最新大中型沼气工程初步设计.docx
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最新大中型沼气工程初步设计
19、在ISO/OSI参考模型中，网络层的主要功能是__B___。
工资>1000AND（职称="教授"OR职称="副教授"）
A.RELEASEALLB.CLEARALLC.CLOSEALLD.CLEARMEMORY
y="壹贰叁肆伍陆柒捌玖"
【答案】D
fori=0to999
b=t
A.属于数据定义功能B.属于数据查询功能
D.OOP工作的中心是程序代码的编写
A.对视图的使用与表一样，也可以进行插入、查询、删除、修改操作目录
第1章总说明
1.1项目名称
山东万得福实业集团有限公司大中型沼气工程
1.2建设单位
山东万得福实业集团有限公司
1.3建设地点
山东省垦利经济技术开发区
1.4工程模式
能源生态型
1.5建设年限
一年
1.6建设目标
总投资425.896万元建设沼气工程，将养殖场产生的粪污冲洗废水转化为沼气、沼液、沼渣。
沼气用来炊用、户用或制成沼气成品等其他用途；粪便及产生的沼渣经加工制成有机肥成品；沼液经处理后达标排放，最大限度提高能源和资源的利用率，实现污染物的“零排放”，改善山东省东营市垦利县及周边农业生态环境，提高农业综合生产能力和经济效益，改善能源供应结构，减少化肥和农药的使用量，提高产品品质和产量，实现社会、经济和环境的协调发展。
1.7建设内容与规模
1.7.1养殖规模及原料来源、数量
山东万得福实业集团有限公司每天产生牛粪25吨，粪污水55吨。
具备充足的发酵原料。
1.7.2建设规模
建设600m3CSTR厌氧反应池2座及250m3柔性气柜2套。
年处理粪污19800吨。
年产沼气35.04万m3，用于厂区内的供暖和户用。
年产固体有机肥806吨，液体有机肥19268.9吨，作为生态农肥施于农田。
1.7.3主要设施
1.预处理单元：
格栅渠：
3.0m×0.5m×0.7m，数量1座
调粪池：
3.0m×2.7m×2.2m，数量1座
折流沉砂渠：
2.6m×2.2m×0.8m，数量1座
调节池：
3.0m×3.5m×3.5m，数量1座
2.沼气生产单元：
CSTR发酵罐（600m3）：
Φ9.2m×9.2m，数量2座
3.沼气、沼液存储单元：
柔性气柜（250m3）：
Φ9.2m×5.3m，数量2座
沼液池：
上边：
10.0m×10.0m
下边：
7.0m×7.0m
高：
2.8m，数量1座
4.沼气净化单元：
沼气净化间：
4.2m×3.6m×3.0m，数量1间
5.有机肥加工单元：
沼渣浓缩池：
4.5m×4.5m×4.5m，数量1座
好氧发酵槽：
60m×6.0m×1.6m，数量1座
固液分离间：
5.1m×4.2m×3.0m，数量1间
有机肥加工车间：
36m×10m×4.0m，数量1间
6.辅助生产生活设施：
锅炉房：
6.0m×5.1m×4.5m，数量1间
值班室：
4.2m×3.6m×3.0m，数量1间
1.7.4沼气利用表
沼气利用表
序号
项目名称
年用气量（m3）
用气占年总用气量的比例（%）
备注
1
500户户用
310250
89%
500户每天炊用所用沼气量比较稳定，大约850m3/天。
2
厂内生活用气
36500
10.42%
厂内每天的生活用气量比较稳定，大约100m3/天
3
锅炉燃烧
3650
1.04%
500户户用和厂内生活用气每天的用气量比较稳定，每天剩余的沼气全部用于锅炉燃烧。
4
年总用气量
100%
用气和产气达到供需平衡
5
年总产气量
350400
6
年沼气余量
0
1.8设计目标
1.8.1技术指标：
年平均产气量：
960m3/d
反应池有效容积产气率：
0.5～1.2m3/（m3·d）
进料浓度：
8%～10%
发酵温度：
35±2摄氏度
停留时间：
20～25天
1.8.2经济指标
总投资：
425.896万元
运行成本：
41.9万元/年
1.9工艺流程
采取以“预处理+CSTR”为核心的处理工艺。
1.10工程投资
