户用沼气系统的制作方法
【专利摘要】一种户用沼气系统，包括秸秆粉碎机、水解罐、发生罐、抽料混输泵、排渣管路与阀门、沼气管路、自动燃气锅炉、热水管路和沼渣车，所述的水解罐包括上盖和罐体，罐体内部分成6个水解池；所述的发生罐为一密闭罐体，包括罐体，罐盖，酸化池，驱动装置，发酵池，进出料装置，加热器和保温层；所述的抽料混输泵选用能够输送液体中含有大量固体颗粒的污泥泵。本发明将产气和用气装置配合成完整的沼气发生和应用系统，自动化程度高，使用方便，采用半连续式投放秸秆原料和排渣方式，不需要停产清池，不受季节影响，能四季稳恒运行，可满足居民随时使用沼气的需求。
【专利说明】户用沼气系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物能源领域，特别涉及一套在北方地区可四季稳恒运行的农村居民户用沼气发生和应用系统及其运行方式。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，现代农村居民，急需一套能够同时满足日常厨用、冬季采暖、四季洗浴等需求的，能够四季稳恒运行的，自动化程度较高、使用方便的能源供给和使用系统。沼气作为绿色可持续能源，由于其在原料来源广泛和能够减少热、烟、霾污染以及微生物污染等方面的优点，已经被公众认可，成为许多国家政府极力推广的能源形式。我国上世纪五、六十年代就提出沼气在农村家庭使用的发展规划，八、九十年代曾在我国农村试验单户型水泥窖式沼气池。21世纪以来，已有多人提出将沼气用于北方地区冬季取暖的设想，也有人提出为沼气发生器加温、保温的设想，例如，农业部规划设计研究院设计了一种100立方米的采暖型沼气池，2005年冬季经过在黑龙江地区试用，效果比较满意，但它属于水泥窖式沼气池，而且体积庞大，不易保温。目前也有非水泥窖式沼气发生器的设计，也有保温式、加热式沼气发生器设计。这些沼气装置一般只考虑了沼气产生而未考虑居民的用气，尚不能推广使用，其原因主要有:产气、用气装置相对独立，未能构成相互配合的完整的发生和应用系统，自动化程度不高，使用不方便；由于季节等原因，产气量不均，多数是一次性投放秸杆原料的沼气池，还需停产清池，不能四季稳恒运行，影响居民使用。
【发明内容】
[0003]针对农村居民一年四季对方便、稳定能源的需求，本发明提供一种户用沼气系统，该户用沼气系统将产气和用气装置配合成完整的沼气发生和应用系统，自动化程度高，使用方便，采用半连续式投放秸杆原料和排渣方式，不需要停产清池，不受季节影响，能四季稳恒运行，可满足居民随时使用沼气的需求。
[0004]本发明提供的户用沼气系统，包括秸杆粉碎机、水解罐、发生罐、抽料混输泵、排渣管路与阀门、沼气管路、自动燃气锅炉、热水管路和沼渣车。
[0005]所述的水解罐由玻璃钢材料制成，包括上盖和罐体。罐体内部水平分成6个独立的水平截面为60度角扇形的、形状相同的水解池，水解罐的上盖设有出料孔，出料管路可以经过出料孔进入水解池中，与水解池连通。在水解池内铺设有热水管路构成的加热器，加热器的进管和出管穿过水解罐底引出罐外，加热器内流过热水为水解罐中的物料加热保温。水解罐外面设有保温层。
