生态农业示范场沼气工程初步设计.docx

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生态农业示范场沼气工程初步设计

XXXX县XX生态农业示范场沼气工程

初步设计

项目名称：

XXXX县XX生态农业示范场沼气工程

主管部门：

XX县林业局

承担单位：

XX县XX生态农业示范场

承担单位负责人：

刘土寿

建设地点：

XXXX县XX镇上新村

编写单位：

XX农垦设计院

附表一：

XX壮族自治区发展和改革委员会关于XXXX县XX生态农业示范场沼气工程项目可行性研究报告的批复文件（桂发改农经[2009]625号）

附表二：

北海市发展和改革委员会及北海市林业局关于下达2010年第三批农村沼气项目中央预算内投资计划的通知（北发改投[2010]196号）

第一章项目概况

1.1项目名称

XXXX县XX生态农业示范场沼气工程项目

1.2建设单位

XX县XX生态农业示范场

1.3建设地点

XXXX县XX镇上新村

1.4建设年限

2011年

1.5主要建设规模和建设内容

前处理系统：

酸化调节池1座，池容50m3的；

主处理系统：

沼气池总池容600m3，2座，单座池容300m3；

沼气贮存系统：

贮气柜1座，池容为180m3；

后处理系统：

沉淀池1座，池容为12m3，贮液池1座，池容为600m3；

沼渣贮存系统：

120m2的污泥干化场；

附属设施：

30m2的管理用房1座，30m2的沼气发电机房1座，场内道路及绿化400m2；

仪器设备：

污泥泵等仪器设备总共19台（套）。

1.6占地面积

工程占地面积约1600m2。

1.7项目投资概算

该项目总投资212.61万元，其中：

设备购置与安装费76.90万元，土建工程费97.22万元，其它费用28.37万元，预备费10.12万元。

1.8资金筹措

禽畜养殖场大中型沼气工程中央补助资金103万元，地方配套资金11万元，其余98.61万元由项目承担单位自筹解决。

1.9劳动定员

本项目正常运行后需要1名工作人员进行日常维护管理工作。

1.10新增效益

建设厌氧消化池设施：

600m3；

年产沼气量：

6.57万m3；

年产沼渣：

438m3；

年产沼液：

17432m3。

1.11主要技术经济指标

鲜粪处理量：

8t/d；

废水处理量：

50m3/d；

池容产气率：

0.3m3/m3·d；

单位沼气成本：

0.215元/m3。

第二章建设指导思想和建设条件

2.1建设指导思想

1991年1月，国务院发出了通知要求各省（区）市实施《全国生态环境建设规划》，2002年12月，国务院发布《全国生态环境保护纲要》，党中央、国务院十分重视资源节约工作。

胡锦涛总书记明确要求：

“各地区在推进发展的进程中，要抓好生态环境保护和建设，构建资源节约型国民经济体系和资源节约型社会”。

针对畜禽养殖污染，2001年3月，国家环境保护总局在颁布的《畜禽养殖污染防治管理办法》（国家环境保护总局令第9号）中明确提出了“畜禽养殖污染防治实行综合利用优先，资源化、无害化和减量化的原则”。

同年12月，国家环保总局在颁布的《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）中具体提出了“畜禽养殖业应积极通过废水和粪便的还田或其他措施对排放的污染物进行综合利用，实现污染物的资源化”等要求。

2006年1月1日，《中华人民共和国可再生能源法》正式实施，我国可再生能源步入了新的发展阶段。

作为《可再生能源法》的配套措施之一，国家发改委组织起草了《可再生能源中长期发展规划》。

该规划中指出：

到2020年，可再生能源占一次能源供应的比重，将从目前的7%提高到15%左右。

沼气作为一种重要的可再生能源，对其开发利用是可再生能源开发利用的重要组成部分，对于较好地履行《中华人民共和国可再生能源法》，完成《可再生能源中长期发展规划》的目标，具有重要的意义。

XX“十二五”规划把生态文明建设作为实现“富民强桂”的重要着力点，提出深入贯彻节约资源和保护环境基本国策，加快建设资源节约型和环境友好型社会，促进经济社会发展和人口资源环境相协调，增强可持续发展潜力。

