CN2668628Y - 集箱式沼气发酵及沼液利用设备 - Google Patents

集箱式沼气发酵及沼液利用设备 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种集箱式沼气发酵及沼液利用设备，沼气发酵系统主要由太阳能加热大棚、两个以上串联在一起的沼气发酵池及其上的进料口和出料口、辅助加热系统等几个部分组成，沼气发酵池包括出料间、池体和钢质沼气发酵池上盖；太阳能加热大棚包括骨架和覆盖在骨架上的塑料薄膜；辅助加热系统由加热炉和供热循环管道两大部分组成，在供热循环管道上装有循环水泵及阀门，供热循环管道一端与沼气发酵池的出料间联通，另一端与加热炉内的加热水套联通，从加热水套出来的供热循环管道通过钢质沼气发酵池上盖将多个沼气发酵池串联贯通构成一个相对独立的沼液循环辅助加热系统。本实用新型是一种适合于规模化养猪场的辅助加热式沼气工程，主要是解决传统沼气池的发酵温度低，年产气时间短，容积产气率低等问题。传统沼气池不能够保证沼气系统稳定的产气温度及产气率，本工程采用太阳能加热与辅助加热设备，完全克服了传统沼气池的这些不足之处，具有下列优点：(1)本装置结构合理，技术上可行；(2)本装置经济效益显著，产气率高，投资回收期短；大约为1.23年；(3)该沼气工程适合于规模化养猪场的粪便污水处理，处理效率高，是猪场粪便污水处理的又一条新途径。

Description

集箱式沼气发酵及沼液利用设备
技术领域
本实用新型涉及一种厌氧发酵沼气装置，尤其是一种集箱式沼气发酵及沼液利用设备。
背景技术
1、畜禽粪便沼气处理技术现状
随着科学技术的不断进步，人民生活水平的日益提高，养殖业的迅速发展，产生了大量的畜禽粪便。自90年代以来，我国养殖业畜禽粪便排放量急剧增长，据不完全统计，到2001年底，全年粪便及粪水总量超过10亿吨。沼气技术是解决畜禽粪便污染的有效途径。沼气发酵系统在我国的发展始于解放初期六、七十年代，但是由于沼气技术还不很成熟，许多小型沼气池在技术上存在着许多问题。例如，存在漏水、漏气等现象。随着科学技术的不断进步，沼气技术已经形成了较为完善的体系。
到1996年底，我国推广省柴节煤炉灶1.7亿户，每年减少了数干万吨标准煤的消耗；全国已建成农村户用沼气池600多万个，年产沼气16亿立方米；兴建大中型沼气工程近600处(含工业有机废弃物沼气工程)，使8.4万户居民用上了优质气体燃料。到2000年底，全国共建成近1000座工业废水和畜禽粪便沼气工程，形成了约6亿立方米/年沼气生产能力。
全国一半以上的农户普及了高效率节柴灶，每年可以节约1/3到1/2的燃料消耗；户用沼气克服了历史上的大起大落，走上了稳定发展阶段，全国525万个沼气池年产气12亿多立方米；大中型沼气工程作为一项能源环保技术，如雨后春笋，发展很快，100立方米以上的有600多处；集中供气已达8.4万户，沼气综合利用与生态农业和农村持续发展紧密结合，蓬勃发展，方兴未艾。近年来为了进一步改进生物质能利用技术，提高利用效率，还开展了把秸秆等农林废弃物转换为优质气体、液化燃料等新技术的研究和开发，并已建成一些示范工程。
根据农业系统统计，到2001年底全国农村户用沼气池956.79万个，处理酒精厂、淀粉厂、豆制品厂等工业有机废渣、废水的沼气工程400多处，处理养殖场畜禽粪便的沼气工程600余处，总面积150万m3，年产沼气10亿m3，年处理有机废物2500万吨、废水1亿m3。城市污水净化沼气池4093处，处理污水3亿吨。