[0006]所述的发生罐为一密闭罐体，由玻璃钢材料制成，其下部为带有底座的椭球形封头，中段为圆柱形筒体，上口为带有密封圈的连接法兰。发生罐包括罐体，罐盖，酸化池，驱动装置，发酵池，进出料装置，加热器和保温层。其中酸化池位于发生罐内的上部，由4个水平截面为直角扇环形的、形状相同的酸化分池构成。发酵池位于发生罐内的底部。发酵池被两个同心圆桶形间隔壁隔成容积相等的三个区一中心区、中间区和边缘区。中心区与中间区通过间隔壁下端的n形开口相连通，中间区与边缘区之间的间隔壁上端有U形开口。在发酵池内铺设有加热器。发生罐的上盖有上料口和出气口，分别与上料管路和总输气管路相连；边缘区的底部有排渣口，与排渣管路相连。上述相连处安有密封圈，以保证发生罐密闭。
[0007]所述的抽料混输泵选用能够输送液体中含有大量固体颗粒的污泥泵。在抽料混输泵的进料口连接有并联的双支管路，分别通过出料阀通向水解罐和通过排渣阀与发生罐的排渣管路相连通；在抽料混输泵的出料口连接有并联的双支管路，分别通过沼渣车阀通向沼渣车和通过上料阀与发生罐的上料管路相连通。抽料混输泵与出料阀、排渣阀、沼渣车阀及上料阀相配合，能够将水解罐内其中一个水解池中的熟料输送至发生罐内其中一个酸化分池之中，也可将发生罐内边缘区中的沼渣抽出，并排放至沼渣车中。
[0008]发生罐发酵池的中心区、中间区和边缘区的容积相等，且该中心区与发生罐内一个酸化分池、水解罐的一个水解池以及沼渣车的容积相等。[0009]本发明提供的户用沼气系统，其工作过程和原理为:利用秸杆粉碎机将秸杆原料粉碎成固体小颗粒，投入至水解罐内的水解池中，与池中预留的反应母液混合；经过12-18天的好氧水解反应后，成为熟料；利用抽料混输泵将一个水解池中的熟料送入发生罐内的一个酸化分池之中，在密闭的发生罐内开始厌氧酸化反应，成为酸化熟料，并产生少量沼气；经过8-12天的酸化后，该酸化分池中的酸化熟料被排放至发酵池的中心区，进行强烈的初级发酵反应成为陈旧熟料，开始大量产生沼气；在系统下一次补充原料的作业过程中，这些陈丨日熟料被新补充进入中心区的酸化熟料推动,通过中心区与中间区的间隔壁下端的n形开口进入中间区，作进一步的发酵反应，并继续产生沼气；在系统后续补充原料的作业过程中，经由中间区与边缘区之间的间隔壁上端的U形开口，这些陈旧熟料被推入边缘区，继续进行着最后耗尽产气物质的残余发酵反应，形成沼渣；之后，沼渣被抽料混输泵从边缘区中抽出，并被排放至沼渣车内运送至沼肥存放地，成为沼肥；酸化反应和发酵反应产生的沼气，平时储存于发生罐的上部空间中备用，被使用时经由发生罐上部的总输气管路输出；输出的沼气一部分用于居民做饭烧水直接使用，另一部分供应给自动燃气锅炉用于产生热水。自动燃气锅炉产生的热水，通过热水泵，经由热水管路，一部分提供给洗浴间和居室暖器，用于四季洗浴和冬季居室采暖；另一部分提供给加热器，为水解罐和发生罐加热增温。系统的水解罐和发生罐采用半连续式工作方式，即根据居民实际用气量的需要，不定期地向系统补充秸杆原料，并同时排放沼渣，保证系统始终处于稳恒的产气、用气状态，并通过控制投放秸杆原料的时间间隔和调节加热器的温度，调节系统的产气量。