标志着我国现代化建设结束以牺牲生态环境为代价的时代，开启了生态经济协同增效、社会经济可持续发展的新时代。

2.2建设条件

2.2.1项目建设单位基本情况

XX县XX生态农业示范场是经上级业务部门批准成立的标准化养殖示范场，始建于2004年，位于XXXX县XX镇上新村，经过五年多的发展已成为XX县饲养规模较大的猪场之一。

猪场现有存栏生猪4000多头，其中母猪450头，年出栏大、中、小生猪近8000头，占地总面积182亩，其中猪场占地面积50亩，林果园97亩，鱼塘35亩。

XX生态农业示范场的土地为承包使用，承包期为30年，猪场拥有固定资产525万元，房屋面积9320m2。

主要设备有：

铸铁母猪产床215套、铁制定位栏400套，铸铁保育猪栏51套、变压器一台套、高压冲洗机10台、恒温冰箱1台、人工实验设备1套等。

现有员工18人，其中管理人员3人、技术人员6人（初级职称技术员3人、中级职称技术员2人、高级职称1人）、普通员工9人。

2.2.2项目实施地条件

2.2.2.1原料条件

示范场现有存栏生猪4000多头，每天鲜粪产量为8吨。

猪场采用人工干清粪工艺，每天清出鲜粪5吨，剩余的3吨随粪污冲洗水冲出，每天产生综合废水50m3。

拟建项目以猪粪、猪尿及冲洗猪栏废水为原料进行厌氧发酵，项目所需的原料可足额供应。

2.2.2.2交通条件

项目建设地点位于XX县XX镇上新村，距北海市73公里，XX县城45公里，处于湛江至北海高速公路旁边，距山口镇5公里，有四级水泥路相通。

建设地址与猪场距离最近为10米，周围有砖砌围墙相隔。

建设地址东南面有3米道路相通，有道路连接通入，交通便利。

2.2.2.3能源供应条件

目前XX县拥有220千伏变电站一座，11万伏变电站四座，35千伏变电站5座，电力供应充足，农网改造已完成，供电稳定，场内已安装100千瓦变压器一台，场内用电器需使用60千瓦，尚余40千瓦容量，三相供电线路已接通项目建设地点。

项目投产后，只增加本项目的用电负荷，猪场总用电负荷不超过变压器的容量，原有的供电能力能满足项目对电力的需求。

2.2.2.4供水条件

项目建设地点地下水源充足，已有深井2座，水塔1座，水质优良，可满足本场生产、生活以及施工期用水需求。

2.2.2.5气象条件

猪场位于XX县XX镇上新村，地理位置处在东经109°37′～109°49′，北纬21°30′～21°36′之间，地处南亚热带南缘，全年盛行东南风，气候温暖，雨量充沛。

年最高气温为31.8度，年最低气温为12.8度，最热月平均气温27.5～29.3度，最冷月平均气温13.3～14度；年平均降雨量为1743.7毫米，日最大降雨量为339.3毫米。

2.2.2.6地质条件

项目所在区域地形以平原为主，海拔在5－10米，海拔差不大，地势平缓，全部土地可以实行机耕；土层深厚，达100㎝以上，土壤为沙壤土，质地疏松，表土层厚达40㎝以上，有机质含量高，PH值在5.5－7之间，保水保肥能力好。

。

2.2.2.7地震情况

根据《XX省一般性建设工程地震动参数表》，XXXX县所在区域的地震动峰值加速度g=0.05g，抗震设防烈度为6度，抗震设防按现行《室外给排水和燃气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）有关要求执行。

