CN1493681A - 中小型集中供气沼气发酵罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小型沼气集中供气发酵罐设备，是一个具有较强刚度的卧式金属罐体，是由中间筒体及两端封头结构构成。这种沼气发酵设备有三个主要特点：一是不设酸化池；二是不设储气罐，使用电器及仪表系统降压、稳压供气；三是利用太阳能房储热保温并在罐体内装置热水加热器。前两个特点能减少项目占地和设备投资，第三个特点能将罐内温度长期控制在最佳发酵温度区段内，实现了不受地区和季节限制的全天候产气、供气，特别适用于有温泉或余热水资源的地区使用，生态效益、社会效益和经济效益十分可观。

Description

中小型集中供气沼气发酵罐

本发明涉及了一种中小型集中供气沼气发酵罐，它为沼气工业化生产提供了高效节能的沼气发酵设备，能实现大规模集中向用户供应甲烷含量非常高的优质沼气。所提供的中小型沼气集中供气发酵罐实现了全天候不间断连续产气供气，即使在北方的严冬季节也保证了罐内发酵温度始终处于较高的发酵温度水平，满足了用户使用沼气的需求。本发明的中小型沼气集中供气发酵罐设备，在除供气之外，同时也为禽畜养殖厂的粪便处理及生产、生活中所排放的有机污物、污水的降解提供了环保设备。

目前所建造的各种式样的中小型沼气发酵装置或沼气池，大多是以钢筋混凝土为材料来进行建造，虽然在建沼过程中采用了多层密封技术，但密封层仍有许多大于甲烷分子直径3.76×10^-10m四倍以上的孔隙，这些孔隙是非闭合性的开放孔隙，在一定的沼气压力下，沼气中甲烷气体通过这些孔隙渗漏出去，造成沼气池内的甲烷气体大量逸出，这就是沼气池所产沼气中甲烷含量一直处在低水平的一个重要原因，由于池内压力很小，再加上甲烷气体的大量泄露，致使溶解在沼液中的二氧化碳从沼液中分解出来，使得沼气中二氧化碳高达近百分之四十左右，由于二氧化碳是甲烷菌消化利用的重要原料，这样损失了大量的营养物质，使总体产气量更加下降。这些钢筋混凝土结构的中小型沼气发酵装置及其沼气池更存在着启动困难，启动时间长，甚致长时间无法启动运行，并存在着施工周期长，占地面积大，施工质量难以控制等缺陷，致使一些工程因施工质量不合格，而不能正常运行。所投资运营的经济效益无法保证，市场竟争能力很弱，尚不具备商业化运营和批量化生产条件。

本发明就是针对上述沼气发酵装置及中小型沼气池所存在的缺陷所做出的改进发明，用以取代和更新钢筋混凝土结构的沼气发酵装置及其沼气池。

本发明的中小型沼气发酵罐设备是以如下方式实现的：一个具有较强度的罐体是由中间筒体及两端封头结构构成，并在罐体顶部开一人孔，人孔圈的下端同罐体开孔焊接成一体，人孔圈上端同槽面的法兰相焊接，上压盖带有榫面的人孔盖，在槽面法兰的侧面同人孔盖的侧面，都焊制有相互对称的带有通孔的支承耳板，孔内装置一长销轴，当打开人孔盖时，人孔盖可以方便的进行回转，并支承人孔盖防止滑落，在槽面内垫置一个密封垫圈，当人孔盖盖合时其榫面置于槽面内，达到紧密密封目地。在罐体顶部一侧开出气口，出气口同输气管以法兰联接，并在输气管路上装置一个截止阀，以方便管路的维修和供气，同时在罐体顶部安装安全阀，当罐内超压时，安全阀开启，有效的防止发酵罐超压运行，所安装的安全阀应不少于二个。在罐体与截止阀之间的出气管上安装一个压力表，以便随时观察罐体压力。在罐体下部装置前后两组支座起支承作用，罐体前部开一出渣口，安装出渣阀门，进料口安装在罐体侧面的端头处，进料口上也装置一阀门，除能防止罐内原料回流外，还起到防止气体外泄的双重作用。