[0010]本发明提供的户用沼气系统，其每次向系统补充原料的作业流程如下:打开排渣阀和沼渣车阀，开启抽料混输泵，将边缘区中的沼渣排放至沼渣车中；停止抽料混输泵，关闭沼渣车阀；将沼渣运送至沼肥存放地；启动驱动装置，使整个酸化池旋转90度，其中酸化时间最久的那一个酸化分池翻转，将这个酸化分池内的酸化熟料排放至发酵池的中心区内，并将中心区中原有的陈旧熟料置换至中间区内，中间区原有的陈旧熟料置换至腾空的边缘区内；打开上料阀和排渣阀，再次开启抽料混输泵，将边缘区中的极少量陈旧熟料送入酸化池中刚刚腾空的那一个酸化分池中，提供发酵菌种；关闭排渣阀，打开出料阀，将水解罐中水解时间最久的那一个水解池中的熟料送入刚刚腾空的那一个酸化分池中，但在水解池中剩余少量熟料，作为反应母液；关闭出料阀和上料阀，停止抽料混输泵；将秸杆原料利用秸杆粉碎机粉碎成固体颗粒，与其它反应物料一同混合送入刚刚腾空的水解池之中，即完成本次系统上料作业。
[0011] 本发明提供的户用沼气系统的特点是:产气、用气装置构成了相互配合的完整的发生和应用系统，自动化程度高，使用方便；有加热装置，不受季节影响，产气量均匀，半连续式补充秸杆原料和排除沼渣，无需停产清池，能连续产气四季稳恒运行，方便居民使用，满足居民采暖、洗浴和餐厨等需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为户用沼气系统结构示意图。
[0013]图2为水解罐结构示意图。
[0014]图3为发生罐剖面结构示意图。
[0015]图4为发生罐中一个酸化分池翻转示意图。
[0016]图5为物料在设备中的流程图。
[0017]图中I一稻杆粉碎机；2—7jC解Sii ;3—保温层；4一加热器；5—7jC解池；6—驱动装置；7—发生te ;8—沼气管路A ; 9一自动燃气锅炉；10—热水管路A;ll—热水管路B ;12—居室暖器；13—沼气管路B ; 14—热水泵；15—总输气管路；16—中间区；17—边缘区；18—中心区；19一酸化分池；20—上料管路；21—上料阀；22—排洛管路；23—抽料混输泵；24—沼渣车阀；25—排渣阀；26—出料阀；27—出料管路；28—沼渣车。
[0018]其中加热器4由用PPR管制成的热水管路构成。沼气管路A8为自动燃气锅炉供沼气；沼气管路B13为居民厨房供沼气。热水管路AlO为加热器供热水；热水管路BI I为居室暖器12和洗浴间供热水。
【具体实施方式】
[0019]面向北方农村，100平方米居室，4 口之家，四季可用，以玉米秸杆为产气原料，参照董保成等人发表在《农业工程学报》上的文章“东北地区沼气分户供暖的可行性初探”中的估算方法，每天供应标准状况下的沼气约15立方米，冬季平均每两天加一次秸杆原料。
[0020]本实施例提供的户用沼气系统如图1、图2、图3、图4所示，由秸杆粉碎机1、水解罐2、发生罐7、抽料混输泵23及排渣管路22与上料阀21、沼渣车阀24、排渣阀25、出料阀26、沼气管路A8、沼气管路B13、总输气管路15、自动燃气锅炉9及热水管路A10、热水管路B 11和沼渣车28等设备构成；
本实施例涉及的水解罐2由玻璃钢材料制成，包括上盖和罐体。罐体内部水平分成6个独立的水平截面为60度角扇形的、形状相同的水解池5，水解罐2的上盖设有出料孔，出料管路27可以经过出料孔进入水解池5中，与水解池5连通。在水解池5内铺设有加热器4，其进、出管穿过水解罐2底部引出罐外，加热器内流过热水为水解罐2中的物料加热保温，水解罐外面设有保温层3。