本项目总投资425.896万元，其中包括土建投资87.450万元；仪器设备投资270.542万元；工程其他费用67.904万元。
1.11资金筹措方案
中央预算内投资100万元，省投资25万元，市县投资80万元，企业自筹220.896万元。
1.12占地面积
工程占地面积约2000m2。
1.13劳动定员
运行需定员2人。
1.14建设工期
一年
第2章工艺技术方案
2.1工艺设计依据
2.1.1相关国家法律、法规和政策
（1）《中华人民共和国环境保护法》
（2）《中华人民共和国水污染防治法》
（3）《中华人民共和国水污染防治法实施细则》
（4）《中华人民共和国可再生能源法》
（5）《中华人民共和国畜牧法》
（6）《畜禽养殖污染物防治管理办法》
（7）《中华人民共和国农业技术推广法》
（8）《中华人民共和国电力法》
（9）《中华人民共和国节约能源法》
（10）《中华人民共和国循环经济法》
（11）《资源综合利用条例》
（12）《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》
（13）《中共中央国务院关于积极发展现代农业扎实推进社会主义新农村建设的若干意见》
（14）《全国生态环境保护纲要》
（15）《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》
（16）《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》
（17）《“十一五”资源综合利用指导意见》
（18）《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》
2.1.2相关规范与标准
（1）《沼气工程技术规范》（NY/T1220-2006）
（2）《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
（3）《给水排水设计手册》
（4）《环境工程设计手册》（水污染防治卷）
（5）《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）
（6）《中、小型集约化养猪场建设的国家标准》（GBT17824.1-1999）
（7）《有机认证标准-畜牧生产》
（8）《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）
（9）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
（10）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
（11）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
（12）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
（13）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
（14）《工业与民用建筑供配电系统设计规范》（GB50052-19）
（15）《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）
（16）《金属焊接结构湿式气柜施工及验收规范》（HGJ212-83）
（17）《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33-89）
（18）《有机肥料标准》（NY525-2002）
2.1.3其他依据
1.山东万得福实业集团有限公司提供的用户资料；
2.同行业、同工艺工程实例见表2-1.
表2-1工程实例
沼气工程
厌氧反映器容积（m3）
贮气柜容积（m3）
内蒙古大力神牛业
400CSTR（1座）
2001座
北京市顺义区北郎中村沼气工程
500CSTR（1座）
2501座
2.2工艺设计原则
2.2.1技术先进性、可靠性和适应性原则
