水壓式沼氣池建設(shè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1 水壓式沼氣池建設(shè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 氣池發(fā)展的研究與現(xiàn)狀 亞、非、拉許多國(guó)家都或多或少在農(nóng)村建立了一些沼氣池。如在 1983一 1984年，巴西建 3033口，使用率達(dá) 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(guó)殖民地，法國(guó)人塔謝尼爾愛(ài)斯曼( 1938年在國(guó)國(guó)立農(nóng)業(yè)學(xué)校就開(kāi)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(guó)專(zhuān)，引起了廣泛關(guān)注，榮獲了國(guó)家工業(yè)促進(jìn)會(huì)授與的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆？夏醽?T H 54年開(kāi)始研究豬糞的消化，他的一個(gè)家庭用消化器，每天產(chǎn)沼氣 12m，。在東南亞國(guó)家，如菲律賓，主要的研究活動(dòng)集中在國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所、菲律賓大學(xué)以馬亞農(nóng)場(chǎng)。在國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所的指導(dǎo)下，已建成 3100個(gè)中國(guó)臺(tái)灣型沼氣池。南朝鮮已建池 20， 000多口，我國(guó)臺(tái)灣也建池近萬(wàn)口。 早在上世紀(jì) 60 年代 農(nóng)戶只需在自家屋后挖一個(gè) 4至 10 3m 的池子 留一個(gè)填料口和一個(gè)出渣口 3m 豬、牛等牲畜糞便和尿液 衣粉水等堿性物質(zhì)流入沼氣池 用這種方法產(chǎn)生的沼氣 至 5人的農(nóng)戶全天照明和做飯 上世紀(jì)70 年代 沼氣原料日益豐富 對(duì)于沼氣的利用在當(dāng)時(shí)一呼百應(yīng) 目前，中國(guó)約有二千萬(wàn)人口使用了沼氣，年產(chǎn)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(guó)家。近幾年來(lái)，推廣沼氣已從農(nóng)村發(fā)展到城鎮(zhèn)。在城鎮(zhèn)，結(jié)合環(huán)境保護(hù)，在發(fā) 酵原料比較集中而數(shù)量比較穩(wěn)定的農(nóng)牧場(chǎng)、食品廠、酒廠等輕工企業(yè)單位，興建了一萬(wàn)多個(gè)大、中型沼氣池，發(fā)酵總?cè)莘e約 31萬(wàn)多立方米。城鎮(zhèn)推廣大、中型沼氣池經(jīng)濟(jì)效益比小型農(nóng)村家用沼氣池顯著。四川省樂(lè)至果酒廠修建了 2產(chǎn)沼氣 3000酵后的制酒廢液， 2%， 5%，大大減輕了對(duì)環(huán)境的污染。所產(chǎn)沼氣除供應(yīng)一 2 個(gè) 2噸卡車(chē)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(guó)農(nóng)村家用沼氣池，絕大多數(shù) 是混凝土結(jié)構(gòu)的水壓式沼氣池，有 1一 2萬(wàn)個(gè)是紅泥塑料半塑式或分離浮罩式沼氣池。據(jù)典型測(cè)試和調(diào)查，在南方一個(gè)正常使用的家用沼氣池，一般一年可產(chǎn)沼氣 250一 300解決八至十個(gè)月的炊事燃料，加 _2一 3年內(nèi)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(chēng)為中國(guó)式沼氣池，它象印度的哥巴沼氣池一樣，是農(nóng)村家用沼氣池的一種典型池型，現(xiàn)在已為第三世界各國(guó)采用推廣。 氧制沼在能源利用方面的優(yōu)點(diǎn) 我國(guó)在垃圾回收及綜合利用方面有著長(zhǎng)期實(shí)踐和成功經(jīng)驗(yàn)。 20世紀(jì) 90年代以來(lái)，政府日益重視垃圾 量的減量化和資源化，一部分城市還開(kāi)展了垃圾分類(lèi)收集的試點(diǎn)工作，并且絕大部分城市已將垃圾分類(lèi)收集、資源化綜合利用作為城市垃圾處理的重要內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，但就整體水平而言，我國(guó)城市垃圾的減量化與資源化工作才剛剛起步，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)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(jié)。 其中厭氧制沼技術(shù)在能源利用方面主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可再生性：沼氣資源均為年復(fù)一年，可以不斷再生的生物能源。并且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展而增加，是“取之不盡，習(xí)不之竭”的。 （ 2）分散性：農(nóng)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(kāi)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(chǎn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)；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(jié)構(gòu) 水壓式沼氣池是一種埋設(shè)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(jié)構(gòu)包括 進(jìn)料間 、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管幾個(gè)部分。 料間 進(jìn)料間使用混凝土澆筑的水泥管，包括進(jìn)料口和進(jìn)料管，一般做成斜管插入池墻至發(fā)酵間，以方便進(jìn)料。