2.2.2.8资源条件

猪场有良好的生产基础设施及现成的水电等配套设施，不需另行投资购置。

第三章设计依据、原则及范围

3.1设计依据

《XXXX县XX生态农业示范场沼气工程项目》可研及批复文件

《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》NY/T1222-2006

《畜禽养殖业能源环保站运行维护及其安全技术规程》（农业部）

《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程》NY/T1221-2006

《沼气实用技术》（周孟津）

《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）

《畜牧业“十五”计划和2015年远景目标规划》农业部

《沼气工程技术规范第1部分：

工艺设计》NY/T1220.1-2006

《沼气工程技术规范第2部分：

供气设计》NY/T1220.2-2006

《沼气工程技术规范第3部分：

施工及验收》NY/T1220.3-2006

《沼气工程技术规范第4部分：

运行管理》NY/T1220.4-2006

《沼气工程技术规范第5部分：

质量评价》NY/T1220.5-2006

3.2设计指导思想及原则

1、建设内容、规模及投资控制以农业部批复要求为指导思想；

2、执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规规范及标准；

3、在设计中贯彻节能的原则，最大限度降低污水和污泥的处理成本和运转费用，实现资源化利用，争取获得最大的经济效益；

4、采用先进、成熟的技术和设备，保证工程质量，项目运行稳定，管理方便灵活，尽可能实现自动控制，减轻日常工作强度，提高管理水平；

5、采取必要措施，尽量减少环境影响，妥善处理和处置生产过程中产生的沼渣、沼液、废水防止二次污染；

6、降低能耗和成本，减少工程总投资，充分发挥项目的社会、经济和环境效益；

7、合理布局，精心布置，减少占地，提高土地利用率。

3.3设计范围

设计范围包括：

发酵原料预处理部分、沼气发酵部分、沼气净化、沼气储存、沼气输送利用及沼液储存部分。

第四章选址方案与总体设计

4.1选址方案

4.1.1项目选址原则

项目选址须符合行业布局，还应考虑地域资源、区域地质、交通运输和环境保护等要素。

其主要原则包括：

1）符合国家政策和生态能源产业发展规划；

2）满足项目对原材料、供热和电的供应需求；

3）交通方便，运输条件优越；

4）充分利用地形地貌，地质条件符合要求；

5）满足当地养殖业的防疫要求，并远离水源；

6）基础条件适合与沼气工程的特定生产需要和排放要求；

7）有可供利用的社会基础设施和协作条件。

4.1.2项目拟建地点的确定

项目推荐场址选在猪场南侧的地势低洼处，该点处于污水交汇最低处，各个用电点及用肥点的中心，已有粪水和冲洗水暗沟流经，地面空旷无障碍物，适于工程建设。

项目点离猪舍约有百余米，距各建筑物和大道均有一定的防火安全距离，有利于安全保护。

周围无文教区、水源保护区、名胜古迹游览区以及自然保护区等，符合环保卫生防护距离要求。

该点与其他位置相比，具有如下优点:

布局合理:

符合养殖场整个生产系统的规划和要求。

经济性好：

拟建场地的地势较为平坦，场地内的土壤保持天然状态，未发现有人为的造成水土流失现象及滑坡、崩塌等不良地质作用，区域地质构建较为稳定，有较好的工程地质条件；猪场位于XX县XX镇上新村，XX县城45公里，处于湛江至北海高速公路旁边，距山口镇5公里，有道路连接通入，交通十分便利；标高在较低处，便于集中猪场内污水，可以节省投资；供水供电条件较好。

卫生条件好：

项目点距离猪场有一定的安全距离，四面空旷，通风良好，能满足防疫要求。

安全性较好：

由于沼气是易燃易爆气体，项目选点与职工生活区和附近村庄保持有足够的安全距离。

水电、通讯设施齐全：

项目点地下水源充足，已有深井2座，水塔1座，水质优良；该场供电是专线专变，供电比较正常，供电线路已到达该项目点；项目点养殖场已安装有固定电话，手机信号较强。

4.2项目总体布置

项目总体布置主要包括平面布置以及高程布置。

4.2.1平面布置

沼气站构筑物的布置应紧凑，节约用地和便于管理。

主要包括：

①池形的选择应考虑减少占地，利于构筑物之间的协调；

②构筑物单体数量除按计算要求计算外，亦应利于相互间的协调和总图的协调。

③构筑物的布置除按工艺流程和进出水方向顺捷布置外，还应考虑做好功能划分和局部利用。

④构筑物之间的间距应按交通、管道敷设、基础工程和运行管理需要考虑。

⑤管线布置尽量沿道路与构筑物平行布置，便于施工与检修。

⑥做好建筑、道路与工艺构筑物的协调。

根据项目建设单位的总体规划、环境条件及粪便污水处理的工艺特点，具体做好以下布置：

①配电应靠近引入点或电耗大的构筑物，并便于管理；

②沼气系统的安全要求较高，应远离明火或人流、物流繁忙区域；

③重力流管线应尽量避免迂回曲折。

具体平面布置可参见项目初步设计图纸的总平面布置图（ST-Z-02）。

4.2.2高程布置

污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；通过计算确定各部位的水面标高；从而使污水能够在处理构筑物之间顺畅的流动，保证污水处理工程的正常运行。

