沼气池设计.doc

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1、沼气池工艺的设计一、沼气的根本学问1、沼气及其产生过程沼气是有机物质在厌氧环境中，在肯定的温度、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、池塘中觉察的，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，依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，他的作用是将简单的有机物分解成简洁的有机物和二氧化碳CO2等。他们当中有特地分解纤维素的，叫纤维分解菌；有特地分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有特地分解脂肪的；叫脂肪分解菌；其次类细菌叫甲烷细菌，通常叫甲烷菌，他的作

2、用是将简洁的有机物及二氧化碳复原成甲烷。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、杂草等简单的有机物加工成半成品构造简洁的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简洁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；不行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，

3、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 氢原子所结合的简洁碳氢化合物。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。甲烷是简洁的有机化合物，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

4、的设计原则1、必需坚持“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，并有利于粪便治理，改善环境卫生，沼液可便利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，依据几何学原理，一样容积的沼气池，圆形比方形话长方形的外表 积小，比较省料。其次，密闭性好，且较结实。圆形池内部构造合理，池壁没有直角，简洁解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较结实。第三，在我国北方，气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温存安全越冬。第四，适于推广。无论南北，建筑圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到建筑一个，成功一个，使用一个，

5、稳固一个，乐观稳步地普及推广。 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，我国通常承受的池容产气率包括 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

6、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局部：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，我国农村普遍承受的是下述两 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，承受半批量方式投料。这种工艺的发酵期因季节和农用状况而定，一般为 5 个月左右，运行中要求定期补充颖原料，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

7、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存区系稳定，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力量，到达较高的产气率； 工艺自身能耗少，简洁便利，简洁操作。此处承受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灶具、灯具厌进氧水料发压间酵间间人畜粪便秸秆农田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，迫使沼气池内的一局部料液进到与池体相通的水压间内， 使得水压间内的液面上升。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

8、“水压”(也就是 U 形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关翻开，沼气在水压下排出；当沼气削减时，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。这种利用局部料液来回串动，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”等群众建池的根底上， 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) 池体构造受力性能良好，而且充分利用土壤的承载力量，所以省工省料，本钱比较低。(2) 适于装填多种发酵原料，特别是大量

9、的作物秸秆，对农村积肥格外有利。(3) 为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能清扫进池。(4) 沼气池四周都与土壤接触，对池体保温有肯定的作用。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，池内浮渣简洁结壳，又难于裂开，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，出料的时候最好承受出料

10、机械。本次设计为抑制产气率较低以及原料在沼气池周边积存的问题，将进料管设计在沼气池的中心，并加装搅拌装置五、水压式沼气池的构造设计和计算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 V 、池身容积V组成。三局部的2(容积计算公式如下：V = p f1613R 2 + f 2 )1p()V=f2623R 2 + f 22V = p R2 H31()1r = 2 f1R 2 + f 211()2r = 2 f2R 2 + f 22r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构造计算、材料用量计算和施工、治理、使用技术等各种

11、因素，一般认为：池盖矢跨比f1 = 1D5f1池底矢跨比2 =池身高度D8D = 2.5H由以上公式可以整理得到V1 0.0827 D3V 0.0501D32因此发酵间容积 V= V + V12V 0.3142D33+ V= 0.4470D3 =50m3D = 1.30783 V = 4.82mD 取整为 4.9m。依据比例关系可知H=1.96m, R=2.5m, f=0.98m， f=0.6125m，r=3.425m2则实际发酵间的体积V = V + V+ V123= 9.73 + 5.88 + 36.97 = 52.58mb. 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

12、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=14.1cmf= h + h + h死123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。f= h + h死12+ h =12+3+25=40cm=0.4m3c. 死气箱容积2 ()V= p f死死r - f/ 31死= 3.14 0.423.425 - 0.4 / 3= 1.65m3d. 求 投 料 率 。 根 据 死 气 箱 容 积 ， 计 算 沼 气 池 投 料 率V - V死100 =V52.58 -1.6552.58100 = 96.9

13、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。V= V 产气率 0.5 = 52.58 0.3 0.5 = 7.89m3储计算气箱总容积V= V+ V气死储= 1.65 + 7.89 = 9.54m 3f. 计算发酵间最低液面V 小于 V气1)固当发酵间到达最低液面时仍在池体上方依据V= p f气2 (r气1- f/ 3 可求得 f气为 0.962m气液面位在池盖与池身交接平面以下的位置上，这个位置也就是进出料管的最高安装位置h.水压间的计算。要确定一下三个尺寸。水压间地面标高。此标高应与发酵间初始工作状态时的液面位置相平。水压间高度H= H+ H水12= 1.5m(1.5米水柱。H1 为发酵间最大液面下降值， H2 为水压间液面最大上升值。H1 = f气 - f筒 = 0.471m , H 2 = 1.029m水压间容积等于池内最大储气量，所以V储pH26.983.14 1.029R=水= 1.469m实际建设中R取 1.5m水