固廢課程設(shè)計水壓式沼氣池設(shè)計(完整版)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)河南城建學(xué)院 固體廢物處理與處置課程設(shè)計 （2010 屆）題 目： 農(nóng)村家用沼氣池設(shè)計院 系： 環(huán)境與市政工程系專 業(yè)： 環(huán)境工程班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 王永春指導(dǎo)教師： 郭一飛 朱新鋒時 間: 2012-2013學(xué)年第一學(xué)期第17周 目錄 TOC o 1-2 h z u 十七、沼氣池CAD圖紙. 22十八、沼氣池平面安裝圖. 23水壓式沼氣池設(shè)計計算說明書一、前言沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物的發(fā)酵作用生成的一種以甲烷為主體的可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷和

2、二氧化碳。固定拱蓋水壓式沼氣池有圓筒形、球形和橢球形 三種池型。這種 池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產(chǎn)生，沼氣壓力相應(yīng)提高。這個不斷增高的 氣壓，迫使沼氣池內(nèi)的一部分料液進(jìn)到與池體相通的水壓間內(nèi)，使得水壓間內(nèi)的液面升高。 這樣一來，水壓間的液面跟沼氣池體內(nèi)的液面就產(chǎn)生了一個水位差，這個水位差就叫做“水 壓”。用氣時，沼氣開關(guān)打開，沼氣在水壓下排出 ；當(dāng)沼氣減少時，水壓間的料液又返回池體內(nèi)，使得水位差不斷下降，導(dǎo)致沼氣壓力也隨之 相應(yīng)降低。這種利用部分料液來回串動，引起水壓反復(fù)變化來貯存和排放沼氣的池型，就之為水壓式沼氣池。水壓式沼氣池，是我國推廣最早、數(shù)量最多的池型，是在總結(jié)“三結(jié)

3、合”、“圓、小、 淺”、“活動蓋”、“直管進(jìn)料”、“中層出料”等群眾建池的基礎(chǔ)上，加以綜合提高而形 成的 ?！叭Y(jié)合”就是廁所、豬圈和沼氣池連成一體，人畜糞便可以直接打掃到沼氣池里進(jìn)行發(fā)酵。沼氣發(fā)酵有很多優(yōu)點。沼氣發(fā)酵可產(chǎn)生甲烷，它是清潔方便的燃料；發(fā)酵過程中N、P、K等肥料成分幾乎得到全部保留，一部分有機(jī)氮被水解成氨太氮，速效性養(yǎng)分增加;發(fā)酵殘渣可以作為飼料肥料；沼氣發(fā)酵處理有機(jī)物課大量地節(jié)省曝氣消化所消耗的能量等等。沼氣發(fā)酵非常適合在農(nóng)村地區(qū)推廣使用。二、課程設(shè)計的題目 水壓式沼氣池設(shè)計三、課程設(shè)計的目的通過課程設(shè)計進(jìn)一步笑話和鞏固本課程所學(xué)內(nèi)容，并使所學(xué)的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學(xué)理論知識

4、進(jìn)行沼氣池設(shè)計的初步能力。通過設(shè)計，了解工程設(shè)計的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)確定厭氧系統(tǒng)的設(shè)計方案、進(jìn)行設(shè)計計算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計說明書的能力。四、設(shè)計參數(shù)氣壓：7840 Pa (即80 cm水柱)池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為m3沼氣(m3池容. d)。我國常采用的池容產(chǎn)氣率包括0.15、0.2、0.25和0.3幾種。本次設(shè)計采用0.25。貯氣量：指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯存氣量以12h產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。某農(nóng)戶家共5人，牲畜（豬）4頭。池容：系指發(fā)酵間的容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有4m3,

5、6m3,8m3,10m3等幾種。投料率：指最大投入的料液所占的發(fā)酵間的百分比，一般在8595之間為宜。五、工藝流程沼氣發(fā)酵工藝類型較多，我國農(nóng)村普遍采用的是下面兩種工藝。1.自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝這種工藝的發(fā)酵溫度隨自然溫度變化而變化投料，基本流程圖如圖所示原料選擇原料預(yù)處理配料加活性污泥入池發(fā)酵產(chǎn)氣大出料定期出料送農(nóng)田圖1 自然溫度半批量投料沼氣發(fā)酵工藝流程這種工藝的發(fā)酵期因季節(jié)和農(nóng)用情況而定，一般為五個月左右，運行中要求定期補(bǔ)充新鮮原料，以免造成產(chǎn)氣量下降，該工藝主要缺點使出料操作勞動量大。2自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝 這種工藝在自然溫度下，定時定量投料和出料，能維持比較穩(wěn)定的發(fā)酵條件，

