高寒地區(qū)新型輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù)

摘要 針對農(nóng)村沼氣池建設(shè)中存在的冬季受低溫影響不能正常使用的問題,開發(fā)出新型輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù)。通過技術(shù)改造,可完善沼氣池功能,克服氣溫對沼氣池的影響,并取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。介紹了該項技術(shù)的內(nèi)容、技術(shù)路線方法、結(jié)構(gòu)和功能。

關(guān)鍵詞 輔助燃燒式;沼氣池;建造技術(shù);高寒地區(qū)

中圖分類號 S216.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2009)13-0260-02

隨著國家構(gòu)建生態(tài)文明、節(jié)約型社會,可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施,沼氣池建設(shè)作為解決農(nóng)村生產(chǎn)生活用能、提供清潔能源、保護生態(tài)環(huán)境、發(fā)展農(nóng)村庭院經(jīng)濟、促進種養(yǎng)業(yè)發(fā)展、提高群眾生活質(zhì)量、改善城鄉(xiāng)衛(wèi)生狀況的重要設(shè)施,在全國范圍內(nèi)受到高度重視,各地區(qū)都將沼氣池建設(shè)確定為社會主義新農(nóng)村建設(shè)、農(nóng)村可持續(xù)循環(huán)發(fā)展、構(gòu)建和諧社會、環(huán)境保護、節(jié)能環(huán)保的重要工程來抓。2003年以來,青海省在農(nóng)村沼氣國債項目的支持下,在基層進行了大面積推廣,各地區(qū)從實際出發(fā),把沼氣建設(shè)與調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,積極推廣了“豬-沼-糧(果蔬)”等循環(huán)能源模式,為農(nóng)民節(jié)支增收開辟了廣闊的空間。沼氣池的發(fā)展和綜合利用,有力地促進了農(nóng)村可再生能源建設(shè),取得了顯著的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、社會效益。經(jīng)過幾年的建設(shè),沼氣建造技術(shù)日趨成熟,質(zhì)量不斷提高,沼氣池綜合利用在廣大農(nóng)村效果明顯,取得了一定成效,深受廣大農(nóng)村和群眾的歡迎。但在應(yīng)用中受青海省地理氣候的影響,出現(xiàn)了一些問題,現(xiàn)將其存在的問題及原因總結(jié)如下,并對新型輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù)進行介紹。

1 普通沼氣池存在的問題及原因

1.1 主要問題

較為突出的問題是,沼氣池受冬季低溫影響,池內(nèi)發(fā)酵放緩或停止,導致沼氣池因供氣不足或供氣停止而不能正常使用。夏秋兩季,沼氣池內(nèi)溫度高、發(fā)酵快,沼氣池產(chǎn)氣量大、供氣足,使用效果好。11月進入冬季后,池溫隨著外界氣溫的變化而不斷降低,池內(nèi)發(fā)酵逐步減緩,產(chǎn)氣量開始下降,出現(xiàn)供氣不足、燃燒不完全等情況;進入隆冬,池內(nèi)溫度降致發(fā)酵停止溫度,產(chǎn)氣終止,致使沼氣池不能使用;翌年3～4月隨著氣溫回升又逐步恢復正常。這種現(xiàn)狀形成了部分地區(qū)沼氣池“用半年停半年”的局面,沼氣池使用率大大降低,年使用時間只有7～8個月,產(chǎn)氣量為220～260m3,設(shè)施沒有得到充分利用,沼氣池未能最大化發(fā)揮作用。沼氣池的閑置浪費,在群眾中造成了不良的負面影響,制約了沼氣池項目的推廣普及。

1.2 主要原因

沼氣池產(chǎn)氣和使用與溫度密切相關(guān),夏秋兩季氣溫相對較高,池內(nèi)溫度在10℃以上,沼氣池內(nèi)部發(fā)酵溫度適宜,池內(nèi)細菌、甲烷菌狀態(tài)活躍,處于厭氧消化和生長繁殖狀態(tài),進行原料分解、消化、發(fā)酵、產(chǎn)生沼氣等一系列活動,具有發(fā)酵速度快、產(chǎn)氣量大、供氣足的特點。進入冬季,池內(nèi)溫度受外界低溫影響降至10℃以下,池內(nèi)細菌、甲烷菌停止厭氧消化和生長繁殖活動,處于靜止狀態(tài),無法進行原料的分解、發(fā)酵、產(chǎn)氣,出現(xiàn)供氣中斷現(xiàn)象,造成沼氣池不能使用。為解決沼氣池越冬問題,通常采用畜禽舍下建造沼氣池、覆蓋塑料薄膜、池體進出口加蓋等辦法來給沼氣池加溫,但青海互助地處高寒,冬季氣溫過低,以上措施不能克服氣溫對沼氣池的影響,造成部分地區(qū)沼氣池冬季不能使用的現(xiàn)狀。青海省地處青藏高原,氣候寒冷,境內(nèi)海拔落差大,地區(qū)氣溫差異大,局部地區(qū)冬季氣溫達零下27℃,沼氣池冬季不能使用,是青海省沼氣池普及和推廣工作亟需解決的問題。

