水压式沼气池建设设计说明书

1 水压式沼气池建设设计说明书 气池发展的研究与现状 亚、非、拉许多国家都或多或少在农村建立了一些沼气池。如在 1983一 1984年，巴西建 3033口，使用率达 60%，古巴建池 552口，使用率 60%;危地马拉建池 105口，使用率 58%。洲的阿尔及利亚原属法国殖民地，法国人塔谢尼尔爱斯曼( 1938年在国国立农业学校就开始了厌氧消化的研究并取得了成果，于 1941年和 1942年取得法国专，引起了广泛关注，荣获了国家工业促进会授与的金质奖章。肯尼亚 T H 54年开始研究猪粪的消化，他的一个家庭用消化器，每天产沼气 12m，。在东南亚国家，如菲律宾，主要的研究活动集中在国家科学技术研究所、菲律宾大学以马亚农场。在国家科学技术研究所的指导下，已建成 3100个中国台湾型沼气池。南朝鲜已建池 20， 000多口，我国台湾也建池近万口。 早在上世纪 60 年代 农户只需在自家屋后挖一个 4至 10 3m 的池子 留一个填料口和一个出渣口 3m 猪、牛等牲畜粪便和尿液 衣粉水等碱性物质流入沼气池 用这种方法产生的沼气 至 5人的农户全天照明和做饭 上世纪70 年代 沼气原料日益丰富 对于沼气的利用在当时一呼百应 目前，中国约有二千万人口使用了沼气，年产招气十亿多立方米，是世界上建造沼气发酵装置最多的国家。近几年来，推广沼气已从农村发展到城镇。在城镇，结合环境保护，在发 酵原料比较集中而数量比较稳定的农牧场、食品厂、酒厂等轻工企业单位，兴建了一万多个大、中型沼气池，发酵总容积约 31万多立方米。城镇推广大、中型沼气池经济效益比小型农村家用沼气池显著。四川省乐至果酒厂修建了 2产沼气 3000酵后的制酒废液， 2%， 5%，大大减轻了对环境的污染。所产沼气除供应一 2 个 2吨卡车外，还解决了全厂职工的生活用能，余下的沼气直接为烧煤锅炉助燃。除环境效益外，五年就可收回投资。我国农村家用沼气池，绝大多数 是混凝土结构的水压式沼气池，有 1一 2万个是红泥塑料半塑式或分离浮罩式沼气池。据典型测试和调查，在南方一个正常使用的家用沼气池，一般一年可产沼气 250一 300解决八至十个月的炊事燃料，加 _2一 3年内就可以从所获得的直接收益中收回建池投资。水压式沼气池世界上称为中国式沼气池，它象印度的哥巴沼气池一样，是农村家用沼气池的一种典型池型，现在已为第三世界各国采用推广。 氧制沼在能源利用方面的优点 我国在垃圾回收及综合利用方面有着长期实践和成功经验。 20世纪 90年代以来，政府日益重视垃圾 量的减量化和资源化，一部分城市还开展了垃圾分类收集的试点工作，并且绝大部分城市已将垃圾分类收集、资源化综合利用作为城市垃圾处理的重要内容进行规划，但就整体水平而言，我国城市垃圾的减量化与资源化工作才刚刚起步，远远落后于发达国家，垃圾回收和综合利用的前景十分广阔。 沼气作为一种清洁的可再生能源 饭、取暖 由于病菌较少 有利于防止土地板结。 其中厌氧制沼技术在能源利用方面主要有以下几方面的优点： （ 1）可再生性：沼气资源均为年复一年，可以不断再生的生物能源。并且随着农业生产的发展而增加，是“取之不尽，习不之竭”的。 （ 2）分散性：农村地域辽阔，人口众多，居住分散，沼气资源丰富多样，各地都有。为就地开发、就地使用提供了方便的条件。 （ 3）多用性：沼气资源既可以投入沼气池发酵产生沼气， 也可以直接作为燃料，供炊事之用；还可以用作饲料，发展畜牧业；用作肥科，发展农业生产；用作工业原料，发展造纸工业等。 3 2 水压式沼气池介绍 压式沼气池的结构 水压式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 进料间 、发酵间、出料管、水压间、导气管几个部分。 