固廢課程設(shè)計(jì)沼氣池

1、目錄1 前言111沼氣池發(fā)展的研究與現(xiàn)狀11.2 厭氧制沼在能源利用方面的優(yōu)點(diǎn)32 水壓式沼氣池介紹32.1 水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)32.1.1進(jìn)料間42.1.2 發(fā)酵間和氣箱42.1.3出料管和水壓間42.1.4 導(dǎo)氣管42.2 水壓式沼氣池的原理53 設(shè)計(jì)原則及基本參數(shù)63.1 設(shè)計(jì)原則63.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)74 設(shè)計(jì)計(jì)算書74.1 工藝流程設(shè)計(jì)74.2 發(fā)酵間各部分尺寸的確定74.3 進(jìn)料口的設(shè)計(jì)104.4 水壓間的設(shè)計(jì)145 圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計(jì)145.1 圓筒形水壓式沼氣池整體現(xiàn)澆施工145.2圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì)146 總結(jié)151 前言1.1沼氣池發(fā)展的研究與現(xiàn)狀亞、

2、非、拉許多國家都或多或少在農(nóng)村建立了一些沼氣池。如在1983一1984年，巴西建3033口，使用率達(dá)60%，古巴建池552口，使用率60%;危地馬拉建池105口，使用率58%。洲的阿爾及利亞原屬法國殖民地，法國人塔謝尼爾愛斯曼(ducellie:lsman)于1938年在國國立農(nóng)業(yè)學(xué)校就開始了厭氧消化的研究并取得了成果，于1941年和1942年取得法國專，引起了廣泛關(guān)注，榮獲了國家工業(yè)促進(jìn)會授與的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆？夏醽唗hhutchinson在954年開始研究豬糞的消化，他的一個(gè)家庭用消化器，每天產(chǎn)沼氣12m，。在東南亞國家，如菲律賓，主要的研究活動(dòng)集中在國家科學(xué)技術(shù)研究所、菲律賓大學(xué)以馬亞農(nóng)場。在

3、國家科學(xué)技術(shù)研究所的指導(dǎo)下，已建成3100個(gè)中國臺灣型沼氣池。南朝鮮已建池20，000多口，我國臺灣也建池近萬口。早在上世紀(jì)60年代.我國農(nóng)村地區(qū)就出現(xiàn)了沼氣池.農(nóng)戶只需在自家屋后挖一個(gè)4至10的池子.用石灰或粘土密封池底和四壁.留一個(gè)填料口和一個(gè)出渣口.然后每周大概填入1豬、牛等牲畜糞便和尿液.并注意不讓肥皂水、洗衣粉水等堿性物質(zhì)流入沼氣池.就可以實(shí)現(xiàn)沼氣原料的自然發(fā)酵.用這種方法產(chǎn)生的沼氣.可供3至5人的農(nóng)戶全天照明和做飯.可以說是既便宜又方便。自上世紀(jì)70年代.隨著農(nóng)村圈養(yǎng)牲畜的增多.沼氣原料日益豐富.而且由于十分適用于農(nóng)村大食堂和煮大鍋豬食等.對于沼氣的利用在當(dāng)時(shí)一呼百應(yīng).幾乎風(fēng)靡全國

4、農(nóng)村。 目前，中國約有二千萬人口使用了沼氣，年產(chǎn)招氣十億多立方米，是世界上建造沼氣發(fā)酵裝置最多的國家。近幾年來，推廣沼氣已從農(nóng)村發(fā)展到城鎮(zhèn)。在城鎮(zhèn)，結(jié)合環(huán)境保護(hù)，在發(fā)酵原料比較集中而數(shù)量比較穩(wěn)定的農(nóng)牧場、食品廠、酒廠等輕工企業(yè)單位，興建了一萬多個(gè)大、中型沼氣池，發(fā)酵總?cè)莘e約31萬多立方米。城鎮(zhèn)推廣大、中型沼氣池經(jīng)濟(jì)效益比小型農(nóng)村家用沼氣池顯著。四川省樂至果酒廠修建了2x1o00澎的發(fā)酵裝置，日產(chǎn)沼氣3000m3，發(fā)酵后的制酒廢液，cod去除率為92%，bod去除率達(dá)95%，大大減輕了對環(huán)境的污染。所產(chǎn)沼氣除供應(yīng)一個(gè)2x120千瓦的沼氣發(fā)電站和4噸卡車外，還解決了全廠職工的生活用能，余下的沼氣直