（1）根据山东万得福实业集团有限公司实际情况，选择最先进的工艺方案。
（2）根据当地的实际情况，选择有成功案例的工程方案，确保工程可以长期稳定运行。
（3）根据业主经济条件和操作人员技能水平，选择最适宜的方案，便于实际运行和维护。
2.2.2经济效益最大化原则
（1）在保证技术先进性的基础上，优化工艺和各个单元设计，降低一次性投资，确保最佳性价比和最短的投资回收期。
（2）遵循循环经济理念，对整个场区进行能流、物流分析和设计，确保沼气工程为企业带来整体最大效益。
2.2.3环境和社会效益最大化原则
（1）对产品（沼气、沼渣、沼液）进行充分利用，并注重外观设计和绿化美化，使站区与场区总体环境协调统一。
（2）设计和实施过程中遵守国家及地方有关法律法规和产业政策，保证工程符合地方环境、经济和社会发展规划，工程建成后给附近农户供气，并发挥示范作用，带动地方经济和社会发展。
2.3工艺技术方案选择
2.3.1主要工艺简介
（1）升流式厌氧污泥床（upflowanaerobicsludgeblanket，简称UASB）
UASB使目前发展最快的消化器，其特征使自下而上流动的污水流过膨胀的颗粒状的污泥床。
消化器分为三个区，及污泥床、污泥层和气-固分离器，分离器将气体分流并阻止固体漂浮和冲出，使MRT比HRT大大增长，产甲烷效率明显提高，污泥床区平均只占消化器体积的30%，但80%——90%的有机物在这里被降解。
该工艺将污泥的沉降和回流置于一个装置中，降低了造价。
在国内外已被大量用于低SS废水的处理，如废酒醪滤液、啤酒废水、豆制品废水等。
而对于ss浓度高的，则很易引起三相分离器的堵塞，导致反应器失效。
该工艺的优点如下：
（1）除气/固分离器外消化器结构简单，没有搅拌装置及填料；
（2）长的SRT及MRT使其实现了很高负荷率；
（3）颗粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工艺的稳定性；
（4）出水SS含量低；
（5）适用于低SS含量废水的处理。
缺点是：
（1）需要安装气/固分离器；
（2）需要有效的布水器，使进料能均匀与消化器底部；
（3）进水要求低SS含量；
（4）在高水力负荷或高SS负荷时易流失固体和微生物，运行技术要求较高。
（2）升流式厌氧固体反应器（upflowanaerobicsolidreactor，简称USR）
USR反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，产气率视温度不同在0.4～1.2之间。
沼渣沼液COD浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般用于农田施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型沼气工程工艺。
采用USR工艺产生的沼气如进行热电联产（CHP），热能输出部分可满足20℃左右原料的升温要求，在我国北方地区的冬季，自身热量无法满足运行要求，需要使用锅炉或其它能量进行加热。
（3）污泥床滤器（UBF）
它是将UASB和厌氧滤器结合为一体的厌氧消化器。
其下部为污泥床，上部设置纤维填料。
由于附着于纤维填料上的生物膜补充了污泥床上部微生物的不足，所以效益较高。
但每立方米填料价值300～500元，使工程造价上升。
顺义肉联厂的屠宰废水处理采用UBF工艺。
它对低浓度低悬浮固体污水的厌氧消化效果较好。
用于高浓度高悬浮固体废水处理易产生堵塞。
（4）完全混合式厌氧消化器（completestirredtankreactor，简称CSTR）
全混合式消化器是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，与常规消化器相比使活性区遍布整个消化器，其效率比常规消化器有明显提高，故名高速消化器。
该消化器长采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理，如污水处理厂好氧活性污泥的厌氧消化过去多采用该工艺。
