一种农村户用沼气发酵池发酵保温及预处理系统的制作方法

本发明涉及农村户用沼气技术，具体涉及一种农村户用沼气发酵池发酵保温及预处理系统。

背景技术：

我国是一个农业大国，农作物秸秆类生物质资源丰富，但只有少部分农作物秸秆得到有效利用，农业资源被严重破坏和浪费的情况十分严重，废弃的农作物资源对自然环境也会造成巨大破坏。利用农作物秸秆进行沼气发酵不仅为生活中取暖做饭提供方便，而且避免农作物资源浪费，避免造成的环境污染。在沼气发酵池发酵过程中，粪便秸秆混合预处理和合适稳定的产气温度对发酵产气速率至关重要，研究表明在常温发酵时，发酵液温度在18-25℃之间，生物质发酵产气的速率最高。沼气发酵池由于长期置于室外，在华北地区受到季节变化影响，池内温度易变成冬冷夏热的状态，造成产气速率低和产气量较少等问题，严重影响正常使用，因此，有必要对沼气发酵池的温度控制进行相关研究。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是沼气发酵池长期置于室外，池内温度易变成冬冷夏热的状态，造成产气速率低和产气量较少等问题，严重影响正常使用，提供一种农村户用沼气发酵池发酵保温及预处理系统。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种农村户用沼气发酵池发酵保温及预处理系统，包括沼气发酵池，沼气发酵池上部设有排水管和产气口，与沼气发酵池相连设有秸秆预处理系统和猪粪预处理系统，沼气发酵池内部设有温度控制系统，与产气口相连设有发酵产气收集系统，与发酵产气收集系统相连设有沼气联合农村户用大棚应用系统。

所述的沼气发酵池下部沉入到土壤中，沼气发酵池上方还设有补水管，沼气发酵池下方设有出料口，上方设有横向支撑架，沼气发酵池内部设有搅拌器。

所述的沼气发酵池两侧设置带有电动铰链的支撑钢架。

所述的搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴上部与横向支撑架相连，搅拌轴上设有上层搅拌叶和下层搅拌叶，上层搅拌叶上方设有机械过滤器；所述的机械过滤器包括机械过滤网、固定轴和连杆，固定轴一端和横向支撑架连接、一端和机械过滤网连接，固定轴上设有套筒，连杆两端分别与机械过滤网外侧、套筒铰接连接，套筒设置在沼气发酵池顶壁的下方；所述的沼气发酵池内壁上设有收渣槽。

所述的秸秆预处理系统包括秸秆粉碎机和秸秆预处理池，秸秆粉碎机右上方设有秸秆粉碎机进口，秸秆预处理池左上方设有给水管，秸秆粉碎机左侧和秸秆预处理池右侧通过倾斜管道相连，倾斜管道与秸秆粉碎机的连接端高于与秸秆预处理池的连接端，秸秆预处理池通过螺旋输送管道与沼气发酵池连接，螺旋输送管道位于秸秆预处理池的下方。

所述的猪粪预处理系统包括猪圈和水粪分离池，水粪分离池上部设有排水管，猪圈和水粪分离池通过猪粪清洗管道连接，猪粪清洗管道为斜管，猪粪清洗管道与猪圈的连接端高于与水粪分离池的连接端，水粪分离池与沼气发酵池之间通过螺旋输送管道连接，螺旋输送管道位于水粪分离池的下方。

所述的温度控制系统包括电加热丝、集热水箱、换热翅片管和总给水管，与集热水箱相连通设有集热水箱回水管、集热水箱给水管和集热水箱出水管，集热水箱上部设有太阳能集热板，换热翅片管通过集热水箱出水管和集热水箱回水管与集热水箱连接，总给水管通过集热水箱给水管与集热水箱相连通、通过补水管与换热翅片管相连通。

所述的电加热丝和换热翅片管分别有两个，两个电加热丝对称设置，两个换热翅片管对称设置，电加热丝和换热翅片管分别设置在沼气发酵池内部的四周，沼气发酵池内的下部还设有感温计。

所述的发酵产气收集系统包括集气罐和储水槽，储水槽底面上竖直设有支撑钢柱，支撑钢柱上设有滑套，集气罐通过滑套与支撑钢柱滑动连接，支撑钢柱上部设有截止块；集气罐下部设有排水口且排水口伸进储水槽内，集气罐上部通过管道与沼气发酵池的产气口相连通，集气罐上部设置安全阀、集气罐压力表和集气罐排气管。