5、接為燒煤鍋爐助燃。除環(huán)境效益外，五年就可收回投資。我國農(nóng)村家用沼氣池，絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)的水壓式沼氣池，有1一2萬個(gè)是紅泥塑料半塑式或分離浮罩式沼氣池。據(jù)典型測試和調(diào)查，在南方一個(gè)正常使用的家用沼氣池，一般一年可產(chǎn)沼氣250一300m3，能解決八至十個(gè)月的炊事燃料，加_l肥料收入，在2一3年內(nèi)就可以從所獲得的直接收益中收回建池投資。水壓式沼氣池世界上稱為中國式沼氣池，它象印度的哥巴沼氣池一樣，是農(nóng)村家用沼氣池的一種典型池型，現(xiàn)在已為第三世界各國采用推廣。1.2 厭氧制沼在能源利用方面的優(yōu)點(diǎn)我國在垃圾回收及綜合利用方面有著長期實(shí)踐和成功經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)90年代以來，政府日益重視垃圾量的減量化和資

6、源化，一部分城市還開展了垃圾分類收集的試點(diǎn)工作，并且絕大部分城市已將垃圾分類收集、資源化綜合利用作為城市垃圾處理的重要內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，但就整體水平而言，我國城市垃圾的減量化與資源化工作才剛剛起步，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，垃圾回收和綜合利用的前景十分廣闊。 沼氣作為一種清潔的可再生能源.不僅可供照明、做飯、取暖.而且廢渣經(jīng)過發(fā)酵和脫硫后.由于病菌較少.還可以作為一種很好的有機(jī)肥.有利于防止土地板結(jié)。其中厭氧制沼技術(shù)在能源利用方面主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： （1）可再生性：沼氣資源均為年復(fù)一年，可以不斷再生的生物能源。并且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展而增加，是“取之不盡，習(xí)不之竭”的。（2）分散性：農(nóng)村地域遼闊，人

7、口眾多，居住分散，沼氣資源豐富多樣，各地都有。為就地開發(fā)、就地使用提供了方便的條件。（3）多用性：沼氣資源既可以投入沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，也可以直接作為燃料，供炊事之用；還可以用作飼料，發(fā)展畜牧業(yè)；用作肥科，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；用作工業(yè)原料，發(fā)展造紙工業(yè)等。2 水壓式沼氣池介紹2.1 水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)水壓式沼氣池是一種埋設(shè)在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括進(jìn)料間、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管幾個(gè)部分。2.1.1進(jìn)料間進(jìn)料間使用混凝土澆筑的水泥管，包括進(jìn)料口和進(jìn)料管，一般做成斜管插入池墻至發(fā)酵間，以方便進(jìn)料。進(jìn)料管的下端開口位置的上沿，應(yīng)在從池底到氣箱頂蓋的1

8、/21/3處，不能太高或太低。太高，會縮小氣箱的容積，使沼氣池貯存量減小。太低，投入的發(fā)酵原料不易進(jìn)到發(fā)酵間的中心部位。池子淺時(shí)，進(jìn)料管要安在池底到氣箱頂蓋的2/3處（即上部占2/3）；池子深時(shí)，進(jìn)料管安在池底到氣箱頂蓋的中間（即據(jù)上部和下部各占1/2處）。進(jìn)料間的大小，依據(jù)沼氣池的容積大小而定，但一般不宜太大。2.1.2 發(fā)酵間和氣箱發(fā)酵間和氣箱，這兩部分實(shí)際上是一個(gè)整體，即沼氣池容積下部是發(fā)酵間，上部是氣箱。他們是產(chǎn)生和貯存沼氣的地方。因?yàn)檎託廨p，又不溶于水，所以各種有機(jī)物在發(fā)酵間經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生出來的沼氣，都上升到頂蓋下部，排擠發(fā)酵液倒進(jìn)、出料間，使沼氣充滿氣箱。當(dāng)沼氣貯氣量逐漸增加時(shí)，壓力隨

9、之增大，沼氣占有的體積也相應(yīng)增加。發(fā)酵間和氣箱的空間總體積，成為沼氣池的有效容積。容積多大合適，要看使用沼氣數(shù)量的多少而定。2.1.3出料管和水壓間出料管又稱水壓箱。沼氣池的出料間與主池體相通，它的水位隨氣體的產(chǎn)生、消耗而升降，可以使氣箱內(nèi)的沼氣保持相對的壓力，起到水壓箱的作用，并兼做平時(shí)小出料作用。水壓間的容積大小，要根據(jù)沼氣池的沼氣產(chǎn)量的高低、氣壓大小和貯氣方式而定。 2.1.4 導(dǎo)氣管導(dǎo)氣管的主要作用是輸送沼氣。他的下端固定在活動(dòng)蓋板上，與氣箱相通；上端接輸氣管，將沼氣輸送到沼氣爐里。2.2 水壓式沼氣池的原理下圖為水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)：圖2.1 水壓式沼氣池工作原理示意圖水壓式沼氣池是一

