專利名稱：寒冷地區(qū)農(nóng)村“池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及北方農(nóng)村火炕余熱利用和生物發(fā)酵技術(shù)，具體講是一種新型高效沼氣發(fā)生器建設(shè)方法。
背景技術(shù)：
沼氣作為一種新型的再生能源，它不僅替代節(jié)省了大量的傳統(tǒng)能源，而且使大量 的垃圾得到轉(zhuǎn)化利用，凈化了環(huán)境。沼氣的生成是通過有機(jī)物的發(fā)酵產(chǎn)生，可利用人和畜禽 糞便、農(nóng)作物秸稈和屑?xì)?、生活垃圾中的廚余、污水和污泥產(chǎn)生沼氣，沼氣工程在我國有將 近40年的推廣應(yīng)用，在不少地區(qū)已經(jīng)初具規(guī)模，并取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。然而，沼氣產(chǎn)率受溫度影響顯著，南方由于氣候比較適宜，沼氣工程發(fā)展比較迅 速，但北方地區(qū)由于自然氣候條件限制，在低溫季節(jié)普通沼氣池里微生物很難發(fā)酵，冬季產(chǎn) 氣率很低甚至不產(chǎn)氣，長達(dá)數(shù)月無法正常供氣，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)凍壞沼氣池造成報(bào)廢池，使得用 戶失去信心。雖然目前有北方有“四位一體”的日光溫室大棚模式中的沼氣池，然而這種設(shè) 施建設(shè)成本費(fèi)用高，水電供給保證要求高，同時(shí)分戶飼養(yǎng)對(duì)重大疫病的預(yù)防難度大，一般用 戶無力承受。在實(shí)際過程中只適用于城郊菜農(nóng)等使用，對(duì)于大多數(shù)北方農(nóng)村地區(qū)依然無法 采用推廣。因此，沼氣池越冬問題已經(jīng)成為制約北方沼氣發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸，開發(fā)適合氣 候寒冷地區(qū)沼氣工程增溫、保溫的技術(shù)措施與方法勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)北方氣候寒冷地區(qū)冬季低溫不利于沼氣發(fā)酵裝置運(yùn)行的問題，結(jié)合北方農(nóng)村 實(shí)際情況，本發(fā)明的目的是提供一種寒冷地區(qū)農(nóng)村“池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼 氣的方法，該發(fā)明不僅可以解決寒冷地區(qū)冬季沼氣池溫度低的問題，也較好的解決了農(nóng)村 廁所改衛(wèi)生間室內(nèi)化的問題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在北方農(nóng)村火炕下部建立發(fā)酵反應(yīng)池，池體采用螺 旋下料槽升流三相分離式沼氣反應(yīng)池(另案申請(qǐng)專利)分別連接室內(nèi)草木灰座便器(另案 申請(qǐng)專利)入料口，鍋灶草木灰入料口，廚房廚余粉碎入料口，以及外接秸稈畜禽糞便入料 口，進(jìn)料的按照經(jīng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算的量與配比(另案申請(qǐng)專利)。發(fā)酵反應(yīng)池利用地基的墻體保 溫，同時(shí)利用火炕流動(dòng)煙氣向下加熱水解酸化池的入料。反應(yīng)池由螺旋式入料反應(yīng)槽和升 流三相分離器組成。該系統(tǒng)作用是使發(fā)酵反應(yīng)槽進(jìn)料螺旋下降，延長停留時(shí)間，對(duì)進(jìn)料加熱 增溫，增大反應(yīng)表面積。升流三相分離器主要作用是固液分離，利用上升流推動(dòng)池內(nèi)液體流 動(dòng)。儲(chǔ)氣供氣系統(tǒng)是由儲(chǔ)氣罐，壓力表、間閥和輸氣管所組成，設(shè)置在房屋的頂部，和發(fā)酵反 應(yīng)池的三相分離器上部通過導(dǎo)氣管連通。其作用是就是對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行存儲(chǔ)，并遠(yuǎn) 離火炕等熱源，為用戶提供穩(wěn)定的氣源。出料口和秸稈畜禽糞便入料口布置在室外沉井中， 便于真空泵抽吸操作殘?jiān)右?，和添加秸稈畜禽糞便料，沉井上覆蓋鐵架井蓋，下部可連接 下水管道。
