水压式沼气池课程设计.doc

目 录 前言…………………………………………………………………………1 一、农村家用沼气池工艺流程……………………………………………2 1、自然温度半批量投料发酵工艺………………………………………2 2、自然温度连续投料发酵工艺…………………………………………2 二、水压式沼气池及平面布局……………………………………………2 1、水压式沼气池的原理与特点…………………………………………2 2、沼气池平面布置与安装………………………………………………3 3、设计参数………………………………………………………………5 三、水压式沼气池的构造设计……………………………………………6 1、发酵料液体积计算……………………………………………………6 2、气室容积………………………………………………………………6 3、发酵间的容积…………………………………………………………6 4、计算发酵间各尺寸……………………………………………………6 5、发酵间内总面积………………………………………………………7 6、进料口（管）的设计…………………………………………………8 7、水压间（管）设计……………………………………………………10 四、沼气池安全注意事项…………………………………………………11 小结…………………………………………………………………………11 参考文献……………………………………………………………………11前 言沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体，其主要成分是甲烷和二氧化碳。

由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气沼气发酵有很多有点沼气发酵可产生甲烷，它是清洁方便的燃料，发酵过程中N、P、K等肥料成分几乎得到全部保留，一部分有机氮被水解成氨太氮，速效性养分增加，发酵残渣可以作为饲料肥料，沼气发酵处理有机物课大量地节省曝气消化所消耗的能量等等随着生活水平的提高和集约式农业的发展，农村固体废物中畜禽粪便和秸秆的产生量越来越大，不及时有效的处理将造成农村环境卫生的破坏利用普通使用的水压式沼气池进行处理，既可以有效利用资源，又可以产生新的清洁能源——沼气，还可以消除环境污染，沼气发酵非常适合在农村地区推广使用水压式沼气池存在能耗低、占地面积不大、处理效果好的优点，但是也存在随季节温度变化工作不稳定等缺点，在设计的过程中需要克服该问题 一、农村家用沼气池工艺流程 沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下面两种工艺 1.自然温度半批量投料发酵工艺这种工艺的发酵温度随自然温度变化而变化投料，基本流程图如图所示这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为五个月左右，运行中要求定期补充新鲜原料，以免造成产气量下降，该工艺主要缺点使出料操作劳动量大。

2．自然温度连续投料发酵工艺 这种工艺在自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比较稳定的发酵条件，使沼气微生物（菌群积累）区系稳定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利率和沼气池负荷能力，达到较高的产气率；工艺自身消耗能少，简单方便，容易操作我们本次设计选择的是自然温度连续投料发酵工艺 二、水压式沼气池及平面布局 1、水压式沼气池的原理与特点 水压式沼气池的工作原理是：产气时，沼气压料液使水压箱内液面压高；用气时，料液压沼气供气产气、用气循环工作，依靠水压箱内料液的自动升降，使气室的气压自动调节 水压沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池，池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构包括加料管、出料管、水压间、导气管几个部分圆筒形结构沼气池的受力性能好，比相同容积的长方形池表面积小20%左右，池内无死角，容易密封，有利于甲烷菌的活动，以发挥甲烷菌的产气作用 水压式沼气池型有以下几个优点：①池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低②适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。

③为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池 ④沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用 另外，水压式沼气池型也存在一些缺点，主要有： ①由于气压反复变化，而且一般在4～16千帕（即40～160厘米水柱）压力之间变化这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响 ②由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不高，池容产气率（即每立方米池容积一昼夜的产气量）偏低，一般产气率每天仅为0.15米3/米3 左右③由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难因此，出料的时候最好采用出料机械 2、沼气池平面布置与安装图1.导气管安装图图2.出料口通道1.厕所 2.进料口 3.沼气池 4.出料口 5.日光温室 6.模式宽度中心线 7.猪舍 8.内山墙 1.厕所 2.进料口 3.沼气池 4.出料口 5.日光温室 6.猪舍 7.模式宽度中心线 8.内山墙 1.厕所 2.进料口 3.沼气池 4.出料口 5.日光温室 6.模式宽度中心线 7.猪舍 图4.不同“模式”总体放线布置图 3、设计参数（1）气压 由于沼气燃烧器（包括沼气灯和沼气炉、灶等）需要在额定的压力范围内才能进行正常工作，因此在设计时应考虑气压值的大小。