本发明的重要贡献有三条：第一条：不设酸化池，减少项目占地和投资。为了使发酵过程不出现酸化现象，主要采取三条措施，一是初次投料时加大接种量；二是搜集原料时选择经过堆沤原料；三是投料同时加入适量的石灰水澄清液。第二条，不设储气罐，减少项目占地和投资。在这方面主要采取两条措施，一是利用发酵罐本身高压储气，以满足用户大量用气；二是利用仪表、电器调压装置向用户供气，保证灶前压力稳定和用气安全。目前我国多采用湿式储气罐，不设储气罐在北方还减少了安全越冬投资和麻烦。第三条，利用太阳能房储热保温，并在罐体内装置热水加热器。这样，就实现了在罐内外对发酵料液的加温。热水加热器为圆柱管状，在罐体内纵向布置，其中进水管装在罐体下部，并同罐体壁保持一定的间距，出水管也保持有一定的间隔距离，进水管同出水管的管端穿过封头，置于封头外端，同热水供水系统相联接。进水管同出水管的折回联接在罐内进行，进水管的弯管向上，以丁字形管同二个出水管同时联接成整体，构成供热水与出水的回路，为使进水管同出水管在罐内固定牢固，出水管安放在横担上，横担的两端向固定在罐体两侧的内壁上，横担可设置多组，进水管则以支承座支护，这一结构不但坚固耐用，而且在对罐内的发酵液料进行加热时，能使发酵液料受热均匀，更不会出现发酵液料局部过热现象。由于采取了对罐内发酵液料进行加温的有效措施，能使罐内的发酵温度始终处在最佳的发酵温度区段内，使罐内发酵液料的发酵分解速度加快，这样不但使发酵周期大大缩短，而且提高了有效容积的单位利用率，使单位容积的产气量大增，所产出的沼气甲烷含量高，产气充足，更加显示了中小型集中供气沼气发酵罐的优越性。

