《太阳能玻璃钢沼气池的设计与性能试验》.pdfVIP

河北科技师范学院学报第22卷第2期，2008年6月 HebeiNormal of V01．22No．2 2008 of Science＆TechnologyJune Journal University 太阳能玻璃钢沼气池的设计与性能试验 石 磊，郑玉才，邓春岩，陈立东，马淑英，张 亮，郑立新 河北科技师范学院机械电子系，河北秦皇岛，066600 摘要：沼气池内的温度对沼液发酵产气起着重要的作用。为了消除气候对发酵的影响．提高冬季沼气产量， 依据北方地区生产实践研究设计出一种新型太阳能玻璃钢沼气罐，结合目前国际上先进的玻璃钢罐螺旋工 艺技术，采用分体结构，并用太阳能热水循环系统提高玻璃钢沼气池的罐体温度，有效地提高产气率。 关键词t太阳能；玻璃钢；沼气池；热水循环系统；设计 中图分类号：S511．01 文献标志码：A 文章编号：1672．7983 2008 02-0054-04 沼气作为一种清洁能源，越来越为社会所接受，农村户用沼气池被作为新农村建设的重点工程，被 列入第十一个国民经济和社会发展五年规划纲要。目前推广的沼气池主要以混凝土沼气池结构为主， 存在建池周期长，建池质量难以得到保证，沼气池的产气率和原料利用率低，冬天难以实现正常产气，综 合性能不高等诸多问题…，难于形成商品，成为形成和培育沼气产业的瓶颈，影响了沼气池的推广速 度。采用玻璃钢结构建造的沼气池，具有强度高、耐酸碱、抗老化、重量轻、无渗漏、施工简单等优 点H．，1；虽然目前部分地区已经有了成型的玻璃钢沼气池产品，但都没有很好的解决北方冬季产气问 题。为此，笔者设计了一种具有太阳能热水循环加热系统的分体式玻璃钢沼气池，该沼气池由太阳能系 统和玻璃钢沼气罐体两部分组成，采用保温材料在罐体外设保温层，罐体内壁嵌入PVC导热管作为水 循环管路，利用风动力将太阳能热水不断循环到罐内，增加沼液温度，能较好的解决北方冬季产气问题。 1玻璃钢沼气池的总体结构 rnm。容积为6 玻璃钢沼气池为曲流布料沼气池，罐体半径为1．13m，罐体总高2．2m，壁厚4 m3； m m x0．4x0．7 沼气罐出料口外形尺寸为0．4 m；产气率为0．25m3／[m3·d]，一15一-5℃环境条件 下，罐内沼液温度I 25oC；主要应用于华北地区，发酵原料为动物粪便及秸秆，同时在沼气池的设计中 增加了太阳能增温装置，根据正常贮气量为日产气量的50％，可设计出水压间的容积为1m3这样正常 运转情况下就能与之相适应。 罐体的结构如图1所示，由出料口、人料口及 水压间罐体上、下半球及太阳热水循环管路组成。l 3 罐体上下半球用螺栓连接，并在上下半球连接面 和螺栓两头的外表面上涂上与玻璃钢的机体材料 相同的聚酯树脂，同时起到密封和防锈的效果。 导热装置内嵌在玻璃钢罐体下半球夹层内，并填 人聚酯树脂，增强罐体的强度及导热性。 2玻璃钢沼气池罐体的设计 2．1玻璃钢沼气池罐体的受力分析 图I罐体结构简图 玻璃钢沼气池处于工作状态时，对罐体上、下 l出料口。2罐体上半球，3人料口及水压间， 半球进行受力分析。罐体上半球受力分析如图2 4热水循环管路，5罐体下半球 所示，罐体下半球受力分析如图3所示H】。 基金项目：河北省2006年科学技术研究与发展指导计划项目 课题编号：0座机电话号码 。 收稿日期：2008-04．10；修改稿收到日期：2008-05-29 万方数据 4期 石磊等太阳能玻璃钢沼气池的设计与性能试验 55 pl p2 p3 P4 p5 q。：自重载荷，吧：覆土载荷， P．：料液载荷，P：：气压载荷，P，：池底自重载荷， 啦：地面活载荷，q4：气压载荷 P4：地基反力，如：地下水浮力 图2作用于罐体上半球的载荷简图 图3作用于罐体下半球的载荷简图 2．2玻璃钢沼气池罐体的壁厚 罐体作为压力容器承受内压力作用时，在壁上将产生2个相互垂直的主应力，它们是环向应力和径 向应力。因罐体的壁厚与其内经D的比值小于1／20，所以沼气池罐体可以按照薄壁压力容器计算，参 X105 照国家标准，设计时要求罐体满足内压2×105Pa，外压1 Pa下不破坏为条件。 球形罐体壁厚【51为： PR … ‘≥而丽丁 1 度下所用玻璃钢的环向许用拉伸应力 N／cm2 。 经计算，球形罐体的壁厚应大于3．2mm，本设计取4mill。 2．3玻璃钢沼气池罐体的强度校核 在对玻璃钢沼气池罐体上下半球进行校核时，分别求出载荷单独作用时的应力值，最后进行叠加， 沼气池某一截面的应力值并不是所有载荷同时作用时最为不利，因此，对于不同部位应有不同的组 △[6】 口 。 对于罐体上半球的径向应力而言，空池状态为最不利情况，此时的载荷为：池盖自重 q， +覆土载 荷 9