高寒地區(qū)家用沼氣發(fā)酵罐的實用性改進(jìn)研究

宋佩哲

摘 要：主要是針對我國東北地區(qū)冬季惡劣的氣候條件而提出的對于發(fā)酵罐罐體結(jié)構(gòu)的適用性改進(jìn)。介紹了相對于舊式發(fā)酵罐的改進(jìn)與罐體關(guān)鍵部位的設(shè)計方案。經(jīng)試驗表明，該設(shè)計方案可基本達(dá)到家庭自給自足的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū);家用;沼氣發(fā)酵罐

中圖分類號：S216.4 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.009

0 引言

中國既是糧食生產(chǎn)大國，也是秸稈生產(chǎn)大國。然而，長期以來中國只注重農(nóng)作物的果實而忽視農(nóng)作物的秸稈利用。中國每年生產(chǎn)超過 5 億 t 糧食，秸稈理論資源量超過8億t。[1]素以“大糧倉”之美譽的東北，是我國重要的商品糧基地，糧食產(chǎn)量在 2017 年就達(dá)到11 875 萬t，約占全國 19.2%（國家發(fā)改委，2018）。[2]這些秸稈不到 1/3 實現(xiàn)了還田，秸稈肥料化利用率不足 20%，被焚燒或廢棄的秸稈達(dá) 20%以上。秸稈燃燒會造成嚴(yán)重的霧霾，產(chǎn)生大量有毒有害氣體，危害人體健康，且極易引發(fā)火災(zāi)。[3]并且由于秸稈綜合利用的出口不暢，加之受農(nóng)戶傳統(tǒng)生產(chǎn)生活習(xí)慣的影響，秸稈違規(guī)露天焚燒的現(xiàn)象屢禁不止、愈演愈烈。2017 年春秋兩季，哈爾濱市周邊共出現(xiàn)疑似火點1731處，10 月 18 日至 20日黨的十九大召開期間，因秸稈焚燒致使全市持續(xù)出現(xiàn)重度及以上污染天氣，空氣質(zhì)量長時間“爆表”。[4]但是受限于地方氣候因素，利用秸稈生產(chǎn)生物能源的方案在東北地區(qū)的冬季或是無法實行或是效能低下無法滿足基本的使用要求，影響了農(nóng)戶使用秸稈沼氣的積極性。

1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

為了實現(xiàn)沼氣發(fā)酵罐在我國東北地區(qū)的家用化，該沼氣發(fā)酵罐選擇采用較小的罐體，以適應(yīng)我國東北地區(qū)冬季在滿足農(nóng)戶自家使用并使其可以被安置在室內(nèi)，既方便了罐體的管理也有利于沼氣的使用，并在結(jié)構(gòu)上整合改進(jìn)便于操作。

（1）整體結(jié)構(gòu)：該裝置由外罐、內(nèi)罐、頂蓋、螺旋攪龍以及粉碎刀與破殼刀構(gòu)成，破殼刀以及粉碎刀以單向軸承連接在傳動軸上，既可以保證在使用破殼功能時不會影響到粉碎刀，又能保證在使用粉碎功能時不會影響到破殼刀。

（2）整體控制：罐體內(nèi)設(shè)置有溫度、壓力以及水位傳感器來獲取罐體內(nèi)各項指標(biāo)的數(shù)據(jù)。在內(nèi)罐壁上由上到下設(shè)置有數(shù)個溫度傳感器監(jiān)控發(fā)酵物的溫度情況，當(dāng)上下溫差達(dá)到一定數(shù)值時，螺旋攪龍啟動，對物料進(jìn)行攪拌，當(dāng)溫度數(shù)值整體低于一定數(shù)值時，電熱器啟動，對整個罐體進(jìn)行加熱;當(dāng)壓力傳感器下降且溫度傳感器示數(shù)并未低于標(biāo)準(zhǔn)范圍時，傳動軸啟動破殼刀對物料進(jìn)行破殼;水位傳感器監(jiān)控水位保持在一個適合的范圍上。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

高寒地區(qū)家用沼氣發(fā)酵罐由內(nèi)外雙層罐體、螺旋攪龍、破殼刀與粉碎刀等部件組成，可實現(xiàn)在我國東北地區(qū)冬季正常供給農(nóng)戶自家沼氣達(dá)到自給自足。高寒地區(qū)家用沼氣發(fā)酵罐整體設(shè)計方案如圖所示。