以下将根据本发明的一个实施例则，结合图示详细描述中小型供气沼气发酵设备的具体结构和运行情况。

图1是本发明的一种中小型集中供气沼气发酵罐设备主体结构图。

图2是本发明的一种中小型集中供气沼气发酵罐设备纵向剖面图。

图3是本发明的一种中小型集中供气沼气发酵罐设备按A——A线剖面图。

图4是本发明的一种中小型集中供气沼气发酵罐设备人孔结构剖面图。

以下将结合附图详细描述本发明的一个实施例的具体结构。

参照图1，沼气发酵罐设备由筒体[1]及两端的封头[2]焊接结构罐体[10]，内装置热水器[20]在罐体[10]中纵向布置，热水加热器[20]为圆柱管状，进水管[21]装在罐体[10]下部，并同罐壁[11]保持一定的间距，出水管以两个同时出水的并排双管组成，左出水管[22]和右出水管[28]除平行放置外，相互间也留有一定的间距，两个出水管布置在进水管[21]上部，同进水管[21]及罐壁[11]均保持一定的间隔距离，其进水管头部[23]同左出水管尾部[24]和右出水管尾部[29]都穿过封头壁[12]置于封头[2]外面，同供热水系统相联接，进水管[21]同二个出水管的折回联接，在罐体[10]内靠近另一侧封头[2]近处进行，进水管[21]的进水管尾部[26]同弯管[25]的平行端联接，朝上的一端同竖管[42]相联接，结构成丁字形输水管[27]，横向管[45]的左侧联接弯和[46]又同左出水管[22]的左出水管头部[61]相联接，横向管[45]的右侧联接右弯管[47]又同右出水管[28]的右出水管头部[30]相联接成整体，构成供热水与出水的回路，为使进水管[21]同二个出水管在罐内固定牢固，二个出水管安放在横担[31]上，横担[31]的两端横向固定在罐体两侧的罐壁[11]上，进水管[21]则以支承座[32]支护，整个热水加热器[20]被牢牢的固定在罐体[10]中，顶部开一人孔[3]能方便对罐内设施进行维护和修理，人孔圈[33]的下端[52]同罐体[10]大开孔[34]焊接成一体，人孔圈[33]上端[53]同带槽面[38]的槽面法兰[35]相焊接，上压带有榫面[39]的人孔盖[36]用于封盖人孔[3]，在槽面法兰[35]的下侧面[56]同人孔盖[36]的上侧面[55]都焊制相互对称，带有通孔[41]的上耳板[44]和带有通孔[41]的下耳板[57]支承，长销轴[37]穿于耳板孔[41]内，并用开口销[54]固定，当打开人孔盖[36]时，可提拉拉手环[59]人孔盖[36]被提起，并可以方便的进行回转，并支承人孔盖[36]防止滑落，在槽面法兰[35]的槽面[38]内垫置一个密封环圈[40]能将人孔[3]密封严密，密封环圈[40]以退火软铝制作，当封盖时，人孔盖[36]]上的榫面[39]置于密封环圈[40]上面，达到紧密密封的目地。在罐体[10]一侧开出气口[7]同输气管[8]以法兰联接，并在输气管路上装置载止阀[9]以方便维修管路和供气，并在罐体[10]上和管路中均安装压力表[60]显示罐中贮气状况，同时在罐体[10]上部安装安全阀[4]能有效防止发酵罐超压运行，所装置的安全阀[4]对于较大型罐体来说，应不少于二个。在罐体[10]下部，装置前安座[13]和后安座[14]起支承罐体[10]的作用。在罐体[10]两侧装置左测温器[19]]和右测温器[49]用于测量罐内料液温度，二个测温器分别从罐体[10]]两侧斜插入罐体[10]中，罐体[10]前部开一出渣口[5]上装出渣阀[6]用于排放沼渣和沼液。进料口[5]安装在罐体[10]侧面接近端头处，并装置一个进料阀[16]]除能防止罐内发酵原料回流外，还起到防止气体外泄的双重作用，在进料口[15]相对应的另一端设液位溢流口[17]前装置溢流阀[18]当达到限定液面时，将溢流阀[18]关闭，即为所规定发酵原料容积，此时进料停止，溢流口[17]有效的防止了在装料时超过所规定容积，并显示了罐内发酵原料的液面位置。本发明的这种结构保证了沼气发酵所需的最佳发酵环境，使发酵温度始终处于最为理想的发酵温度区段内。为大面积众多用户的集中供气提供了优良的沼气发酵设备。

详细描述本发明中小型集中供气沼气发酵罐设备的具体操作和安全运行情况。

本发明的沼气发酵罐设备在安装时，应具有坚固的基础支墩支承，支墩必须坚硬牢固，能长期承受罐体[10]同内容物的全部重量，不允许偏斜并防止倾覆，罐体[10]安装完成后，向罐内投放发酵原料，由于发明的沼气发酵设备采取了对罐内发酵液料进行加温的有效措施，能将罐中发酵原料的温度调控在最佳发酵温度区段内，因而所投放发酵原料其浓度应达到百分之三十左右，这一浓度不但最大限度的利用了罐体的有效容积，而且此时的产气量指数也是最高的。投料时，应将发酵原料充分搅拌，并渗混均匀，浓度调整至百分之三十左右。用同进料阀[16]相联接的上料泵[58]将所调制好的发酵液料送进罐体[10]中，无论批次进料，还是连续进料，当发酵原料装至溢流口[17]位置时，应当停止时料，装料完成后，几天内即可源源不断的产出沼气来。为保证向用户所输送的沼气压力平稳稳定，并适合沼气灶具的使用，在输送管路前装置户前调压装置，沼气经调压至灶前压力后，向用户输送，满足了用户各类型沼气灶具的安全燃烧，安全用气。

