水壓式沼氣池建設設計說明書

1 水壓式沼氣池建設設計說明書 氣池發(fā)展的研究與現(xiàn)狀 亞、非、拉許多國家都或多或少在農村建立了一些沼氣池。如在 1983一 1984年，巴西建 3033口，使用率達 60%，古巴建池 552口，使用率 60%;危地馬拉建池 105口，使用率 58%。洲的阿爾及利亞原屬法國殖民地，法國人塔謝尼爾愛斯曼( 1938年在國國立農業(yè)學校就開始了厭氧消化的研究并取得了成果，于 1941年和 1942年取得法國專，引起了廣泛關注，榮獲了國家工業(yè)促進會授與的金質獎章?？夏醽?T H 54年開始研究豬糞的消化，他的一個家庭用消化器，每天產沼氣 12m，。在東南亞國家，如菲律賓，主要的研究活動集中在國家科學技術研究所、菲律賓大學以馬亞農場。在國家科學技術研究所的指導下，已建成 3100個中國臺灣型沼氣池。南朝鮮已建池 20， 000多口，我國臺灣也建池近萬口。 早在上世紀 60 年代 農戶只需在自家屋后挖一個 4至 10 3m 的池子 留一個填料口和一個出渣口 3m 豬、牛等牲畜糞便和尿液 衣粉水等堿性物質流入沼氣池 用這種方法產生的沼氣 至 5人的農戶全天照明和做飯 上世紀70 年代 沼氣原料日益豐富 對于沼氣的利用在當時一呼百應 目前，中國約有二千萬人口使用了沼氣，年產招氣十億多立方米，是世界上建造沼氣發(fā)酵裝置最多的國家。近幾年來，推廣沼氣已從農村發(fā)展到城鎮(zhèn)。在城鎮(zhèn)，結合環(huán)境保護，在發(fā) 酵原料比較集中而數量比較穩(wěn)定的農牧場、食品廠、酒廠等輕工企業(yè)單位，興建了一萬多個大、中型沼氣池，發(fā)酵總容積約 31萬多立方米。城鎮(zhèn)推廣大、中型沼氣池經濟效益比小型農村家用沼氣池顯著。四川省樂至果酒廠修建了 2產沼氣 3000酵后的制酒廢液， 2%， 5%，大大減輕了對環(huán)境的污染。所產沼氣除供應一 2 個 2噸卡車外，還解決了全廠職工的生活用能，余下的沼氣直接為燒煤鍋爐助燃。除環(huán)境效益外，五年就可收回投資。我國農村家用沼氣池，絕大多數 是混凝土結構的水壓式沼氣池，有 1一 2萬個是紅泥塑料半塑式或分離浮罩式沼氣池。據典型測試和調查，在南方一個正常使用的家用沼氣池，一般一年可產沼氣 250一 300解決八至十個月的炊事燃料，加 _2一 3年內就可以從所獲得的直接收益中收回建池投資。水壓式沼氣池世界上稱為中國式沼氣池，它象印度的哥巴沼氣池一樣，是農村家用沼氣池的一種典型池型，現(xiàn)在已為第三世界各國采用推廣。 氧制沼在能源利用方面的優(yōu)點 我國在垃圾回收及綜合利用方面有著長期實踐和成功經驗。 20世紀 90年代以來，政府日益重視垃圾 量的減量化和資源化，一部分城市還開展了垃圾分類收集的試點工作，并且絕大部分城市已將垃圾分類收集、資源化綜合利用作為城市垃圾處理的重要內容進行規(guī)劃，但就整體水平而言，我國城市垃圾的減量化與資源化工作才剛剛起步，遠遠落后于發(fā)達國家，垃圾回收和綜合利用的前景十分廣闊。 沼氣作為一種清潔的可再生能源 飯、取暖 由于病菌較少 有利于防止土地板結。 其中厭氧制沼技術在能源利用方面主要有以下幾方面的優(yōu)點： （ 1）可再生性：沼氣資源均為年復一年，可以不斷再生的生物能源。并且隨著農業(yè)生產的發(fā)展而增加，是“取之不盡，習不之竭”的。 （ 2）分散性：農村地域遼闊，人口眾多，居住分散，沼氣資源豐富多樣，各地都有。為就地開發(fā)、就地使用提供了方便的條件。 （ 3）多用性：沼氣資源既可以投入沼氣池發(fā)酵產生沼氣， 也可以直接作為燃料，供炊事之用；還可以用作飼料，發(fā)展畜牧業(yè)；用作肥科，發(fā)展農業(yè)生產；用作工業(yè)原料，發(fā)展造紙工業(yè)等。 