專利名稱：厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法及實現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量領域，具體涉及到可再生能源領域的一種測量技術及測量裝置。
背景技術：
能源和環(huán)境問題已成為當今社會最突出的問題，2006年1月隨著我國發(fā)布了《中華人民共和國可再生能源法》，人們開始最大限度的開展可再生能源的推廣和應用，厭氧發(fā)酵是一種能將農牧業(yè)等廢棄物變?yōu)槟茉床⑦M行無害化處理的技術。因此，為了提高厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，人們對厭氧發(fā)酵過程中的各類裝置研究越來越多，厭氧發(fā)酵罐是厭氧發(fā)酵過程中生物質廢物和沼氣的重要儲存容器，由于所存儲沼氣的經濟價值高，實現(xiàn)對其容積的精確計量，顯得尤為重要。目前罐體容量的測量方法有容量比較法、光學垂準線法和光學參比線法等測量方法，測量效率比較低，并且是接觸式測量，勞動強度比較大，只能做粗略的參考，誤差較大，現(xiàn)場工作人員工作量較大，同時在工作中存在安全隱患。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有厭氧發(fā)酵罐容積測量方法中存在的測量效率低、測量準確性差的問題，設計了一種厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法及實現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法的過程為通過壓力變送器監(jiān)測厭氧發(fā)酵罐內的壓力值，同時通過料位傳感器監(jiān)測厭氧發(fā)酵罐內的發(fā)酵沼液的料位高度；采用拉線料位計監(jiān)測貯氣膜的圓??；根據(jù)同一時刻測量獲得的上述各參數(shù)計算獲得厭氧發(fā)酵罐內沼氣貯量的過程為首先，根據(jù)測量獲得的測貯氣膜的圓弧，以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積；然后，再根據(jù)獲得的氣體容積和厭氧發(fā)酵罐內的壓力值，計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的沼氣含量。上述方法，是通過測量貯氣膜的圓弧，獲得可以實時測量獲得貯氣膜內沼氣含量。 在測量過程中，可以根據(jù)實時測量獲得的貯氣膜的中心高度的變化獲得貯氣膜內沼氣的增加或減少的狀況。實現(xiàn)上述測方法的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置包括厭氧發(fā)酵罐罐體、控制器和數(shù)據(jù)采集單元組成，所述數(shù)據(jù)采集單元包括壓力測量裝置、壓力液位計和拉線料位計， 所述罐體的頂部密封固定有沼氣貯氣膜，所述貯氣膜與罐體之間設置有與該貯氣膜形狀相同的保護網，在該保護網和貯氣膜之間設置有拉線料位計的拉線，所述拉線料位計用于測量貯氣膜的圓弧，并將測量獲得的圓弧信息發(fā)送給控制器；壓力測量裝置用于測量罐體內的壓力，并將測量獲得的壓力信息發(fā)送給控制器；壓力液位計用于測量罐體內發(fā)酵沼液的液面高度，并將測量獲得的液位信息發(fā)送給控制器；所述控制器用于根據(jù)同一時刻接收到的圓弧信息、壓力信息和液面高度信息計算獲得沼氣貯量信息。本發(fā)明是基于壓力變化及貯氣膜圓弧變化來計算發(fā)酵罐體內容積的自動測量方
4法，以實現(xiàn)沼氣發(fā)酵罐內的沼氣容積的快速測量，進而能夠實現(xiàn)厭氧發(fā)酵過程中沼氣的總產量的計量。本發(fā)明所述的測量方法的測量過程中無需人工干預測量，能夠實現(xiàn)厭氧發(fā)酵工程中的沼氣貯量容積自動測量，進而實現(xiàn)厭氧發(fā)酵罐內沼氣容積變化情況的監(jiān)測。采用本發(fā)明所述的測量方法能夠在實際工作中，根據(jù)厭氧發(fā)酵罐內產氣量的大小，實時控制發(fā)酵罐內生物質能源的發(fā)酵速度。本發(fā)明所述的測量方法和測量裝置，尤其適用于工廠化高溫厭氧發(fā)酵沼氣工程中沼氣容積的測量處理。


圖1是本發(fā)明所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置中的各個傳感器在厭氧發(fā)酵罐上的位置示意圖。
圖2是本發(fā)明所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的原理框圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、本實施方式所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法的過程為通過壓力變送器監(jiān)測厭氧發(fā)酵罐內的壓力值，同時通過料位傳感器監(jiān)測厭氧發(fā)酵罐內的發(fā)酵沼液的料位高度；采用拉線料位計監(jiān)測貯氣膜的圓??；根據(jù)同一時刻測量獲得的上述各參數(shù)計算獲得厭氧發(fā)酵罐內沼氣貯量的過程為首先，根據(jù)測量獲得的測貯氣膜的圓弧，以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積；然后，再根據(jù)獲得的氣體容積和厭氧發(fā)酵罐內的壓力值，計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的沼氣含量。上述方法，是通過測量貯氣膜的圓弧，獲得可以實時測量獲得貯氣膜內沼氣含量。 在測量過程中，可以根據(jù)實時測量獲得的貯氣膜的中心高度的變化獲得貯氣膜內沼氣的增加或減少的狀況。