综上所述，本发明中小型集中供气沼气发酵罐设备总体结构合理，单位容积比小，重量轻，运行效率高，产气速度快，安全可靠，经济实用。项目占地少、投资成本低，特别适合北方地区。同时设备各部件具有较强的刚度，稳定性，密封性能优良，绝无漏气、漏水现象出现，运输、安装简便、使用寿命长，操作简单易行。进料、出料及其方便，可实现全天候产气、供气，并且可实现无人值守自动化微机管理运行，节省了大量能源及其人力物力，最有效合理的利用了生物资源。由于本发明中小型集中供气沼气发酵罐设备可选择批次投料和连续投料等多种方式进行，这样沼气的发酵过程不受进出料影响，因此它的发酵过程是连续进行的，并且它的发酵速度快，有机物分解彻底，沼气产生周期短，设备利用率高，卫生条件好，所排出的沼渣是优质的有机肥，从而使有机质得到充分利用。实践证明，本发明有较高的可行性，生态效益、经济效益和社会效益十分显著，深受广大沼气用户的喜爱和欢迎，为大力推广先进技术和设备，为我国沼气技术的推广和应用做出了新贡献。

Claims (8)

1、一种中小型集中供气沼气发酵罐设备，由简体及两端的封头结构构成，并在罐体内纵向布置圆管状加温装置，这一结构不但具有较强的刚度，而且气密性能优良，其特征是由筒体[1]及两端的封头[2]结构构成的罐体[10]内，装置热水加热器[20]在罐体[10]中纵向布置热水加热器[20]为圆柱管状，进水管[21]装在罐体[10]下部，并同罐壁[11]保持一定的间距，出水管由两个同时出水的并排双管组成，左出水管[22]和右出水管[28]除平行放置外，相互间也留有一定的间距，两个出水管布置在进水管[21]的上部，同进水管头部[23]同左出水管尾部[24]和右出水管尾部[29]都穿过封头壁[12]置于封头[2]外面，同供热水系统相联接，进水管[21]同二个出水管的折回联接，在罐体[10]内靠近另一侧封头[2]近处进行，进水管[21]的进水管尾部[42]相联接，结构成丁字形输水管[27]，横向管[45]的左出水管头部[61]相联接，又同右出水管[28]的右出水管头部相联接成整体，构成供热水与出水的回路，为使进水管[21]同二个出水管在罐内固定牢固，二个出水管安放在横担[31]上，横担[31]的两端横向固定在罐体两侧的罐壁[11]上，进水管[21]则以支承座[32]支护，整个热水加热器[20]被牢牢的固定在罐体[10]中，在罐体[10]顶部开一人孔[3]能方便对罐内设施进行维护和修理，人孔圈[33]的下端[52]同罐体[10]大开孔[34]焊接成一体，人孔圈[33]上端[53]同带槽面[38]的槽面法兰[35]相焊接，上压带有榫面[39]的人孔盖[36]用于封盖人孔[3]，在槽面法兰[35]的下侧面[56]同人孔盖[36]的上侧面[55]都焊制相互对称，带有通孔[41]的支承耳板[44]支承，长销轴[37]穿于耳板孔[41]内，并用开口销[54]固定，当打开人孔盖[36]时，人孔盖[36]可以方便的进行回转，并支承人孔盖[36]防止滑落，在槽面法兰[35]的槽面[38]内垫置一个密封垫[40])能将人孔[3]密封严密，当封盖时，人孔盖[36]上的榫面[39]置于密封垫[40]上面，达到紧密密封的目的。在罐体[10]一侧开出气口[7]同输气管[8]以法兰联接，并在输气管路上装置载止阀[9]以方便维修管路和供气，并在罐体[10]上和管路中均安装压力表[60]显示罐中贮气状况，同时在罐体上部安装全阀[4]能有效防止发酵罐超压运行，在罐体[10]下部装置前安座[13]和后安座[14]起支承作用，在罐体[10]两侧装置左侧测温器[19]和右侧温器[49]用于测量罐体内液料温度，二个测温器斜插入罐体[10]中，罐体[10]前部开一出渣口[5]上装出渣阀[6]用于排放沼渣和沼液，进料口[15]安装在罐体[10]侧面接近端头处，并装置一个进料阀[16]除能防止罐内发酵原料回流外，还起到防止气体外泄的双重作用，在进料口[15]相对应的另一端，开液位溢流口[17]显示和指示罐内液位液面，溢流口[17]前装置溢流阀[18]，当达到限定的液面时，将溢流阀[18]关闭，即为所规定容积，此时进料停止，溢流阀[17]有效的防止了在装料时超过所规定的容积，并显示了罐内发酵原料的液面位置。