6、使沼氣微生物（菌群積累）區(qū)系穩(wěn)定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利率和沼氣池負(fù)荷能力，達(dá)到較高的產(chǎn)氣率；工藝自身消耗能少，簡單方便，容易操作。我們選擇的是自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝。 六、沼氣池的工作原理水壓式沼氣池的工作原理可以概括為兩句話：產(chǎn)氣時，氣壓水；用氣時，水壓氣。水壓式沼氣池裝料封蓋后啟動前狀態(tài)時，在發(fā)酵間內(nèi)的料液和水壓間內(nèi)的料液液面上，同時受到大氣壓力的作用，因此兩個液面處在同一水平面上，它們之間的氣壓差和液面差均為零。此時的工作狀態(tài)稱為“初始工作狀態(tài)”，此時的料液液面高度為O-O水平面，發(fā)酵間內(nèi)存在的空間為V0。啟動以后，沼氣池內(nèi)開始發(fā)酵產(chǎn)氣，隨著沼氣產(chǎn)量的逐漸增加，發(fā)酵間

7、上部氣箱中的貯氣量越來越大，同時所產(chǎn)生的沼氣將發(fā)酵間內(nèi)的料液壓入水壓間，壓出的料液體積與所產(chǎn)的沼氣體積相等。當(dāng)發(fā)酵間內(nèi)貯氣量達(dá)到最大貯氣量VC時，水壓間里增加的料液也為最大貯液量VC。此時發(fā)酵間內(nèi)的料液面下降到可能下降的最低位置A-A水平面，水壓間內(nèi)的料液面上升到可能上升的最高位置B-B水平面。此時的工作狀態(tài)稱為“極限工作狀態(tài)”。發(fā)酵間內(nèi)料液面的下降和水壓間內(nèi)料液面的上升使得兩液面產(chǎn)生了高度差，高位料液具有的勢能使得發(fā)酵間內(nèi)沼氣產(chǎn)生了一定的壓強(qiáng)，其數(shù)值等于兩液面高差值與料液比重的乘積。由于料液比重接近于1，因此一般將兩料液面的高差值視為池內(nèi)沼氣壓強(qiáng)值。在極限工作狀態(tài)時的液面高差最大，稱為極限沼

8、氣壓強(qiáng)，數(shù)值等于：式中：H 沼氣池最大液面差； H1發(fā)酵間液面最大下降值； H2水壓間液面最大上升值。以上就是“氣壓水”的全過程。當(dāng)用戶的燃燒器工作時，池內(nèi)沼氣在高位水壓間液體壓力下逐漸輸出，隨著發(fā)酵間內(nèi)沼氣貯量的減少，水壓間料液面漸漸下降，發(fā)酵間內(nèi)液面漸漸上升。此時，輸出的沼氣的壓強(qiáng)也隨兩料液液面高差的減少而變得越來越小。當(dāng)發(fā)酵間料液液面與水壓間料液液面相平時，沼氣池又回到初始工作狀態(tài)，此時池內(nèi)的沼氣也因壓強(qiáng)為零而不再輸出，“水壓氣”過程結(jié)束。沼氣池的運行過程就是不斷產(chǎn)氣和不斷用氣的循環(huán)過程，在運行過程中，水壓式沼氣池總是處在初始工作狀態(tài)和極限工作狀態(tài)的范圍之內(nèi)，不可能超出這個范圍。圖2水壓

9、式沼氣池初始工作狀態(tài)H2HH1圖3水壓式沼氣池極限工作狀態(tài)七、沼氣池的設(shè)計依據(jù)及原則分析上述工作原理，可以得到以下三點設(shè)計水壓式沼氣池的主要依據(jù)：1.設(shè)計依據(jù)（1）沼氣池裝料（包括料液）的最高位置只能在沼氣池處于初始工作狀態(tài)時的液面高度，此時的液面為O-O液位。在O-O液位時，發(fā)酵間上部仍有部分氣箱可以貯存沼氣，但是這部分沼氣由于無法被壓出，因此無法被利用，所以稱為“死氣”。“死氣”所占據(jù)的空間稱作“無效氣箱”或“死氣箱”。（2）水壓間內(nèi)的料液液面在O-O位置，即初始工作狀態(tài)時，其液面處于最低位置，不可能再繼續(xù)下降。因此，在水壓間中如果存在低于O-O位置的料液的話，這部分料液沒有勢能，不具有壓