所述的沼气联合农村户用大棚应用系统包括养鸡大棚的应用系统和蔬菜大棚的应用系统，所述养鸡大棚的应用系统包括与集气罐排气管相连的沼气锅炉，沼气锅炉上方设有加热水箱，加热水箱与换热器相连；所述蔬菜大棚的应用系统包括与出料口相连的螺旋管，与排水管通过水泵相连的沼液输送管，沼液输送管前段设有农药添加器，沼液输送管后段设有若干个喷嘴。

本发明在寒冷的冬季，通过太阳能热水和电加热丝对沼气发酵池进行增温控制，在炎热的夏季，通过市政给水对沼气发酵池进行降温处理；预处理过程时，通过秸秆预处理池对粉碎秸秆进行碱液预处理，通过水粪分离池对猪粪进行沉降处理，利用螺旋输送管连接至沼气发酵池；并将沼气发酵应用于养鸡大棚的供暖和蔬菜大棚的施肥灌溉。节约资源，减少环境污染。

附图说明

图1是本发明沼气发酵池与秸秆预处理系统、猪粪预处理系统设备布局示意图；

图2是本发明沼气发酵池升降系统示意图；

图3是沼气发酵机械过滤网装置示意图；

图4是沼气发酵池温度控制系统装置示意图；

图5是沼气发酵池温度控制系统装置剖面图；

图6是沼气发酵池集热水箱热水加热示意图；

图7是沼气发酵池电加热丝电加热示意图；

图8是发酵产气收集系统示意图；

图9是温度控制系统示意图；

图10是沼气发酵联合养鸡大棚供暖示意图；

图11是沼气发酵联合蔬菜大棚灌溉施肥示意图。

图号说明：1-秸秆粉碎机进口、2-秸秆粉碎机、3-秸秆预处理池、4-给水管、5-粉碎秸秆、6-螺旋输送管道、7-猪圈、8-猪粪清洗管道、9-猪粪、10-水粪分离池、11-土壤、12-混合发酵物、13-出料口、14-产气口、15-电动铰链、16-支撑钢架、17-沼气发酵池、18-搅拌器、183-搅拌轴、181-上层搅拌叶、182-下层搅拌叶、19-补水管、20-排水管、21-电加热丝、22-集热水箱回水管、23-闸阀、24-太阳能集热板、25-集热水箱、26-集热水箱给水管、27-总给水管、28-集热水箱出水管、29-补水管、30-换热翅片管、31-感温计、32-发酵池压力表、33-膨胀水箱、34-安全阀、35-截止块、36-支撑钢柱、37-集气罐压力表、38-集气罐排气管、39-集气罐、40-水、41-横向支撑架、42-收渣槽、43-机械过滤网、44-养鸡大棚、45-沼气锅炉、46-加热水箱、47-换热器、48-农药添加器、49-水泵、50-螺旋管、51-蔬菜大棚、52-喷管支架、53-喷嘴、54-沼液输送管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图11所示，一种农村户用沼气发酵池发酵保温及预处理系统，包括沼气发酵池17，沼气发酵池17上部设有排水管20和产气口14，与沼气发酵池17相连设有秸秆预处理系统和猪粪预处理系统，沼气发酵池17内部设有温度控制系统，与产气口14相连设有发酵产气收集系统，与发酵产气收集系统相连设有沼气联合农村户用大棚应用系统。

所述的沼气发酵池17下部沉入到土壤11中，沼气发酵池17上方还设有补水管19，沼气发酵池17下方设有出料口13，上方设有横向支撑架41，沼气发酵池17内部设有搅拌器18。沼气发酵池17设置为地下式，即使沼气发酵池17大部分沉入土壤11中，土壤11是经济实用的保温材料，地下式布置可以尽量减少冬冷夏热对发酵产气的影响，为了增加发酵产气速率，增加设置搅拌器18，搅拌器的用于搅拌混合发酵物12，定期搅拌混合发酵物12能有效增加发酵产气速率，在沼气发酵池的上部分别布置补水管19和产气口14，当沼气发酵池17内水分不足时，通过补水管19进行补水。沼气发酵池17中还设有发酵池压力表32，检测发酵池内压力。

所述的沼气发酵池17两侧设置带有电动铰链15的支撑钢架16。本发明沼气发酵池升降系统如图2所示，为了方便沼气发酵池17的出料口13顺利排出发酵后的废料，在沼气发酵池17两侧布置带有电动铰链15的支撑钢架16，当需要排出废料时，利用电动铰链15将沼气发酵池17提升至地面，使出料口13顺利排出废料，相比人工清理沼气发酵池17的废料，极大节省人力和时间。