3 2 水壓式沼氣池介紹 壓式沼氣池的結構 水壓式沼氣池是一種埋設在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結構包括 進料間 、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導氣管幾個部分。 料間 進料間使用混凝土澆筑的水泥管，包括進料口和進料管，一般做成斜管插入池墻至發(fā)酵間，以方便進料。進料管的下端開口位置的上沿，應在從池底到氣箱頂蓋的 1/2 1/3 處，不能太高或太低。太高， 會縮小氣箱的容積，使沼氣池貯存量減小。太低，投入的發(fā)酵原料不易進到發(fā)酵間的中心部位。池子淺時，進料管要安在池底到氣箱頂蓋的 2/3 處（即上部占 2/3）；池子深時，進料管安在池底到氣箱頂蓋的中間（即據上部和下部各占 1/2 處）。進料間的大小，依據沼氣池的容積大小而定，但一般不宜太大。 酵間和氣箱 發(fā)酵間和氣箱，這兩部分實際上是一個整體，即沼氣池容積下部是發(fā)酵間，上部是氣箱。他們是產生和貯存沼氣的地方。因為沼氣輕，又不溶于水，所以各種有機物在發(fā)酵間經發(fā)酵產生出來的沼氣，都上升到頂蓋下部，排擠發(fā)酵液倒進 、出料間，使沼氣充滿氣箱。當沼氣貯氣量逐漸增加時，壓力隨之增大，沼氣占有的體積也相應增加。發(fā)酵間和氣箱的空間總體積，成為沼氣池的有效容積。容積多大合適，要看使用沼氣數量的多少而定。 料管和水壓間 出料管又稱水壓箱。沼氣池的出料間與主池體相通，它的水位隨氣體的產生、消耗而升降，可以使氣箱內的沼氣保持相對的壓力，起到水壓箱的作用，并兼做平時小出料作用。水壓間的容積大小，要根據沼氣池的沼氣產量的高低、氣壓大 4 小和貯氣方式而定。 氣管 導氣管的主要作用是輸送沼氣。他的下端固定在活動蓋板上， 與氣箱相通；上端接輸氣管，將沼氣輸送到沼氣爐里。 壓式沼氣池的原理 下圖為水壓式沼氣池的結構： 圖 壓式沼氣池工作原理示意圖 水壓式沼氣池是一種埋設在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結構包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導氣管幾個部分（結構如上圖所示） 其工作原理為：產氣階段，發(fā)酵池內發(fā)酵產氣，發(fā)酵間的氣壓隨產氣量增加而增大，造成水壓間液面高于發(fā)酵間液面：使用沼氣時，發(fā)酵間壓力減小，水壓間液 體被 壓回發(fā)酵間。 在設計沼氣池時，可以采用增大有效水壓間容積的方法 (即增大有效水壓間 5 表面積 )，這樣，在逐步加料的過程中，可以提高零壓線的位置，增加發(fā)酵間的容積，提高產氣率，提高沼氣的利用率，料液也不會從水壓間溢出。 3 設計原則及基本參數 計原則 （ 1） 沼氣池宜建在畜圈或廁所地表以下，進料間與人、畜糞入口相連 通。 （ 2） 堅持適用、衛(wèi)生、平面布局合理，外型美觀。 （ 3） 池蓋頂端復土厚度不小于 200 （ 4） 強度安全系數 K （ 5） 正常使用壽命 20年以上。 計基本參數 （ 1） 氣壓：池內正常工作壓力 柱（即壓強 ）。 （ 2）池容產氣率：指每立方米發(fā)酵池容積 1晝夜的產氣量，單位為 3m 沼氣/（ 3m d ）。我國通常采用的池容產氣率包括 種，本設計為 330 )m m d 。 （ 3）貯氣量：指氣箱內的最大貯氣量。農村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以 氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。 （ 4） 池容：發(fā)酵間的容積。農村家用水壓式沼氣池的池容積有 4 3m 、 6 3m 、8 3m 、 10 3m 等幾種。本設計為 m 。 （ 5）投料率：之最大限制投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比 ，一般在%85 %95 之間為宜。本設計投料量為小 于發(fā)酵間總容積的 %90 。 （ 6）地面活荷載： 200Kg/ 7）池蓋覆土最薄處厚： 250 8）地基允許承載力： 5t/ 9）未考慮池內產生負壓力情況。 6 4 設計計算書 藝流程設計 采用自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝，以人、禽畜糞便及蔬菜秸稈為發(fā)酵原料，定時定量投料和出料，簡單工藝流程如下。 人畜糞便（青草及農業(yè)廢物）進料間厭氧發(fā)酵間水壓間農田。 酵間各部分尺寸的確定 （ 1）沼氣池的直徑根據用戶平面布置確定?？紤]充分利用土地資源、 平面布局緊湊的原則，確定沼氣的直徑為 D （ 2）池蓋球體矢高 1f 11 式中： D 圓柱體形池身直徑， m ； 1 直徑矢高的比值， 該值一般取 在 5 6 ，本設計取 1 5 。 代入數據得： 1 2 0 （ 3）池蓋削球體凈容積 1Q )3(6 21211 式中： 1f 池蓋球體矢高， m ； R 池身圓柱體內半徑， 2 . 5 1 . 2 522 。 7 代入數據得： 2 2 31 3 . 1 4 1 6 0 . 5 ( 3 1 . 2 5 0 . 5 ) 1 . 36 （ 4）池底削球體矢高 2f 22 式中： D 圓柱體形池身直徑， m ； 2 直徑與池底矢高的比值，該值一般取在 8 10 ，本設計取2 8 。 代入數據得： 2 2 8（ 5）池底削球體凈容積3Q)3(6 22223 式中： R 池身圓柱體內半徑， m 。 2f 池底削球體矢高， m 。 代入數據得： 2 2 33 3 . 1 4 1 6 0 . 3 1 ( 3 1 . 2 5 0 . 3 1 ) 0 . 7 86 （ 6）發(fā)酵間池身圓柱體凈容積 2Q 312 式中： 1Q 池蓋削球體凈容積， 3m ； 8 3Q 池底削球體凈容積， 3m ； V 發(fā)酵間總容積， 3m 。 代入數據得： 2 1 0 . 5 1 . 3 0 . 7 8 8 . 4 2Q 3m（ 7）發(fā)酵間池身圓柱體高的 H 22 式中： 2Q 發(fā)酵間池身圓柱體凈容積， 3m ； R 池身圓柱體內半徑， m 。 代入數據得： 28 . 4 2 1 . 7 13 . 1 4 1 6 1 . 2 5 （ 8）池蓋削球體內表面積 1S )( 2121 式中： R 池身圓柱體內半徑， m ； 1f 池蓋球體矢高， m 。 代入數據得： 2 2 21 3 . 1 4 1 6 (1 . 2 5 0 . 5 ) 5 . 7 0 （ 9）圓柱體池身內表面積 2S 2S 式中： 9 R 池身圓柱體內半徑， m ； H 池身圓柱體高的， m 。 代入數據得： 2S 2 3 . 1 4 1 6 1 . 2 5 1 . 7 1 1 3 . 4 3 2m （ 10）池底削球體內表面積3( 222 式中： R 池身圓柱體內半徑， m ； 2f 池底削球體矢高， m 。 代入數據得： 2 2 23 3 . 1 4 1 6 (1 . 2 5 0 . 3 1 ) 5 . 2 1 （ 11）發(fā)酵間內總表面積 S 321 式中： 1S 池蓋削球體內表面積， 2m ； 2S 池身圓柱體內表面積， 2m ； 3S 池底削球體內表面積， 2m 。 代入數據得： 25 . 7 0 1 3 . 4 3 5 . 2 1 2 4 . 3 4 料口的設計 進料口由上部長方形槽和下部圓管組成，其中上部長方形槽幾何尺寸是長 10 寬深 = 0 03 2 06 0 0 ；下部圓管采用 =300制混凝土管，管與墻角為 40 。 （ 1） 死氣箱拱的高死 321 式中： 1h 池蓋拱頂點到活動蓋下緣平面的距離，該值一般在 10 間，本設計取1 14h 2h 到氣管下露出長度，該值一般在 3 5 間，本設計取 2 ； 3h 到氣管下口到液面的距離，該值一般取在 20 本設計取3 25h 代入數據得： 1 4 4 2 5 4 3 c m 0 . 