進(jìn)料管的下端開(kāi)口位置的上沿，應(yīng)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(huì)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(jìn)到發(fā)酵間的中心部位。池子淺時(shí)，進(jìn)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(shí)，進(jìn)料管安在池底到氣箱頂蓋的中間（即據(jù)上部和下部各占 1/2 處）。進(jìn)料間的大小，依據(jù)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(shí)際上是一個(gè)整體，即沼氣池容積下部是發(fā)酵間，上部是氣箱。他們是產(chǎn)生和貯存沼氣的地方。因?yàn)檎託廨p，又不溶于水，所以各種有機(jī)物在發(fā)酵間經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生出來(lái)的沼氣，都上升到頂蓋下部，排擠發(fā)酵液倒進(jìn) 、出料間，使沼氣充滿氣箱。當(dāng)沼氣貯氣量逐漸增加時(shí)，壓力隨之增大，沼氣占有的體積也相應(yīng)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(shù)量的多少而定。 料管和水壓間 出料管又稱(chēng)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(chǎn)生、消耗而升降，可以使氣箱內(nèi)的沼氣保持相對(duì)的壓力，起到水壓箱的作用，并兼做平時(shí)小出料作用。水壓間的容積大小，要根據(jù)沼氣池的沼氣產(chǎn)量的高低、氣壓大 4 小和貯氣方式而定。 氣管 導(dǎo)氣管的主要作用是輸送沼氣。他的下端固定在活動(dòng)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(jié)構(gòu)： 圖 壓式沼氣池工作原理示意圖 水壓式沼氣池是一種埋設(shè)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(jié)構(gòu)包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管幾個(gè)部分（結(jié)構(gòu)如上圖所示） 其工作原理為：產(chǎn)氣階段，發(fā)酵池內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)氣，發(fā)酵間的氣壓隨產(chǎn)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(shí)，發(fā)酵間壓力減小，水壓間液 體被 壓回發(fā)酵間。 在設(shè)計(jì)沼氣池時(shí)，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(guò)程中，可以提高零壓線的位置，增加發(fā)酵間的容積，提高產(chǎn)氣率，提高沼氣的利用率，料液也不會(huì)從水壓間溢出。 3 設(shè)計(jì)原則及基本參數(shù) 計(jì)原則 （ 1） 沼氣池宜建在畜圈或廁所地表以下，進(jìn)料間與人、畜糞入口相連 通。 （ 2） 堅(jiān)持適用、衛(wèi)生、平面布局合理，外型美觀。 （ 3） 池蓋頂端復(fù)土厚度不小于 200 （ 4） 強(qiáng)度安全系數(shù) K （ 5） 正常使用壽命 20年以上。 計(jì)基本參數(shù) （ 1） 氣壓：池內(nèi)正常工作壓力 柱（即壓強(qiáng) ）。 （ 2）池容產(chǎn)氣率：指每立方米發(fā)酵池容積 1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為 3m 沼氣/（ 3m d ）。我國(guó)通常采用的池容產(chǎn)氣率包括 種，本設(shè)計(jì)為 330 )m m d 。 （ 3）貯氣量：指氣箱內(nèi)的最大貯氣量。農(nóng)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(nóng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)投料量為小 于發(fā)酵間總?cè)莘e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(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓力情況。 6 4 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 藝流程設(shè)計(jì) 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(shí)定量投料和出料，簡(jiǎn)單工藝流程如下。 人畜糞便（青草及農(nóng)業(yè)廢物）進(jìn)料間厭氧發(fā)酵間水壓間農(nóng)田。 酵間各部分尺寸的確定 （ 1）沼氣池的直徑根據(jù)用戶平面布置確定。考慮充分利用土地資源、 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(shè)計(jì)取 1 5 。 代入數(shù)據(jù)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(nèi)半徑， 2 . 5 1 . 2 522 。 7 代入數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)取2 8 。 代入數(shù)據(jù)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(nèi)半徑， m 。 2f 池底削球體矢高， m 。 代入數(shù)據(jù)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?cè)莘e， 3m 。 代入數(shù)據(jù)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(nèi)半徑， m 。 代入數(shù)據(jù)得： 28 . 4 2 1 . 7 13 . 1 4 1 6 1 . 2 5 （ 8）池蓋削球體內(nèi)表面積 1S )( 2121 式中： R 池身圓柱體內(nèi)半徑， m ； 1f 池蓋球體矢高， m 。 代入數(shù)據(jù)得： 2 2 21 3 . 