户用沼气池储气装置结构及性能分析

甘福丁 魏世清 伍琪 甘伟玲

摘要

介绍了常见户用沼气池储气装置结构、储气方式及存在的优缺点。特别介绍了一种新型户用沼气池塑料储气罐的结构及使用性能。该沼气储气罐根据“气压水、水压气”原理储存和输出沼气。储气罐制作容易，安装方便，有效储气容积可达3～20 m3，储气压力达1 000～1 500Pa。该储气罐无需定期维护，节省劳力，寿命长，适合农村沼气户使用。

关键词 沼气池；储气罐；塑料；结构；性能

中图分类号S216.4文献标识码A文章编号0517-6611（2014）28-09993-02

沼气是一种高效、清洁、无污染的绿色能源。目前农村沼气的生产一般是一户一池，沼气池的储气空间有限[1]。沼气的生产是一个连续的过程，当不需要用气时，气压上升可能会使得水压间沼液溢出污染环境；当需要有用气时，由于沼气池的存储量有限，而使得供气不足。国内外有关农村户用沼气池储气装置设计研究，在过去的10年里有许多报道[2-8]。该文对这方面的研究进行了梳理，介绍了常见户用沼气池储气装置结构、储气方式及存在的优缺点，特别是介绍了项目组研制的户用沼气池塑料储气罐，以期为农村沼气工程的推广与应用提供参考。

1农村户用沼气池储气装置的作用

农村户用沼气池储气装置的主要作用是解决厌氧发酵过程中沼气均衡生产与用户对沼气不均匀使用之间的矛盾，保证沼气均衡供应，保证供气管网和沼气燃具的压力稳定，满足用户要求[9]。

2戶用沼气池常见储气装置的结构

根据沼气池结构、储气方式不同，农村户用沼气池常见储气装置一般分为发酵储气一体式、分离浮罩式和气袋式3大类。

2.1水压式沼气池

水压式沼气池是农村应用最为普遍的一种发酵储气一体式池型，以地埋式为主，建池材料为混凝土、砖等。一般由发酵间、储气室、水压间以及进料口、进料管、出料口、蓄水圈、导气管等部分组成（图1）。发酵间和储气室是沼气池的主体部分，发酵间的几何形状为圆筒形，发酵原料在这里发酵，产生的沼气逸出液面进入上部的削球形储气室储存。水压间主要功能是为了储存沼气维持正常气压等[10]。这种沼气池具有结构合理，施工简单，造价低，管理使用方便等优点，但存在气压不稳定，储存沼气占用空间，使沼气池发酵有效容积变小，料液液面之上容易产生浮渣结壳等缺点。因此，也有一些沼气池采用柔性顶盖储气罩来替代储气室，揭开顶盖，就可以清理池中的浮渣。

2.2分离储气浮罩式沼气池

分离储气浮罩式沼气池由进料口、进料管、发酵间、导气管、水压间、储肥池、浮罩、水封池等部分组成（见图2）。储气浮罩主要作用是储存沼气，稳定气压，增加发酵池有效容积。水封池为储气浮罩的水封装置。浮罩为分离式，可采用水泥砂浆、红泥塑料、GRC等价格便宜、密封性能好、经久耐用的材料制作。根据沼气用具（灶、灯）的设计额定压力要求，加上输气管路的沿程压力降来设计浮罩的重量。浮罩容积一般按每天产气量的50%～60%计算。浮罩内沼气压力的大小，取决于浮罩的重量，设计压力一般在3 000 Pa左右。采用浮罩储气，储气量大，而且不占用发酵空间，使发酵间可满池发酵，有效容积可达到总容积的95%～98%[11]。沼气池产气率高，气压变化，能满足电子打火沼气灶、沼气热水器等用气要求，发酵间内压力小，沼气池使用寿命长。缺点是占用地方较大，制作安装比较困难，浮罩的气密性检测比较麻烦。为了少占用地方，也可将浮罩设置在水压间里。

3 户用沼气池塑料储气罐

3.1户用沼气池塑料储气罐的结构

为克服以上各种沼气储气装置的不足，通过对比试验，取长补短，项目组研制出适合农村沼气户使用的塑料储气罐。

户用沼气池塑料储气罐是一种水压式储气罐，其结构如图4所示。主要由高强度塑料（如高密度聚丙烯等）板材及管材焊接而成。储气罐分隔为上下两部分的空间，上部分的空间为水压间4，下部分的空间为储水间11。储水间内的液面至储气室顶板9之间形成的密闭空间为储气室3，储气室顶板9的底部固定有接通水压间与储水间的连通管2，储气室顶板9连接伸出储气罐罐体顶部的进气管5及出气管7，进气管5和出气管7的底端与储气室3相通，储水间11底部接有伸出储气罐罐体10之外的排水管1。储气罐的顶部开有观察孔6，进气管5和出气管7穿过水压间4后经观察孔6穿出。限压管8上部高出储气罐顶部，下部穿过罐顶板、储气室顶板9，伸入储水间11的水中。限压管8的底端位置比连通管2的底端位置高。

3.2塑料储气罐使用性能分析

使用时，先向水压间4、储水间11注入一定量的水，从沼气池发酵产生的沼气由进气管5进入储气室3。随着沼气量的增多，储气室3内气压增大，沼气压力会压向水面，储水间11的水面压力相应增大，压力可将储水间11里的水通过连通管2压入水压间4，使水压间4的水位升高。当沼气压力达到设计额定压力时，储水间11的水位最低，限压管8的底端高出储水间11的液面，沼气可从限压管8自动排出到大气中，完成一个“气压水”的过程。同时，设置限压管8对沼气池和储气罐也起到保护作用。当用户用气时，储气室3内沼气量会减少，沼气压力下降，水压间4里的水在重力作用下会通过连通管2流到储水间11，储水间11 的液面会上升。液面的上升，进一步挤压储气室3里的沼气，沼气压力会提高，完成一个“水压气”的过程。这样循环往复，储气室3的沼气压力会保持基本稳定。

3.3户用沼气池塑料储气罐优缺点

户用沼气池塑料储气罐有3项主要优点：（1）与储气罐配套的沼气池可满池发酵，输出沼气压力比较稳定；（2）具有较好的化学性能，耐酸、耐碱，加工性能好，可标准化生产，专业化制作。有效储气容积一般为3～20 m3，沼气出口压力可达1 000～1 500 Pa；（3）储气罐结构简单合理，取材容易，制作安装方便，无需定期维护，寿命长，可迁移，适合农村沼气户及城镇、机关、工厂等处理有机废弃物沼气储气使用[13]。同时也有缺点：（1）增加沼气储气罐会提高农户沼气设施建造成本；（2）塑料沼气储气罐会老化，罐内的水易结冰，在北方地区使用需采取保温措施。

4结论

（1）储气装置是户用沼气池的重要组成部分，储气装置一般分为发酵储气一体式、分离浮罩式和气袋式3大类。不同类型储气装置各有优缺点。

（2）与其他沼气储气装置相比，户用沼气池塑料储气罐具有结构简单，制作容易，无需定期维护，坚固耐用，使用寿命长的特点。而且户用沼气池塑料储气罐可标准化生产，专业化制作，有效容积一般为3～20 m3，适合于农村沼气户使用。

参考文献

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