戶用沼氣池儲氣裝置結構及性能分析

甘福丁 魏世清 伍琪 甘偉玲

摘要

介紹了常見戶用沼氣池儲氣裝置結構、儲氣方式及存在的優缺點。特別介紹了一種新型戶用沼氣池塑料儲氣罐的結構及使用性能。該沼氣儲氣罐根據“氣壓水、水壓氣”原理儲存和輸出沼氣。儲氣罐制作容易，安裝方便，有效儲氣容積可達3～20 m3，儲氣壓力達1 000～1 500Pa。該儲氣罐無需定期維護，節省勞力，壽命長，適合農村沼氣戶使用。

關鍵詞 沼氣池；儲氣罐；塑料；結構；性能

中圖分類號S216.4文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09993-02

沼氣是一種高效、清潔、無污染的綠色能源。目前農村沼氣的生產一般是一戶一池，沼氣池的儲氣空間有限[1]。沼氣的生產是一個連續的過程，當不需要用氣時，氣壓上升可能會使得水壓間沼液溢出污染環境；當需要有用氣時，由于沼氣池的存儲量有限，而使得供氣不足。國內外有關農村戶用沼氣池儲氣裝置設計研究，在過去的10年里有許多報道[2-8]。該文對這方面的研究進行了梳理，介紹了常見戶用沼氣池儲氣裝置結構、儲氣方式及存在的優缺點，特別是介紹了項目組研制的戶用沼氣池塑料儲氣罐，以期為農村沼氣工程的推廣與應用提供參考。

1農村戶用沼氣池儲氣裝置的作用

農村戶用沼氣池儲氣裝置的主要作用是解決厭氧發酵過程中沼氣均衡生產與用戶對沼氣不均勻使用之間的矛盾，保證沼氣均衡供應，保證供氣管網和沼氣燃具的壓力穩定，滿足用戶要求[9]。

2戶用沼氣池常見儲氣裝置的結構

根據沼氣池結構、儲氣方式不同，農村戶用沼氣池常見儲氣裝置一般分為發酵儲氣一體式、分離浮罩式和氣袋式3大類。

2.1水壓式沼氣池

水壓式沼氣池是農村應用最為普遍的一種發酵儲氣一體式池型，以地埋式為主，建池材料為混凝土、磚等。一般由發酵間、儲氣室、水壓間以及進料口、進料管、出料口、蓄水圈、導氣管等部分組成（圖1）。發酵間和儲氣室是沼氣池的主體部分，發酵間的幾何形狀為圓筒形，發酵原料在這里發酵，產生的沼氣逸出液面進入上部的削球形儲氣室儲存。水壓間主要功能是為了儲存沼氣維持正常氣壓等[10]。這種沼氣池具有結構合理，施工簡單，造價低，管理使用方便等優點，但存在氣壓不穩定，儲存沼氣占用空間，使沼氣池發酵有效容積變小，料液液面之上容易產生浮渣結殼等缺點。因此，也有一些沼氣池采用柔性頂蓋儲氣罩來替代儲氣室，揭開頂蓋，就可以清理池中的浮渣。

2.2分離儲氣浮罩式沼氣池

分離儲氣浮罩式沼氣池由進料口、進料管、發酵間、導氣管、水壓間、儲肥池、浮罩、水封池等部分組成（見圖2）。儲氣浮罩主要作用是儲存沼氣，穩定氣壓，增加發酵池有效容積。水封池為儲氣浮罩的水封裝置。浮罩為分離式，可采用水泥砂漿、紅泥塑料、GRC等價格便宜、密封性能好、經久耐用的材料制作。根據沼氣用具（灶、燈）的設計額定壓力要求，加上輸氣管路的沿程壓力降來設計浮罩的重量。浮罩容積一般按每天產氣量的50%～60%計算。浮罩內沼氣壓力的大小，取決于浮罩的重量，設計壓力一般在3 000 Pa左右。采用浮罩儲氣，儲氣量大，而且不占用發酵空間，使發酵間可滿池發酵，有效容積可達到總容積的95%～98%[11]。沼氣池產氣率高，氣壓變化，能滿足電子打火沼氣灶、沼氣熱水器等用氣要求，發酵間內壓力小，沼氣池使用壽命長。缺點是占用地方較大，制作安裝比較困難，浮罩的氣密性檢測比較麻煩。為了少占用地方，也可將浮罩設置在水壓間里。