該發(fā)明的工作原理是這樣的當(dāng)燒火做飯過程中，在加熱火炕的同時(shí)，熱煙氣經(jīng)過火炕內(nèi)部流動(dòng)時(shí)向下增溫加熱發(fā)酵反應(yīng)池，配合房屋地基本身防凍保溫作用，使反應(yīng)室的 水溫達(dá)到發(fā)酵要求的溫度，在進(jìn)料時(shí)，秸稈畜禽糞便入料口和廚余入料口設(shè)在反應(yīng)室上部， 由手搖旋轉(zhuǎn)螺紋絞碎裝置加入。這樣設(shè)計(jì)的作用一是便于加入，更重要是秸稈廚余畜禽糞 便等需要加熱時(shí)間長，而流程長利于增溫以及酸化。廁所衛(wèi)浴的糞便尿液排泄物入口在中 部，考慮到水力水頭、防止入料堵塞同時(shí)人體糞便等相對(duì)于廚余秸稈更易于酸化。而爐灶草 木灰等入口在螺旋式入料下部，靠近底部的反應(yīng)槽。其作用是一是易于灶坑入料。形成厭 氧發(fā)酵酸化區(qū)和產(chǎn)甲烷區(qū)的隔離，起到調(diào)節(jié)PH值的作用。物料進(jìn)入發(fā)酵反應(yīng)室后，進(jìn)料口 自動(dòng)密封。發(fā)酵物料在酸化區(qū)沿螺旋槽隨水流下移，過程中升溫受熱水解酸化，同時(shí)水中PH 隨酸化過程中降低。當(dāng)快達(dá)到下部的主發(fā)酵區(qū)時(shí)，易溶于水的草木灰加入使溶液PH升高， 利于進(jìn)行產(chǎn)甲烷菌的大量繁殖。產(chǎn)生的沼氣(主要是甲烷和C02)大量氣泡上升，攜帶沼液 和懸浮污泥隨氣泡進(jìn)入三相分離器升流，進(jìn)入氣液分離區(qū)被提升的混合物中的沼氣在此 與泥水分離并導(dǎo)出處理系統(tǒng)，泥水混合物則沿著溢流流入螺旋下料區(qū)，與反應(yīng)器的進(jìn)進(jìn)料 充分混合隨加入的固體返回到最下端的混合區(qū)，實(shí)現(xiàn)了混合液的內(nèi)部循環(huán)。完全發(fā)酵分解 后的余物沉積到沼氣發(fā)酵池底部，定期通過真空抽吸泵抽吸排料。本發(fā)明具有一定的新穎性，具體體現(xiàn)在在申請(qǐng)日之前沒有同樣的發(fā)明或者實(shí)用新 型，在國內(nèi)外出版物上公開發(fā)表過，在國內(nèi)外公開使用過或者以其他方式為公眾所知，也沒 有同樣的發(fā)明或?qū)嵱眯滦陀伤讼驅(qū)＠痔岢鲞^申請(qǐng)并且記載在申請(qǐng)日以后公布的專利 申請(qǐng)文件中。該發(fā)明也具有一定的創(chuàng)造性，具體體現(xiàn)在申請(qǐng)日以前，我國目前常用的沼 氣發(fā)酵技術(shù)沒有解決對(duì)于大多數(shù)北方農(nóng)村地區(qū)普通農(nóng)民的沼氣發(fā)酵裝置的保溫問 題。該發(fā)明針對(duì)北方寒冷地區(qū)火炕技術(shù)的特點(diǎn)，將其與沼氣發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合，首次提出 “池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼氣的方法。不僅可以保持沼氣池冬季保溫安全越 冬，而且可以使產(chǎn)氣率大幅提高。提高了土炕的熱能耗利用率。也較好地解決了農(nóng)村室內(nèi) 廁所廚衛(wèi)垃圾的處理問題?？梢噪S時(shí)進(jìn)料。和目前國內(nèi)同類技術(shù)模式相比，具有突出的實(shí) 質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。該發(fā)明也具有一定的實(shí)用性，具體體現(xiàn)在該發(fā)明能夠制造或者使用，并且能夠產(chǎn) 生以下積極有益的效果(1)該發(fā)明由于與北方寒冷地區(qū)的土炕的建筑能源模式相結(jié)合，將發(fā)酵反應(yīng)池設(shè) 置在落地土炕的底部，不僅可以通過地基防寒抗凍，更主要通過火炕加熱大幅度增溫升溫。 