在该消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。
该消化器时典型的HRT、SRT和MRT完全相等的消化器，为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求HRT较长，一般要10～15天或是更长的时间。
中温发酵时负荷为3～4kgCOD/（m3.d），高温发酵为5～6kgCOD/（m3.d）。
产气率视原料和温度不同在0.8～5.0之间。
沼渣沼液COD浓度和TS浓度含量高，一般不经固液分离即可直接用于农田施肥，是典型的能源生态型沼气工程工艺。
采用CSTR工艺产生的沼气如进行热电联产（CHP），热能输出部分可满足大部分北方地区冬季的原料加热要求，不需外来能源加热。
全混合式消化器的优点是：
（1）可以进入高悬浮固体含量的原料；
（2）消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；
（3）消化器内温度分布均匀；
（4）进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低浓度水平；
（5）避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象；
（6）易于建立数学模型。
2.3.2一体化设备简介
德国、丹麦、荷兰等发达国家的沼气工程装备已达到设计标准化、产品系列化、生产工业化，质量得到有效控制。
工程装备的组装技术也达到模块化、规范化。
其大型厌氧消化装置（容积为2000-5000m3）为圆柱型立式罐，多为钢结构（Lipp罐居多），小型厌氧消化装置（容积在200-1500m3）多为圆柱型立式罐、钢结构或钢筋混凝土结构。
二级厌氧消化装置（立式罐）顶部常常装有双膜储气罩，构成了发酵、储气一体化装置，既节省了单独设计储气装置的费用（比分体式降低15%左右）和占地面积，又解决了在寒冷地区冬季储气装置水封防冻的问题，丹麦一体化设备如图2-4。
在德国，建设沼气工程以获取能源为主要目的。
这种采用作物和粪便两种原料进行混合发酵的沼气工程在德国得到快速发展。
由于混合发酵原料SS含量和TS浓度都比较高，适合采用全混合厌氧反应器。
从采用的反应器类型看，约90%为立式全混合反应器，少数采用卧式反应器，主要用于含沙和纤维量高的原料，而且受结构限制，此类反应器的容积一般低于300m3，还有不到10%的工程采用两种反应器联合应用的方式。
随着材料技术的发展，一些工程采用了将发酵罐和储气柜一体化的设计，即在反应器的上部安装双层膜用以储存沼气，见图2-5和图2-6。
德国LIPP公司不仅开发了LIPP卷罐技术，还开发了沼气发酵和沼气储存为一体的罐体。
拼罐厌氧消化罐
双层膜干式储气柜
2.3.3厌氧储气一体化发酵设备的优势
将自有技术普通碳钢厌氧罐与柔性气柜相结合，对其优点从结构、经济性和推广度三方面进行分析。
1、结构
厌氧罐采用钢板焊接。
顶部换作柔性气柜后，搅拌机可改为侧入式搅拌，使罐顶不再是承重构件。
柔性气柜的优势在于可增强发酵池有效容积，提高产气率；保证供气压力平衡，有利于沼气使用和厌氧罐结构稳定；碳钢导热系数29W/（m℃），PVC膜材导热系数0.42W/（m℃），PVC膜材导热系数远低于碳钢，无需保温，重量小，可折叠，运输方便。
罐体防腐的工程做法：
将所有粗糙的焊缝、表面的棱角磨圆并清除焊接时的溅熔物，清除掉表面的油脂、油污和其它污染物，表面喷砂处理达到ISO标准Sa2.5级或电动工具除锈S+3级。
罐体内部采用环氧煤沥青漆，底漆一道，面漆两道。
罐体外部采用红丹防锈漆防腐，涂刷两道。
2、经济性
采用厌氧储气一体化发酵设备比现有技术节省成本18.6%左右，占地节省9%，且工期可节省一半。
3、推广度
目前的小型沼气工程普遍存在投资高，收益低的问题，导致小型沼气工程很难建设和发展，基本靠国家资金扶持或直接被放弃。
