沼气池的构造原理附设计图纸Word格式.docx

1、2.1.3 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味 、无臭 、无毒的气体。甲烷分子式是 CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物 。甲烷对空气的重量比是 0.54 ，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在 20、 0.1 千帕时， 100 单位体积的水，只能溶解 3甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1?400? 左右。纯甲烷每立方米发热量为 36.8 千焦。沼气每立方米的发热量约 23.4 千焦， 相当于 0.55 千克柴油或 0.8 千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼 气所能 利用的

2、热量，相当于燃烧 3.032.2家用沼气池的类型 随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广， 根据当地使用要求和气温、 地质 等 条件，家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布 料水 压式 池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式虽然 多种多样， 但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气 池四种基本类型 变化形成的。与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气 池，它又有几种不 同形式。2.2.1 固定拱盖水压式沼气池有圆筒形 （见图 2.1） 、球形 （见图 2.2）和椭球形 （ 见图 2.3）

3、 三种池型。这种 池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个 不断增高的 气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内 的液面升高。 这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水 位差就叫做 “水 压 ”（也就是 U 形管沼气压力表显示的数值 ）。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出 ；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致 沼气压力也随之 相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放 沼气的池型，就称 之为水压式沼气池。图 2.1 8圆筒形水压式沼气池型（ 单位：毫米 ）

4、图 2.2 球形水压式沼气池构造简图图 2.3 椭球形水压式沼气构造简图是在总结 “三结合 ”、“圆、小、 浅水压式沼气池， 是我国推广最早、 数量最多的池型，成的“圆、“活动盖 ”、“直管进料 ”、 “中层出料 结合 ”就是厕所、 猪圈和沼气池连成一体， 小、浅 ”就是池体圆、体积小、埋深浅。”等群众建池的基础上，加以综合提高而形 人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。活动盖 ”就是沼气池顶加活动盖板。（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）（3）（4） 沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。（1）由于气压反复变化， 而且一般在

5、4 16 千帕 （即 40 160 厘米水柱 ） 压力之间变化。 这 对池（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2.2.2（1）中心吊管式沼气池 （见图 2.4） 将活动盖改为钢丝网水泥进、出料吊管，使其有一管 三 用的功能 （代替进料管、出料管和活动盖 ） ，简化了结构，降低了建池成本，又因料液使沼 气 池拱盖经常处于潮湿状态，有利于其气密性能的提

6、高。而且，出料方便，便于人工 搅拌。但 是，新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起，原料的利用率有所下降。图 2.5 曲流布料水压式沼气池剖面图 （ 单位：（2）曲流布料水压式沼气池 （见图 2.5） 该池型是由昆明市农村能源环保办公室于 1984 年设计成 功的一种新池型。它的发酵原料不用秸秆，全部采用人、畜、禽粪便。原料的含水量 在 95% 左右 （ 不能过高 ）（2）原料进入池内由布料器进行半控或全控式布料，形成多路曲流，增加新料扩散面， 充分（4）扩大池墙出口，并在内部设隔板，塞流固菌。（5）池拱中央、天窗盖下部吊笼，输送沼气入气箱。同时，利用内部气压、气流产生 搅拌作用， 缓解上部料液

7、结壳。（6） 把池底最低点放在水压间底部。在倾斜池底作用下，发酵液可形成一定的流动推力， 实2.2.3 除了上述两种变型的水压式沼气池外， 各地还根据各自的具体使用情况， 设计了多种其 他变型的水压式沼气池型。 如：为了减少占地面积、 节省建池造价、 防止进出 料液相混合、 增加 池拱顶气密封性能的双管顶返水水压式沼气池 （见图 2.6） ；为了便于出料的大揭盖水压式沼 气池 （见图 2.7）和便于底层出料的圆筒形水压式沼气池 （见图 2.8） ；为了多利用秸草类发酵 原料而采用的弧形隔板、干湿发酵水压式沼气池 （见图 2.9） 。图 2.6 双管顶返水水压式沼气池简图1. 进料管 2. 发酵

8、池 3. 4. 活动盖 5. 导气管 6. 水压间图 2.71. 大直径活动盖 2. 蓄水池盖板 3. 导气管2.2.4无活动盖底层出料水压式沼气池是一种变型的水压式沼气池。 该池型将水压式沼气池活 动盖 取消，把沼气池拱盖封死，只留导气管，并且加大水压间容积，这样可避免因沼气池活动盖 密封不严带来的问题，在我国北方农村，与 “模式 ”配套新建的沼气池提倡采用这种池型。 本书将介绍该种沼气池的建造技术。 无活动盖底层出料水压式沼气池的构造如图 2.10 所示 。沼气池为圆柱形，斜坡池底。它由发酵间、贮气间、进料口、出料口、水压间、导气管等图 2.106 . 出料口通道1. 发酵间 2. 贮气间