10、出氣箱內(nèi)沼氣的作用，是“死液”?！八酪骸彼紦?jù)的那部分水壓間被稱為“無效水壓間”。無效氣箱和無效水壓間對沼氣池運行不起任何作用，因此應(yīng)當(dāng)盡量控制其容積。在滿足功能要求的情況下，無效氣箱和無效水壓間容積越小，沼氣池的利用效率就越高，造價也越低。水壓式沼氣池的極限工作狀態(tài)時的發(fā)酵間液面是勢能使得發(fā)酵間內(nèi)沼氣產(chǎn)生了一定的壓強(qiáng)，其數(shù)值等于兩液面高差值與料液比重的乘積。由于料液比重接近于1，因此一般將兩料液面的高差值視為池內(nèi)沼氣壓強(qiáng)值。在極限工作狀態(tài)時的液面高差最大，稱為極限沼氣壓強(qiáng)，數(shù)值等于：式中：H 沼氣池最大液面差； H1發(fā)酵間液面最大下降值； H2水壓間液面最大上升值。以上就是“氣壓水”的全過程

11、。當(dāng)用戶的燃燒器工作時，池內(nèi)沼氣在高位水壓間液體壓力下逐漸輸出，隨著發(fā)酵間內(nèi)沼氣貯量的減少，水壓間料液面漸漸下降，發(fā)酵間內(nèi)液面漸漸上升。此時，輸出的沼氣的壓強(qiáng)也隨兩料液液面高差的減少而變得越來越小。當(dāng)發(fā)酵間料液液面與水壓間料液液面相平時，沼氣池又回到初始工作狀態(tài)，此時池內(nèi)的沼氣也因壓強(qiáng)為零而不再輸出，“水壓氣”過程結(jié)束。沼氣池的運行過程就是不斷產(chǎn)氣和不斷用氣的循環(huán)過程，在運行過程中，水壓式沼氣池總是處在初始工作狀態(tài)和極限工作狀態(tài)的范圍之內(nèi)，不可能超出這個范圍。低液面，而水壓間液面 是最高液面，此時沼氣池內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到最高值。在設(shè)計中，稱此時的壓強(qiáng)為最高設(shè)計壓強(qiáng)。沼氣池在運行時其池內(nèi)壓強(qiáng)不應(yīng)超過此

12、值，否則將因超負(fù)荷而破壞沼氣池。為防止沼氣池超負(fù)荷運行，一般設(shè)計中采取的措施是：將進(jìn)、出料管（或其中一管）上沿安裝在A-A液位面與池身的交線上，這樣，當(dāng)貯氣量超過最大貯氣量，即液面低于A-A位置時，多余的沼氣自行從進(jìn)、出料管逸出，保持池內(nèi)壓強(qiáng)不大于最高設(shè)計壓強(qiáng)；同時，將水壓間的溢料口下沿設(shè)計在B-B位置上，這樣即使水壓間液面有超過B-B位置的可能時，超出的部分料液也會從溢料口中溢出，使兩液面差始終保持在最大液差之內(nèi)。設(shè)計原則： （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。 （2）堅持適用、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

13、安全系數(shù)K2.65。 （5）正常使用壽命20年以上。 八、發(fā)酵料液的計算發(fā)酵料液體積的計算V1 =(n1+n2)k2+n3T 式中： V1 發(fā)酵料液體積，m3 ； n1產(chǎn)人糞便總量。按常住人口0.00130.006 m/(人d)取值，本計取0.005； n2 產(chǎn)牲畜糞便總量。按養(yǎng)豬頭數(shù)0.0060.015m/(頭d)取值，本設(shè)計取0.004;n3每日舍外能定量收集糞便總量，m/d。本設(shè)計取0.1;k2收集系數(shù)，取值0.51.0；本設(shè)計取0.8;T 原料滯留期（d）；取丘陵期的40。 V1=(50.005+40.004)0.8+0.140=5.312m2.氣室容積的計算 V2=1/2V1k3式中

