一种自保温的沼气池及其运行方法
【专利摘要】本发明公开一种自保温的沼气池及其运行方法，包括物料反应间、出料间和包裹于物料反应间的外的中空储气夹层；所述物料反应间与中空储气夹层的底部之间设置有刚性支撑结构；所述进料管贯穿中空储气夹层并通向物料反应间内部；物料反应间顶部设置导气管入口；物料反应间下部设置出料管，出料管与所述出料间连通；还包括位于中空储气夹层内的积水收集管；在中空储气夹层顶部还设置有沼气输送管。本发明充分利用系统自身的沼气进行隔热，有效较少了热损失，并提高了系统发酵过程的稳定性；产生的沼气在储存过程中进行了自身进行了重力脱水，使输送的沼气含水量低。
【专利说明】
一种自保温的沼气池及其运行方法
技术领域
[0001]本发明属于沼气生产设备技术领域，特别是涉及一种自保温的沼气池及其运行方法。
【背景技术】
[0002]沼气池是我国农村一种常用的生活和养殖废弃物处理方式，其主要原理是将生活和养殖过程中产生的粪污排放到沼气池中进行发酵，降解其中的有毒有害物质，同时产出可用利用的清洁能源一沼气，降解后的沼渣沼液可以作为有机肥料使用。沼气技术绿色环保，不产生二次污染，且可以有效缓解一些农村地区能源紧张的情况，是我国政府大力推广的技术之一。
[0003]虽然我国近年来在这方面也取得了不少研究进展，如中国专利“CN201510600163”公开了一种沼气发酵防结壳搅拌装置，由电机、减速器、连轴器、水封、全螺旋叶片和搅拌轴组成，搅拌轴穿过沼气发酵池上部的预留口设置在沼气发酵池内部，全螺旋叶片沿长度方向盘绕在搅拌轴的外表面上，搅拌轴的上部设置有连轴器，搅拌轴的上端面设置减速器，减速器的上端设置电机，沼气发酵池上部的预留口的上端设置水封，水封设置有进水口和出水口，该发明用于沼气发酵池的搅拌，解决现有沼气发酵池顶结壳及清理困难的问题。又如中国专利“CN201510586721”提供了一种简便沼气发酵装置，它主要包括底箱、发酵袋、发酵袋底座和管路，该发明所述的装置可随时拆装，不长期占用土地，投入成本大幅度降低，并使沼气发酵料的填装和沼渣的拆卸操作和沼气输送更加简单易行，本发明还提供了使用所述装置的沼气发生方法。
[0004]然而，沼气池在环境温度较低的时候发酵效率较低，虽然现在多采用人工或锅炉加热来进行保温，但是这种保温方式消耗能源，且增加了人力成本。同时，目前沼气池的产生的沼气含水量较高，这不仅使得增加了后续脱水设施工作负荷，还会影响脱硫剂的脱硫效果，这些问题使目前沼气池在应用上受到一定限制，有待改善。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提出了一种自保温的沼气池及其运行方法，充分利用系统自身的沼气进行隔热，有效较少了热损失，延长了沼气池系统的工作时间，并提高了系统发酵过程的稳定性。同时，产生的沼气在储存过程中进行了自身进行了重力脱水，使输送的沼气含水量低，质量更好。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种自保温的沼气池，包括物料反应间、出料间和包裹于物料反应间的外的中空储气夹层;所述物料反应间与中空储气夹层的底部之间设置有刚性支撑结构；
[0008]还包括进料管，所述进料管贯穿中空储气夹层并通向物料反应间内部;还包括导气管，物料反应间顶部设置导气管入口，且导气管的自由端沿中空储气夹层伸向中空储气夹层下部;还包括出料管，物料反应间下部设置出料管，出料管与所述出料间连通;还包括位于中空储气夹层内的积水收集管，积水收集管的一端穿过并固定在中空储气夹层顶部的外壁上，积水收集管的另一端铺设中空储气夹层底部;在中空储气夹层顶部还设置有沼气输送管。
[0009]进一步的是，所述物料反应间为球形结构。采用球形结构，处理同样体积的发酵物，散热面积最小，充分地降低了热损失，保证了热源效率。
[0010]进一步的是，所述物料反应间的有效容积小于中空储气夹层的有效容积。