若将设备标准化、规范化、成套化，其中的关键设备——沼气产生与收集设备产品化，批量化生产可使设备成本降低，设备一体化可使土建费用减少，标准化可使工期缩短。
可将厌氧发酵与储气一体化设备、预处理粉碎机、搅拌机、脱硫罐、气水分离器等均设备化，施工时只需按定好的位置布管布线，大大提高了施工速度，降低了施工难度。
工程完成后，业主可通过简单的操作完成沼气工程的运行与维护，不需投入过多的人力物力，也不需很高的技能水平。
具体几种工艺的比较见表2-2。
表2－2 常用厌氧发酵技术的比较
序号
类别
CSTR
UASB
USR
一体化设备
1
原料范围
所有类型
有机原料
高COD污水
各类畜禽粪便
所有类型
有机原料
2
原料TS浓度
5～13%
<2%
3～5%
5～13%
3
应用区域
全国各地
中部、南部
中部、南部
全国各地
4
水力停留时间
10～30天
1～5天
8～15天
10～30天
5
单位能耗
低
高
中等
低
6
单池容积
300-3000m3
200-3000m3
200-2000m3
300-1000m3
7
操作难度
中等
易
中等
中等
8
产气率
0.8～5.0
0.3～0.8
0.4～1.2
0.8～1.0
9
经济效益
较高
中
高
较高
10
沼液处理难度
易
易
难
易
经过以上对比分析，几种工艺各有所长
UASB在国内外已被大量用于低SS废水的处理，如废酒醪滤液、啤酒废水、豆制品废水等。
而对于SS浓度高的，则很易引起三相分离器的堵塞，导致反应器失效。
由于废水悬浮物SS比较高，COD浓度相对较高，所需要较高负荷，选择全混式厌氧反应器（CSTR）是较为合适的，有利于节约投资；较长的水力停留时间也有利于粪便污物的分解与消化，沼气的产量也相对稳定，同时，更有利于项目的顺利实施与运行管理。
本工程拟选用CSTR工艺，采用气柜、发酵罐一体化结构。
2.3.4工艺选择
1.工艺选择原则
（1）根据业主的经济条件和投资目的，养殖场的地理位置、处理规模和粪污特点；
（2）地方政府的要求和业主的实际操作水平
（3）采用先进、成熟、运行可靠的沼气工程技术，适应企业的发展；
（4）在保证沼气工程达到设计要求的前提下，尽量减少投资和运行成本；
（5）设备质量优良可靠，确保运行稳定，具有良好的性价比，创建“放心工程”；
（6）沼气系统力求操作管理简便，降低劳动强度。
2.工艺选择
本工程主要原料禽粪，工程地处山东，需要考虑冬季运行费用问题，适合选用进料TS浓度较高且原料中粗纤维对工艺无影响的CSTR工艺，为了满足冬季运行的能量要求，考虑用锅炉对反应器进行加热。
2.3.5本项目工艺特点
1、预处理部分设置格栅渠、调粪池、折流式沉砂渠、调节池，对粪便进行搅拌调节处理。
预处理工艺一是保证了CSTR一体化设备内的物料浓度，二是去除大的悬浮物、无机颗粒可以减轻后面料液对设备的磨损。
2、柔性气柜：
柔性气柜是一种以柔性织物为贮气囊袋的低压燃气贮存装置，它集中了低压湿式贮气柜和低压干式贮气柜的优点，不需要防腐，冬季不需要保温，柔性织物贮气囊袋轻，因此基础要求简单；柔性织物材料价格低，产品的造价相应下降；在工厂制造出产品，因此施工期非常短，产品质量得到很好的控制，是目前低压湿式贮气柜和低压干式贮气柜的替代产品。
2.4工艺流程图
根据前面的工艺介绍及表6-1的对比结果，本工程选用CSTR工艺，
流程如下图所示
表2-4工艺流程图
2.5工艺流程说明及沼气利用、沼渣沼液的处理
2.5.1工艺流程说明
粪污水的处理：
养殖场产生的粪污水经格栅渠除去大的悬浮物后进入调粪池，养殖场采用干清粪方式，将收集的干粪送入调粪池进行调粪，调好一定浓度的料液经过折流式沉砂渠除去砂等无机颗粒（减少后续设备的磨损）流入调节池，后经潜水切割排污泵打入厌氧反应池进行发酵。
发酵后产生的沼气经净化后储存于柔性气柜，后用于户用和厂区内生活炊用，产生的沼液、沼渣混合液进入沼渣浓缩池，沉淀后经过固液分离机，沼渣进入好氧槽，加入其他辅料进行好氧发酵，分离后的沼液可以作为液体肥料施予周围的农田、菜园。
2.5.2沼气利用
本工程沼气用途：
用于锅炉燃烧、厂区内的生活用气，剩余沼气全部用来发电。
2.5.3沼渣的处理