14、 ： V1發(fā)酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3；k3原料產(chǎn)氣率，本次試驗為0.25，為常溫下產(chǎn)率。 V2=125.3120.25=0.664 m3九、發(fā)酵間的設(shè)計1.發(fā)酵間的容積 V=（V1+V2）k1式中 V發(fā)酵間的容積，m; V1發(fā)酵料液體積，m； V2氣室容積，m； K1容積保護(hù)系數(shù)，取0.91.05。本次設(shè)計取K1=0.98； V=（5.312+0.664）0.98=5.86 m發(fā)酵間容積取6.0m。 2.發(fā)酵間各部分尺寸確定（1）沼氣池的直徑取2.3m。（2）發(fā)酵間池蓋削球體矢高和凈容積。池蓋削球體矢高 f1=D/a1式中 f1池蓋削球體矢高，m； D圓柱體形池身直徑，m； a1

15、直徑與池體矢高的比值，取5 f1=2.3/5=0.46(m)池蓋削球體凈容積 Q1=f1(3R2+f12)式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； 圓周率，取3.1416； f1池蓋削球體矢高，m；R池身圓柱體內(nèi)半徑，m。則 Q1=3.1416/60.46(31.152+0.462)=1.01（m3）（3）發(fā)酵間池底球體矢高和凈容積。池底削球體矢高 f2=D/2式中 f2-池底削球體矢高,m; D池身圓柱體直徑，m； 2直徑與池底矢高的比值，取值8那么 f2=2.3/8=0.0.2875m池底削球體凈容積 Q3=f 2(3R2+f22)式中 f2-池底削球體矢高,m; Q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m

16、3； 圓周率，取值3.1416。則 Q3=3.1416/60.2875(31.152+0.28752) =0.61（m3）（4）發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度。發(fā)酵間池身圓柱體容積 Q= V- Q1- Q式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； V發(fā)酵間總?cè)莘e，m3； Q發(fā)酵間池身圓柱體容積，m3； Q發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3。 Q=6.0-1.01-0.61=4.38（m3）發(fā)酵間池身圓柱體高度 H=Q2/R2式中 圓周率，取值3.1416； R發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m； H發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。 H =4.38/(3.14161.152）=1.05（m）（5）發(fā)酵間內(nèi)總面積 S=S1+S

17、2+S3式中 S內(nèi)總表面積，m2 S1池蓋削球體內(nèi)表面積，m2S2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2S3池底削球體內(nèi)表面積，m2蓋削球體球面內(nèi)表面積 S1=(R2+f12)式中 S1池蓋削球面內(nèi)表面積，m3； R池身圓柱體半徑，m； f1池蓋削球面矢高，m； 圓周率，取值3.1416。 S1=3.1416（1.152+0.462）=4.82（m2）圓柱體池身內(nèi)表面積 S2=2RH式中 S2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2； R池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m； H池身圓柱體高度，m； 圓周率，取值3.1416。 S2=23.14161.151.05=7.59（m2）池底削球體內(nèi)表面積 S3=(R2+f22)式中 S3池底

18、削球體內(nèi)表面積，m2； f2池底削球面矢高，m； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m； 圓周率，取值3.1416。 S3=3.1416(1.152+0.28752 )=4.41（m2）發(fā)酵間總表面積 S=4.82+7.59+4.41=16.82（m2）十、進(jìn)料口（管）的設(shè)計 進(jìn)料口（管）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=600mm320mm500mm；下部圓管才用300預(yù)制混領(lǐng)土管，管與池墻角為40。死氣箱拱的矢高 f死=h1+h2+h3式中 h1池底拱頂點到活動蓋下緣平面的距離，該值一般在1015cm之間,取13cm； h2導(dǎo)氣管下露出長度，該值一般在35cm之間取4cm；

19、 h3導(dǎo)氣管下口到液面距離，該值一般在2030cm之間一般取25 cm。f死=0. 13+0.04+0.25=0.42 (m)死氣箱容積 V死=f死2 P1-（f死/3）式中 V死，f死，P1分別為死氣箱容積，死氣箱矢高，池蓋曲率半徑。 V死=3.14160.4221.67- (0.42/3)=1.02（m3）(3) 投料率。根據(jù)死氣箱的容積，可計算出沼氣池投料率，即投料率=（VV死）/ V100%式中 V， V死分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積，m3； 投料率=（6.01.02）/6.0100%=83% (4)最大貯氣量 V貯=池容池容產(chǎn)氣率1/2 V貯=6.00.251/2=0.75（m3）氣