发展沼气产业是变废为宝的最佳途径：在农村，有些地方的秸秆等农产品废弃物都被焚烧掉，这不仅白白地浪费了能源资源，而且也造成了严重的环境污染。沼气工程不仅克服了这方面的不足，而且也产生了清洁的能源资源，是我们所企望的。在大、中型养殖场，发展沼气产业的效益就更加明显了，它不仅可以处理大量的粪便、污水，而且还为周边及本厂居民提供了可靠的生活用能保证。
农业要解决可持续发展的问题，必须处理好环境和资源的问题。发展沼气不仅可以保护和改善农业生态环境，合理、持续地利用自然资源，特别是可再生资源，而且避免掠夺式经营和滥用，浪费资源的现象，提高劳动生产率和资源利用率，从而促进农业的可持续发展。
2、畜禽粪便沼气处理技术的意义
随着养殖业的迅速发展，产生了大量的畜禽粪便。发展沼气产业既可处理大量的畜禽粪便废弃物又可变废为宝产生大量沼气。于是，各种各样的沼气发酵装置就应运而生了。但是，目前的大型反应器如UASB、IC等大型反应器，它们的结构复杂、有很高的技术要求，管理起来较困难。并且，一次建成投资费用大、投资回收期长。不利于推广。而传统型沼气池的发酵温度较低，容积产气率又不高，并且发酵温度受环境温度的影响较大，发酵温度不稳定。产气量小，产气不稳定，不能适合大中型养殖场污水处理的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种提高沼气系统的生产能力，保证沼气系统冬季正常产气的集箱式沼气发酵及沼液利用设备。
本实用新型的技术方案是：一种集箱式沼气发酵及沼液利用设备，沼气发酵系统主要由太阳能加热大棚、两个以上串联在一起的沼气发酵池及其上的进料口和出料口、辅助加热系统等几个部分组成，沼气发酵池包括出料间、池体和钢质沼气发酵池上盖；太阳能加热大棚包括骨架和覆盖在骨架上的塑料薄膜；辅助加热系统由加热炉和供热循环管道两大部分组成，在供热循环管道上装有循环水泵及阀门，供热循环管道一端与沼气发酵池的出料间联通，另一端与加热炉内的加热水套联通，从加热水套出来的供热循环管道通过钢质沼气发酵池上盖将多个沼气发酵池串联贯通构成一个相对独立的沼液循环辅助加热系统。上述的每个沼气发酵池容量为10立方米，可根据发酵负荷和发酵容积进行陈列组合，其组合容积可超过100立方米。
钢质沼气发酵池上盖的内表面涂一层防腐剂或搪瓷层，外表面涂上一层阳光吸收率较高的吸收涂层。
沼气池的底部墙根沿纵深方向有半径r＝300mm的过渡圆弧，沼气池底部地面设计成斜度为1∶50的一个斜面，出料口设在斜面。
在加热炉的供热循环管道上装有沼液处理设备，该沼液处理设备包括沉淀罐、预处理池、粗过滤器、搅拌器和精滤器；沉淀罐通过管道与加热炉的供热循环管道和粗过滤器联通，预处理池通过管道与粗过滤器联通，粗过滤器通过管道与搅拌器联通，搅拌器通过管道与精滤器联通。
本装置采用太阳能加热与辅助加热设备加热发酵料液，这样有效的保证了发酵温度的稳定。况且太阳能是取之不尽、用之不竭的能源。加热原料是薪材、秸秆等农作物废弃物，资源丰富，廉价。这样加热成本就很低了。本装置成本低、投资回收期短。非常适合中小型养猪场的粪便处理，适宜大面积推广应用。本课题研究的目的是为了探索一条如何提高猪场沼气发酵系统的发酵温度和产气率的途径。为改进规模化养猪场沼气系统结构，提高沼气系统的生产能力，保证沼气系统冬季正常产气。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图
图2为出料口结构示意图