4 3 死（ 2） 池蓋的曲率半徑 1 1 )(2 1 2121 式中： R 池身圓柱體內半徑， m ； 1f 池蓋球體矢高， m 。 代入數據得： 221 1 ( 1 . 2 5 0 . 5 ) 1 . 8 12 0 . 5 m （ 3） 死氣箱容積死3( 1 死死 11 式中： 死f 死氣箱矢高， m ； 1 池蓋曲率半徑， m 。 代入數據得： 230 . 4 33 . 1 4 1 6 0 . 4 3 ( 1 . 8 1 ) 0 . 9 73 死 （ 4） 投料率 根據死氣箱容積，可計算出沼氣池投料率。 投料率 %100式中： V 發(fā)酵間總容積， 3m ； 死V 死氣箱容積， 3m 。 代入數據得： 投料率 1 0 . 5 0 . 9 7 1 0 0 % 9 0 . 7 %1 0 . 5 （ 5） 最大貯氣量貯容池容產氣率21代入數據得： 貯V 311 0 . 5 0 . 2 1 . 0 52 m （ 6）氣箱總容積氣V 貯V 12 式中： 死V 死氣箱容積， 3m ； 貯V 最大貯氣量， 3m 。 代入數據得： 氣V 0 1 2 3m（ 7）氣箱在圓筒形池深部分的容積筒Q 式中： 氣V 氣箱總容積， 3m ； 1Q 池蓋削球體凈容積， 3m 。 代入數據得： 筒V 2 1 0 3m （ 8）圓筒形池身內氣箱部分的高度筒式中： 筒V 氣箱在圓筒形池深部分的容積， 3m ； R 池身圓柱體內半徑， 。 代入數據得：筒h 20 . 7 2 0 . 1 53 . 1 4 1 6 1 . 2 5 m發(fā)酵間最低液面位在池蓋與池身交接平面以下筒個位置就是進出料管的安裝位置。 13 壓間的設計 依據國標 8 3m 現(xiàn)澆混凝土 結構 圓筒形 水壓式沼氣池及水壓間選用尺寸，選取池容為 m ，產氣率為 )(3 的現(xiàn)澆混凝土結構圓筒形 水壓式沼氣池水壓間內徑： 高 有效容積為： m ；溢流口底面標高： 。 5 圓筒形水壓式沼氣池施工及 材料設計 筒形水壓式沼氣池整體現(xiàn)澆施工 （ 1）打開挖支?，F(xiàn)澆注法 按圖紙放線并挖去取全池土方，先澆好池底，然后澆注池墻和池蓋混凝土。池墻外?？衫迷瓲钔帘?，池墻和池蓋內膜可用鋼模、木模、磚模等。當拱蓋采用傘形工具式模板時，模板應做到幾何尺寸準確、鋼度大、拆裝簡便?；炷翝沧⒁B續(xù)、均勻對稱、振搗密實、由下而上進行。池蓋外表采用原漿反復壓實抹光，注意保護。 （ 2）抽模土胎澆注法 按設計圖的尺寸，先抽槽取土，即挖取池墻溝槽的土，并修整好表面，再做好池蓋的土胎膜，刷上隔離劑，一次澆注池墻和池蓋的混凝土。 當混凝土達到設計強度的 70%后，由活動蓋口取出池芯土，然后澆注池底混凝土。澆搗混凝土要連續(xù)進行，不流施工縫，振搗要密實，注意養(yǎng)護。 筒形水壓式沼氣池材料設計 依據國標 10 3m 圓筒形水壓式沼氣池材料設計 2。 本設計為池容為 m ，產氣率為 330 )m m d 的混凝土結構 圓筒形 水壓式沼氣池，依據上表，則可以選取設計材料：選取混凝土體積為 m ，其中水泥 592中砂 m ，碎石 m ，池體抹灰體積為 m ，水泥 14 中砂 m ；水泥素漿水泥 10硅酸鈉 或石蠟 合計材料用量，水泥 中砂 m ，碎石 m 。 表 筒形水壓式沼氣池材料設計 沼氣池容積3m 混凝土 體積， 3m 水泥， 中砂， 3m 碎石， 3m 4 50 55 61 0 23 氣池容積3m 池體抹灰 水泥素漿 體積， 3m 水泥， 中砂， 3m 水泥， 4 13 6 42 8 63 10 08 1 沼氣池容積3m 硅酸鈉或石蠟 合計材料用量 硅酸鈉， 石蠟， 水泥， 中砂， 3m 碎石， 3m 4 4 4 469 5 5 604 6 6 733 0 7 42 15 6 總結 通過本次的課程設計 ,我們學到了沼氣池設計的步驟和需要注意的地方 ,在這次課程設計中不但提高了動手能力而且進一步理解和掌握了所學知識。 在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難