[0011]中空储气夹层的体积储存容积较大，能储存足够多的沼气，且储存沼气时不会占用物料反应间的空间，因此物料反应间的物料不会因为沼气储存过程中产生的压力而被压出沼气池，保证了物料反应间内的物料有足够的停留时间。
[0012]进一步的是，所述出料间为圆柱形。
[0013]进一步的是，所述进料管垂直接入物料反应间内，，且进料管的出口设置在物料反应间设计液面以下不小于50mm处。
[0014]进一步的是，出料管安装时采用向下不小于1°的倾角。
[0015]进一步的是，在所述积水收集管出口处安装阀门。
[0016]进一步的是，自保温沼气池的制作材料为玻璃钢或砖混结构;采用砖混结构时，在物料反应间和出料间的内壁上涂刷防水材料，在中空储气夹层的内壁上涂刷防水防漏气材料。
[0017]另一方面，本发明还提供了一种自保温的沼气池的运行方法，包括步骤:
[0018]发酵物料通过进料管进入物料反应间，在物料反应间内进行厌氧发酵；
[0019]反应产生的沼气通过沼气导气管进入中空储气夹层；
[0020]中空储气夹层储存过程中，沼气中所含的水分会因为重力作用沉降到中空储气夹层底部，由积水收集管向外部排出；
[0021 ]中空储气夹层的沼气由沼气输送管向外排出；
[0022]当物料反应间的物料发酵完成后，通过出料管排出到出料间。
[0023]采用本技术方案的有益效果:
[0024]1.中空储气夹层将物料反应间和外界环境完全隔离开，其间利用导热系数低的沼气来填充。当外界环境温度较低时，物料反应池内通过发酵过程自身产生的热量向外辐射时需通过沼气来传输，相对于一般沼气池来说，本发明向外辐射的传热速率大大降低。
[0025]2.本发明中，充分利用了气体导热系数低的特点，将系统产生的沼气环绕在物料反应间周围。当外界环境温度低时，系统产生的反应热不会过快散失，在不需外加热源的情况下可长时间自身维持物料反应间温度，保持较好的处理效果。
[0026]在无需外加热能保温的情况下，本发明在环境温度低的地区靠自身厌氧发酵产生的热量保温的时长要比普通沼气池高2-3倍，延长了沼气池的运行时间，提高了其工作效率。
[0027]3.沼气中所含的水分会因为重力作用而沉降到中空储气夹层底部，从而降低了沼气中的含水率，减轻了后续脱水设施的工作负荷。
[0028]4.本发明的设计避免了由于沼气产生的过程中的气压波动而使得未发酵完成的原料就被直接压到出料间的情况，使进的原料均能在发酵完全后再排出，减少了发酵过程进行的波动性，减少了沼气产量的波动对处理效果的不稳定性影响，使得系统可以按设计的停留时间稳定地对污水进行处理。
[0029]5.本发明，产生的沼气与物料反应间分开存放，保证了在储存过程中不会有多余水蒸气进入沼气，使输送的沼气含水量较低，大大降低了后续过程中出水装置的处理负荷。
[0030]6.本发明，装置处理效果稳定，管理维护较为方便，运行需要的人工操作较少，适合于农村地区推广。
【附图说明】
[0031]图1为本发明一种自保温的沼气池的结构示意图；
[0032]图2为本发明一种自保温的沼气池的俯视透视图；
[0033]图3为本发明一种自保温的沼气池的运行方法的流程图；
[0034]其中，I是物料反应间，2是中空储气夹层，3是出料间，4是进料管，5是出料管，6是积水收集管，7是导气管，8是沼气输送管，9是支撑结构，10是阀门。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
[0036]在实施例中，参见图1和图2所示，本发明提出了一种自保温的沼气池，包括物料反应间1、出料间3和包裹于物料反应间I的外的中空储气夹层2;所述物料反应间I与中空储气夹层2的底部之间设置有刚性支撑结构9;
[0037]还包括进料管4，所述进料管4贯穿中空储气夹层2并通向物料反应间I内部;还包括导气管7，物料反应间I顶部设置导气管7入口，且导气管7的自由端沿中空储气夹层2伸向中空储气夹层2下部;还包括出料管5，物料反应间I下部设置出料管5，出料管5与所述出料间3连通;还包括位于中空储气夹层2内的积水收集管6，积水收集管6的一端穿过并固定在中空储气夹层2顶部的外壁上，积水收集管6的另一端铺设中空储气夹层2底部;在中空储气夹层2顶部还设置有沼气输送管8。