图3为浮罩变容湿式集气罐结构示意图
图4为辅助加热式沼气发酵系统工艺流程示意图结构示意图
图5为本实用新型总体结构示意图
具体实施方式
集箱式沼气发酵系统的组成
1、沼气发酵系统的基本组成
该沼气发酵系统主要由人行道1、猪栏2、排粪槽3、进料口6、出料口9、供热管道10、太阳能加热大棚4、沼气发酵池5、辅助加热设备11、预加热发酵池7、钢质沼气发酵池上盖12等几个部分组成。(如图1、图2所示)
(1)进料口
进料管下口上沿位于沼气池池体的1/3～1/2处，一般与沼气池池墙的夹角为30°左右。进料口6的口径定为800×800。
(2)出料口及水压间的设计
出料间8：出料口9管道开口于烟气室的下面(如图2所示)，口径大小为800×800。能够容一个人通过，这样便于维修人员的出入。出料间8的大小设计为1000×800×2000。并且，出料间的地面平面应低于出料口平面大约200mm。这样有利于料液的排出。出料口9的设计原则：清理沼渣简单方便，可利用污泥泵直接从出料间底部抽出池底沼渣。平时，小出料时也可利用手工方式直接从出料间出料。
水压间：水压间的容积以能容纳最高产气量时排出的水液为准，一般不小于主体容积的10％，水压间上部设有溢流槽，在沼气池产气过多时自动排出高位口的沼液，达到限制最高压强的目的。水压间设在大棚的外面，上面盖有水泥预制盖以防人、畜不小心掉入。
(3)猪场养殖场区设计(此部分为非主要环节，略述)
猪栏结构的大小可根据养殖规模的大小确定，为了有利于粪便及冲洗水顺利流入沼气池，猪栏地面可适当有一个坡度2°，人行道设计为1m宽，这样可以使饲养人员及运料车通过。
(4)太阳能加热与辅助加热设备
加热设备由太阳能加热大棚4(包括钢材骨架4-1、塑料薄膜4-2等组成)和辅助加热设备11(包括供热管道26、加热炉25、烟囱等组成)两大部分组成。一般情况下，主要依靠太阳能加热大棚调节厌氧发酵工艺所需的温度，实现厌氧发酵正常进行。
太阳能加热大棚4的工作原理：太阳短波进入塑料温室大棚内，经地面辐射变为料薄膜，于是使温室大棚内的温度越来越高。温室内的热量经钢材料的沼气池上盖传给发酵液，从而加热发酵液，提高发酵温度，提高产气率。当自然温度很低，太阳能加热系统不能够满足沼气发酵所需要的温度时，需启动辅助加热系统，以保证厌氧发酵正常进行。辅助加热系统的组成(如图5所示)：辅助加热系统由加热炉25和供热循环管道26两大部分组成，即分别由循环水泵27、加热炉25、管道26及阀门28等组成，供热循环管道26一端与沼气发酵池5的出料间8联通，另一端与加热炉25内的加热水套联通，从加热水套出来的供热循环管道26通过钢质沼气发酵池上盖12将多个沼气发酵池串联贯通构成一个相对独立的沼液循环辅助加热系统。
其工作原理是：循环水泵27把新鲜沼液从出料间吸入加热炉25内的加热水套，再利用循环管道26把加热后的沼液从各个发酵单元的金属顶壳12送入沼气发酵池内，形成了沼液辅助加热的内外循环系统，从而加热发酵液，提高发酵温度。同时，还起到了搅拌发酵料液的目的，保证了发酵工艺的高效运行。
2、辅助设备的设计
(1)预加热发酵池7的设计
设计体积大约为2.5×4×4(即40m3)。池壁厚度为一砖墙，即240mm。它的上部有一个20°的倾角，上面覆盖有塑料薄膜，可利用太阳能对料液进行加热，从而达到预加热的目的。需要进料时，打开阀门料液即可流入沼气池，进完料后关闭阀门即可。
(2)浮罩变容湿式集气罐