根据我国农村的具体情况，水压式沼气池的设计气压为7840Pa（即80cm水柱）为宜气压过高容易损坏池体，造成渗漏：气压过低则不便沼气的输送和使用，同时会造成水压间占地面积过大2）池容产气率 即每立方米发酵间每昼夜的产气量（m3/m3·d），它反应沼气池在一定条件下生产沼气的能力在常温半连续发酵的条件下，池容产气率是在不断变动的作为设计参数的池容产气率仅仅是为了设计的需要而估计确定的一个参数根据我国实际，水压式沼气池通常采用的池容产气率有0.15、0.2、0.25、0.3几种3）贮气量 水压式沼气池的贮气量是指气箱内的最大贮存沼气量，它是根据沼气池的产气情况和用户用气情况而确定的，经过分析和验证认为，农村以炊事为目的的沼气池，最大贮气量以12小时产气量为宜由于贮气量等于排出的料液量，因此它也等于有效水压间的容积4）池容 指的是发酵间的容积它是根据家庭人口数、用气水平和池容产气率来确定的根据目前我国农村的生活水平，每人每天用气量约在0.2—0.3m3之间，家庭人口约为3—5人，因此一般取池容为4、6、8、10m3等几种5）投料率 指的是最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分比投料率的大小确定了无效气箱的多少。

投料率越大，无效气箱越小，则所建沼气池越经济但要注意，投料率不能为100%，这是因为安装导气管时，为避免蛆虫爬进造成堵塞，导气管应露出活动盖下口3—5cm；同时，为避免料液或者浮渣堵塞导气管，液面应低于导气管15—20cm因此，投料率一般在85——95%之间为好 三、水压式沼气池的构造设计 1、发酵料液体积计算： 式中 V1—发酵料液体积，m3； n1—产人粪便总量按常住人口×0.006～0.0013 m3/（人·d）取值； n2—产牲畜粪便总量按养猪头数×0.006～0.0013 m3/（头·d）取值； n3—每日舍外能定量收集粪便总量，m3/天 k2—收集系数，取值0.5～1.0； T—原料滞留期（d）；蔬菜区t取30，平原农业区取35，丘陵农区取40 2、气室容积 式中 V1—发酵料液体积，m3； V2—气室容积，m3； k3—原料产气率，我国通常采用的产气率包括0.15 m3/（m3·天），0.2 m3/（m3·天），0.25 m3/（m3·天），0.3立方米/（m3·天）。

3、发酵间的容积 式中 V—发酵间的容积，立方米； V1—发酵料液体积，立方米； V2—气室容积，立方米； K1—容积保护系数，取0.9～1.05 4、计算发酵间各尺寸 Q1Q2Q3ρ1ρ2Rf1f2图4. 沼气池发酵间示意图 综合圆筒型沼气池的内力结构计算、材料用量计算和施工管理、使用技术等诸种因素，一般认为：当池盖矢跨比、池底矢跨比和池身高时，沼气池的尺寸比例比较合理这样，一旦发酵间某一尺寸被确定以后，我们即可以计算出其它部分的尺寸和发酵间各部分的容积我们还可以用合理尺寸比例来确定已知容积的发酵间各部分尺寸利用合理尺寸比例和容积计算公式可以得出： 因为发酵间容积，所以因此可以得一计算公式： 即 求出D后，其它尺寸便能求出了 5、发酵间内总面积 式中 S—内总表面积，m2 S1—池盖削球体内表面积，m2 S2—池身圆柱体内表面积，m2 S3—池底削球体内表面积，m2。

①池盖削球体球面内表面积 式中 S1—池盖削球面内表面积，m3； R—池身圆柱体半径，m； f1—池盖削球面矢高，m； —圆周率，取值3.1416 ②圆柱体池身内表面积 式中 S2—池身圆柱体内表面积，m2； R—池身内圆柱体内半径，m； H—池身圆柱体高度，m； —圆周率，取值3.1416S2 ③池底削球体内表面积 式中 S3—池底削球体内表面积，m2； f2—池底削球面矢高，m； R—池身圆柱体内半径，m； —圆周率，取值3.1416 ④发酵间总表面积 6、进料口（管）的设计 进料口（管）由上部长方形槽和下部圆管组成，其中上部长方形槽几何尺寸是长×宽×深=600mm×320mm×500mm；下部圆管才用Φ300预制混领土管，管与池墙角为40° （1）压强控制法（限压法）该种方法是将进、出料管位置确定在发酵间的最低设计液面高度上。

这样，当池内贮气量达到最大设计贮气量（同时，池内也达到。