[0038]作为上述实施例的优化方案，所述物料反应间I为球形结构。采用球形结构，处理同样体积的发酵物，散热面积最小，充分地降低了热损失，保证了热源效率。
[0039]优选的是，所述物料反应间I的有效容积小于中空储气夹层2的有效容积；
[0040]优选的，物料反应间I的球半径为1.25-1.5m，有效容积为8-16m3;所述中空储气夹层2的球半径为1.3-1.6m，有效容积为9-24m3。
[0041]中空储气夹层2的体积储存容积较大，能储存足够多的沼气，且储存沼气时不会占用物料反应间I的空间，因此物料反应间I的物料不会因为沼气储存过程中产生的压力而被压出沼气池，保证了物料反应间I内的物料有足够的停留时间。
[0042]作为上述实施例的优化方案，所述出料间3为圆柱形;优选体积为l_5m3。
[0043]作为上述实施例的优化方案，所述进料管4垂直接入物料反应间I内，且进料管4的出口设置在物料反应间I设计液面以下不小于50_处;进料管4优选管径不得小于120_。
[0044]出料管5安装时采用向下不小于1°的倾角。出料管5优选管径不得小于150_。
[0045]在所述积水收集管6出口处安装阀门10;且优选的积水收集管6管径不得小于1mm0
[0046]优选的，所述沼气导气管7的管径为10-20mm;所述沼气输送管8的管径为10-20mm。
[0047]作为上述实施例的优化方案，自保温沼气池的制作材料为玻璃钢或砖混结构;采用砖混结构时，在物料反应间I和出料间3的内壁上涂刷防水材料，在中空储气夹层2的内壁上涂刷防水防漏气材料。
[0048]具体实施例:
[0049]—种优化设计为，自保温沼气池总有效容积在14m3，用于单户农户使用。物料反应间I的球半径为1.3m，有效容积为9.2m3，中空储气夹层2的球半径为1.4m，有效容积为
11.5m3，出料间3为圆柱形，体积为2m3，选用玻璃钢作为制作材料。
[0050]物料反应间I上部设置导气管7，其出口在中空储气夹层2下部，管径为1mm;在中空储气夹层2的底部安装其管径为1mm的积水收集管6，中空储气夹层2的上方安装管径为1mm的沼气输送管8。进料管4垂直接入物料反应间I内，管径120mm，其出口应在物料反应间I设计液面以下50_处，出料管5安装于物料反应间I下方，管径150mm，安装时设置向下不2°的倾角。
[0051]为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图3所示，本发明还提供了一种自保温的沼气池的运行方法，包括步骤:
[0052]发酵物料通过进料管4进入物料反应间I，在物料反应间I内进行厌氧发酵；
[0053]反应产生的沼气通过沼气导气管7进入中空储气夹层2;
[0054]中空储气夹层2储存过程中，沼气中所含的水分会因为重力作用沉降到中空储气夹层2底部，由积水收集管6向外部排出；
[0055]中空储气夹层2的沼气由沼气输送管8向外排出；
[0056]当物料反应间I的物料发酵完成后，通过出料管5排出到出料间3。
[0057]具体实施时:
[0058]当发酵物料通过进料管4进入物料反应间I，在物料反应间I内进行厌氧发酵，反应产生的沼气通过沼气导气管7进入中空储气夹层2，中空储气夹层2的体积储存容积较大，能储存足够多的沼气，且储存沼气时不会占用物料反应间I的空间，因此物料反应间I的物料不会因为沼气储存过程中产生的压力而被压出沼气池，保证了物料反应间I内的物料有足够的停留时间。
[0059]当物料反应间I的物料发酵完成后，通过出料管5排出到出料间3，可作肥料使用或进行后续处理。本发明的设计避免了由于沼气产生的过程中的气压波动而使得未发酵完成的原料就被直接压到出料间3的情况，使进的原料均能在发酵完全后再排出，减少了发酵过程进行的波动性。