20、箱總?cè)莘e V氣=V死+V貯式中 V氣，V死，V貯分別為沼氣池氣箱總?cè)莘e，死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積（最大貯氣量）。 V氣=1.02+0.75=1.77(m3)發(fā)酵間最低液面位氣箱在圓筒形池身部分的容積為 V筒= V氣Q1 V筒=1.77-1.01=0.76（）圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度為 h筒= V筒/ R2h筒=0.76/(3.14161.152 )=0.183(m) 最低液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上。這個位置也就是進(jìn)出料管的安裝位置。十一、水壓間（管）的設(shè)計 H水壓間=h筒+f死+H-0.8 H水壓間= 0.183+0.42+1.05-0.8=0.753(m)有效容積：V有=

21、池容池容產(chǎn)氣率投料量1/2 V有=6.00.2583%1/2=0.6225(m3) H水壓間= V有 / (3.14R2) 0.753 =0.6225/ (3.1416R2 ) R水壓間 =0.51(m)水壓式沼氣池的尺寸設(shè)計完成十二、發(fā)酵原料的預(yù)處理1. 糞便原料不必進(jìn)行預(yù)處理，作物秸稈必須鍘短到5厘米或粉碎。2. 在接種物用量小于20%，鮮糞用量與風(fēng)干秸稈的重量比小于1：1時，啟動時所用的秸稈原料應(yīng)進(jìn)行堆漚處理。方法有：(1)池外堆漚：將原料加水拌勻。加水量以料堆下部不出水為宜，料堆上加蓋塑料膜。氣溫在15攝氏度左右時堆漚4-5天，氣溫在20攝氏度以上進(jìn)堆漚2-3天。(2)池內(nèi)堆漚：將原料

22、及接種物拌勻后，投入沼氣池內(nèi)進(jìn)行堆漚，堆漚時間參照池外堆漚。接種物1、沼氣發(fā)酵啟動時所用的含有大量沼氣發(fā)酵微生物的各種厭氧活性污泥稱接種物。在沼氣發(fā)酵啟動時，料液中要添加10%-30%的接種物。2、老沼氣池中的懸浮污泥、各種有機(jī)廢水沉污泥、河流湖泊底層的沉渣、坑塘污泥和積水糞坑的糞肥等，都可用來作接種物。所用接種物的揮發(fā)性固體含量不低于3%。沼氣發(fā)酵的啟動1、投料：將預(yù)處理的原料和準(zhǔn)備好的接種物混合在一起投入池內(nèi)。啟動時的料液干物質(zhì)含水量控制在6%-12%。2、加水封池：原料和接種物入池后，要及時加水封池。以料液量約占沼氣池總?cè)萘糠e的85%-90%為宜。然后將蓋密封。3、放氣試火：沼氣發(fā)酵啟動

23、初期，通常不能點燃。因此，當(dāng)水壓表壓力達(dá)到20厘米水柱以上時，應(yīng)進(jìn)行放氣試火。所產(chǎn)沼氣可正常燃燒使用時，沼氣發(fā)酵的啟動階段即告完成。氣池的運轉(zhuǎn)管理1、當(dāng)沼氣發(fā)酵啟動之后，即進(jìn)入正常運轉(zhuǎn)階段。為了維持沼氣的均衡產(chǎn)氣，啟動后30天左右就應(yīng)定時進(jìn)行補(bǔ)料。2、正常運轉(zhuǎn)期間進(jìn)池的秸桿原料，只要鍘短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可。3、正常運轉(zhuǎn)期間的進(jìn)料濃度應(yīng)盡量大一些，干物質(zhì)含量可以大于8%。4、為了便于管理和均衡產(chǎn)氣，可每隔5-7天補(bǔ)料一次，“三結(jié)合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進(jìn)入沼氣池，產(chǎn)氣量不足時，則應(yīng)每5-7天添加秸稈或青草等原料一次。5、每隔5-7天攪拌一次，可通過進(jìn)料口或水壓間用木棍攪拌，也可以從水壓間淘出料液，再從進(jìn)料口倒入進(jìn)行攪拌。若發(fā)生浮料結(jié)殼并嚴(yán)重影響產(chǎn)氣時，則應(yīng)打開活動蓋進(jìn)行攪拌。冬天減少或停止攪拌。十三、水壓式沼氣池的優(yōu)缺點 （1）池體結(jié)構(gòu)受力性能良好，而且充分利用特讓的承載能力，所以省工省料，成本比較低