2、如权利要求1所述的中小型集中供气沼气发酵罐设备，在罐体中装置的热水加热器能有效的对发酵液料进行加温升温，其特征是热水加热器[20]在罐体[10]中纵向布置，进水管[21]及左出水管[22]和右出水管[28]各采用一长段圆柱形中空管共同组接焊制而成，进水管[21]的进水管管端[23]上，焊接带有切制螺纹的连接管[43]同供热水系统连接，进水管[21]同左出水管[22]和右出水管[28]呈倒置的品字形布置，进水管[21]以弯管[25]同丁字形管[27]的竖管[42]相连，横向管[45]的中间同竖管[42]相通，横向管[45]的左弯管[46]同左出水管[22]相连，右出水管[28]同横向管[45]的右弯管[47]相连，构成进热水与出水的回路，供热水加热器[50]的传热介质为液体水，液体水被加热后，经由热水管道泵[48]朝进水管[22]中输送，热水经由竖水管[42]进入到横向管[45]中，又被分别输送进左出水管[22]和出水管[28]中，热水通过二个出水管流回到供热水加热器[50]中，水被再加热后，又朝进水管[22]中输送，进行不间断的循环，热水管道泵[48]由一个电接点温度计[51]来进行自动控制，控制罐体中的发酵液料的温度，使其发酵液料的发酵温度基本恒定，并使沼气产气量保持在最高水平。

3、如权利要求1所述的中小型集中供气沼气发酵罐设备，焊接在罐体顶部的人孔，为修理维护罐内设施而设置，其特征是罐体[10]顶部的大开孔[34]内置人孔圈[33]的下端[52]同罐体[10]焊接，人孔圈[33]的上端[53]同槽面法兰[35]相焊接，所焊接的槽面法兰[35]上，有一凹形槽面[38]呈环形，分布在槽面[38]中垫置密封垫[40]上，在人孔盖[36]上焊制一圆柱形钢筋制拉手环[59]，用于提起和掀盖人孔盖[36]以便其自由回转，在人孔盖上侧端面[55]焊制二个上耳板[44]相互间保有一些距离，在槽面法兰[35]的下侧端面[56]上，焊制二个下耳板[57]]同上耳板[44]相对应，上耳板[44]装置于下耳板[57]的内侧，在耳板上均开有耳板通孔[58]长销轴[37]穿在耳板通孔[58]中，两侧以开口销[54]固定，构成人孔[3]组件。

4、如权利要求1或2所述的中小型集中供气沼气发酵罐设备，其特征是供热水加热器[50]是个无压热水锅炉或是一个电热加热器，能将所加热的热水经由管道泵[48]朝罐内的热水加热器[20]中输送。

5、如权利要求1所述的中小型集中供气沼气发酵罐设备，其特征是装置在罐体[10]上的左侧温器[19]和右测温器[49]为一端封闭的中空管，封闭端斜插进罐体[10]中，左测温器[19]和右测温器[49]是从罐中部偏上一些的位置，左右相互对称的斜插入罐体[10]内深处，中空管的管中可放置测温温度计，或者是测温探头。

6、如权利要求1所述的中小开型集中供气沼气发酵罐设备，其特征是装置在罐体[10]]顶部的安全阀[4]是防止罐内的沼气超压运行的安全装置，其安全阀[4]的配置应不少于二个。

7、如权利要求1或3所述的中小型集中供气沼气发酵罐，其特征是人孔[3]上部的槽面法兰[35]的槽面[38]中垫置的密封垫[4]其最佳材质为退火软铝。

8、如权利要求1或2所述的中小型集中供气沼气发酵罐设备，其特征是装置是罐体[10]中的热水加热器[20]中的传热介质，应优先选用温泉或者是余热水。

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