高寒地區家用沼氣發酵罐的實用性改進研究

宋佩哲

摘 要：主要是針對我國東北地區冬季惡劣的氣候條件而提出的對于發酵罐罐體結構的適用性改進。介紹了相對于舊式發酵罐的改進與罐體關鍵部位的設計方案。經試驗表明，該設計方案可基本達到家庭自給自足的標準。

關鍵詞：高寒地區;家用;沼氣發酵罐

中圖分類號：S216.4 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.009

0 引言

中國既是糧食生產大國，也是秸稈生產大國。然而，長期以來中國只注重農作物的果實而忽視農作物的秸稈利用。中國每年生產超過 5 億 t 糧食，秸稈理論資源量超過8億t。[1]素以“大糧倉”之美譽的東北，是我國重要的商品糧基地，糧食產量在 2017 年就達到11 875 萬t，約占全國 19.2%（國家發改委，2018）。[2]這些秸稈不到 1/3 實現了還田，秸稈肥料化利用率不足 20%，被焚燒或廢棄的秸稈達 20%以上。秸稈燃燒會造成嚴重的霧霾，產生大量有毒有害氣體，危害人體健康，且極易引發火災。[3]并且由于秸稈綜合利用的出口不暢，加之受農戶傳統生產生活習慣的影響，秸稈違規露天焚燒的現象屢禁不止、愈演愈烈。2017 年春秋兩季，哈爾濱市周邊共出現疑似火點1731處，10 月 18 日至 20日黨的十九大召開期間，因秸稈焚燒致使全市持續出現重度及以上污染天氣，空氣質量長時間“爆表”。[4]但是受限于地方氣候因素，利用秸稈生產生物能源的方案在東北地區的冬季或是無法實行或是效能低下無法滿足基本的使用要求，影響了農戶使用秸稈沼氣的積極性。

1 結構方案設計

為了實現沼氣發酵罐在我國東北地區的家用化，該沼氣發酵罐選擇采用較小的罐體，以適應我國東北地區冬季在滿足農戶自家使用并使其可以被安置在室內，既方便了罐體的管理也有利于沼氣的使用，并在結構上整合改進便于操作。

（1）整體結構：該裝置由外罐、內罐、頂蓋、螺旋攪龍以及粉碎刀與破殼刀構成，破殼刀以及粉碎刀以單向軸承連接在傳動軸上，既可以保證在使用破殼功能時不會影響到粉碎刀，又能保證在使用粉碎功能時不會影響到破殼刀。

（2）整體控制：罐體內設置有溫度、壓力以及水位傳感器來獲取罐體內各項指標的數據。在內罐壁上由上到下設置有數個溫度傳感器監控發酵物的溫度情況，當上下溫差達到一定數值時，螺旋攪龍啟動，對物料進行攪拌，當溫度數值整體低于一定數值時，電熱器啟動，對整個罐體進行加熱;當壓力傳感器下降且溫度傳感器示數并未低于標準范圍時，傳動軸啟動破殼刀對物料進行破殼;水位傳感器監控水位保持在一個適合的范圍上。

2 整體結構設計

高寒地區家用沼氣發酵罐由內外雙層罐體、螺旋攪龍、破殼刀與粉碎刀等部件組成，可實現在我國東北地區冬季正常供給農戶自家沼氣達到自給自足。高寒地區家用沼氣發酵罐整體設計方案如圖所示。

下面結合附圖對本實用新型實施方案進行詳細描述。一種高寒地區家用沼氣發酵罐，在外桶體內部套配安裝內桶體，在外桶體內側壁面與內桶體外側壁面之間部位處從外至內依次安裝保溫層和電熱器，在外桶體和內桶體的上端部密封安裝帶有沼氣出口和加料閥的上蓋，在內桶體腔內的上側部位和下側部位分別固裝桿式支撐安裝架，螺旋葉片式攪龍軸總成立向配置且可轉動的配裝在上、下部位的桿式支撐安裝架上，在螺旋葉片式攪龍軸總成上側部從上至下依次通過單向軸承A和單向軸承B分別安裝粉碎刀盤和破殼刀盤，粉碎刀盤位于上側部的桿式支撐安裝架的上方，破殼刀盤位于上側部的桿式支撐安裝架的下方，粉碎刀盤的旋轉方向與破殼刀盤的旋轉方向相反，在上蓋上方配裝電動機，電動機與螺旋葉片式攪龍軸總成連接，在內桶體和外桶體的底端部配裝排料閥。

作業使用時，打開加料閥，根據需要將農作物秸稈和糞便按比例從加料閥加入到內桶體內，在充填加料過程中，旋轉的電動機通過螺旋葉片式攪龍軸總成和單向軸承A帶動粉碎刀盤轉動，此時破殼刀盤不轉動，連續完成對加入的農作物秸稈和糞便的粉碎加工;物料加滿后，關閉加料閥，開啟電熱器使內桶體內的物料升溫、發酵，在發酵過程中，根據物料狀態，可開啟電動機反向旋轉，通過螺旋葉片式攪龍軸總成和單向軸承B帶動破殼刀盤轉動，此時粉碎刀盤不轉動，在螺旋葉片式攪龍軸總成對物料進行攪動和上下翻動的同時，破殼刀盤對結殼物料進行破殼作業，以保證發酵質量和沼氣產氣效率。當沼氣產量可以滿足使用時，可停止電熱器的加熱工作;產出沼氣由沼氣出口輸出;當內桶體內的物料需要更換時，打開排料閥，在反向轉動的螺旋葉片式攪龍軸總成配合下，即可完成清桶排料作業。

3 結論

本文主要是根據目前我國東北地區沼氣發酵罐實際存在的問題與局限，設計研制的小型家用沼氣發酵罐，用以解決大型沼氣發酵罐、發酵池受限于地理氣候環境的問題。經測試，其效率可達到華北地區使用的大型水泥罐體發酵罐冬季效率的80%～85%，已足夠支持我國東北農戶家庭自給自足。

參考文獻：

[1]朱立志，馮偉，邱君.秸稈產業的國外經驗與中國的發展路徑[J].世界農業，2013（3）：114-117.

[2]張偉明，陳溫福，孟軍，等.東北地區秸稈生物炭利用潛力、產業模式及發展戰略研究[J].中國農業科學，2019，52（14）：2406-2424.

[3]王后晴. 提高秸稈綜合利用率的建議[N]. 中國縣域經濟報，2019-08-19（006）.

[4]韓卓，宋穎，王彥文.哈爾濱市做好秸稈禁燒和綜合利用的對策研究[J].哈爾濱市委黨校學報，2019（4）：59-63.