沼渣处理：
深加工
加工流程如下：
沉淀混合喂料系统输送机
打包外运
其他原料
从反应罐出来的沼液沼渣混合液流入沼渣浓缩池沉淀浓缩，后经固液分离机分离，固液分离后的沼渣混入一些其他原料（如粪便等）进入好氧发酵槽进行好氧发酵。
发酵后再进行干燥，降低含水率，再加入秸秆等辅料混合搅拌，后经输送机送入有机肥加工车间进行造粒、干燥、冷却、筛分，后经检测、打包制成有机肥产品进行销售。
2.5.4沼液的处理
沼液处理：
作为液体肥料，直接施与周围农田、菜园。
第3章结构设计
3.1工程地质条件
结构设计依据山东万得福实业集团有限公司提供的《岩土工程勘察报告》
3.1.1场地地质条件
（1）位置、地形、地貌：
现场地地表较平整，场地周围地势平坦，无明显倾斜。
拟建建筑物周围为空地，施工条件较好。
（2）地基稳定性和适宜性：
拟建工程场地地势平缓，无不良地质作用，可根据建、构筑物的基础埋深，采用换填或桩基础进行地基处理，能够适宜本工程的建设。
3.2防水、抗渗及抗冻
蓄水构筑物及埋入地下较深的构筑物采用防水混凝土，根据不同使用性质及重要性，按规范确定抗渗等级。
对重要构筑物，混凝土内应掺入膨胀剂。
构筑物长度超过规范规定允许长度时，设橡胶止水带伸缩缝，抗冻标号不低于F200。
3.3结构选型及设计
结构设计按工艺及其它专业要求，遵循国家现行有关规范制定结构方案及其结构设计。
本工程中的格栅渠、调粪池、折流式沉砂渠、调节池、、CSTR厌氧发酵罐基础等地下部分采用现浇钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C30，抗渗标号S6，抗冻标号F200。
锅炉房、净化间、有机肥加工车间、值班室等建筑物采用砖混结构。
第4章建筑设计
4.1总体布置
4.1.1工程选址
沼气工程的选址应符合养殖场整个生产系统的规划和要求，并应根据以下因素综合考虑确定：
（1）在畜禽养殖场和附近居民区主导风向的下风侧；
（2）在畜禽养殖场的标高较低处；
（3）有较好的工程地质条件；
（4）满足防疫要求；
（5）有方便的交通运输和供水供电条件。
4.1.2总体布置求
（1）沼气工程的总体布置应考虑到养殖场远期生产规模扩展的可能性，如必要，应依此作出分期建设方案。
（2）总体布置应满足沼气工程工艺的要求，布置紧凑，便于施工、运行和管理。
应结合地形、气象和地质条件等因素，经过技术经济分析确定。
（3）竖向设计应充分利用原有地形坡度，并达到排水畅通、降低能耗、土方平衡的要求。
（4）构筑物的间距应紧凑、合理，并应满足施工、设备安装与维护、安全的要求。
（5）附属建筑物宜集中布置，并应与生产设备和处理构筑物保持一定距离。
（6）厌氧反应器、贮气柜、输气管道的设计及防火要求见GBJ16中的相关规定。
（7）各种管线应全面安排，避免迂回曲折和相互干扰，输送污水、污泥和沼气管线布置应尽量减少管道弯头，以减少能量损耗和便于清通。
各种管线应用不同颜色加以区别。
（8）应设置废渣等物料堆放及停车的场地。
（9）平面布置应留有汽车进出通道，各建筑物间应留有连接通道，其设计应符合下列要求：
1）主要车行道的宽度：
单车道为3m，双车道为5m，并应有回车道。
车行道转弯半径不小于6m；
2）人行道的宽度为1m～1.5m；
3）通向建筑物顶端的扶梯与水平面夹角不大于40°,其宽度0.8m～1.0m；
4）高架物上不经常通行的部位可设置爬梯,其宽度为0.4m；
5）绿地面积不宜小于总面积的30％。
（10）沼气工程应设围墙（栏）。
（11）各建筑物和构筑物群体效果应与周围环境相协调。
（12）主要畜禽污水处理设施应设置溢流口、排泥管、排空阀和检修人孔。
厌氧消化器和贮气柜应设有安全窗，确保装置正常运转。
（13）应设置给水和排水系统，拦截暴雨的截水沟和排水沟应与场区排水通道相连接。
（14）应配置简单的化验设备和必要的仪器、仪表、自动控制设备及沼气流量计。
（15）处理构筑物和贮气柜应设置护栏等安全设施
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