具體實施方式
二、本實施方式是對具體實施方式
一所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法的進一步限定，本實施方式中，根據(jù)測量獲得的測貯氣膜的圓弧，以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積的過程為首先，根據(jù)測量獲得的貯氣膜的圓弧以及罐體的直徑計算該圓弧與灌頂所形成的球殼空間的體積大小，進而獲得貯氣膜內總的貯氣容積值；然后，根據(jù)罐體的直徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得罐體內的貯氣容積值； 最后，將上述兩個貯氣容積值相加之后，獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積。貯氣膜是以厭氧發(fā)酵罐的灌頂為底的球殼形狀，在已知的罐體設計直徑R的情況下，根據(jù)測量獲得的貯氣膜的圓弧計算該圓弧與灌頂所形成的球殼空間的體積大小，進而獲得貯氣膜內總的貯氣容積值。根據(jù)測量上述參數(shù)時刻所對應的罐內壓力值，同1個大氣壓下容積含氣量進行對比，既可換算貯氣膜內總沼氣的含量。
具體實施方式
三、本實施方式是一種實現(xiàn)具體實施方式
一所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法的測量裝置，該測量裝置包括厭氧發(fā)酵罐罐體12、控制器2和數(shù)據(jù)采集單元3組成，所述數(shù)據(jù)采集單元3包括壓力測量裝置、壓力液位計9和拉線料位計17，所述罐體12的頂部密封固定有沼氣貯氣膜14，所述貯氣膜14與罐體12之間設置有與該貯氣膜 14形狀相同的保護網16，在該保護網16和貯氣膜14之間設置有拉線料位計17的拉線，所述拉線料位計17用于測量貯氣膜14的圓弧，并將測量獲得的圓弧信息發(fā)送給控制器2 ；壓力測量裝置用于測量罐體12內的壓力，并將測量獲得的壓力信息發(fā)送給控制器2 ；壓力液位計9用于測量罐體內發(fā)酵沼液的液面高度，并將測量獲得的液位信息發(fā)送給控制器2 ；所述控制器2用于根據(jù)同一時刻接收到的圓弧信息、壓力信息和液面高度信息計算獲得沼氣貯量信息。本實施方式采用拉線料位計17測量貯氣膜的圓弧，所述拉線料位計17的拉線的兩個固定點位于貯氣膜與罐體銜接處的罐體的一個直徑的兩端。其工作原理是當貯氣膜的高度發(fā)生變化時，拉線的長度同時發(fā)生變化，通過測量獲得拉線長度獲得貯氣膜圓弧的大小，在根據(jù)已知的罐體設計直徑R，可計算獲得貯氣膜所形成的球殼形部分的高度h，通過公式可計算出貯氣膜總的氣體容積值。本實施方式中的拉線料位計17可以采用塞勒斯科(CELESCO) pt9420型位移傳感器。本實施方式中采用壓力液位計9測量罐體內發(fā)酵沼液高度信息，所述壓力液位計 9安裝于罐體底部。本實施方式中的壓力料位計的量程標定為0 12m。所述壓力液位計9位于罐體12內的灌底，用于測量罐體12內發(fā)酵沼液的液面高度。
具體實施方式
四、本實施方式是對具體實施方式
二所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的進一步說明。本實施方式中，所述控制器2用于根據(jù)同一時刻接收到的圓弧信息、壓力信息和液面高度信息計算獲得沼氣貯量信息的過程為首先，根據(jù)接收到的圓弧信息、液面高度信息以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、罐體內高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積；然后，根據(jù)獲得的氣體容積和接收到的壓力值計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的沼氣含量。
具體實施方式
五、本實施方式是對具體實施方式
三所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的進一步說明。本實施方式所述的測量裝置還包括溫度測量裝置，該溫度測量裝置用于測量罐體12內的溫度，并將測量獲得的溫度信息發(fā)送給控制器2 ；溫度測量的功能是及時得到罐體內的發(fā)酵溫度，通過得到的溫度信號控制發(fā)酵罐保溫入口的閥體開關程度和電機的轉速，實現(xiàn)發(fā)酵罐內的溫度平衡，如溫度過低，將加大外部保溫單元的流速和閥體的開度。
具體實施方式
六、本實施方式與具體實施方式
