲烷排完之前，将另一个充满甲烷的集气袋2的导气管2.1连接到三叉管6剩余的一个支管上；待集气袋2内的甲烷排完后，将其拆卸下来。
在本实施例中，我们对使用该方法进行水稻秸秆产甲烷气体的量和含量及发电情况进行了记录，甲烷的产量能在较长时间内保持较高的速率（图3），每垄面积为2m2时，每5天产气量约为0.8m2，甲烷含量也随着厌氧发酵反应启动后呈先增加后保持平稳的趋势，在发酵进行10天后甲烷含量就能达到60%左右。同时我们也对同期收集的甲烷气体的发电情况进行了测试（图4），容量为1m3的集气袋所收集的气体能保证发电功率为2kW的发电机发电30分钟，即发电量为1kW·h。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置，包括铺设于田表面的覆盖膜（1），其特征在于：所述覆盖膜（1）内侧与田表面之间铺设有秸秆，所述覆盖膜（1）出气口通过管道与集气袋（2）进气口连接，所述集气袋（2）出气口通过管道与增压泵（3）进气口连接，所述增压泵（3）通过管道与甲烷发电机（4）进气口连接。
2.根据权利要求1所述的一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置，其特征在于：秸秆和覆盖膜（1）铺设于田的地垄上，覆盖膜（1）的边缘通过泥土压实于垄沟（5）内，并在垄沟（5）中注水密封。
3.根据权利要求1所述的一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置，其特征在于：所述覆盖膜（1）的出气管（1.1）与集气袋（2）的导气管（2.1）配合，所述集气袋（2）的导气管（2.1）还通过三叉管（6）与增压泵（3）进气口配合。
4.根据权利要求1所述的一种水稻秸秆还田生产甲烷发电装置，其特征在于：所述出气管（1.1）上设有第一阀门（1.2），所述导气管（2.1）上设有第二阀门（2.2），所述三叉管（6）其中两个支管各设有一个第三阀门（6.1）。
5.一种利用权利要求1至4任一项权利要求所述装置来生产甲烷和发电的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1）：在水稻收获后，根据水田土地大小形成不同的地垄，将水稻秸秆粉碎后均匀地撒在地垄上；
步骤2）：将覆盖膜（1）铺在粉碎的秸秆上，覆盖膜（1）边缘低于地垄并位于垄沟（5）中，然后通过泥土将覆盖膜（1）边缘压实，并在垄沟（5）中注水密封；
步骤3）：将覆盖膜（1）与集气袋（2）通过管道可拆卸地连接；
步骤4）：覆盖膜（1）内部的水稻秸秆在土壤微生物的作用下发酵，发酵产生的甲烷气体会充满覆盖膜（1），然后进入到集气袋（2）内；
步骤5）：当集气袋（2）内的甲烷充满后，更换新的集气袋（2），将充满甲烷的集气袋（2）与增压泵（3）和甲烷发电机（4）通过管道组装在一起；
步骤6）：增压泵（3）通电工作，将集气袋（2）中的甲烷气体持续稳定地输送到甲烷发电机（4）中，甲烷发电机（4）工作发电；
步骤7）：待足够长的时间后，地垄上的秸秆发酵产甲烷完成，将装置拆除，发酵产生的基质则作为肥料肥田，土地即可实现耕作。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤3）具体过程为：将覆盖膜（1）的出气管（1.1）与集气袋（2）的导气管（2.1）可拆卸地连接。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，将充满甲烷的集气袋（2）的导气管（2.1）连接到三叉管（6）其中一个支管上，将三叉管（6）另一个支管与增压泵（3）进气口连接，在集气袋（2）内的甲烷排完之前，将另一个充满甲烷的集气袋（2）的导气管（2.1）连接到三叉管（6）剩余的一个支管上；待集气袋（2）内的甲烷排完后，将其拆卸下来。
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