沼气池设计.doc

沼气池工艺的设计一、沼气的基本知识1、沼气及其产生过程 沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃性气体。由于这种气体最终是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫他沼气。沼气含多种气体，主要成分是甲烷（CH4）。沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵，根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫分解菌，他的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO2）等。他们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的；叫脂肪分解菌；第二类细菌叫甲烷细菌，通常叫甲烷菌，他的作用是将简单的有机物及二氧化碳还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道程序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品即生成甲烷。2、沼气的成分沼气是一种混合气体，他的主要成分是甲烷，其次是二氧化碳、硫化氢（H2S）、氮及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%70%二氧化碳含量为28%44%、硫化氢平均含量为0.034%。3、沼气的理化性质沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，他的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个 氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的比重是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米发热量约23.4千焦，相当于0.55千克或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤所能利用的热量。二、沼气池的设计原则1、必须坚持“三结合”原则 “三结合”是指沼气池与畜圈、厕所相连，是人畜粪便不断进入沼气池内，保持正常产气、连续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便的运送到日光温室蔬菜地里做肥料使用。2、本次设计选用圆形沼气池 理由如下圆：第一，根据几何学原理，相同容积的沼气池，圆形比方形话长方形的表面积小，比较省料。第二，密闭性好，且较牢固。圆形池内部结构合理，池壁没有直角，容易解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固。第三，在我国北方，气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越冬。第四，适于推广。无论南北，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到建造一个，成功一个，使用一个，巩固一个，积极稳步地普及推广。3、坚持直管进料，进料口家箅子、出料口加盖的原则 直管加料的目的是使进料流畅，也便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是为了保持环境卫生，消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。 三、设计参数1、气压：7480Pa（即80cm水柱）2、池容产气率：池容产气率是指每立方米发酵池容积一昼夜的产气量，单位为m3沼气/（m3池容*d），我国通常采用的池容产气率包括0.15、0.2、0.25和0.3， 本次设计选择0.253、贮气量：是指气箱内的最大沼气贮存量。水压式沼气池的最大贮气量以12h产气量为宜，其值与有效水压间容积相等。4、池容：是指发酵间的容积。本次沼气池设计的容积为50 m35、投料率：是指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在8595之间四、工艺流程以及选用技术1、沼气池的工艺流程一般包括五部分：原料的收集，原料的预处理，消化器（沼气池），出料的后处理，沼气的净化、储存和输配。2、沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下述两种工艺。 自然温度半批量投料发酵工艺。这种工艺的发酵温度随自然温度变化而变化，采用半批量方式投料。这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为5个月左右，运行中要求定期补充新鲜原料，以免造成产气量下降，该工艺的主要缺点是出料操作劳动量大。 自然温度连续投料发酵工艺。这种工艺是在自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比较稳定的发酵条件，使沼气微生物（菌群积累）区系稳定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利用率和沼气池负荷能力，达到较高的产气率；工艺自身能耗少，简单方便，容易操作。此处采用自然连续投料发酵工艺，以人、禽畜粪便及蔬菜秸秆为发酵原料，定时定量投料和出料人畜粪便秸秆进料间厌氧发酵间水压间灶具、灯具农田3、水压式沼气池水压式沼气池的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气 6压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水位差就叫做“水压”(也就是U形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型，就称之为水压式沼气池。水压式沼气池，是我国推广最早、数量最多的池型，是在总结“三结合”、“圆、小、浅”、“活动盖”、“直管进”、“中层出料”等群众建池的基础上，加以综合提高而形成。水压式沼气池的优缺点水压式沼气池型有以下几个优点：(1) 池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低。(2) 适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。(3) 为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池。(4) 沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是：(1) 由于气压反复变化，而且一般在416千帕(即40160厘米水柱)压力之间变化。这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。 (2) 由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不高，池容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低。(3) 由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。本次设计为克服产气率较低以及原料在沼气池周边堆积的问题，将进料管设计在沼气池的中央，并加装搅拌装置五、水压式沼气池的结构设计和计算1、计算桶形发酵间的容积。a.圆筒形发酵间由池盖容积V1、池底容积V2、池身容积V组成。三部分的容积计算公式如下：r池盖曲率半径 r池底曲率半径f池盖矢高 f池底矢高R池体半径H池身高度综合圆形沼气池的内力结构计算、材料用量计算和施工、管理、使用技术等各种因素，一般认为：池盖矢跨比池底矢跨比 池身高度由以上公式可以整理得到 因此发酵间容积 =50mD取整为4.9m。根据比例关系可知 H=1.96m, R=2.5m, f=0.98m， f2=0.6125m，r=3.425m则实际发酵间的体积 m b.死气箱矢高f。即池盖拱顶点到发酵间最高液面的距离。本次设计中导气管设计在距离池中心1m处，该处的拱高为F1=0.859m则池盖拱顶点到导气管位置的距离h=14.1cm式中 h导气管下露出长度，一般取35cm； h导气管下口到液面的距离，一般取20-30cm。=12+3+25=40cm=0.4mc.死气箱容积d.求投料率。根据死气箱容积，计算沼气池投料率e.计算最大储气量 储气量指气箱内最大沼气储存量。其值与有效水压间的容积相等。计算气箱总容积f.计算发酵间最低液面 V气小于V1固当发酵间达到最