五所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的區(qū)別在于，所述溫度測量裝置采用兩個溫度變送器5、7實現(xiàn)，所述兩個溫度變送器5、7分別固定在罐體內的下部和上部。本實施方式采用兩個溫度變送器5、7實現(xiàn)溫度測量，提高溫度測量精度。本實施方式中的兩個溫度變送器5、7，一個位于罐體內的中間與灌底之間，另一個位于罐體內的中間與頂部之間，在計算過程中，將兩個溫度變送器5、7的溫度的平均值作為罐內的實際溫度，進而提高測量精度。
具體實施方式
七、本實施方式與具體實施方式
六所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的區(qū)別在于，所述罐體12包括保溫入口 6和保溫出口 8，其中保溫出口 8位于接近罐底處，所述保溫入口 6位于罐體12中部，所述兩個溫度變送器5、7中的一個位于保溫入口與灌頂之間，另一個溫度變送器位于保溫出口和保溫入口之間。所述保溫入口 6和保溫出口 8位于罐體的同一側，用于實現(xiàn)保溫物質的進出，實現(xiàn)發(fā)酵罐內的溫度平衡。在罐體內部溫度無法達到發(fā)酵需求時，通過控制保溫入口 6和保溫出口 8的開度，實現(xiàn)調整罐體內部溫度的作用。
具體實施方式
八、本實施方式與具體實施方式
一至七任一實施方式所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的區(qū)別在于，所述壓力測量裝置采用兩個壓力變送器4、13實現(xiàn)，所述兩個壓力變送器4、13均位于灌頂與貯氣膜相交的圓周上，并且所述兩個壓力變送器4、13相差180°。本實施方式采用兩個壓力變送器4、13實現(xiàn)壓力的測量，在計算過程中，將兩個壓力變送器4、13獲得的壓力信號的平均值作為罐內壓力的實際值，進而提高測量精度。本實施方式中的壓力測量裝置安裝于發(fā)酵罐體頂部，量積標定為0 38mm水柱。 本實施方式中的壓力測量裝置用于實時監(jiān)測罐體內氣體壓力值?？刂破鬟€能夠根據(jù)該壓力值的變化情況控制發(fā)酵罐體內發(fā)酵的速度和發(fā)電機的發(fā)電效率，例如當罐體內壓力過大時，可提高發(fā)電機的發(fā)電效率，或控制火炬進行多余沼氣燃燒。進而起到保護貯氣膜的作用。
具體實施方式
九、本實施方式與具體實施方式
一至八任一實施方式所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的區(qū)別在于，所述罐體12包括發(fā)酵物入口 10和發(fā)酵物出口 11， 所述發(fā)酵物入口 10位于接近罐底處，發(fā)酵物出口 11位于該發(fā)酵物入口 10的上方。所述發(fā)酵物入口 10和發(fā)酵物出口 11分別用于實現(xiàn)發(fā)酵料液的進出。
具體實施方式
十、本實施方式與具體實施方式
一至九任一實施方式所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的區(qū)別在于，控制器2采用可編程控制器PLC實現(xiàn)。
具體實施方式
十一、本實施方式與具體實施方式
一至十任一實施方式所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置的區(qū)別在于，該測量裝置還包括工控機1，所述工控機1通過串行通信接口與控制器2相連接。 本實施方式增加了工控機1，控制器2可以通過串行通信端口與工控機1進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)罐內壓力變化及各測量點數(shù)據(jù)的顯示，并通過人機界面顯示罐內各個參數(shù)，例如壓力信息、料位信息、貯氣膜圓弧信息、沼氣體積信息等。還可以根據(jù)連續(xù)測量獲得的上述各個信息繪制參數(shù)變化曲線等等。本實施方式中的工控機1內可以安裝上層控制系統(tǒng)WinCC，控制器2與該上層控制系統(tǒng)WinCC的界面之間進行數(shù)據(jù)交換。所述“上層控制系統(tǒng)WinCC”是一種西門子有限公司開發(fā)的工業(yè)自動化控制軟件，用于編制人機界面、控制系統(tǒng)的流程及各控制點的顯示和數(shù)據(jù)采集等功能。本發(fā)明不局限于上述個實施方式所述技術方案，還可以是上述個實施方式所述技術特征的合理組合。
權利要求
1.厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法，其特征在于，該測量方法的過程為通過壓力變送器監(jiān)測厭氧發(fā)酵罐內的壓力值，同時通過料位傳感器監(jiān)測厭氧發(fā)酵罐內的發(fā)酵沼液的料位高度；采用拉線料位計監(jiān)測貯氣膜的圓??；根據(jù)同一時刻測量獲得的上述各參數(shù)計算獲得厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的過程為首先，根據(jù)測量獲得的測貯氣膜的圓弧，以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積；然后，再根據(jù)獲得的氣體容積和厭氧發(fā)酵罐內的壓力值，計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的沼氣含量。
