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(jié)構(gòu)、儲氣方式及存在的優(yōu)缺點。特別介紹了一種新型戶用沼氣池塑料儲氣罐的結(jié)構(gòu)及使用性能。該沼氣儲氣罐根據(jù)“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(dá)3～20 m3，儲氣壓力達(dá)1 000～1 500Pa。該儲氣罐無需定期維護，節(jié)省勞力，壽命長，適合農(nóng)村沼氣戶使用。

關(guān)鍵詞 沼氣池；儲氣罐；塑料；結(jié)構(gòu)；性能

中圖分類號S216.4文獻(xiàn)標(biāo)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(nóng)村沼氣的生產(chǎn)一般是一戶一池，沼氣池的儲氣空間有限[1]。沼氣的生產(chǎn)是一個連續(xù)的過程，當(dāng)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(huán)境；當(dāng)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(nèi)外有關(guān)農(nóng)村戶用沼氣池儲氣裝置設(shè)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(jìn)行了梳理，介紹了常見戶用沼氣池儲氣裝置結(jié)構(gòu)、儲氣方式及存在的優(yōu)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(nóng)村沼氣工程的推廣與應(yīng)用提供參考。

1農(nóng)村戶用沼氣池儲氣裝置的作用

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

2戶用沼氣池常見儲氣裝置的結(jié)構(gòu)

根據(jù)沼氣池結(jié)構(gòu)、儲氣方式不同，農(nóng)村戶用沼氣池常見儲氣裝置一般分為發(fā)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(nóng)村應(yīng)用最為普遍的一種發(fā)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(fā)酵間、儲氣室、水壓間以及進(jìn)料口、進(jìn)料管、出料口、蓄水圈、導(dǎo)氣管等部分組成（圖1）。發(fā)酵間和儲氣室是沼氣池的主體部分，發(fā)酵間的幾何形狀為圓筒形，發(fā)酵原料在這里發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣逸出液面進(jìn)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(jié)構(gòu)合理，施工簡單，造價低，管理使用方便等優(yōu)點，但存在氣壓不穩(wěn)定，儲存沼氣占用空間，使沼氣池發(fā)酵有效容積變小，料液液面之上容易產(chǎn)生浮渣結(jié)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(jìn)料口、進(jìn)料管、發(fā)酵間、導(dǎo)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(wěn)定氣壓，增加發(fā)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(jīng)久耐用的材料制作。根據(jù)沼氣用具（灶、燈）的設(shè)計額定壓力要求，加上輸氣管路的沿程壓力降來設(shè)計浮罩的重量。浮罩容積一般按每天產(chǎn)氣量的50%～60%計算。浮罩內(nèi)沼氣壓力的大小，取決于浮罩的重量，設(shè)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(fā)酵空間，使發(fā)酵間可滿池發(fā)酵，有效容積可達(dá)到總?cè)莘e的95%～98%[11]。沼氣池產(chǎn)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(fā)酵間內(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)

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(nóng)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jìn)氣管5及出氣管7，進(jìn)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(jìn)氣管5和出氣管7穿過水壓間4后經(jīng)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(fā)酵產(chǎn)生的沼氣由進(jìn)氣管5進(jìn)入儲氣室3。隨著沼氣量的增多，儲氣室3內(nèi)氣壓增大，沼氣壓力會壓向水面，儲水間11的水面壓力相應(yīng)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(dāng)沼氣壓力達(dá)到設(shè)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(shè)置限壓管8對沼氣池和儲氣罐也起到保護作用。當(dāng)用戶用氣時，儲氣室3內(nèi)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(jìn)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(huán)往復(fù)，儲氣室3的沼氣壓力會保持基本穩(wěn)定。

3.3戶用沼氣池塑料儲氣罐優(yōu)缺點

戶用沼氣池塑料儲氣罐有3項主要優(yōu)點：（1）與儲氣罐配套的沼氣池可滿池發(fā)酵，輸出沼氣壓力比較穩(wěn)定；（2）具有較好的化學(xué)性能，耐酸、耐堿，加工性能好，可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，專業(yè)化制作。有效儲氣容積一般為3～20 m3，沼氣出口壓力可達(dá)1 000～1 500 Pa；（3）儲氣罐結(jié)構(gòu)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(nóng)村沼氣戶及城鎮(zhèn)、機關(guān)、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(nóng)戶沼氣設(shè)施建造成本；（2）塑料沼氣儲氣罐會老化，罐內(nèi)的水易結(jié)冰，在北方地區(qū)使用需采取保溫措施。

4結(jié)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(fā)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(yōu)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(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，專業(yè)化制作，有效容積一般為3～20 m3，適合于農(nóng)村沼氣戶使用。

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