陽光大棚沼氣製取系統的製作方法

2023-04-29 02:29:21 1

專利名稱：陽光大棚沼氣製取系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於環境保護和生物質能技術領域，涉及太陽能利用、保溫技術和集 約化設計保證沼氣項目冬季運行的裝置及方法。
技術背景隨著我國經濟發展、能耗增加，化石能源日益枯竭、環境汙染等問題愈加突出，迫 切需要我們開發新的可再生清潔能源。未來能源消耗發展趨勢，沼氣將逐步取代化石能源， 逐步成為主導。根據我國《可再生能源發展「十一五」規劃》和《可再生能源中長期發展規 劃》的目標和規劃，國家對農村沼氣項目的資金支持、政策傾斜，勢必推動我國中小型沼氣 項目的快速發展，但我國中、小型沼氣發酵池面臨嚴重的問題——冬季運行困難，這種現狀 在北方尤其嚴重。厭氧技術是利用厭氧微生物的代謝作用，將有機物轉化為生物質能沼氣的技術。 厭氧微生物是沼氣工程的核心微生物物質，溫度是影響其生存及生化反應最重要的因素 之一，溫度不同，反應速率和產氣效率也都不同。一般認為，甲烷菌正常生存的溫度範圍是 5°C 60°C。當溫度低於5°C時，產甲烷菌雖然能存活，但代謝基本停止。因此，沼氣工程冬 季(低溫條件下)運行困難的主要原因是低溫抑制厭氧微生物的代謝作用，使得冬季運行 產氣率低或不產氣，另外，目前普遍採用的沼氣存儲容器——低壓浮罩式沼氣貯罐主要是 利用水封技術來存儲沼氣的，冬季溫度降至冰點以下，會造成低壓浮罩式沼氣貯罐內密封 水的結冰，造成沼氣儲存危險性提高，影響沼氣的儲存、輸送和利用。針對沼氣池冬季不產氣或產氣率低的問題，目前主要通過升溫保溫措施，維繫系 統發酵溫度，具體方法包括一、採用燃煤鍋爐或沼氣鍋爐進行加熱，但採用該方法一方面 造成能源浪費，另一方面使得年度四季供氣量不均，應用效果變差，大量工程實踐證明，在 北方寒冷的冬季，該方法運行成本高，不能被用戶所接受；二、利用太陽能設施加熱，但太陽 能板和太陽能熱水器造價高，項目基建投資大，不適合農村中小型沼氣池；三、利用保溫材 料包裹設備、管道，不能提高厭氧發酵溫度，不能從根本上解決問題；且管道閥門、設備操作 按鈕等不能包裹，仍然存在熱量散失。四、利用微生物學和分子生物學，篩選低溫厭氧降解 產甲烷菌，但該技術仍處於實驗室研究階段，對於產業化大規模應用，還存在巨大的差距， 況且，該技術操作難度大，處理成本高，不符合我國的實際情況。低壓浮罩式沼氣貯罐中的積水保溫也是個難以解決的問題。目前主要的解決方法 有，一、採用泵連續地打入自來水，使低壓浮罩式沼氣貯罐中水保持流動狀態來防止結冰， 再配以人工破冰，但此法一方面造成水資源浪費，另一方面也增加了勞動強度和能源消耗; 二、定期通入蒸氣和打入熱水防凍；三、加防凍液或其它抗結冰物質等。面對低壓浮罩式沼 氣貯罐目前大多採用露天敞口的設施形式，且體積龐大的局面，以上各種措施在冬季嚴寒 條件下，維護設備正常運行的能源消耗量非常巨大，很不經濟。以上問題在我國大面積北方地區尤其嚴重。這嚴重的制約了我國沼氣事業的發 展。因此，對能夠保障中小型沼氣項目冬季運行的技術的需求愈加迫切。[0007]中國專利ZL96219642.8公開了「一種太陽能沼氣池」，其特點是將進料口、產酸 池、發酵池、水壓室、積肥池及導氣管等構成了沼氣池的產氣部分，並在池的上方設置了太 陽能溫室，該溫室可兼作畜禽圈舍。