10、種埋設(shè)在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管幾個(gè)部分（結(jié)構(gòu)如上圖所示）其工作原理為：產(chǎn)氣階段，發(fā)酵池內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)氣，發(fā)酵間的氣壓隨產(chǎn)氣量增加而增大，造成水壓間液面高于發(fā)酵間液面：使用沼氣時(shí)，發(fā)酵間壓力減小，水壓間液體被 壓回發(fā)酵間。在設(shè)計(jì)沼氣池時(shí)，可以采用增大有效水壓間容積的方法(即增大有效水壓間表面積)，這樣，在逐步加料的過程中，可以提高零壓線的位置，增加發(fā)酵間的容積，提高產(chǎn)氣率，提高沼氣的利用率，料液也不會從水壓間溢出。3 設(shè)計(jì)原則及基本參數(shù)3.1 設(shè)計(jì)原則（1）沼氣池宜建在畜圈或廁所地表以下，進(jìn)料間與人、畜糞入口相連通

11、。 （2）堅(jiān)持適用、衛(wèi)生、平面布局合理，外型美觀。 （3）池蓋頂端復(fù)土厚度不小于200mm。（4）強(qiáng)度安全系數(shù)k2.65。 （5）正常使用壽命20年以上。3.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)（1）氣壓：池內(nèi)正常工作壓力水柱（即壓強(qiáng)）。（2）池容產(chǎn)氣率：指每立方米發(fā)酵池容積1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為沼氣/（）。我國通常采用的池容產(chǎn)氣率包括、和幾種，本設(shè)計(jì)為。（3）貯氣量：指氣箱內(nèi)的最大貯氣量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。（4） 池容：發(fā)酵間的容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有、等幾種。本設(shè)計(jì)為。（5）投料率：之最大限制投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比 ，一般在之間為宜

12、。本設(shè)計(jì)投料量為小于發(fā)酵間總?cè)莘e的。（6）地面活荷載：200kg/m2（7）池蓋覆土最薄處厚：250mm（8）地基允許承載力：5t/m2（9）未考慮池內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓力情況。4 設(shè)計(jì)計(jì)算書4.1 工藝流程設(shè)計(jì)采用自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝，以人、禽畜糞便及蔬菜秸稈為發(fā)酵原料，定時(shí)定量投料和出料，簡單工藝流程如下。人畜糞便（青草及農(nóng)業(yè)廢物）進(jìn)料間厭氧發(fā)酵間水壓間農(nóng)田。4.2 發(fā)酵間各部分尺寸的確定（1）沼氣池的直徑根據(jù)用戶平面布置確定?？紤]充分利用土地資源、平面布局緊湊的原則，確定沼氣的直徑為。（2）池蓋球體矢高 式中：圓柱體形池身直徑，； 直徑矢高的比值，該值一般取在，本設(shè)計(jì)取。代入數(shù)據(jù)得：（3）池蓋

13、削球體凈容積 式中：池蓋球體矢高，； 池身圓柱體內(nèi)半徑，。代入數(shù)據(jù)得：（4）池底削球體矢高 式中：圓柱體形池身直徑，； 直徑與池底矢高的比值，該值一般取在，本設(shè)計(jì)取。代入數(shù)據(jù)得：（5）池底削球體凈容積 式中：池身圓柱體內(nèi)半徑，。 池底削球體矢高，。代入數(shù)據(jù)得：（6）發(fā)酵間池身圓柱體凈容積 式中：池蓋削球體凈容積，； 池底削球體凈容積，； 發(fā)酵間總?cè)莘e，。代入數(shù)據(jù)得：（7）發(fā)酵間池身圓柱體高的 式中：發(fā)酵間池身圓柱體凈容積，； 池身圓柱體內(nèi)半徑，。代入數(shù)據(jù)得：（8）池蓋削球體內(nèi)表面積 式中：池身圓柱體內(nèi)半徑，；池蓋球體矢高，。代入數(shù)據(jù)得：（9）圓柱體池身內(nèi)表面積 式中：池身圓柱體內(nèi)半徑，；池身圓

14、柱體高的，。代入數(shù)據(jù)得：（10）池底削球體內(nèi)表面積 式中：池身圓柱體內(nèi)半徑，；池底削球體矢高，。代入數(shù)據(jù)得： （11）發(fā)酵間內(nèi)總表面積 式中：池蓋削球體內(nèi)表面積，； 池身圓柱體內(nèi)表面積，； 池底削球體內(nèi)表面積，。代入數(shù)據(jù)得：4.3 進(jìn)料口的設(shè)計(jì)進(jìn)料口由上部長方形槽和下部圓管組成，其中上部長方形槽幾何尺寸是長寬深=；下部圓管采用=300預(yù)制混凝土管，管與墻角為。（1） 死氣箱拱的高 式中：池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一般在之間，本設(shè)計(jì)?。?到氣管下露出長度，該值一般在之間，本設(shè)計(jì)??； 到氣管下口到液面的距離，該值一般取在，本設(shè)計(jì)取。代入數(shù)據(jù)得： （2） 池蓋的曲率半徑 式中：池身圓柱體