[0060]当发酵过程产生的沼气在中空储气夹层2储存过程中，沼气中所含的水分会因为重力作用而沉降到中空储气夹层2底部，从而降低了沼气中的含水率，减轻了后续脱水设施的工作负荷，在沼气池使用2-3月之后由积水收集管6排放掉中空储气夹层2底部的积水，以保持中空储气夹层2内沼气的干燥。中空储气夹层2将物料反应间I和外界环境完全隔离开，其间利用导热系数低的沼气来填充。当外界环境温度较低时，物料反应间I内通过发酵过程自身产生的热量向外辐射时需通过沼气来传输，相对于一般沼气池来说，本发明向外辐射的传热速率大大降低。因此，在无需外加热能保温的情况下，本发明在环境温度低的地区靠自身厌氧发酵产生的热量保温的时长要比普通沼气池高2-3倍，延长了沼气池的运行时间，提高了其工作效率。
[0061]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种自保温的沼气池，其特征在于，包括物料反应间(I)、出料间(3)和包裹于物料反应间(I)的外的中空储气夹层(2);所述物料反应间(I)与中空储气夹层(2)的底部之间设置有刚性支撑结构(9); 还包括进料管(4)，所述进料管(4)贯穿中空储气夹层(2)并通向物料反应间(I)内部；还包括导气管(7)，物料反应间(I)顶部设置导气管(7)入口，且导气管(7)的自由端沿中空储气夹层(2)伸向中空储气夹层(2)下部;还包括出料管(5)，物料反应间(I)下部设置出料管(5)，出料管(5)与所述出料间(3)连通;还包括位于中空储气夹层(2)内的积水收集管(6)，积水收集管(6)的一端穿过并固定在中空储气夹层(2)顶部的外壁上，积水收集管(6)的另一端铺设中空储气夹层(2)底部;在中空储气夹层(2)顶部还设置有沼气输送管(8)。2.根据权利要求2所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，所述物料反应间(I)为球形结构。3.根据权利要求3所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，所述物料反应间(I)的有效容积小于中空储气夹层(2)的有效容积。4.根据权利要求1所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，所述出料间(3)为圆柱形。5.根据权利要求1所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，所述进料管(4)垂直接入物料反应间(I)内，且进料管(4)的出口设置在物料反应间(I)设计液面以下不小于50_处。6.根据权利要求5所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，所述出料管(5)安装时采用向下不小于1°的倾角。7.根据权利要求6所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，在所述积水收集管(6)出口处安装阀门(10)。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种自保温的沼气池，其特征在于，自保温沼气池的制作材料为玻璃钢或砖混结构;采用砖混结构时，在物料反应间(I)和出料间(3)的内壁上涂刷防水材料，在中空储气夹层(2)的内壁上涂刷防水防漏气材料。9.一种自保温的沼气池的运行方法，其特征在于，包括步骤: 发酵物料通过进料管(4)进入物料反应间(I)，在物料反应间(I)内进行厌氧发酵； 反应产生的沼气通过沼气导气管(7)进入中空储气夹层(2); 中空储气夹层(2)储存过程中，沼气中所含的水分会因为重力作用沉降到中空储气夹层(2)底部，由积水收集管(6)向外部排出； 中空储气夹层(2)的沼气由沼气输送管(8)向外排出； 当物料反应间(I)的物料发酵完成后，通过出料管(5)排出到出料间(3)。
【文档编号】C12P5/02GK105925470SQ201610550705
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】潘科, 施国中, 何明雄, 胡启春, 贺莉
【申请人】农业部沼气科学研究所