中國專利200720116010. 7公開了一種「太陽能沼氣池 雙結合溫室大棚」的創新技術。其中提到了將沼氣池建於陽光大棚內，利用了太陽能的自然 光熱來保護沼氣池在冬季的正常工作和生產，同時還可以在陽光大棚內種植農作物。這兩 項專利，都未解決低壓浮罩式沼氣貯罐冬季正常、經濟運行的問題。中國專利ZL 200720094120. 8公開了一種《寒冷地區規模化畜禽養殖場糞尿處理 的沼氣製取系統》技術，其特點除了將沼氣發酵罐置於雙層膜日光溫室內外，在沼氣發酵罐 的內部底端設置有加熱管，在沼氣發酵罐的底部設置有生物反應堆，在沼氣發酵罐的體外 設計有罐體保溫層，通過這些措施來對沼氣發酵罐進行保溫增溫，解決北方寒冷冬季生產 沼氣難的問題，但該專利技術同樣忽視了解決沼氣貯罐冬季運行問題。中國專利ZL 03245701. 4公開了一種「太陽能沼氣池」，是在太陽能鹹水池的底部 安裝一組支柱上安裝一座被鹹水淹沒的沼氣池，其特點是把鹹水直接吸收的太陽能轉化為 熱能之後儲存在發酵室的底部，可常年穩定地提供充足的熱量，顯著提高沼氣生產效率。由 於鹹水製備以及一體化反應罐的設計複雜繁贅，使得該技術僅限於戶用小型沼氣系統。將 沼氣池建設在一個鹹水池中，建設成本增大，並且使得沼氣池的維護管理不方便，在大規模 沼氣項目中該技術使用具有一定局限性。中國專利ZL 2003201286 . 8公開了一種《太陽能沼氣發生器》技術，就是在沼氣 發生器的儲料裝置的周邊設置有保溫層，此保溫層也可以是採用一個帶一排排凹部的集熱 板的太陽能集熱器，可採集太陽能來為儲料裝置加熱，促進儲料裝置內的有機廢物的進一 步發酵。中國專利ZL 200620087396. 9公開了一種《利用太陽能加熱的沼氣罐》技術，其結 構是由太陽能熱水器、沼氣罐、進水管、出水管、管道泵組成，在沼氣罐內底部設置有換熱盤 管，換熱盤管的進水口和出水口通過密封管件固定在沼氣罐的側壁上，換熱盤管的進水口 通過進水管與太陽光熱水器水箱的出水口連接，換熱盤管的出水口通過出水管與太陽光熱 水器水箱的進水口連接，在出水管上還設置有管道泵。主要由太陽能熱水器採集熱能為沼 氣罐供熱。中國專利ZL 200620084495. 1也公開了一種《太陽能沼氣池》，其基本原理也是 太陽能熱水器技術加盤管系統，還可以利用太陽能電加熱等。這些專利技術採用較為先進 的太陽能集熱、加熱系統、能量轉換系統，沼氣項目冬季產氣處理效率得到很大的提高，但 普遍存在建設成本較高的問題，不適合於當前我國農村現狀。實際工程上，我們也發現，這 些太陽能利用技術應用於沼氣項目中，工程造價高，設備維護複雜，很難被用戶所接收，不 適合普遍推廣應用。此外，浮罩式沼氣貯罐由於體積龐大，基於經濟技術上的一般認識，從投資上看， 成為保溫的難點而沒有引起人們足夠的重視。我們在實際工程開發中，注意到採用半地埋式的方法，可以極大地削減浮罩式沼 氣貯罐系統的龐大暴露在外的體積，從而可以將其置於陽光大棚中；並且，採用溫室保溫措 施後，可以被利用來進行採集熱能和儲存熱能。實用新型內容本實用新型是為了解決現有沼氣項目冬季(低溫環境下)運行產氣效果差、運行 不穩定的問題。