在環(huán)境溫度較低時(shí)仍可以高效產(chǎn)氣，同比產(chǎn)氣率提高75%以上，同時(shí)也提高土炕的熱利用率。(2)該發(fā)明將“池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體的集中于室內(nèi)的生態(tài)模式，除了利 用有效利用火炕熱能外，與房屋融為一體有利于人的糞便排泄物和廚余的及時(shí)入料，利于 沼氣的連續(xù)發(fā)酵運(yùn)行。同時(shí)，由于土木灰的及時(shí)入料利用其自身燃燒后的底溫且可以調(diào)節(jié) PH，是厭氧發(fā)酵的水解酸化和產(chǎn)甲烷兩階段分布有效進(jìn)行。(3)該發(fā)明將沼氣集氣罐和發(fā)酵反應(yīng)池分離，通過三相分離器將沼氣與泥水分離 并被導(dǎo)出，存儲(chǔ)在位于遠(yuǎn)離火炕的位于房屋頂部的專用儲(chǔ)氣罐中，這種模式由于沼氣池不 設(shè)有水壓式的沼氣儲(chǔ)氣間，降低沼氣池的氣密性要求，不需要水壓式面對(duì)氣壓變化對(duì)池壁的破壞作用。提高整個(gè)系統(tǒng)安全性的同時(shí)減少了沼氣發(fā)酵反應(yīng)池的空間體積要求。五位一 體利于沼氣燈，沼氣爐等的安裝使用。


圖1是該發(fā)明一實(shí)施例側(cè)立面剖視圖。其中螺旋下料槽升流三相分離式沼氣池和草木灰坐便器另案申請(qǐng)專利，僅作原理 不意。其中1爐灶、2螺旋下料槽上升三相分離式室內(nèi)沼氣池、3火炕炕面、4火炕支撐 柱、5、火墻(煙墻)、6沼氣儲(chǔ)集罐、7草木灰座便器、8廚余入料口、9草木灰入料口、10廁衛(wèi) 糞便入料口、11沼渣出料口、12螺旋下料槽、13三相分離器。
具體實(shí)施例方式由附圖中所示，發(fā)酵反應(yīng)池(2)建在火炕正下方，采用磚石鋼筋混凝土材料，四周 通過房屋地基墻體保溫，上部通過爐灶(1)煙氣加熱。當(dāng)燒火做飯過程中，在加熱火炕的同 時(shí)，熱煙氣經(jīng)過火炕內(nèi)部流動(dòng)時(shí)向下增溫加熱發(fā)酵反應(yīng)池，配合房屋地基本身防凍保溫作 用，使反應(yīng)室的水溫達(dá)到發(fā)酵要求的溫度。沼氣池邊壁向上延伸作為火炕支撐柱(4)來支 撐上部的火炕炕面(3)，火炕炕面(3)以預(yù)制板鋼筋混凝土為材料。煙氣經(jīng)過火炕加熱室內(nèi)及沼氣反應(yīng)池后，沿?zé)焿?5)通過煙筒排出，煙墻為磚砌 結(jié)構(gòu)。為防止火炕下方的沼氣聚集，沼氣反應(yīng)池設(shè)置三相分離器將沼氣輸送到沼氣儲(chǔ)氣罐 (6)，其材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)沼氣池壁上部開沼液出液口，保證上部沒有沼氣聚集。沼氣罐在 房屋頂部，遠(yuǎn)離火炕等熱源。儲(chǔ)氣供氣系統(tǒng)是由儲(chǔ)氣罐，壓力表、間閥和輸氣管所組成，和發(fā) 酵反應(yīng)池的三相分離器上部由導(dǎo)氣管連通。反應(yīng)池由螺旋式入料槽(12)和升流三相分離器(13)組成。池壁分別連接室內(nèi)廁 衛(wèi)糞便入料口(10)，鍋灶草木灰入料口(9)，廚房廚余粉碎入料口(8)，以及外接秸稈畜禽 糞便入料口。螺旋式入料槽(12)作用是使發(fā)酵反應(yīng)槽進(jìn)料螺旋下降，延長停留時(shí)間，對(duì)進(jìn) 料加熱增溫，增大反應(yīng)表面積。升流三相分離器(13)主要作用是固液分離，利用上升流推 動(dòng)池內(nèi)液體流動(dòng)。出料口和秸稈畜禽糞便入料口(11)布置在室外沉井中，便于真空泵抽吸 操作殘?jiān)右海吞砑咏斩捫笄菁S便料，沉井上覆蓋鐵架井蓋，下部可連接下水管道。在上述圖示中，雖然列舉了本發(fā)明較佳實(shí)施例進(jìn)行了說明，但眾所周之，不應(yīng)由 該實(shí)施例反而限制了本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，亦即，任何熟悉發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)的工程技術(shù)科學(xué) 研究人員，若應(yīng)用本發(fā)明主要之特征，進(jìn)行若干細(xì)節(jié)的變動(dòng)，皆仍屬于本發(fā)明的專利保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