钢制储气浮罩15以导向轮16沿纵向导轨在水泥池内的水槽17中上下浮动，在水槽17中的浮罩15内设有自动排空管14、进气管20、出气管21，浮罩15上有监视孔18和阀门19，浮罩15重量和配重提供一定的沼气出口压力，压力一般为150～350mmH2O(即1470～3430Pa)。当储气罐内沼气过量时，多余的沼气从安全罩13排出。其结构示意图见图3。
浮罩变容湿式集气罐的优点：沼气压力比较稳定，有利于燃烧器燃烧，可靠性好，容积可大可小。主要缺点：占地面积大，投资费用高。根据运行经验表明，储气罐容积以日供气量的50％～60％为宜。
(3)发酵池池体的设计
发酵池5的池体的规格为20000×3000×1500。沼气池的底部墙根沿纵深方向用半径r＝300mm的圆弧过渡，这样可以避免形成死角，有利于沼液的排出。而且，沼气池底部地面设计成斜度为1∶50的一个斜面，这样有利于底部沼渣从进料口向出料口移动，有利于沼渣的排出。每个沼气发酵池5的容量为10立方米，可根据发酵负荷和发酵容积进行陈列组合，其组合容积可超过100立方米。
(4)上盖的设计
上盖12的材料为碳素钢，材料应具有较高的抗压强度和抗弯能力。抗腐蚀性应较好，为了增强沼气池上盖的使用寿命，可在上盖12的内表面涂上一层防腐剂或搪瓷层。
为了增强沼气池上盖吸收太阳光的能力，可在上盖12表面涂上一层阳光吸收率较高的吸收涂层，表1列出了几种吸收涂层的性质，由表2可知选用黑光油漆较好。
        表1几种吸收涂层的性质
    材料     阳光吸收率α    红外辐射率ε
    灰油漆     0.75
    黑光油漆     0.90
    红油漆     0.74
导气管：安装时靠沼气池内部一端不能与拱顶面平齐，而应多出10～20mm，这样可以减少水分带入输气管道。
(5)规模化猪场沼气发酵系统的特点
a、沼气发酵池上盖用钢板制成，传热效果好，并且也减少了热胀冷缩对系统造成的破坏，克服了以往砖砌上盖沼气发酵池的一些弊端。
b、设计液面下敷设有辅助供热管道，能使沼液在寒冷的冬季也能够保持较高的温度，从而保证了沼气发酵池的产气量，克服了以往沼气发酵池系统不能全年使用的缺点。
c、预加热发酵池具有预加热和储存粪便的功能。
d、具有太阳能加热与辅助加热设备。
e、系统密封性较好。
f、产气率高。
g、安装方便、便于维护及维修。
(6)规模化猪场辅助加热式沼气发酵系统工艺流程示意图(见图4)
猪场产生的粪便经过预处理后，经排粪槽流入预加热发酵池。粪便在预加热发酵池里停留时吸收太阳辐射产生的热量，从而使料液温度升高，达到预加热的目的。同时，预加热发酵池也起到暂时储存猪粪便的作用，当发酵间内没有多余的空间时，产生的粪便可暂时储存在预加热发酵池内，需要时打开阀门，粪便在自身重力的作用下流入发酵间，进行发酵。不需要时关闭阀门即可。沼液在发酵间内进行发酵，产生的沼气竟经过汽水分离、脱硫等处理后进入储气罐。沼气可供居民生活及猪场生产使用。沼渣可以用作肥料还田、饲料养鱼等。
3沼液处理与加工成套设备
沼液加工成品主要用于无公害蔬菜和水果的叶面喷洒，起到叶面肥效与杀灭幼虫和防止成虫对植物的侵害之功效，它的成分主要是净化过的特种沼液与植物无强毒混合液以及催化剂等混合在一起，加工成产品制剂，用于温室大棚种菜和种植水果，它将能为市场提供绿色和有机食品，避免对人们食用食物给身体带来危害。
3.1沼液处理加工的设备与工艺(如图5所示)