本實用新型採用陽光大棚升溫技術、牆體保溫技術、集約化設計，不僅能保證沼氣項目冬季正常產氣，而且還充分開發了浮罩式沼氣貯罐系統的採熱特點和儲能特點，使低壓浮罩式沼氣貯罐安全性也得到保障，運行穩定，具有操作簡單、運行成本低等優 點O本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是該實用新型陽光大棚沼氣製取系統，是由陽光大棚增溫保溫系統和大棚內沼氣制 取系統組成。該系統把地下沼氣發酵池或罐、低壓浮罩式沼氣貯罐形成組合集成設計，全部 置於陽光大棚內。該陽光大棚沼氣製取系統，低壓浮罩式沼氣貯罐由上下兩部分組成，上部分為金 屬材料製作的浮罩式沼氣貯罐；下部分為鋼筋混凝土或金屬材料製作的儲液池，其內盛有 液體水，以便浮罩式沼氣貯罐能在其中上下沉浮。同時，低壓浮罩式沼氣貯罐白天吸收大量 陽光的熱量，傳導到水池中，晚間由水池向棚內釋放熱量，具有一定的升溫、保溫效果。該陽光大棚沼氣製取系統，其地下沼氣發酵池或罐、低壓浮罩式沼氣貯罐採用組 合集成設計，沼氣發酵池或罐的一部分側壁與低壓浮罩式沼氣貯罐的下部分儲液池的側壁 形成連體結構，以節省材料和提高儲液池的放熱和導熱效率。其陽光大棚沼氣製取系統，其陽光大棚地上牆體設置膨脹珍珠巖保溫層，地下基 礎設置聚苯板保溫層。該實用新型有益效果是陽光大棚的防寒升溫保溫作用，能使棚內溫度達12°C以上，沼氣項目在寒冷地區 冬季製取沼氣得以實現；低壓浮罩式沼氣貯罐置於陽光大棚內，不會結冰，消除了池水結冰 所帶來的安全隱患；充分開發了浮罩式沼氣貯罐系統的採熱特點和儲能特點，同時，該實用 新型操作簡單、基建投資低。


附圖1是本實用新型立體簡圖附圖2是本實用新型正面結構示意圖附圖3是本實用新型側面結構示意圖具體實施方式
本實用新型提供的陽光大棚沼氣製取系統，結合附圖1、附圖2、附圖3對本實用新 型作詳細描述。該陽光大棚沼氣製取系統，陽光大棚背牆(1)中心採用200mm膨脹珍珠巖隔熱保 溫層，膨脹珍珠巖隔熱保溫層兩面外側加240mm磚砌層和混凝土層，背牆總厚度達680mm， 在牆體離地面高2. 5米處，要在兩個24(MM牆之間進行一次砌磚的跨接，在背牆後面設寬 0. 8m人行爬梯(8)。該陽光大棚沼氣製取系統牆體頂部平臺(2)，採用鋼筋混凝土澆注，上鋪膨脹珍珠 巖保溫層、1 3水泥砂漿找平25mm、SBS防水卷材。平臺四周焊接安全護欄(7)。該陽光大棚沼氣製取系統，兩側牆體(3)中心採用120mm厚度的膨脹珍珠巖顆粒 隔熱保溫層，外側採用磚砌層和混凝土層，牆體加厚至620mm。該陽光大棚沼氣製取系統，陽光大棚地下基礎(4)延伸至地下1. 4m。並且地下基 礎設置厚IOOmm聚苯板保溫層(5)，深度lm。該陽光大棚沼氣製取系統，陽光大棚頂部後坡(6)採用的材料分別為鋼骨架、保溫水泥板、膨脹珍珠巖拍實、1 3水泥砂漿找平25mm厚、SBS防水卷材的層次施工。該陽光大棚沼氣製取系統，陽光大棚弧形支架(15)採用Φ40熱鍍鋅管，橫向間距 Im0整個大棚的弧形支架用4根橫向角鋼梁(13)連接固定，中部局部採用8根ΦΙΟΟπιπι的 支撐柱(9)，增加支架載荷能力。 該陽光大棚沼氣製取系統，陽光大棚正面(朝向太陽方向)採用2mm保溫膜(10)， 配拉膜和卷膜裝置，採用大棚壓膜線，彩色PVC塗色鋼絲繩和塗塑鋼絲壓膜線。該陽光大棚沼氣製取系統陽光大棚採用大棚專用保溫被。該陽光大棚沼氣製取系統陽光大棚設計荷載風載0. 5kN/m2,雪載0. 3kN/m2。該陽光大棚沼氣製取系統，低壓浮罩式沼氣貯罐由金屬材料製作的浮罩(14)、鋼 筋混凝土或金屬材料製做的儲液池(12)、以及浮蓋導軌(16)三部分組成。