一種寒冷地區(qū)農(nóng)村“池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼氣的方法，其特征在于將沼氣發(fā)酵反應(yīng)池建立在北方農(nóng)村火炕的下部，發(fā)酵反應(yīng)池利用地基的墻體保溫，同時(shí)通過火炕流動(dòng)煙氣向下加熱沼氣發(fā)酵池的升溫。室內(nèi)的廚衛(wèi)垃圾糞便直接排入沼氣發(fā)酵池，爐灶草木灰加入沼氣池調(diào)節(jié)pH和提供氮磷無機(jī)物。
2.根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述一種寒冷地區(qū)農(nóng)村“池_灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼 氣的方法，其特征還包括池體分別連接室內(nèi)各入料口，即草木灰座便器(另案申請(qǐng)專利) 入料口，鍋灶草木灰入料口，廚房廚余粉碎入料口，以及外接秸稈畜禽糞便入料口，進(jìn)料的 按照經(jīng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算的量與配比(另案申請(qǐng)專利)。
3.根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述一種寒冷地區(qū)農(nóng)村“池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn) 沼氣的方法，其特征還包括儲(chǔ)氣供氣系統(tǒng)設(shè)置在房屋的頂部，由儲(chǔ)氣罐，壓力表、間閥和輸 氣管所組成，發(fā)酵反應(yīng)池的上部由導(dǎo)氣管連通。其作用是就是對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行存儲(chǔ)， 并遠(yuǎn)離火炕等熱源，為用戶提供穩(wěn)定的氣源。
4.根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述一種寒冷地區(qū)農(nóng)村“池_灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼 氣的方法，其特征還包括出料口和秸稈畜禽糞便入料口布置在室外沉井中，便于真空泵抽 吸操作殘?jiān)右?，和添加秸稈畜禽糞便料，沉井上可覆蓋鐵架井蓋，下部可連接下水管道。
全文摘要
一種寒冷地區(qū)農(nóng)村“池-灶-炕-廚-衛(wèi)”五位一體生產(chǎn)沼氣的方法，將沼氣發(fā)酵反應(yīng)池建立在北方農(nóng)村火炕的下部，發(fā)酵反應(yīng)池利用地基的墻體保溫，同時(shí)通過火炕流動(dòng)煙氣向下加熱沼氣發(fā)酵池的升溫。室內(nèi)的廚衛(wèi)垃圾糞便直接排入沼氣發(fā)酵池，爐灶草木灰加入沼氣池調(diào)節(jié)pH和提供氮磷無機(jī)物。池體分別連接各入料口，沼氣儲(chǔ)氣室與沼氣發(fā)酵池隔離，通過導(dǎo)氣管將沼氣存儲(chǔ)于屋頂?shù)膬?chǔ)氣罐?！俺?灶-炕-廚-衛(wèi)”所有設(shè)施在同一屋內(nèi)，既利于保溫產(chǎn)沼氣，又易于隨時(shí)投料，同時(shí)便于沼氣使用，實(shí)現(xiàn)了功能的集中耦合。
文檔編號(hào)F17D1/04GK101864453SQ200910131300
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者李澤唐 申請(qǐng)人:李澤唐