料间 进料间使用混凝土浇筑的水泥管，包括进料口和进料管，一般做成斜管插入池墙至发酵间，以方便进料。进料管的下端开口位置的上沿，应在从池底到气箱顶盖的 1/2 1/3 处，不能太高或太低。太高， 会缩小气箱的容积，使沼气池贮存量减小。太低，投入的发酵原料不易进到发酵间的中心部位。池子浅时，进料管要安在池底到气箱顶盖的 2/3 处（即上部占 2/3）；池子深时，进料管安在池底到气箱顶盖的中间（即据上部和下部各占 1/2 处）。进料间的大小，依据沼气池的容积大小而定，但一般不宜太大。 酵间和气箱 发酵间和气箱，这两部分实际上是一个整体，即沼气池容积下部是发酵间，上部是气箱。他们是产生和贮存沼气的地方。因为沼气轻，又不溶于水，所以各种有机物在发酵间经发酵产生出来的沼气，都上升到顶盖下部，排挤发酵液倒进 、出料间，使沼气充满气箱。当沼气贮气量逐渐增加时，压力随之增大，沼气占有的体积也相应增加。发酵间和气箱的空间总体积，成为沼气池的有效容积。容积多大合适，要看使用沼气数量的多少而定。 料管和水压间 出料管又称水压箱。沼气池的出料间与主池体相通，它的水位随气体的产生、消耗而升降，可以使气箱内的沼气保持相对的压力，起到水压箱的作用，并兼做平时小出料作用。水压间的容积大小，要根据沼气池的沼气产量的高低、气压大 4 小和贮气方式而定。 气管 导气管的主要作用是输送沼气。他的下端固定在活动盖板上， 与气箱相通；上端接输气管，将沼气输送到沼气炉里。 压式沼气池的原理 下图为水压式沼气池的结构： 图 压式沼气池工作原理示意图 水压式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、发酵间、出料管、水压间、导气管几个部分（结构如上图所示） 其工作原理为：产气阶段，发酵池内发酵产气，发酵间的气压随产气量增加而增大，造成水压间液面高于发酵间液面：使用沼气时，发酵间压力减小，水压间液 体被 压回发酵间。 在设计沼气池时，可以采用增大有效水压间容积的方法 (即增大有效水压间 5 表面积 )，这样，在逐步加料的过程中，可以提高零压线的位置，增加发酵间的容积，提高产气率，提高沼气的利用率，料液也不会从水压间溢出。 3 设计原则及基本参数 计原则 （ 1） 沼气池宜建在畜圈或厕所地表以下，进料间与人、畜粪入口相连 通。 （ 2） 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观。 （ 3） 池盖顶端复土厚度不小于 200 （ 4） 强度安全系数 K （ 5） 正常使用寿命 20年以上。 计基本参数 （ 1） 气压：池内正常工作压力 柱（即压强 ）。 （ 2）池容产气率：指每立方米发酵池容积 1昼夜的产气量，单位为 3m 沼气/（ 3m d ）。我国通常采用的池容产气率包括 种，本设计为 330 )m m d 。 （ 3）贮气量：指气箱内的最大贮气量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以 气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。 （ 4） 池容：发酵间的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有 4 3m 、 6 3m 、8 3m 、 10 3m 等几种。本设计为 m 。 （ 5）投料率：之最大限制投入的料液所占发酵间容积的百分比 ，一般在%85 %95 之间为宜。本设计投料量为小 于发酵间总容积的 %90 。 （ 6）地面活荷载： 200Kg/ 7）池盖覆土最薄处厚： 250 8）地基允许承载力： 5t/ 9）未考虑池内产生负压力情况。 6 4 设计计算书 艺流程设计 采用自然温度连续投料发酵工艺，以人、禽畜粪便及蔬菜秸秆为发酵原料，定时定量投料和出料，简单工艺流程如下。 