9、 3. 4. 出料口、水压间 5. 导气管（1）进料口与进料管 进料口与进料管分别设在猪舍地面和地下。厕所、猪舍及收集的 人畜（2）出料口与水压间 出料口与水压间设在与池体相连的日光温室内。其目的是便于蔬菜 生 产施用沼气肥，同时出料口随时放出二氧化碳进入日光温室内促进蔬菜生长。水压间的下 端建一 U 型槽，下返坡度 5%，池底 池底呈锅底形状， 在池底中心至水压间底部之间，便于 （4） 工作原理 未产气时，进料管、发酵间、水压间的料液在同一水 平面上。产气时， 经微生物发酵分解而产生的沼气上升到贮气间，由于贮气间密封不漏 气，沼气不断积聚， 便 产生压力。 当沼气压力超过大气压力时， 便把沼

10、气池内的料液压出， 进料管和水压间内水位 上升，发酵间水压下降，产生了水位差，由于水压气而使贮气间内的沼气保持一定的压力。 用气时，沼气从导气管输出，水压间的水流回发酵间，即水压间水位下降，发酵间水位上 调节， 保持燃烧设备火力的稳升。依靠水压间水位的自动升降，使贮气间的沼气压力能自动定。 产气太少时， 如果发酵间产生的沼气跟不上用气需要， 则发酵间水位将逐渐与水压2.32.3.1建造 “模式 ”中的沼气池，首先要做好设计工作。总结多年来科学实验和生产实践的经（1）必须坚持 “四结合 ”原则 “四结合 ”是指沼气池与畜圈、 厕所、日光温室相连， 使人畜 粪便不断进入沼气池内，保证正常产气、持续

11、产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼 液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。（2）坚持“圆、小、浅 ”的原则 “圆、小、浅 ”是指池型以圆柱形为主， 池容 612 立方米 ， 池深 2 米左右， 圆形沼气池具有以下优点： 第一，根据几何学原理， 相同容积的沼气池， 圆 形比方形或长方形的表面积小， 比较省料。 第二，密闭性好， 且较牢固。 圆形池内部结构 合 理，池壁没有直角，容易解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固。第三，我国北方 气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越冬。第四，适于推广。无论南方、北 方，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量， 做到建造一个， 成功一

12、个， 使用一个， 巩固 一 个，积极稳步地普及推广。 小，是指主池容积不宜过大。 浅，是为了减少挖土深度， 也便 于（3）坚持直管进料，进料口加箅子、出料口加盖的原则 直管进料的目的是使进料流畅， 也 便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是为了保持环境卫 生，2.3.2设计与 “模式 ”井、泉眼、（1） 选择池基应考虑土质 建造沼气池，选择地基很重要，这是关系到建池质量和池子寿 命 的问题，必须认真对待。由于沼气池是埋在地下的建筑物，因此，与土质的好坏关系 很大。土质不同， 其密度不同， 坚实度也不一样， 容许的承载力就有差异。 而且同一个地方， 土层也不尽相同。 如果

13、土层松软或沙性土或地下水位较高的烂泥土， 池基承载力不大， 在此 处建池，承受不了，必然引起池体沉降或不均匀沉降，造成池体破裂，漏水漏气。一般 自 然土层，每平方米容许承载力都超过 10 吨以上，在这样的自然土层上建造沼气池， 是没有 什 么问题的。 因此，池基应该选择在土质坚实、 地下水位较低， 土层底部没有地道、 地窖、 渗 虚土等隐患之处； 而且池子与树木、 竹林或池塘要有一定距离， 以免树根、 竹 根 扎入池内或池塘涨水时影响池体， 造成池子漏水漏气； 北方干旱地区还应考虑池子离水源 和用户都 要近些，若池子离用户较远，不但管理 （ 如加水、加料等 ）不方便，输送沼气 的管道也要很长，