該陽光大棚沼氣製取系統，沼氣發酵池(11)、低壓浮蓋式沼氣貯罐和管道附屬設 備置於陽光大棚內。該陽光大棚沼氣製取系統，地下沼氣發酵池或罐(11)、低壓浮罩式沼氣貯罐形成 組合集成設計，採用半地埋式的方法，可以極大地削減浮罩式沼氣貯罐系統的龐大暴露在 外的體積，從而可以將其置於陽光大棚中。該陽光大棚沼氣製取系統，沼氣發酵池或罐(11)的一部分側壁與低壓浮罩式沼 氣貯罐的下部分儲液池(12)的側壁形成連體結構。本實用新型特點是(1)陽光大棚增溫保溫設計該陽光大棚沼氣製取系統，是由陽光大棚增溫保溫系統和大棚內沼氣製取系統組 成。該系統把地下沼氣發酵池或罐、低壓浮罩式沼氣貯罐形成組合集成設計，全部置於陽光 大棚內。具有很好的防水、保溫和增溫效果，能夠保證冬季沼氣正常產氣，以及低壓浮罩式 沼氣貯罐中的封氣水不結冰。(2)集約化設計該陽光大棚沼氣製取系統，其地下沼氣發酵池或罐、低壓浮罩式沼氣貯罐採用組 合集成設計，沼氣發酵池或罐的一部分側壁與低壓浮罩式沼氣貯罐的下部分儲液池的側壁 形成連體結構，以節省材料和提高儲液池的放熱和導熱效率。(3)、夜間保溫設計低壓浮罩式沼氣貯罐置於陽光大棚以內，低壓浮罩式沼氣貯罐內有大量的液態 水，白天通過浮罩式沼氣貯罐的鐵壁吸收大量陽光的熱量，傳導到水池中，晚間由水池向棚 內釋放熱量，也具有一定的升溫、保溫效果。
權利要求1.一種陽光大棚沼氣製取系統，其特點是陽光大棚沼氣製取系統，是由陽光大棚增溫保溫系統和大棚內沼氣製取系統組成，該 系統把地下沼氣發酵池或罐、低壓浮罩式沼氣貯罐形成組合集成設計，全部置於陽光大棚 內。
2.如權利要求1所述的陽光大棚沼氣製取系統，其特徵在於放置於陽光大棚內的低壓 浮罩式沼氣貯罐由上下兩部分組成，上部分為金屬材料製作的浮罩式沼氣貯罐，下部分為 鋼筋混凝土或金屬材料製做的儲液池，其內盛有液體。
3.如權利要求1所述的陽光大棚沼氣製取系統，其地下沼氣發酵池或罐、低壓浮罩式 沼氣貯罐採用組合集成設計，沼氣發酵池或罐的一部分側壁必須和低壓浮罩式沼氣貯罐的 下部分儲液池的側壁形成連體結構。
4.如權利要求1所述的陽光大棚沼氣製取系統，其內部的地下沼氣發酵池或罐採用金 屬或鋼筋混凝土材料製作。
5.如權利要求1所述的陽光大棚沼氣製取系統，其陽光大棚地上牆體設置膨脹珍珠巖 保溫層，地下基礎設置聚苯板保溫層。
專利摘要陽光大棚沼氣製取系統，是由陽光大棚增溫保溫系統和大棚內沼氣製取系統組成。該系統把地下沼氣發酵(池)罐、低壓浮罩式沼氣貯罐形成組合集成設計，全部置於陽光大棚內。由於全部設備和管道都置於陽光大棚內，因此設備和各種管道不再採用保溫材料保溫，節省了部分投資。低壓浮罩式沼氣貯罐置於陽光大棚中後，白天吸收太陽熱能傳遞到沼氣貯罐下面的水封池水中，水溫提高，晚上為抵抗嚴寒，水溫又降低。由於水量大，這種儲能放能的效果，保證了地下沼氣池的工作溫度；本實用新型採用的陽光大棚升溫技術、牆體保溫技術、和地下防凍技術能保證沼氣項目冬季正常產氣。運行穩定，操作簡單、運行成本低。
文檔編號C12M1/02GK201873671SQ20092022310
公開日2011年6月22日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者鄭曉偉, 陳立平 申請人:鄭曉偉, 陳立平