2 新型輔助燃燒式沼氣池的優(yōu)點及效益分析

2.1 主要優(yōu)點

一是能夠有效解決高寒地區(qū)沼氣池由于氣溫低不能產(chǎn)氣的現(xiàn)狀;二是適用于任何容積和類型沼氣池;三是燃池結(jié)構(gòu)合理對沼氣池無影響;四是池內(nèi)燃燒部位,設(shè)計合理得當,可進行反復安裝、拆卸,便于裝填燃燒物和除灰,日常管理簡便;五是燃燒池內(nèi)燃燒原材料為農(nóng)村生物質(zhì)能資源,可就地解決,成本低、經(jīng)濟負擔小;六是輔助燃燒式沼氣池,建造材料較為普遍,沒有特殊限制,適合在任何地方建設(shè),便于推廣;七是較普通沼氣池增添了自動破殼裝置,增強了產(chǎn)氣和使用效果,減少了農(nóng)戶勞力付出。

2.2 效益分析

(1)經(jīng)濟效益。輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù),可充分發(fā)揮燃池作用,向池內(nèi)持續(xù)提供熱能,使池內(nèi)溫度高于8～10℃,保證池內(nèi)正常發(fā)酵,完全可抵御外界低氣溫的影響,使沼氣池年產(chǎn)氣達到350～400m3,年完全使用時間達到12個月。節(jié)約農(nóng)戶年生活用能支出600～800元,沼氣池的綜合利用延長了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈,為發(fā)展農(nóng)村庭院經(jīng)濟、發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)、減少化肥農(nóng)資支出、增強農(nóng)作物抗蟲和抗病能力、增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、保護生態(tài)環(huán)境、減少對植被的破壞、改善城鄉(xiāng)衛(wèi)生狀況、增加農(nóng)民副業(yè)收入、提高生活質(zhì)量發(fā)揮積極的作用。

(2)社會效益。沼氣池建設(shè)已成為青海省農(nóng)村能源和社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重要方面,是提高群眾生活水平、保護自然環(huán)境、促進廣大農(nóng)村和諧發(fā)展的有效途徑。輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù),采取技術(shù)創(chuàng)新、利用技術(shù)手段,合理有效解決了沼氣池建設(shè)中突出的瓶頸技術(shù)難題,完備和豐富了青海省沼氣池建造技術(shù),完善了沼氣池各項功能,為促進沼氣事業(yè)深層次健康發(fā)展、向高寒農(nóng)牧區(qū)推廣普及沼氣池提供了有力的技術(shù)支撐。

3 新型輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù)

3.1 主要技術(shù)內(nèi)容

針對沼氣池存在的問題,研究和開發(fā)出輔助燃燒式沼氣池,完全可解決冬季沼氣池受低溫影響不能正常使用的問題。輔助燃燒式沼氣池集燃燒池、沼氣池為一體,利用生物質(zhì)能在特定燃池內(nèi)有序燃燒,產(chǎn)生溫度,經(jīng)設(shè)施能量轉(zhuǎn)化,給池內(nèi)持續(xù)輸送熱能,提升池內(nèi)溫度,達到細菌可活動及發(fā)酵溫度,促進池內(nèi)細菌、甲烷菌活動、繁殖、分解、發(fā)酵,厭氧消化有機物、產(chǎn)生沼氣,從而保證沼氣池冬季能夠正常產(chǎn)氣和使用。通過技術(shù)改造,可完善沼氣池功能,克服氣溫對沼氣池的影響。