14、这样 会影响沼气的压力，燃烧效果不好。此外，还要尽可能选择背风向阳 处建（2） 设计池子应考虑荷载 确定荷载是沼气池设计中一项很重要的环节。所谓荷载，是 指单 位面积上所承受的重量。如果荷载确定过大，设计的沼气池结构截面必然过大，结果 用料过 多，造成浪费；如果荷载确定过小，设计的强度不足，就容易造成池体破裂。荷载的计算标 准一般为： 池身自重 （按混凝土量计算 ）每立方米为 2.5 吨左右， 拱顶覆土每立方米为 2 吨左 右， 池内发酵原料每立方米容积为 1.2 吨左右，沼气池产气后池内每平方米受压为 1 吨左右 此外 ，经常出现在池顶的人、畜等压力以最大量考虑为 1 吨左右。所以，地基和承

15、载力至少不能 小于每平方米 8），基础厚度不得小盖，其边缘最大拉力约为 10 吨 ），以免出现裂缝和下 塌的危险；其次，池墙质量必须牢固池墙基础 （环形基础 ） 的宽度不得小于 40 厘米 （这是工程构造上的最小尺寸于 25 厘米。一般基础宽度与厚度之比，应在 1:（1.5 2）2.3.3建造沼气池， 事先要进行池子容积的计算， 就是说计划建多大的池子为好。 计算容积的 大小 原则上应根据用途和用量来确定。 池子太小， 产气就少， 不能保证生产、 生活的需要； 池子 太大，往往由于发酵原料不足或管理跟不上去等原因，造成产气率不高。目前，我国 农村沼 气池产气率普遍不够稳定，夏天一昼夜每立方米池

16、容约可产气 0.15 立方米，冬季约 可产气 0 .1 立方米左右，一般农村五口人的家庭，每天煮饭、烧水约需用气 1.5 立方米 （ 每 人每天生 活 所需的实际耗气量约为 0.2 立方米，最多不超过 0.3 立方米 ）。同时，应考虑生 产用肥。因 此 ，农村建池，每人平均按 1.5 2 立方米的有效容积计算较为适宜 （有效容积一般指发酵间和 贮气箱的总容积 ） 。根据这个标准建池，人口多的家庭，平均有效容积少一 点，人口少的家 庭，平均有效容积多一点；北方地区一般气温较低，可多一点，南方地区 一般气温较高， 可少一点。 如一个五口人的家庭， 建造一个 8 10 立方米的沼气池， 管理得 好，

17、所产 沼气基本上能满足一家人一年四季煮饭、烧水或点灯的需要，在北方即使在冬季 气温较低， 产气量有所减少的情况下， 仍可供煮两餐饭或烧开水用。 所以一般家庭养猪存栏8 立方米沼气池用量 要减少 10% 2.4.2放线挖坑是保证建池质量的第一关，必须按规定尺寸施工。图 2.11 是三种 “模式 ”总体 放 线布置图，供放线时参考。以图 2.11 中 A 图为例说明放线要点：划出总体平面。划 出温 室、猪舍面积，猪舍在东侧或西侧。划出 “模式 ”宽度中心线。以 O 为起点，在猪 舍内侧找出池的中心点 O，以 O 为圆心，以池的半径加 6 厘米为半径划圆，确定池的位置。确定 进料口、出料口位置。要在

18、 “模式 ”宽度中心线上确定为进料口中心点和位于日光温 室内的 出料口中心点，用白灰做好标记。12.4.3在 “模式 ”内建沼气池均采用地下埋式，沼气池土方工程采用大开挖的施工工艺。首先，应 确定好正负零的高度。池坑深度按设计图确定，即沼气池的池顶与出料口保持在一个水1. 1. 厕所 2. 进料口 3. 沼气池 4. 5. 日光温室6. 猪舍 7. 模式宽度中心线 8. 内山墙厕所 2. 进料口 3. 沼气池 4. 5. 日光温室 6. 猪舍东西宽度中心线 7.图 2.11 不同“模式”总体放线布置图1. 厕所 2. 进料口 3. 沼气池 4.6. 模式宽度中心线 7. 猪舍 8.5. 日光温

19、室 内山墙容积 / 米 3内直径 /池墙高 /池顶矢高池顶曲率水压间平 面上，并高出猪舍地面 10 厘米。进料口超高地面 2 厘米，如果挖得过深使沼气池低于地平面 影响配套使用，挖得过浅使沼气池突出地面，给养猪和日光温室施肥造成困难。具 体尺寸如表 2.1 所示。表 2.1 6 10 米 3 沼气池结构规格标准米/ 米半径/米深 / 米直径/ 米62.401.000.481.742.100.9082.700.541.962.18103.000.602.281.10为了便于安放建池模具或利用砖模浇筑池体， 减少材料损耗， 池坑要规圆上下垂直。 对于土 质良好的地区坑壁可挖直， 取土时由中间向四周

