1 可控集箱式沼气系统的结构
可控集箱式沼气系统的结构，其主要由进料口、出料口、供热管道、太阳能加热设备、辅助加热设备、钢质沼气发酵池上盖等几个部分组成。
1.1 进料口
进料管下口上沿位于沼气池池体的1/3~1/2处，一般与沼气池池墙的夹角为30º左右。进料口口径定为800mm×800mm，100 m³规模时1个，200 m³规模时2个，300 m³规模时有3个这样的进料口。
1.2 出料口及水压间
(1) 出料间。出料口管道开口于烟气室的下面，口径大小为600mm×1000mm(100 m³规模时)。能够容一个人通过，这样便于维修人员的出入。出料间的大小设计为2800mm×2800mm×2500mm。并且，出料间的地平面应低于出料口平面大约200。这样有利于料液的排出。出料口的设计原则是清理沼渣简单方便，可利用污泥泵直接从出料间底部抽出池底沼渣。平时，小出料时也可利用手工方式直接从出料间出料。
(2) 水压间。水压间的容积以能容纳最高产气量时排出的水液为准，一般不小于主体容积的10%，水压间上部设有溢流槽，在沼气池产气过多时自动排出高位口的沼液，达到限制最高压力的目的。水压间设在大棚的外面，上面盖有水泥预制盖以防人、畜不小心掉入。
1.3 猪场养殖场区
猪栏结构的大小可根据养殖规模的大小确定，为了有利于粪便及冲洗水顺利流入沼气池，猪栏地面可适当有一个坡度（2º），人行道设计1m宽，这样可以使饲养人员及运料车通过。
1.4 预加热发酵池
预加热发酵池结构，100 m³规模时其体积大约为4×5×1.5（即30 m³），300 m³规模时其体积大约为5×6×2（即60 m³），池壁厚度为一砖墙，即240mm。预加热发酵池的上部有一个20º的倾角，上面覆盖有塑料薄膜，可利用太阳能对料液进行加热，从而达到预加热的目的。需要进料时，打开阀门料液即可流入沼气池，进完料后关闭阀们即可。
1.5 浮罩变容湿式集气罐
钢制储气浮罩以导向轮沿纵向导轨在水泥池内的水中上下浮动，浮罩重量和配重提供一定的沼气出口压力，压力一般为1.5~3.0kPa(153~306mmH2O).当储气罐内沼气过量时，多余的沼气从安全罩排出。
浮罩变容湿式集气罐的优点是沼气压力比较稳定，有利于燃烧器燃烧，可靠性好，容积可大可小；其主要缺点是占地面积大，投资费用高。运行实验结果表明储气罐容积以日供气量的50%~60%为宜。
1.6 太阳能加热与辅助加热设备
加热设备由太阳能加热系统（包括钢材骨架、塑料薄膜等组成）和辅助加热设备（包括供热管道、加热室、烟囱等组成）两大部分组成。一般情况下，主要依靠太阳能加热系统调节厌氧发酵工艺所需的温度，实现厌氧发酵正常进行。
(1) 太阳能加热系统的工作时，太阳短波能进入塑料温室大棚内，经地面辐射变为长波能而被塑料薄膜阻挡在大棚内，于是使温室大棚内的温度不断升高。涂有特制高吸收率黑色镀膜层的沼气池上盖吸收进入温室内的太阳能，而使发酵液温度增高，提高产气率。当环境温度过低时，太阳能加热系统不能够满足沼气发酵所需要的温度时，需启动辅助加热系统，以保证厌氧发酵正常进行。
(2) 辅助加热系统主要由加热炉和供热循环管道两大部分组成，即分别由循环水泵、加热炉、管道及阀门等组成，经联结后构成一个相对独立的沼液循环加热系统。辅助加热系统的工作原理是依靠循环水泵把新鲜沼液从出料间吸入加热炉内的加热水套，再利用循环管道把加热后的沼液从各个发酵单元的金属顶壳送入沼气发酵池内，形成了沼液辅助加热的内外循环系统，从而加热发酵液，提高发酵温度。同时，还起到了搅拌发酵料液的目的，保证了发酵工艺的高效运行。
辅助加热系统的运行工艺是在沼液出料口设抽液管道，安装在循环泵进口，再由循环泵出口管道上安装阀门1个阀门2。打开阀门1关闭阀门2，料液可直接排出出料口；关闭阀门1打开阀门2，料液可经过加热炉加热水套，通过管道经过回液阀可直接进入沼气池，同时也可以调节回液阀控制管道内各段流量，这样不断的连续循环加热沼液，均匀的搅拌沼液，提高沼气池内沼液温度。同时，通过用沼液循环搅拌提高了发酵原料的产气率。沼液分流器主要作用是把池底的新进沼渣，用液流动力向沼气池中间推进，使发酵原料布局更加均匀。
1.7 沼气池池体
沼气池池体的规格为18000mm×2800mm×1500mm。沼气池的底部墙根沿纵深方向用半径r=300mm的圆弧过渡，这样可以避免形成死角，有利于沼液的排出。而且，沼气池底部地面设计成斜度为1：50的一个斜面，这样有利于底部沼渣从进料口移动，有利于沼渣的排出。
沼气池上盖用3mm厚的碳素钢板制成，钢板传热效果好，并且也减少了热胀冷缩对系统造成的破坏，克服了以往砖砌上盖沼气发酵池的一些弊端。为了增强沼气池上盖吸收太阳光的能力，可在上盖外表面涂上一层阳光吸收率较高的特制黑搪瓷吸收涂层。材料应具有较高的抗压强度和抗弯能力，抗腐蚀性应较好，为了增强沼气池上盖的使用寿命，在上盖的内表面涂上一层黑搪瓷或特制的防腐剂。
安装导气管时应靠近沼气池内部一端，不能与供顶面平齐，而应多出10~20mm，这样可以减少水分带入输气管道。
2 可控集箱式沼气系统的运行性能试验
可控集箱式沼气系统40 m³规模的应用示范工程于2003年6月在河南省孟州市小仇镇的生态农业示范区内建成并投入运行，300 m³规模的应用示范工程于2004年5月在河南省社旗县农业科技园内建成并正式运行。本文于2003年6月10日至2004年6月9日对40 m³规模可控集箱式沼气系统的运行性能进行了历时1年的试验研究.