本工程的高程布置遵守如下原则：

（1）尽可能利用地形坡度，使污水按处理流程在构筑物之间能自流，尽量避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象。

（2）协调好站区平面布置与各单体埋深，以免工程投资增大、施工困难和污水多次提升。

（3）协调好单体构造设计与各构筑物埋深，便于正常排放，又利检修排空。

各处理构筑物标高、构筑物之间连接管渠的尺寸和标高以及各部位的水面标高如项目初步设计图纸中的工艺流程图（ST-Z-01）所示。

4.3项目点配套设计

4.3.1项目点内道路

项目点内道路就近接至猪场道路。

4.3.2项目点内供电

项目点内供电就近由市政供电网路接入，设计单位提供站区总用电负荷参数，由业主单位向当地供电局审批规划接入。

4.3.3项目点内供水、通讯

自来水及通讯均由猪场内接入，本部分设计由业主单位自行负责。

第五章工艺设计

5.1工艺参数设计

示范场现有存栏生猪4000多头，每天鲜粪产量为8吨。

猪场采用人工干清粪工艺，每天清出鲜粪5吨，剩余的3吨随粪污冲洗水冲出，每天产生综合废水50m3。

1.进水TS含量：

猪粪便含固量TS%以20%计，猪场每天产生干物质0.6t，则进水TS浓度为：

0.6/50=1.2%。

2.沼渣量：

粪污经预酸化及厌氧阶段，干物质被降解70%，其余进入沼气池下部作为沼渣排出，进入沼渣固液分离系统，干化后沼渣含水率以85%计，则有：

沼渣日产量为：

1.2t；沼渣年产量为：

438t

3.沼液量：

项目每天处理废水量50吨，以酸化调节池、厌氧反应消耗量分别为2%计，沼渣固液分离后产生的沼液进入贮液池兼氧处理并贮存，沼渣固液分离蒸发量以5%计，则有

沼液日产量：

47.76m3；沼液年产量为：

17432m3

4.沼气产生量：

猪粪的产气系数以0.3m3/kgTS计，则猪粪沼气日产量为180m3，年沼气产量为6.57万m3。

5.日发电量：

由于项目所在地周边1公里以内均无村庄，因此项目所产沼气拟将全部用于发电作为本场生产生活用能。

每立方米沼气可转化电能1.8kw.h，则项目日可发电324kw.h，年发电量11.83万kw.h。

5.2工艺流程设计

项目工艺流程图如下所示：

图5-1工艺流程图

5.3工艺流程叙述

猪粪废水由集污沟渠汇集后进入酸化调节池均质均量，且可以起到一定程度的预酸化作用，出水自流进入沼气池进行厌氧发酵，其中大部分有机物在反应器内被以甲烷菌为主的厌氧微生物降解消化，同时产生沼气排出。

沼气池出水先经沉淀池沉淀后进入贮液池作进一步兼氧处理并贮存备用。

所产沼气脱水脱硫处理后输送到贮气柜贮存备用，通过沼气输送管道输送到沼气发电机组进行发电作为本场用能。

5.4工艺单元设计

5.4.1预处理单元（酸化调节池）

5.4.2.1设计作用

废水经过预处理单元，先除去可沉淀物质和漂浮物质，调节不均匀的水质水量，对废水进行酸化预处理，利于后续发酵处理。

5.4.2.2设计参数

设计总容积：

50m3

设计尺寸：

5m×4m×2.5m（其中超高0.5m）

HRT（水力停留时间）:

20h

结构形式：

钢筋混凝土结构

其他：

地下池，混凝土等级C30

5.4.2主处理单元（沼气池）

5.4.2.1设计作用

进行废水处理的主要构筑物。

对本项目含高SS浓度的禽畜尿废液进行厌氧发酵，以除去大部分的有机污染物，同时有沼气产出。

5.4.2.2工作原理

发酵原料在沼气微生物的作用下，不断地产生沼气，因沼气不溶于水，相对密度又小，就会上升到上部的储气部分。

伴随沼气量的不断增加，储气部分储存的气体就会向各个方向产生压力，由于发酵间与进料管、出料管相连，进出料管连接的进料口、水压间又都与外界大气相通，当储气部分的气体所产生的压力大于外界大气的压力时，就会压迫发酵间的液面向下，被压入进、出料管，使进、出料管的液面上升。

随着压力的不断增大，会有更多的料液被压入进料管及与出料管相连的水压间，沼气池内储气部分的空间也会随之不断增大。

当使用沼气时，因沼气池内的料液平面低于进料管和水压间的料液平面，进料管和水压间中高出发酵间内料液平面的一部分料液就会产生压力，压迫沼气通过导气管向外输送，直到沼气池内外料液面相平。

拟建项目以50m3/d的猪粪、猪尿及冲洗猪栏废水为原料进行厌氧发酵，针对原料的构成情况，并结合该场的实际情况，本设计拟用常规厌氧反应器---浮罩式沼气池实行常温发酵。

该种沼气池主要由发酵池和贮气浮罩组成，其既保持了水压式沼气池的基本特点，又吸取了浮罩式沼气池的优点，沼气池产生的沼气通过输气管路源源不断的输送到贮气罩，贮气罩升高，用气时，沼气由贮气罩压出，通过输气系统输送到沼气发电机组进行发电。

此外，发酵液不经常出入出料间，保温效果好，利于沼气细菌活动，产气率较高。

5.4.2.3设计参数

设计总容积：

600m3

设计尺寸：

2×φ10.0m×5.18m（上部为拱顶、下部为拱底）

HRT（水力停留时间）:

12d

结构形式：

钢筋混凝土结构

其他：

地下池，混凝土等级C30

数量：

2座

5.4.3后续处理单元（沉淀池、贮液池）

5.4.3.1设计作用

废水进行处理的另一主要构筑物。

对从沼气池出来的低浓度有机废水，由好氧菌及兼氧菌消化不适合厌氧微生物代谢的有机物，进一步降低厌氧出水的污染负荷。

同时在雨季及农用沼液肥的淡季，贮存不能及时消纳的沼液，防止环保事故的发生。

5.4.3.2设计参数

1）沉淀池

设计总容积：

12m3

设计尺寸：

3m×2m×2.0m

HRT（水力停留时间）:

4h

结构形式：

钢筋混凝土结构

其他：

地下池，混凝土等级C30，池底呈坡形

2）贮液池

设计总容积：

600m3

设计尺寸：

15m×10m×4.0m

HRT（水力停留时间）:

11d

结构形式：

钢筋混凝土结构

其他：

地下池，混凝土等级C30

5.4.4沼渣处理单元（污泥干化场）

5.4.4.1设计作用

为方便沼渣的后续处理利用，以便将其运输到附近水果、蔬菜地中使用，需进行浓缩干化处理，以降低污泥的含水率。

污泥干化过程中产生的废液则进入贮液池进一步兼氧处理。

5.4.4.2设计参数

设计总容积：

120m3

设计尺寸：

L×B×H＝3×8.0m×5.0m×1.0m

T1（鲜粪干化时间）:

15d

T2（沼渣干化时间）:

30d

结构形式：

池身为砖混结构，池底为钢混结构

其他：

拟建成连体（公共壁）干化槽三条，公共壁长L=8m，槽底坡降i＝0.01；地上池，池底混凝土等级C30

数量：

3座，其中2座用于鲜粪存放

5.4.5贮气单元（贮气柜）

5.4.5.1设计作用

贮存沼气池产生的沼气，并输送到沼气发电机进行发电，起到调节产气和用气的时间差以及稳定沼气使用压力的作用。

5.4.5.2工作原理

本设计采用变容式低压湿式贮气柜，其主要由水槽、钟罩、塔节以及升降导向装置组成。

当用气设备处于停运状态，沼气池产生的沼气增多压力会高于贮气柜内气压，沼气经管道通过脱水、脱硫装置净化后贮存在气柜内，同时贮气柜内的沼气克服贮气柜本体的重力使贮气柜上升。