3.2 技術(shù)路線方法

輔助燃燒式沼氣池是在原有沼氣池的基礎(chǔ)上建造燃燒池,燃燒池可分為全包圍、半包圍2種建造類型。全包圍型燃燒池呈圓形,與沼氣池四周相連,內(nèi)設(shè)進氣口、排氣口和活動頂蓋,有反復使用的特點。利用生物質(zhì)能資源,如牛馬糞、樹葉、鋸末等烘干后,放置在燃燒池內(nèi)無焰燃燒,燃燒所產(chǎn)生的熱能經(jīng)燃燒池傳入沼氣池,向沼氣池內(nèi)持續(xù)提供熱能,提升池內(nèi)溫度,促進池內(nèi)細菌、甲烷菌的發(fā)酵和活動。裝料一次可連續(xù)無焰燃燒20～40d,提升沼氣池內(nèi)溫度6～10℃,燃燒速度由人工在進氣口和排氣口調(diào)節(jié),達到不需人工階段性添料、出灰,利用燃燒池向沼氣池供熱。

3.3 結(jié)構(gòu)和功能

燃燒式沼氣池是由沼氣池、自動破殼器、燃燒池、燃燒池頂蓋、燃燒池進排氣口、進排氣口調(diào)節(jié)裝置、進排氣管道等部位組成的。

(1)發(fā)酵間、貯氣間是沼氣池的主體部分,呈圓桶形幾何形狀,發(fā)酵原料在這里發(fā)酵,產(chǎn)生的沼氣進入上部半球形貯氣間貯存。

(2)出料間、水壓間的建筑形狀為圓柱形,設(shè)在與池體相連接的日光溫室或豬圈內(nèi),功能是利用水壓儲存沼氣,維持正常氣壓和出料,底層通過出料口與發(fā)酵間連接,發(fā)酵完的沼肥由此流向出料間,進行出料。要設(shè)置蓋板防止人畜掉入池內(nèi),此池型去掉了活動蓋,因為在北方冬季寒冷、干燥,使沼氣池口蓋易干燥裂縫,造成貯氣外漏,重新安裝農(nóng)戶不易掌握,所以加大出料間,池蓋功能由出料間代替。

(3)進料口設(shè)在畜禽舍地面,與進料管、發(fā)酵間相連,人畜糞便以及沖洗污水,通過進料管注入發(fā)酵間。

(4)自動破殼裝置,是一種輔助農(nóng)戶正常使用的設(shè)施,沼氣發(fā)酵后,在池內(nèi)最上層會形成浮渣層,具有發(fā)酵原料多、難溶于水、細菌少的特點,有機物聚在一起得不到消化,形成結(jié)殼面,沼氣難以自行進入氣箱,進而影響到農(nóng)戶正常使用。池內(nèi)自動破殼裝置是在池內(nèi)合適部位建造破殼裝置基座,可利用PVC鋼管等材料安裝破殼器,利用沼氣池產(chǎn)氣與農(nóng)戶用氣形成的壓力差,造成結(jié)殼面以上升下降的方式運動;同時,利用破殼器預破結(jié)殼面,使池內(nèi)沼氣順利進入頂部氣箱。破殼器與出料器配套使用,能夠發(fā)揮破殼產(chǎn)氣、攪拌發(fā)酵原料的作用,安裝后無需調(diào)節(jié)、維護,使用效果明顯,有效率達100%。

(5)燃燒池呈圓形,與沼氣池四周相連,內(nèi)設(shè)進氣口、排氣口和活動蓋,是燃池型沼氣池的關(guān)鍵部位。將燃燒物烘干后,放置在燃池內(nèi)燃燒,一般裝料1次可燃燒20～40d,燃燒速度由進氣口和排氣口調(diào)節(jié),燃燒所產(chǎn)生的熱能通過燒燃池傳入沼氣池,使池內(nèi)溫度增高,達到甲烷細菌活動所需的溫度,促進沼氣池正常發(fā)酵和產(chǎn)氣。

(6)燃燒池頂蓋可進行反復安裝、拆卸,便于裝填燃燒物和除灰,日常管理簡便。

(7)燃燒池進排氣口、進排氣口調(diào)節(jié)裝置、進排氣管道,是為燃燒池內(nèi)燃燒物無焰燃燒提供氧氣、排除燃燒煙霧、形成供氧排氣循環(huán)、控制燃燒速度、調(diào)節(jié)燃燒溫度的關(guān)鍵設(shè)施。

4 參考文獻

[1] 田德寧,彭發(fā)基.高寒地區(qū)輔助燃燒式沼氣池建造技術(shù)[J].青海科技,2009(1):20-22.

[2] 邱方吉,包金泉,孫范軍,等.燃池式沼氣池建造技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè),2007(12):154-155.

[3] 郭繼業(yè),劉中秋,北方農(nóng)村戶用沼氣池與燃池結(jié)合建造技術(shù)[J].新農(nóng)業(yè),2004(8):56-57.