两个不同规模示范工程的运行试验结果表明，可控集箱式沼气系统不但经济效益显著，环境效益也十分明显，消除了粪便堆放引起的蚊蝇滋生，因而大大减少了各种畜禽的传染疾病，同时，避免了高浓度粪便污水流入农田、鱼塘而造成粮食减产、鱼类死亡等损失。
3 经济效益分析
3.1 初期一次性投资费用与年支出费用
可控集箱式沼气系统（300 m³规模）初期一次性投资费用155100元，循环水泵功率15kw，沼气池每20天出料一次，一年按360天计算，每年需出18次料，其年运行支出费用共27000元。
3.2 生产效益
(1)沼气的年收益
该系统年平均池容产气率为0.8 m³·（m³·d）﹣¹，每立方米售0.8元，各年的产量大致相等，40 m³的沼气池年产气量为86400 m³，沼气的年收益为69120元。
(2)减免排污费的效益
据我国排污收费标准，该猪场的污水如果不进行综合处理，按每吨水收费0.90元计算，年排放污水1290吨，年应交纳排污费1161元，项目实施后，按照该方案，减免的排污费为1161元。
3.3 工程寿命期间的净现值及静态投资回收期
假设近些年物价水平稳定，每年的净现金流入于净现金流出变化不大，并且第一年投资未见效益。 该系统建设费为155100元，每年运行费用为27000元，每年的收益为69120元，每年减免的排污费为1161元，工程使用寿命为15年，工程寿命期间的净现值为183530.5元，静态投资回收期为3.58年。
结果表面，可控集箱式沼气系统具有很好的财务盈利能力里和较快的投资回收能力。同时，可控集箱式沼气系统不仅具有沼气和减免排污费的年直接经济收益，而且由于可控集箱式厌氧发酵装置生产出的沼液（渣）质量稳定，利用研制的沼液（渣）加工利用设备和工艺技术，进一步加工成生物农药和有机肥料，利用这些农药和肥料，生产出无公害的农产品，提高沼气副产物的经济附加值，真正实现沼气技术的产业化和生态化，形成以沼气技术为纽带的新的农村经济增长点，使农民增产增收，改善生态环境，保证农产品安全生产，促进我国生态农业的持续发展。
4 结束语
该系统是一种适合于大中型养猪场的可控集箱式沼气系统，主要创新点在于：1.每个单元10 m³，可根据养殖规模组装成50 m³，100 m³，200 m³，300 m³，500 m³等不同规模的厌氧发酵工程，安装与施工质量易于保证，运行管理规范，且工程投资明显低于传统的大型沼气工程。2.厌氧发酵装置的结构设计采用具有自主知识产权的国家发明专利技术，下部为钢筋混凝土水泥池，上部为拱形钢结构上盖，钢盖内表面采用具防腐涂层，延长设备使用寿命，钢盖外表面涂有太阳光高吸收率的黑色镀膜，不仅增加了太阳能吸热量，提高了厌氧发酵温度，实现了粪便厌氧发酵工艺要求的主要参数可控性，保证了粪便厌氧发酵工艺的稳定性和沼液（渣）质量，同时大大提高了沼气产气率。3.厌氧发酵装置采用独特的太阳能加热与外循环辅助加热搅拌设备，解决了传统大中型沼气池冬季发酵温度低、容积产气率低以及产业化问题，运行成本低，经济效益高，生态效益好，是实现畜禽粪便污水生态化和资源化处理的一条新途径。4.采用预加热发酵池技术，能够储存粪便并使其完成预加热发酵。5.系统的成套设备采用工厂化生产，安装方便，密封性好，便于维护及维修。6.可控集箱式沼气系统具有很好的财务盈利能力和较快的投资回收能力。