而当沼气使用设备用气（同时大于沼气池产气速度时）气柜内因沼气量的减少，导致压力降低，在柜本体及上部配重物的作用下，气柜下沉。

在贮气柜上升或下降的工况下，柜内气压始终保持相对平衡。

5.4.5.3贮气柜浮罩设计参数

设计总容积：

180m3

设计尺寸：

φ7.0m×4.5m

T（气体停留时间）:

1d

结构形式：

钢结构

其他：

地上池，防腐处理

5.4.5.4贮气柜水封池设计参数

设计总容积：

225m3

设计尺寸：

φ7.5m×5.1m

结构形式：

钢筋混凝土结构

其他：

地上池，混凝土等级C30

5.4.6沼气净化单元

5.4.6.1设计作用

由于厌氧发酵所产的沼气中含有水分和H2S，直接供用户使用会腐蚀设备，所以必须进行脱水脱硫处理。

5.4.6.2设计参数

根据《沼气工程技术规范》（NY/T1220.2-2006），以猪场粪水为原料生产的沼气中H2S含量为0.5～2mg/m3。

经过净化系统处理后的沼气质量指标，应符合下列要求：

a）甲烷含量55%以上；

b）硫化氢含量小于20mg/m3。

主要设备：

1）脱硫塔

以脱硫剂的更换期为6个月，干粉脱硫剂硫容为30%计，则脱硫剂的装填量为：

G=

=

=219（kg）

取堆密度为0.65kg/L，则装填容积为：

219/0.65=337（L）

设计总容积：

380m3

设计尺寸：

φ0.7m×1.0m

结构形式：

钢结构

数量：

2套，一备一用

2）脱水塔

当沼气以一定的压力从气水分离器以切线方式进入后，沼气在离心力的作用下旋转而依次经过水平滤网和垂直滤网，促使沼气中的水分与沼气分离，水滴聚集于分离器底部，通过阀门排出。

流量：

10Nm3/hr

接口管径：

DN65mm

尺寸：

φ0.3m×1.2m

数量：

2套

5.4.7附属建筑物

5.4.7.1设计作用

管理用房主要用于安装及放置相关的沼气脱水脱硫设备、工艺控制仪表及开关等；

发电机房主要用于安装沼气发电机及相关控制屏的操作。

5.4.7.2设计参数

管理用房面积：

30m2

设计尺寸：

L×B＝6.0m×5.1m

结构形式：

砖混

沼气发电机房面积：

30m2

设计尺寸：

L×B＝6.0m×5.1m

结构形式：

砖混

5.4.8主要附属设备

5.4.8.1选型原则

1、设备性能先进

2、设备生产率与生产规模相匹配

3、节能高效

4、操作安全、稳定可靠、维修方便

5、环保、噪音小

5.4.8.2设备选型

沼气发电机组：

沼气利用有三种选择：

第一种是沼气全部用于燃气使用；第二种是沼气全部用于

发电；第三种是沼气部分用于发电部分用于燃气。

本工程依据前述分析，拟将沼气全部用于发电。

目前，国产沼气发电机对沼气的利用效率约为80%，而进口的效率较高的沼气发电机可把沼气中总含能量的35~40%左右的能量转化成电能，40~48%左右可以以余热的形式回收，总效率最高可达80%以上。

沼气发电机组所发出的电力可以上网销售或者供场内作为生产生活用能。

目前，国内生产沼气热点联产供机组的企业有济柴、宝驹和胜动等。

国外有Caterpillar、DEUTZ、Jenbacher等知名专业厂家，还有Tedom、Schnell、ElectroHagl等厂家。

考虑到成本及售后服务的便捷，本工程选用40kw国产发电机组1台。

第六章土建设计

6.1建筑设计

6.1.1设计依据

《建筑设计防火规范》GB50016-2006

《建筑采光设计标准》GB/T50033-2001

《建筑地面设计规范》GB50037-96

《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008

《建筑防雷设计规范》（2000年版）GB50057-94

《总图制图标准》GB/T50103-200