1 4 1 6 (1 . 2 5 0 . 5 ) 5 . 7 0 （ 9）圓柱體池身內(nèi)表面積 2S 2S 式中： 9 R 池身圓柱體內(nèi)半徑， m ； H 池身圓柱體高的， m 。 代入數(shù)據(jù)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(nèi)表面積3( 222 式中： R 池身圓柱體內(nèi)半徑， m ； 2f 池底削球體矢高， m 。 代入數(shù)據(jù)得： 2 2 23 3 . 1 4 1 6 (1 . 2 5 0 . 3 1 ) 5 . 2 1 （ 11）發(fā)酵間內(nèi)總表面積 S 321 式中： 1S 池蓋削球體內(nèi)表面積， 2m ； 2S 池身圓柱體內(nèi)表面積， 2m ； 3S 池底削球體內(nèi)表面積， 2m 。 代入數(shù)據(jù)得： 25 . 7 0 1 3 . 4 3 5 . 2 1 2 4 . 3 4 料口的設(shè)計(jì) 進(jìn)料口由上部長(zhǎng)方形槽和下部圓管組成，其中上部長(zhǎng)方形槽幾何尺寸是長(zhǎng) 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(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一般在 10 間，本設(shè)計(jì)取1 14h 2h 到氣管下露出長(zhǎng)度，該值一般在 3 5 間，本設(shè)計(jì)取 2 ； 3h 到氣管下口到液面的距離，該值一般取在 20 本設(shè)計(jì)取3 25h 代入數(shù)據(jù)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(nèi)半徑， m ； 1f 池蓋球體矢高， m 。 代入數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)得： 230 . 4 33 . 1 4 1 6 0 . 4 3 ( 1 . 8 1 ) 0 . 9 73 死 （ 4） 投料率 根據(jù)死氣箱容積，可計(jì)算出沼氣池投料率。 投料率 %100式中： V 發(fā)酵間總?cè)莘e， 3m ； 死V 死氣箱容積， 3m 。 代入數(shù)據(jù)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(chǎn)氣率21代入數(shù)據(jù)得： 貯V 311 0 . 5 0 . 2 1 . 0 52 m （ 6）氣箱總?cè)莘e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(shù)據(jù)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?cè)莘e， 3m ； 1Q 池蓋削球體凈容積， 3m 。 代入數(shù)據(jù)得： 筒V 2 1 0 3m （ 8）圓筒形池身內(nèi)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(nèi)半徑， 。 代入數(shù)據(jù)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(gè)位置就是進(jìn)出料管的安裝位置。 13 壓間的設(shè)計(jì) 依據(jù)國(guó)標(biāo) 8 3m 現(xiàn)澆混凝土 結(jié)構(gòu) 圓筒形 水壓式沼氣池及水壓間選用尺寸，選取池容為 m ，產(chǎn)氣率為 )(3 的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形 水壓式沼氣池水壓間內(nèi)徑： 高 有效容積為： m ；溢流口底面標(biāo)高： 。 5 圓筒形水壓式沼氣池施工及 材料設(shè)計(jì) 筒形水壓式沼氣池整體現(xiàn)澆施工 （ 1）打開(kāi)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迷瓲钔帘冢貕统厣w內(nèi)膜可用鋼模、木模、磚模等。當(dāng)拱蓋采用傘形工具式模板時(shí)，模板應(yīng)做到幾何尺寸準(zhǔn)確、鋼度大、拆裝簡(jiǎn)便?；炷翝沧⒁B續(xù)、均勻?qū)ΨQ(chēng)、振搗密實(shí)、由下而上進(jìn)行。池蓋外表采用原漿反復(fù)壓實(shí)抹光，注意保護(hù)。 （ 2）抽模土胎澆注法 按設(shè)計(jì)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(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70%后，由活動(dòng)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(jìn)行，不流施工縫，振搗要密實(shí)，注意養(yǎng)護(hù)。 筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì) 依據(jù)國(guó)標(biāo) 10 3m 圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì) 2。 本設(shè)計(jì)為池容為 m ，產(chǎn)氣率為 330 )m m d 的混凝土結(jié)構(gòu) 圓筒形 水壓式沼氣池，依據(jù)上表，則可以選取設(shè)計(jì)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(jì)材料用量，水泥 中砂 m ，碎石 m 。 表 筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì) 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(jì)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(jié) 通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì) ,我們學(xué)到了沼氣池設(shè)計(jì)的步驟和需要注意的地方 ,在這次課程設(shè)計(jì)中不但提高了動(dòng)手能力而且進(jìn)一步理解和掌握了所學(xué)知識(shí)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難