2.根據(jù)權利要求1所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法，其特征在于，所述根據(jù)測量獲得的測貯氣膜的圓弧，以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積的過程為首先，根據(jù)測量獲得的貯氣膜的圓弧以及罐體的直徑計算該圓弧與灌頂所形成的球殼空間的體積大小，進而獲得C氣膜內總的貯氣容積值；然后，根據(jù)罐體的直徑、罐體內高度和罐體內料位高度計算獲得罐體內的貯氣容積值；最后，將上述兩個貯氣容積值相加之后，獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積。貯氣膜是以厭氧發(fā)酵罐的灌頂為底的球殼形狀，在已知的罐體設計直徑的情況下，根據(jù)測量獲得的貯氣膜的圓弧計算該圓弧與灌頂所形成的球殼空間的體積大小，進而獲得貯氣膜內總的貯氣容積值。
3.實現(xiàn)權利要求1所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法的測量裝置，其特征在于，該測量裝置包括厭氧發(fā)酵罐罐體(12)、控制器(2)和數(shù)據(jù)采集單元(3)組成，所述數(shù)據(jù)采集單元⑶包括壓力測量裝置、壓力液位計(9)和拉線料位計(17)，所述罐體(12)的頂部密封固定有沼氣貯氣膜(14)，所述貯氣膜(14)與罐體(12)之間設置有與該貯氣膜(14) 形狀相同的保護網(16)，在該保護網(16)和貯氣膜(14)之間設置有拉線料位計(17)的拉線，所述拉線料位計(17)用于測量貯氣膜(14)的圓弧，并將測量獲得的圓弧信息發(fā)送給控制器(2)；壓力測量裝置用于測量罐體(12)內的壓力，并將測量獲得的壓力信息發(fā)送給控制器(2)；壓力液位計(9)用于測量罐體內發(fā)酵沼液的液面高度，并將測量獲得的液位信息發(fā)送給控制器(2)；所述控制器(2)用于根據(jù)同一時刻接收到的圓弧信息、壓力信息和液面高度信息計算獲得沼氣貯量信息。
4.根據(jù)權利要求3所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置，其特征在于，所述拉線料位計(17)的拉線的兩個固定點位于貯氣膜與罐體銜接處的罐體的一個直徑的兩端。
5.根據(jù)權利要求3所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置，其特征在于，所述控制器(2)用于根據(jù)同一時刻接收到的圓弧信息、壓力信息和液面高度信息計算獲得沼氣貯量信息的過程為首先，根據(jù)接收到的圓弧信息、液面高度信息以及厭氧發(fā)酵罐的罐體內徑、 罐體內高度計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的氣體容積；然后，根據(jù)獲得的氣體容積和接收到的壓力值計算獲得厭氧發(fā)酵罐內的沼氣含量。
6.根據(jù)權利要求3、4或5所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置，其特征在于，所述壓力測量裝置采用兩個壓力變送器(4、13)實現(xiàn)，所述兩個壓力變送器(4、13)均位于灌頂與貯氣膜相交的圓周上，并且所述兩個壓力變送器(4、13)相差180°。
7.根據(jù)權利要求3、4或5所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置，其特征在于，所述罐體(12)包括發(fā)酵物入口(10)和發(fā)酵物出口(11)，所述發(fā)酵物入口(10)位于接近罐底處，發(fā)酵物出口(11)位于該發(fā)酵物入口(10)的上方。
8.根據(jù)權利要求3、4或5所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置，其特征在于，控制器(2)采用可編程控制器PLC實現(xiàn)。
9.根據(jù)權利要求3、4或5所述的厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量裝置，其特征在于，該測量裝置還包括工控機(1)，所述工控機(1)通過串行通信接口與控制器(2)相連接。
全文摘要
厭氧發(fā)酵罐體沼氣貯量的測量方法及實現(xiàn)該方法的裝置，涉及測量領域，具體涉及到可再生能源領域的一種測量技術及測量裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有厭氧發(fā)酵罐容積測量方法中存在的測量效率低、測量準確性差的問題。所述測量方法是根據(jù)同一時刻測量獲得的罐內壓力、發(fā)酵沼液的料位高度、貯氣膜的圓弧、以及罐體直徑和高度計算獲得罐內氣體容積；進而獲得罐體內的沼氣含量。所述測量裝置采用拉線料位計測量罐體頂部的貯氣膜的圓弧信息，采用壓力測量裝置測量罐體內的壓力，采用壓力液位計測量罐體內發(fā)酵沼液的液面高度，控制器通過采集上述傳感器的測量信息，并計算獲得罐內沼氣貯量信息。本發(fā)明適用于工廠化高溫厭氧發(fā)酵沼氣工程中沼氣容積的測量處理。
文檔編號G01F22/02GK102155966SQ20111007850
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者徐曉秋, 李北城, 潘志魁, 趙孝文 申請人:黑龍江省科學院科技孵化中心