15、內(nèi)半徑，； 池蓋球體矢高，。代入數(shù)據(jù)得： （3） 死氣箱容積 式中：死氣箱矢高，； 池蓋曲率半徑，。代入數(shù)據(jù)得：（4） 投料率根據(jù)死氣箱容積，可計(jì)算出沼氣池投料率。投料率 式中：發(fā)酵間總?cè)莘e，； 死氣箱容積，。代入數(shù)據(jù)得：投料率 （5） 最大貯氣量=池容池容產(chǎn)氣率 代入數(shù)據(jù)得：（6）氣箱總?cè)莘e= 式中：死氣箱容積，； 最大貯氣量，。代入數(shù)據(jù)得：（7）氣箱在圓筒形池深部分的容積 =- 式中：氣箱總?cè)莘e，；池蓋削球體凈容積，。代入數(shù)據(jù)得：（8）圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度= 式中：氣箱在圓筒形池深部分的容積，；池身圓柱體內(nèi)半徑，。代入數(shù)據(jù)得：發(fā)酵間最低液面位在池蓋與池身交接平面以下的位置上。這個(gè)位置

16、就是進(jìn)出料管的安裝位置。4.4 水壓間的設(shè)計(jì)依據(jù)國標(biāo)gb-4750-2002，8現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形水壓式沼氣池及水壓間選用尺寸，選取池容為10.5，產(chǎn)氣率為的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形水壓式沼氣池水壓間內(nèi)徑：；高；有效容積為：；溢流口底面標(biāo)高：。5 圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計(jì)5.1 圓筒形水壓式沼氣池整體現(xiàn)澆施工（1）打開挖支?，F(xiàn)澆注法按圖紙放線并挖去取全池土方，先澆好池底，然后澆注池墻和池蓋混凝土。池墻外模可利用原狀土壁，池墻和池蓋內(nèi)膜可用鋼模、木模、磚模等。當(dāng)拱蓋采用傘形工具式模板時(shí)，模板應(yīng)做到幾何尺寸準(zhǔn)確、鋼度大、拆裝簡便?；炷翝沧⒁B續(xù)、均勻?qū)ΨQ、振搗密實(shí)、由下而上進(jìn)行。池蓋外表采

17、用原漿反復(fù)壓實(shí)抹光，注意保護(hù)。（2）抽模土胎澆注法按設(shè)計(jì)圖的尺寸，先抽槽取土，即挖取池墻溝槽的土，并修整好表面，再做好池蓋的土胎膜，刷上隔離劑，一次澆注池墻和池蓋的混凝土。當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，由活動(dòng)蓋口取出池芯土，然后澆注池底混凝土。澆搗混凝土要連續(xù)進(jìn)行，不流施工縫，振搗要密實(shí)，注意養(yǎng)護(hù)。5.2圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì)依據(jù)國標(biāo)gb-t4750-2002下表5.1為410圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì)2。本設(shè)計(jì)為池容為10.5，產(chǎn)氣率為的混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形水壓式沼氣池，依據(jù)上表，則可以選取設(shè)計(jì)材料：選取混凝土體積為2.218，其中水泥592，中砂1.052，碎石1.625，池體抹灰體積為

18、0.454，水泥185.5，中砂0.425；水泥素漿水泥10；硅酸鈉6.5，或石蠟6.75；合計(jì)材料用量，水泥787.5，中砂1.477，碎石1.625。表5.1 圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計(jì)沼氣池容積混凝土體積，水泥， 中砂，碎石，41.2573500.6220.95961.6354550.8091.2582.0175610.9971.54102.2396231.1071.71沼氣池容積池體抹灰水泥素漿體積，水泥， 中砂，水泥， 40.2771130.259660.3471420.324780.401630.3749100.5082080.47511沼氣池容積硅酸鈉或石蠟合計(jì)材料用量硅酸鈉，石蠟，水泥，中砂，碎石，4444690.8810.9596556041.1331.258667331.3711.541077.58421.5821.716 總結(jié)通過本次的課程設(shè)計(jì),我們學(xué)到了沼氣池設(shè)計(jì)的步驟和需要注意的地方,在這次課程設(shè)計(jì)中不但提高了動(dòng)手能力而且進(jìn)一步理解和掌握了所學(xué)知識。 在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如沼氣