人畜粪便（青草及农业废物）进料间厌氧发酵间水压间农田。 酵间各部分尺寸的确定 （ 1）沼气池的直径根据用户平面布置确定。考虑充分利用土地资源、 平面布局紧凑的原则，确定沼气的直径为 D （ 2）池盖球体矢高 1f 11 式中： D 圆柱体形池身直径， m ； 1 直径矢高的比值， 该值一般取 在 5 6 ，本设计取 1 5 。 代入数据得： 1 2 0 （ 3）池盖削球体净容积 1Q )3(6 21211 式中： 1f 池盖球体矢高， m ； R 池身圆柱体内半径， 2 . 5 1 . 2 522 。 7 代入数据得： 2 2 31 3 . 1 4 1 6 0 . 5 ( 3 1 . 2 5 0 . 5 ) 1 . 36 （ 4）池底削球体矢高 2f 22 式中： D 圆柱体形池身直径， m ； 2 直径与池底矢高的比值，该值一般取在 8 10 ，本设计取2 8 。 代入数据得： 2 2 8（ 5）池底削球体净容积3Q)3(6 22223 式中： R 池身圆柱体内半径， m 。 2f 池底削球体矢高， m 。 代入数据得： 2 2 33 3 . 1 4 1 6 0 . 3 1 ( 3 1 . 2 5 0 . 3 1 ) 0 . 7 86 （ 6）发酵间池身圆柱体净容积 2Q 312 式中： 1Q 池盖削球体净容积， 3m ； 8 3Q 池底削球体净容积， 3m ； V 发酵间总容积， 3m 。 代入数据得： 2 1 0 . 5 1 . 3 0 . 7 8 8 . 4 2Q 3m（ 7）发酵间池身圆柱体高的 H 22 式中： 2Q 发酵间池身圆柱体净容积， 3m ； R 池身圆柱体内半径， m 。 代入数据得： 28 . 4 2 1 . 7 13 . 1 4 1 6 1 . 2 5 （ 8）池盖削球体内表面积 1S )( 2121 式中： R 池身圆柱体内半径， m ； 1f 池盖球体矢高， m 。 代入数据得： 2 2 21 3 . 1 4 1 6 (1 . 2 5 0 . 5 ) 5 . 7 0 （ 9）圆柱体池身内表面积 2S 2S 式中： 9 R 池身圆柱体内半径， m ； H 池身圆柱体高的， m 。 代入数据得： 2S 2 3 . 1 4 1 6 1 . 2 5 1 . 7 1 1 3 . 4 3 2m （ 10）池底削球体内表面积3( 222 式中： R 池身圆柱体内半径， m ； 2f 池底削球体矢高， m 。 代入数据得： 2 2 23 3 . 1 4 1 6 (1 . 2 5 0 . 3 1 ) 5 . 2 1 （ 11）发酵间内总表面积 S 321 式中： 1S 池盖削球体内表面积， 2m ； 2S 池身圆柱体内表面积， 2m ； 3S 池底削球体内表面积， 2m 。 代入数据得： 25 . 7 0 1 3 . 4 3 5 . 2 1 2 4 . 3 4 料口的设计 进料口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 10 宽深 = 0 03 2 06 0 0 ；下部圆管采用 =300制混凝土管，管与墙角为 40 。 （ 1） 死气箱拱的高死 321 式中： 1h 池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在 10 间，本设计取1 14h 2h 到气管下露出长度，该值一般在 3 5 间，本设计取 2 ； 3h 到气管下口到液面的距离，该值一般取在 20 本设计取3 25h 代入数据得： 1 4 4 2 5 4 3 c m 0 . 4 3 死（ 2） 池盖的曲率半径 1 1 )(2 1 2121 式中： R 池身圆柱体内半径， m ； 1f 池盖球体矢高， m 。 