下面結(jié)合附圖對本實用新型實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。一種高寒地區(qū)家用沼氣發(fā)酵罐，在外桶體內(nèi)部套配安裝內(nèi)桶體，在外桶體內(nèi)側(cè)壁面與內(nèi)桶體外側(cè)壁面之間部位處從外至內(nèi)依次安裝保溫層和電熱器，在外桶體和內(nèi)桶體的上端部密封安裝帶有沼氣出口和加料閥的上蓋，在內(nèi)桶體腔內(nèi)的上側(cè)部位和下側(cè)部位分別固裝桿式支撐安裝架，螺旋葉片式攪龍軸總成立向配置且可轉(zhuǎn)動的配裝在上、下部位的桿式支撐安裝架上，在螺旋葉片式攪龍軸總成上側(cè)部從上至下依次通過單向軸承A和單向軸承B分別安裝粉碎刀盤和破殼刀盤，粉碎刀盤位于上側(cè)部的桿式支撐安裝架的上方，破殼刀盤位于上側(cè)部的桿式支撐安裝架的下方，粉碎刀盤的旋轉(zhuǎn)方向與破殼刀盤的旋轉(zhuǎn)方向相反，在上蓋上方配裝電動機，電動機與螺旋葉片式攪龍軸總成連接，在內(nèi)桶體和外桶體的底端部配裝排料閥。

作業(yè)使用時，打開加料閥，根據(jù)需要將農(nóng)作物秸稈和糞便按比例從加料閥加入到內(nèi)桶體內(nèi)，在充填加料過程中，旋轉(zhuǎn)的電動機通過螺旋葉片式攪龍軸總成和單向軸承A帶動粉碎刀盤轉(zhuǎn)動，此時破殼刀盤不轉(zhuǎn)動，連續(xù)完成對加入的農(nóng)作物秸稈和糞便的粉碎加工;物料加滿后，關(guān)閉加料閥，開啟電熱器使內(nèi)桶體內(nèi)的物料升溫、發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，根據(jù)物料狀態(tài)，可開啟電動機反向旋轉(zhuǎn)，通過螺旋葉片式攪龍軸總成和單向軸承B帶動破殼刀盤轉(zhuǎn)動，此時粉碎刀盤不轉(zhuǎn)動，在螺旋葉片式攪龍軸總成對物料進(jìn)行攪動和上下翻動的同時，破殼刀盤對結(jié)殼物料進(jìn)行破殼作業(yè)，以保證發(fā)酵質(zhì)量和沼氣產(chǎn)氣效率。當(dāng)沼氣產(chǎn)量可以滿足使用時，可停止電熱器的加熱工作;產(chǎn)出沼氣由沼氣出口輸出;當(dāng)內(nèi)桶體內(nèi)的物料需要更換時，打開排料閥，在反向轉(zhuǎn)動的螺旋葉片式攪龍軸總成配合下，即可完成清桶排料作業(yè)。

3 結(jié)論

本文主要是根據(jù)目前我國東北地區(qū)沼氣發(fā)酵罐實際存在的問題與局限，設(shè)計研制的小型家用沼氣發(fā)酵罐，用以解決大型沼氣發(fā)酵罐、發(fā)酵池受限于地理氣候環(huán)境的問題。經(jīng)測試，其效率可達(dá)到華北地區(qū)使用的大型水泥罐體發(fā)酵罐冬季效率的80%～85%，已足夠支持我國東北農(nóng)戶家庭自給自足。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱立志，馮偉，邱君.秸稈產(chǎn)業(yè)的國外經(jīng)驗與中國的發(fā)展路徑[J].世界農(nóng)業(yè)，2013（3）：114-117.

[2]張偉明，陳溫福，孟軍，等.東北地區(qū)秸稈生物炭利用潛力、產(chǎn)業(yè)模式及發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52（14）：2406-2424.

[3]王后晴. 提高秸稈綜合利用率的建議[N]. 中國縣域經(jīng)濟報，2019-08-19（006）.

[4]韓卓，宋穎，王彥文.哈爾濱市做好秸稈禁燒和綜合利用的對策研究[J].哈爾濱市委黨校學(xué)報，2019（4）：59-63.