所述的搅拌器18包括搅拌轴183，搅拌轴183上部与横向支撑架41相连，搅拌轴183上设有上层搅拌叶181和下层搅拌叶182，上层搅拌叶181上方设有机械过滤器；所述的机械过滤器包括机械过滤网43、固定轴432和连杆433，固定轴432一端和横向支撑架41连接、一端和机械过滤网43连接，固定轴432上设有套筒431，连杆433两端分别与机械过滤网43外侧、套筒431铰接连接，套筒431设置在沼气发酵池17顶壁的下方；所述的沼气发酵池17内壁上设有收渣槽42。横向支撑架位于沼气发酵池的正上方，用于固定搅拌器的搅拌轴183和机械过滤网的固定轴432，机械过滤网43与固定轴432上的套筒431通过连杆433连接，固定轴432上下运动带动下方的机械过滤网43上下运动，机械过滤网43从沼液内部上升到沼液上方时，将沼液的沼渣带出，此时套筒431向上运动，套筒431达到沼气发酵池17顶壁时停止，固定轴432继续上升，机械过滤网43在连杆433的作用下向外侧倾斜，使沼渣倾斜倒进收渣槽42。固定轴432依靠电力驱动其上下运动，搅拌轴183依靠电力驱动旋转。上层搅拌叶181搅拌沼液，下层搅拌叶182搅拌沼渣，在沼液的上方，设置两个机械过滤网43，机械过滤网43平放进入沼液中，上升时收集漂浮的沼渣悬浮物，并在套筒的带动下，倾斜机械过滤网43使其收集的沼渣悬浮物倾倒进收渣槽42，如此往复，清除沼渣悬浮物能有效增加产气速率。

所述的秸秆预处理系统包括秸秆粉碎机2和秸秆预处理池3，秸秆粉碎机2右上方设有秸秆粉碎机进口1，秸秆预处理池3左上方设有给水管4，秸秆粉碎机2左侧和秸秆预处理池3右侧通过倾斜管道相连，倾斜管道与秸秆粉碎机2的连接端高于与秸秆预处理池3的连接端，秸秆预处理池3通过螺旋输送管道6与沼气发酵池17连接，螺旋输送管道6位于秸秆预处理池3的下方。螺旋输送管道6一端与秸秆预处理池3的下部连接、另一端与沼气发酵池17的上部连接。田间的玉米秸秆和稻杆经过秸秆粉碎机进口1送入秸秆粉碎机2，粉碎后的秸秆经过倾斜管道送入秸秆预处理池3，通过给水管4添加碱液和水，调至合适的比例后，对秸秆预处理池3密封处理，使粉碎秸秆5进行为期一周左右的预处理，然后经过秸秆预处理池3下方的螺旋输送管道6送至沼气发酵池17。

所述的猪粪预处理系统包括猪圈7和水粪分离池10，水粪分离池10上部设有排水管20，猪圈7和水粪分离池10通过猪粪清洗管道8连接，猪粪清洗管道8为斜管，猪粪清洗管道8与猪圈7的连接端高于与水粪分离池10的连接端，水粪分离池10与沼气发酵池17之间通过螺旋输送管道6连接，螺旋输送管道6位于水粪分离池10的下方。螺旋输送管道6一端与水粪分离池10的下部连接、另一端与沼气发酵池17的上部连接。农村家养生猪每天要对猪圈7的粪便进行冲洗，在猪圈7后方设置猪粪清洗管道8，猪粪清理管道8为斜管，斜管有一定的坡度，使猪粪和水流一同流入水粪分离池10，经过自然沉淀后，上层的粪水沿着排水管20被抽吸至菜园田间，对农作物进行灌溉施肥，有效回收利用水资源和猪粪肥料，下层的猪粪9被螺旋输送管道6送至沼气发酵池17。

所述的温度控制系统包括电加热丝21、集热水箱25、换热翅片管30和总给水管27，与集热水箱25相连通设有集热水箱回水管22、集热水箱给水管26和集热水箱出水管28，集热水箱25上部设有太阳能集热板24，换热翅片管30通过集热水箱出水管28和集热水箱回水管22与集热水箱25连接，总给水管27通过集热水箱给水管26与集热水箱25相连通、通过补水管29与换热翅片管30相连通；所述的电加热丝21和换热翅片管30分别有两个，两个电加热丝21对称设置，两个换热翅片管30对称设置，电加热丝21和换热翅片管30分别设置在沼气发酵池17内部的四周，沼气发酵池17内的下部还设有感温计31。换热翅片管30和太阳能集热板24之间还设有膨胀水箱33，膨胀水箱在给排水系统中起到稳压作用，维持管内水流系统的压力稳定，同时热水运动产生的气体通过膨胀水箱排至外界，维持系统稳定运行，一般给排水工程设计中均设置膨胀水箱等稳压装置。在沼气发酵池17内部相对的两侧，分别设置u型排列的换热翅片管30，换热翅片管30中以水为换热介质，通过集热器出水管28和回水管22连接集热水箱25，集热水箱25连接太阳能集热板24，太阳能集热板24吸收太阳光的能量，对集热水箱25中的水进行加热。总给水管27的市政给水通过水箱给水管26对集热水箱25进行充水，同时补水管29连接集热水箱出水管28，在每个水管上均布置闸阀23，在沼气发酵池17内部另外两侧，布置u型排列的电加热丝21。在发酵池的中下位置布置感温计31，对发酵液温度进行监控。