3 戶用沼氣池塑料儲氣罐

3.1戶用沼氣池塑料儲氣罐的結構

為克服以上各種沼氣儲氣裝置的不足，通過對比試驗，取長補短，項目組研制出適合農村沼氣戶使用的塑料儲氣罐。

戶用沼氣池塑料儲氣罐是一種水壓式儲氣罐，其結構如圖4所示。主要由高強度塑料（如高密度聚丙烯等）板材及管材焊接而成。儲氣罐分隔為上下兩部分的空間，上部分的空間為水壓間4，下部分的空間為儲水間11。儲水間內的液面至儲氣室頂板9之間形成的密閉空間為儲氣室3，儲氣室頂板9的底部固定有接通水壓間與儲水間的連通管2，儲氣室頂板9連接伸出儲氣罐罐體頂部的進氣管5及出氣管7，進氣管5和出氣管7的底端與儲氣室3相通，儲水間11底部接有伸出儲氣罐罐體10之外的排水管1。儲氣罐的頂部開有觀察孔6，進氣管5和出氣管7穿過水壓間4后經觀察孔6穿出。限壓管8上部高出儲氣罐頂部，下部穿過罐頂板、儲氣室頂板9，伸入儲水間11的水中。限壓管8的底端位置比連通管2的底端位置高。

3.2塑料儲氣罐使用性能分析

使用時，先向水壓間4、儲水間11注入一定量的水，從沼氣池發酵產生的沼氣由進氣管5進入儲氣室3。隨著沼氣量的增多，儲氣室3內氣壓增大，沼氣壓力會壓向水面，儲水間11的水面壓力相應增大，壓力可將儲水間11里的水通過連通管2壓入水壓間4，使水壓間4的水位升高。當沼氣壓力達到設計額定壓力時，儲水間11的水位最低，限壓管8的底端高出儲水間11的液面，沼氣可從限壓管8自動排出到大氣中，完成一個“氣壓水”的過程。同時，設置限壓管8對沼氣池和儲氣罐也起到保護作用。當用戶用氣時，儲氣室3內沼氣量會減少，沼氣壓力下降，水壓間4里的水在重力作用下會通過連通管2流到儲水間11，儲水間11 的液面會上升。液面的上升，進一步擠壓儲氣室3里的沼氣，沼氣壓力會提高，完成一個“水壓氣”的過程。這樣循環往復，儲氣室3的沼氣壓力會保持基本穩定。

3.3戶用沼氣池塑料儲氣罐優缺點

戶用沼氣池塑料儲氣罐有3項主要優點：（1）與儲氣罐配套的沼氣池可滿池發酵，輸出沼氣壓力比較穩定；（2）具有較好的化學性能，耐酸、耐堿，加工性能好，可標準化生產，專業化制作。有效儲氣容積一般為3～20 m3，沼氣出口壓力可達1 000～1 500 Pa；（3）儲氣罐結構簡單合理，取材容易，制作安裝方便，無需定期維護，壽命長，可遷移，適合農村沼氣戶及城鎮、機關、工廠等處理有機廢棄物沼氣儲氣使用[13]。同時也有缺點：（1）增加沼氣儲氣罐會提高農戶沼氣設施建造成本；（2）塑料沼氣儲氣罐會老化，罐內的水易結冰，在北方地區使用需采取保溫措施。

4結論

（1）儲氣裝置是戶用沼氣池的重要組成部分，儲氣裝置一般分為發酵儲氣一體式、分離浮罩式和氣袋式3大類。不同類型儲氣裝置各有優缺點。

（2）與其他沼氣儲氣裝置相比，戶用沼氣池塑料儲氣罐具有結構簡單，制作容易，無需定期維護，堅固耐用，使用壽命長的特點。而且戶用沼氣池塑料儲氣罐可標準化生產，專業化制作，有效容積一般為3～20 m3，適合于農村沼氣戶使用。

參考文獻

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