[0021]本实施例涉及的发生罐7为一密闭罐体，由玻璃钢材料制成,其下部为带有底座的椭球形封头，中段为圆柱形筒体，上口为带有密封圈的连接法兰。发生罐7包括罐体，罐盖，酸化池，驱动装置，发酵池，进出料装置，加热器，保温层和其它辅助装置。其中酸化池位于发生罐7内的上部，由4个水平截面为直角扇环形的、形状相同的酸化分池19构成。发酵池位于发生罐7内的底部。发酵池被两个同心圆桶形间隔壁隔成三个容积相等的区一中心区18、中间区16和边缘区17。中心区18与中间区16通过间隔壁下端的n形开口相连通，中间区16与边缘区17之间的间隔壁上端有U形开口。在发酵池内铺设加热器4。发生罐的上盖有进料口和出气口，分别与上料管路20和总输气管路15相连；边缘区17的底部有排渣口，与排渣管路22相连。上述相连处都有密封圈，以保证发生罐7密闭。
[0022]本实施例涉及的抽料混输泵23选用能够输送液体中含有大量固体颗粒的污泥泵，在抽料混输泵23的进料口连接有并联的双支管路，分别通过出料阀26通向水解罐2和通过排渣阀25与发生罐7的排渣管路22相连通，在抽料混输泵23的出料口连接有并联的双支管路，分别通过沼渣车阀24通向沼渣车28和通过上料阀21与上料管路20相连通，抽料混输泵23与出料阀26、排渣阀25、沼渣车阀24及上料阀21相配合，能够将水解罐2内一个水解池5中的熟料输送至发生罐7内一个酸化分池19之中，也可将发生罐7内边缘区17中的沼渣抽出，并排放至沼渣车28中。
[0023]中间区16的容积与边缘区17、中心区18、一个酸化分池19、一个水解池5以及沼渣车28的容积相等，均约为I立方米。
[0024]本实施例提供的户用沼气系统，其物料在设备中的流程如图5所示，具体工作过程和原理为:利用秸杆粉碎机I将秸杆原料粉碎成固体小颗粒，投入至水解罐2的水解池5中，与池中预留的反应母液混合；经过约12天的好氧水解反应后，成为熟料；利用抽料混输泵23将一个水解池5中的熟料送入发生罐7内的一个酸化分池19之中，在密闭的发生罐7内开始厌氧酸化反应，成为酸化熟料，并产生少量沼气；经过约8天的酸化后，该酸化分池19中的酸化熟料被排放至中心区18中，进行强烈的初级发酵反应，成为陈旧熟料，开始大量产生沼气；在系统下一次补充原料的作业过程中，这些陈旧熟料被新补充进入中心区18内的酸化熟料推动 ，通过中心区18与中间区16的间隔壁下端的n形开口进入中间区16，作进一步的发酵反应，并继续产生沼气；在系统后续补充原料的作业过程中，经由中间区16与边缘区17之间的间隔壁上端的U形开口，这些陈旧熟料被推入边缘区17，继续进行着最后耗尽产气物质的残余发酵反应，形成沼渣；之后，沼渣被抽料混输泵23从边缘区17中抽出，并被排放至沼渣车28内运送至沼肥存放地，成为沼肥。酸化反应和发酵反应产生的沼气，平时储存于发生罐7的上部空间中备用，被使用时经由发生罐7上部的总输气管路15输出；输出的沼气一部分用于居民做饭烧水直接使用，另一部分供应给自动燃气锅炉
9用于产生热水；自动燃气锅炉9产生的热水，通过热水泵，经由热水管路10、热水管路11，一部分提供给居室暖器12和洗浴间，用于四季洗浴和冬季房屋采暖；另一部分提供给加热器4，为水解罐2和发生罐7加热增温。系统的水解罐2和发生罐7采用半连续式工作方式，即根据居民实际用气量的需要，可适当调整向系统补充秸杆原料的时间间隔，并同时排放沼渣，保证系统始终处于稳恒的产气、用气状态，并通过控制投放原料的多少和调节加热器4的温度，调节系统的产气量。