沼液处理设备包括沉淀罐30、预处理池31、粗过滤器32、搅拌器33和精滤器34；沉淀罐30通过管道35、36分别与加热炉25的供热循环管道和粗过滤器32联通，预处理池31通过管道37与粗过滤器32联通，粗过滤器32通过管道与搅拌器33联通，搅拌器33通过管道与精滤器34联通。
(1)沼液的预处理要求：除用粪便沼液外，还要采用麦秸秆在、预处理池31内预处理水加灰一起构成原液。麦秸草经过56℃的水温，浸泡与发酵，过滤其液体直接进入沉淀与沼液混合沉淀，先加工成原液。
(6)原液进入粗过滤器32进行粗过滤，采用瓶状过滤器，分工道工序滤出。第一工序用小石英砂，第二工序用活性炭，对原料进行粗过滤，使原液相对无杂质。
(7)液进入混合搅拌器33，用时加入植物无强毒混合液，加入催化剂，调整液体的PH值等工艺，进行搅拌混合均匀，制成产品原液。
(8)产品原液进入精滤器34进行精滤，产品原液经过精薄膜过滤器过滤后，加工成成品制剂。
(9)品制剂的分装，可采用瓶装或手工装桶方法进行分装成商品。
3.2沼液处理加工的设备投资
(1)、沼液处理沉淀罐            5000元
(2).泵                         1000元
(3).粗滤器                     8000元
(4)、混料搅拌器                2000元
(5)、精滤器                    12000元
(6)、分装机                    10000元
(7).厂房                       28000元
(8)、工程费                    3000元
(9)、预处理池                  2000元
总投资：6.5+0.3+0.2＝7万元

Claims (5)

1、一种集箱式沼气发酵及沼液利用设备，其特征是：沼气发酵系统主要由太阳能加热大棚、两个以上串联在一起的沼气发酵池及其上的进料口和出料口、辅助加热系统等几个部分组成，沼气发酵池包括出料间、池体和钢质沼气发酵池上盖；太阳能加热大棚包括骨架和覆盖在骨架上的塑料薄膜；辅助加热系统由加热炉和供热循环管道两大部分组成，在供热循环管道上装有循环水泵及阀门，供热循环管道一端与沼气发酵池的出料间联通，另一端与加热炉内的加热水套联通，从加热水套出来的供热循环管道通过钢质沼气发酵池上盖将多个沼气发酵池串联贯通构成一个相对独立的沼液循环辅助加热系统。
2、根据权利要求1所述的集箱式沼气发酵及沼液利用设备，其特征是：上述的每个沼气发酵池容量为10立方米，可根据发酵负荷和发酵容积进行陈列组合，其组合容积可超过100立方米。
3、根据权利要求1所述的集箱式沼气发酵及沼液利用设备，其特征是：钢质沼气发酵池上盖的内表面涂一层防腐剂或搪瓷层，外表面涂上一层阳光吸收率较高的吸收涂层。
4、根据权利要求1所述的集箱式沼气发酵及沼液利用设备，其特征是：沼气池的底部墙根沿纵深方向有半径r＝300mm的过渡圆弧，沼气池底部地面设计成斜度为1∶50的一个斜面，出料口设在斜面。
5、根据权利要求1所述的集箱式沼气发酵及沼液利用设备，其特征是：在加热炉的供热循环管道上装有沼液处理设备，该沼液处理设备包括沉淀罐、预处理池、粗过滤器、搅拌器和精滤器；沉淀罐通过管道与加热炉的供热循环管道和粗过滤器联通，预处理池通过管道与粗过滤器联通，粗过滤器通过管道与搅拌器联通，搅拌器通过管道与精滤器联通。
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