20、开挖， 开挖至坑壁时留有一定余地， 然 后按定位桩找出中心点， 并钉一固定的木桩， 用一条绳的一端固定在中心点的木桩上， 绳的 另一 端拴上一把小把锄，使锄刀到中心点的长度等于池的半径加上墙厚度 6 厘米划圆，刮掉 阻 碍 通道的砂土， 边挖边修整池坑， 直到设计深度为止。 池坑挖好后马上将池底修成锅 底形状；由锅底中心至水压间底部挖一条 U 形浅槽 ,下返坡度 5% 。对于土质松散的地方，地面以 下 8 0 厘米应放坡取土，坡度大小要看土质松散程度而定，以坑壁不坍塌为原则，同建池时遇到地下水，可采用 “避、引、堵 ”的办法来解决。 “避 ”就是避开地下水，尽 量不在 多雨季节施工，选择地下水

21、位较低、地势较高的地方建池，水网地区可建圆球形池或提 高池 身，建成半地下池。 “引 ”就是引开地下水，施工前挖排水沟，尽量将水引走。池墙渗 水， 可将竹管插入渗水处或在池壁上凿星 （ “Y”） 形小沟，使水集中从沟内流至池底。对于池 底 渗水，可采用十字沟或环形沟集水，并在池底中央挖一较深小井，使水流入井内汲走， 待 工程告一段落无渗水排出时再填此井。 “堵 ”就是堵住地下水，对池内个别小泉眼，可用 砖 头、小石块塞紧。若大面积渗水，可采用水玻璃药液防渗剂掺入水泥进行粉刷，快速凝 固， 堵塞有效。同时，在土质差、地下水位高处建池，池底下面还必须设置沙卵石垫层， 其垫层 的施工可先铺砌卵石，

22、再用水沉法使沙子挤满卵石空隙， 起到确保建池质量的作用。如建2.4.4利用混凝土浇筑 6、 8 、10 立方米沼气池的现场 四位一体生态型大棚模式中的沼气池， 一般采用组合式建池。 所谓组合式建池就是池底、池 墙、水压间下部采用混凝土整体现浇，池拱盖及水压间上部采用砖砌。在现浇拌制混凝土时 ，必须控制水灰比 0.65 ，砂子中泥土含量 3% ，云母含量 0.5% ，碎石中最大粒径3 厘米，泥土含量 2% 。混凝土浇筑工序必须连续进行，间断时间不得超过 1 小时，浇筑时必须 振捣密实，防止出现蜂窝麻面现象。施工顺序如下：（1） 砌筑出料口通道 出料口通道如图 2.12 所示。出料口通道用红砖及砂

23、灰砌筑，水泥 : 砂 子 1 2.5 。为了便于施工及出料， 其通道口宽 50 厘米，高 70 厘米，顶部起拱， 但上 口距 池上拱角不得小于 35（2） 池墙及水压间下部的浇筑 池墙及水压间下部的浇筑可采用钢模、木模及砖模，一般 上 述模具为内模，而以池壁为外模。由于钢模造价高，很少采用，而木模和砖模用的较多。 若 一个村里建多个沼气池，采用木模较方便，若只建一个，则采用砖模为宜。采用砖模的一 般 砌法是：先把砖用水浸湿，防止拆模困难。每块砖横向砌筑，每层砖砖缝错开，不用带泥 口 或灰口，做到砌一层砖用混凝土浇筑一层，振捣密实后再砌第二层。混凝土配合重量比为 水 泥砂子碎石 1 3 3 ，池

24、墙高 1 米，厚 0.05图 2.12 出料口通道 （ 单位：池拱盖的施工 目前，“模式 ”中的沼气池拱盖用砖砌， “模式 ”中的沼气池一般采用 直 管进料， 在砌筑池拱盖前要安装好进料管， 一般利用直径 200 毫米、长 600 毫米左右的陶瓷 管，管内穿绳拴挂在地面的木桩上，进料管喇叭口朝上，上下垂直，紧贴池壁固定好。插入 池内深度拱角 250 300 毫米为宜。砌筑拱盖可用铁钩或挂绳法固定砖，先由进料管处开始 砌 ，进料管周围要用水泥加固。砌筑拱盖的砖，要选择质量好的，先用水浸湿，保持外湿内 干，用 1 2 水泥砂灰砌筑，砂灰和易性要好，灰口饱满，砖与砖要顶紧，每砌筑一圈，要用小石片嵌牢