[0025]本实施例提供的户用沼气系统，其每次向系统补充原料的作业流程如下:打开排渣阀25和沼渣车阀24，开启抽料混输泵23，将边缘区17中的沼渣排放至沼渣车28中；停止抽料混输泵23，关闭沼渣车阀24 ;将沼渣运送至沼肥存放地；启动驱动装置6，使整个酸化池装置旋转90度，其中酸化时间最久的那一个酸化分池19翻转，将这个酸化分池19内的酸化熟料排放至中心区18内，并将中心区18内原有的陈旧熟料置换至中间区16内，中.间区16原有的陈旧熟料置换至腾空的边缘区17内；打开上料阀21和排渣阀25，再次开启抽料混输泵23，将边缘区17内的极少量的陈旧熟料送入刚刚腾空的那一个酸化分池19中，提供发酵菌种；关闭排渣阀25，打开出料阀26，将水解罐2中水解时间最久的那一个水解池5中的熟料送入发生罐7中刚刚腾空的那一个酸化分池19中，但在水解池5中剩余少量熟料，作为反应母液；关闭出料阀26和上料阀21，停止抽料混输泵23 ;将秸杆原料利用秸杆粉碎机I粉碎成固体小颗粒，与其它反应物料一同混合送入刚刚腾空的水解池5之中，即完成本次系统上料作业。
【权利要求】
1.一种户用沼气系统，包括秸杆粉碎机、水解罐、发生罐、抽料混输泵、排渣管路与阀门、沼气管路、自动燃气锅炉、热水管路和沼渣车，其特征是:所述的水解罐由玻璃钢材料制成，包括上盖和罐体，罐体内部水平分成6个独立的水平截面为60度角扇形的、形状相同的水解池，水解罐的上盖设有出料孔，出料管路可以经过出料孔进入水解池中，与水解池连通，在水解池内铺设有热水管路构成的加热器，加热器的进管和出管穿过水解罐底引出罐外，加热器内流过热水为水解罐中的物料加热保温，水解罐外面设有保温层；所述的发生罐为一密闭罐体，由玻璃钢材料制成，其下部为带有底座的椭球形封头，中段为圆柱形筒体，上口为带有密封圈的连接法兰，发生罐包括罐体，罐盖，酸化池，驱动装置，发酵池，进出料装置，加热器和保温层，其中酸化池位于发生罐内的上部，由4个水平截面为直角扇环形的、形状相同的酸化分池构成，发酵池位于发生罐内的底部，发酵池被两个同心圆桶形间隔壁隔成容积相等的三个区一一中心区、中间区和边缘区，中心区与中间区通过间隔壁下端的n形开口相连通，中间区与边缘区之间的间隔壁上端有U形开口，在发酵池内铺设有加热器；发生罐的上盖有上料口 和出气口，分别与上料管路和总输气管路相连，边缘区的底部有排渣口，与排渣管路相连，上述相连处安有密封圈，以保证发生罐密闭；所述的抽料混输泵选用能够输送液体中含有大量固体颗粒的污泥泵；在抽料混输泵的进料口连接有并联的双支管路，分别通过出料阀通向水解罐和通过排渣阀与发生罐的排渣管路相连通，在抽料混输泵的出料口连接有并联的双支管路，分别通过沼渣车阀通向沼渣车和通过上料阀与发生罐的上料管路相连通，抽料混输泵与出料阀、排渣阀、沼渣车阀及上料阀相配合，能够将水解罐内其中一个水解池中的熟料输送至发生罐内其中一个酸化分池之中，也可将发生罐内边缘区中的沼渣抽出，并排放至沼渣车中。
2.根据权利要求1所述的一种户用沼气系统，其特征是:发生罐发酵池的中心区、中间区和边缘区的容积相等，且该中心区与发生罐内一个酸化分池、水解罐的一个水解池以及沼渣车的容积相等。
【文档编号】C12M1/107GK103627627SQ201310635428
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】刘军, 丁济琳, 吕继东, 于浩 申请人:沈阳大学