代入数据得： 221 1 ( 1 . 2 5 0 . 5 ) 1 . 8 12 0 . 5 m （ 3） 死气箱容积死3( 1 死死 11 式中： 死f 死气箱矢高， m ； 1 池盖曲率半径， m 。 代入数据得： 230 . 4 33 . 1 4 1 6 0 . 4 3 ( 1 . 8 1 ) 0 . 9 73 死 （ 4） 投料率 根据死气箱容积，可计算出沼气池投料率。 投料率 %100式中： V 发酵间总容积， 3m ； 死V 死气箱容积， 3m 。 代入数据得： 投料率 1 0 . 5 0 . 9 7 1 0 0 % 9 0 . 7 %1 0 . 5 （ 5） 最大贮气量贮容池容产气率21代入数据得： 贮V 311 0 . 5 0 . 2 1 . 0 52 m （ 6）气箱总容积气V 贮V 12 式中： 死V 死气箱容积， 3m ； 贮V 最大贮气量， 3m 。 代入数据得： 气V 0 1 2 3m（ 7）气箱在圆筒形池深部分的容积筒Q 式中： 气V 气箱总容积， 3m ； 1Q 池盖削球体净容积， 3m 。 代入数据得： 筒V 2 1 0 3m （ 8）圆筒形池身内气箱部分的高度筒式中： 筒V 气箱在圆筒形池深部分的容积， 3m ； R 池身圆柱体内半径， 。 代入数据得：筒h 20 . 7 2 0 . 1 53 . 1 4 1 6 1 . 2 5 m发酵间最低液面位在池盖与池身交接平面以下筒个位置就是进出料管的安装位置。 13 压间的设计 依据国标 8 3m 现浇混凝土 结构 圆筒形 水压式沼气池及水压间选用尺寸，选取池容为 m ，产气率为 )(3 的现浇混凝土结构圆筒形 水压式沼气池水压间内径： 高 有效容积为： m ；溢流口底面标高： 。 5 圆筒形水压式沼气池施工及 材料设计 筒形水压式沼气池整体现浇施工 （ 1）打开挖支模现浇注法 按图纸放线并挖去取全池土方，先浇好池底，然后浇注池墙和池盖混凝土。池墙外模可利用原状土壁，池墙和池盖内膜可用钢模、木模、砖模等。当拱盖采用伞形工具式模板时，模板应做到几何尺寸准确、钢度大、拆装简便。混凝土浇注要连续、均匀对称、振捣密实、由下而上进行。池盖外表采用原浆反复压实抹光，注意保护。 （ 2）抽模土胎浇注法 按设计图的尺寸，先抽槽取土，即挖取池墙沟槽的土，并修整好表面，再做好池盖的土胎膜，刷上隔离剂，一次浇注池墙和池盖的混凝土。 当混凝土达到设计强度的 70%后，由活动盖口取出池芯土，然后浇注池底混凝土。浇捣混凝土要连续进行，不流施工縫，振捣要密实，注意养护。 筒形水压式沼气池材料设计 依据国标 10 3m 圆筒形水压式沼气池材料设计 2。 本设计为池容为 m ，产气率为 330 )m m d 的混凝土结构 圆筒形 水压式沼气池，依据上表，则可以选取设计材料：选取混凝土体积为 m ，其中水泥 592中砂 m ，碎石 m ，池体抹灰体积为 m ，水泥 14 中砂 m ；水泥素浆水泥 10硅酸钠 或石蜡 合计材料用量，水泥 中砂 m ，碎石 m 。 表 筒形水压式沼气池材料设计 沼气池容积3m 混凝土 体积， 3m 水泥， 中砂， 3m 碎石， 3m 4 50 55 61 0 23 气池容积3m 池体抹灰 水泥素浆 体积， 3m 水泥， 中砂， 3m 水泥， 4 13 6 42 8 63 10 08 1 沼气池容积3m 硅酸钠或石蜡 合计材料用量 硅酸钠， 石蜡， 水泥， 中砂， 3m 碎石， 3m 4 4 4 469 5 5 604 6 6 733 0 7 42 15 6 总结 通过本次的课程设计 ,我们学到了沼气池设计的步骤和需要注意的地方 ,在这次课程设计中不但提高了动手能力而且进一步理解和掌握了所学知识。 在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难