在春秋季节，当感温计31监测到沼气发酵池内发酵液温度低于35℃时，打开集热水箱给水管26的闸阀23，对集热水箱25进行充水，待集热水箱25中的水被太阳能集热板24加热后，打开集热水箱出水管28和集热水箱回水管22上的闸阀23，使热水通过换热翅片管30循环流动，通过换热翅片管30对发酵液进行加热增温；在寒冷冬季，若集热水箱25中热水不能有效把发酵液加热到35℃时，开启电加热丝21进行辅助加热；在高温夏季，若发酵液温度高于35℃时，关闭集热水箱出水管28的闸阀23，打开补水管29的阀门23，使市政给水流入翅片换热管30，吸收发酵液热量后通过集热水箱回水管22流入集热水箱25，完成对发酵液的冷却降温。

如图9所示是沼气发酵池的温度控制系统系统图，是对温度控制系统的原理进行简化，沼气池热电偶收集沼液的温度数据，送至中央控制器，中央控制器处理后，如果显示沼液温度过高，就控制打开冷水管开关，关闭热水管开关，冷水在循环泵作用下，送至沼液中的换热管，对沼液进行冷却降温；如果显示沼液温度过低，就控制打开热水管开关，关闭冷水管开关，热水在循环泵作用下，送至沼液中的换热管，对沼液进行增温；保持沼液温度平衡稳定。

所述的发酵产气收集系统包括集气罐39和储水槽401，储水槽401底面上竖直设有支撑钢柱36，支撑钢柱36上设有滑套361，集气罐39通过滑套361与支撑钢柱36滑动连接，支撑钢柱36上部设有截止块35；集气罐39下部设有排水口且排水口伸进储水槽401内，集气罐39上部通过管道与沼气发酵池17的产气口14相连通，集气罐39上部设置安全阀34、集气罐压力表37和集气罐排气管38。集气罐是运用沼液不溶于水的特性，通过排水法进行收集。集气罐收集的沼气越来越多，沼气压力增大，顶起集气罐向上运动，集气罐在支撑钢柱36的套管361固定连接下，沿着支撑钢柱36上下运动，在支撑钢柱36的最上方设置截止块，是为了防止集气罐一直向上运动，导致滑落脱离，避免收集的沼气泄露。集气罐39和储水槽401是连通状态，通过下方的排水口连接，集气罐中的沼气变少时，集气罐在自身重力作用下下降，储水槽401中的水通过排水口进入集气罐，保持平衡稳定状态，当集气罐39中连续进入沼气时，沼气通过压力作用将集气罐39中的水，通过排水口排入储水槽401中，保持平衡稳定状态。

农作物秸秆和清水加入到沼气发酵池17内，在发酵过程中，通过搅拌器18的搅拌，增加物料的发酵产气速率，产生的沼气通过产气口14排入到集气罐39，其中，集气罐39中盛满水40，逐渐增加的沼气将集气罐39中的水排出，即通过排水法收集沼气。集气罐39通过支撑钢柱36的滑套361上下运动，在支撑钢柱36的最上方设置截止块35，避免集气罐39受到沼气压力一直上升，在集气罐39设置安全阀34和集气罐压力表37，保证集气罐内沼气的安全稳定。

所述的沼气联合农村户用大棚应用系统包括养鸡大棚44的应用系统和蔬菜大棚51的应用系统，所述养鸡大棚44的应用系统包括与集气罐排气管38相连的沼气锅炉45，沼气锅炉45上方设有加热水箱46，加热水箱46与换热器47相连；所述蔬菜大棚51的应用系统包括与出料口13相连的螺旋管50，与排水管20通过水泵49相连的沼液输送管54，沼液输送管54前段设有农药添加器48，沼液输送管54后段设有若干个喷嘴53。本发明沼气发酵在冬天应用于养鸡大棚44时，集气罐排气管38联合沼气锅炉45、加热水箱46、换热器47为养鸡大棚供暖；沼气发酵在冬天应用于蔬菜大棚51时，沼渣被螺旋管50输送至蔬菜作物处，沼液被水泵49抽吸后，经喷嘴53喷洒出来，在沼液输送管54的前段处设置农药添加器48，适时添加农药，对蔬菜作物进行灌溉施肥。沼液输送管54通过喷管支架52支撑。