25、，边砌筑 边注意拱盖弧度，每砌筑 35 圈，拱盖外壁用 13 水泥砂灰抹严抹实， 拱角处第 1 圈砖上层抹灰时，厚度要达到 30 50 毫米，用以代替圈梁。随砌随抹灰，随即由外向内均匀地 回填土。 回填土前， 进料管上部也要砌几层砖， 防止回填土由进料管进入池内， 进料口宽以 240 毫米为宜，长度因户而异。注意第一次回填土约 60% 即可，防止塌方 ，其余土量 在次 日池内密封前回填一部分，整体池完工 10 天后可全部回填完。池拱盖施工图如 图 2.13 所 示。在砌筑池拱盖的同时，应把水压间的上部砌好。水压间上半部用 1/4 砖立砌， 13 水 泥砂灰浇筑。当砌筑池拱盖要封口时， 在拱顶正

26、中央安放直径为 9 10 毫米的铜导气管， 插入深度以池内 密封层完工后露出 10 毫米左右为宜，拱顶中央用 4 条 500 700 毫米长铁筋摆放成字型，抹 灰要加厚加固，以防沼气池运行时压力过大涨坏气箱。在导气管周围，砌一个深 200 300 毫 米，边长 180 200 毫米的方型围护墙，在输气管引出方向预留出缺口。猪舍 地面以下可砌暗 沟或放一个内径为 20 50 毫米铁管或塑料护管， 以便引出输气管。 导气管上面盖上活动盖板， 防止输气管被猪啃坏。 活动盖板规格 240 毫米 240 毫米，厚度为 50 60 毫米，可用 2 块红砖代替，如图 2.14 所示。图 2.14 导气管安装

27、位置示意图（4）池底施工 池底先铺一层碎石， 用 14 的水泥砂浆将碎石缝隙灌满， 然后再用水泥、 砂 子、碎石以 1 3 3 的混凝土浇筑池底，厚度要达到 8 12 厘米。（5）沼气池池体内部密封 由砖和混凝土组合建造的沼气池只靠结构层还不能满足防渗漏要 求 ，必须对池体进行密封处理才能不漏气、不漏水。沼气池密封层采用 7 层做法和 3 层做法两种 ，贮气室及池内进料管部分采用 7 层做法；池底、池墙、水压间、出料口通道砂子 1 2.5 的水泥砂灰， 厚度为 0.81 厘米；第 3 层抹 0.1 厘米厚素灰； 第 4 层抹水泥 砂子 1 2 的水泥砂灰，厚度为 0.4 厘米；第 5 层抹 0

28、.1 厘米厚的素灰；第 6 层用 1 1 的细砂灰抹 0.3 0.4 厘米；第 7 层刷素灰浆 3 遍。而 3 层做法是第 1 层与 7 层做法中的第 2 层一起做； 第 2 层与 7 层做法中的第 6 层一起做； 第 3 层与 7 层做法中的第 7 层一起做。（6）养护 用混凝土浇筑的每个部位， 都要进行养护， 要求在平均气温大于 5条件下自 然 养护，外露混凝土应加盖草帘浇水养护， 养护时间为 7 10 天。春、秋要注意早晚防冻。 为达到养护目的， 在沼气池密封处理以后要把出料口、 进料口、 池顶口用薄膜盖严。 自然养 护 期达到后经检查试压就可以投料使用。建池完工 24 小时后如果下雨应

29、及时向池内加水， 加水量应是池内装料容积的一半，以防地下水位上涨鼓坏池体。（7）检查验收 新建沼气池和大换料后保养维护的旧池，必须经过检查验收合格，方可投料直接检查法 必须全池强度养护达到 70% 以上才能进行，用手指或小木棒叩击无翘壳空响 。全池内壁无渗水痕迹，无裂缝、砂眼、孔隙等肉眼可见的缺陷；池外输气管线、开关 等配套设施安装齐全牢固。试压检查法 在直接检查完好的基础上，推荐采用气压检验为主，水压法检验为辅，亦可 混合使用。一般作法是装水至进、出料管上端 20 厘米高度，观测 12 小时，水位降低 无明显变 化，视为不漏水；再用打气筒 （机 ）充气 （或灌水增压 ），使压力表达到设计压力