水壓式沼氣池設計

1、目錄一、前言二、課程設計的題目三、課程設計的目的四、設計參數(shù)五、工藝流程六、水壓式沼氣池工作狀態(tài)圖七、發(fā)酵料液的計算八、發(fā)酵間的設計九、進料口（管）的設計十、水壓間（管）的設計十一、沼氣發(fā)酵的投料計算十二、發(fā)酵原料的預處理十三、安全注意事項十四、設計小結十五、文獻資料一、前言沼氣是有機物在厭氧條件下經微生物的發(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二氧化碳。沼氣發(fā)酵有很多有點。沼氣發(fā)酵可產生甲烷，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)酵處理有機物課大量地節(jié)省曝氣消

2、化所消耗的能量等等。沼氣發(fā)酵非常適合在農村地區(qū)推廣使用。二、課程設計的題目水壓式沼氣池設計三、課程設計的目的通過課程設計進一步笑話和鞏固本課程所學內容，并使所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學理論知識進行沼氣池設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內容、方法及步驟，培養(yǎng)確定厭氧系統(tǒng)的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、編寫設計說明書的能力。四、設計參數(shù)1、 氣壓：7840 Pa (即80 cm水柱)2、 池容產氣率：池容產氣率系指每立方米發(fā)酵池1晝夜的產氣量，單位為m3沼氣(m3池容. d)。常溫下我國常用的池容產氣率為0.2 m3（m3. d）3、 某農戶家共4人，畜生豬2頭。4、

3、 貯氣量：指氣箱內的最大沼氣貯存量。農村家用水壓式沼 氣池的最大貯存氣量以12h產氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。5、 池容：指發(fā)酵間的容積。本次設計的農村家用水壓式沼氣池的池容積為6 m3。6、 投料率：指最大投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比。五、工藝流程 1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，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荷能力，達到較高的產氣率；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。此處采用自然連續(xù)投料發(fā)酵工藝，以人、禽畜糞便及蔬菜秸

4、稈為發(fā)酵原料，定時定量投料和出料，簡單工藝流程圖如下：人畜糞便（青草及農業(yè)廢物）進料間厭氧發(fā)酵間水壓（出料）間農田 3. 水壓式沼氣池結構在我國農村，沼氣發(fā)酵不僅作為農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，處理各類廢棄物來制成農家肥，而且獲得生物質能用來照明或作為燃料。厭氧發(fā)酵一般在沼氣發(fā)酵池中進行。沼氣池種類很多，我國農村最常用的有：家用水壓式沼氣池，曲流布料沼氣池和圓柱形自循環(huán)沼氣池等。其中，水壓式沼氣池是農村推廣的主要池型。水壓式沼氣池是一種埋設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，主要結構包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導氣管幾個部分。水壓式沼氣池結構簡圖如下 1 4

5、 5 3 21加料管；2發(fā)酵間；3水壓間；4導氣管；5控制閥 六、水壓式沼氣池工作狀態(tài)圖水壓式沼氣池初始工作狀態(tài)水壓式沼氣池極限工作狀態(tài)七、發(fā)酵料液的計算1. 發(fā)酵料液體積的計算 V1=(n1+n2)k2+n3TV1=(0.0280.016)×0.8+0.15×35=6.48m³式中 V1 發(fā)酵料液的體積，m³； n1 產人糞便總量。按4口人×0.007（人. d）取值； n2 產牲畜糞便總量。按2頭豬×0.008（頭 d）取值； n3 每日舍外能定量收集糞便總量，m³/d,取0.15 k2 收集系數(shù)。取值0.8 T 原料停

6、滯期（d ）平壩農業(yè)區(qū)t取352. 氣室容積的計算 V2=1/2·V1·k3式中 V1發(fā)酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3； k3原料產氣率，本次試驗為0.2，為常溫下產率。 V2=12×6.48×0.2=0.648(m3)八、發(fā)酵間的設計1.發(fā)酵間的容積 V=（V1V2）·k1式中 V發(fā)酵間的容積，m³ V1發(fā)酵料液體積，m³； V2氣室容積，m³； K1容積保護系數(shù)，取0.91.05。本次設計取K1=1.0 V=（6.48-0.648）×1.0=5.83m³6.0 m³2.發(fā)酵

7、間各部分尺寸確定 沼氣池的直徑根據(jù)題目要求及經驗和平面設計，確定為2.4m（1）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直徑與池體矢高的比值，取5。 f1=2.4/5=0.48(m)發(fā)酵間各部分位置標注 Q1 f1 Q2 V H f2 Q3 D R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池身圓柱體內半徑，m。則 Q1=/6×0.48×(3×1.22+0.482)=1.14（m3）（2）發(fā)酵間

8、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=2.4/8=0.3（m）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，m3； 圓周率，取值3.1416。則 Q3=/6×0.3×(3×1.22+0.32) =0.69（m3）（3）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 Q2= V- Q1- Q3式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； V發(fā)酵間總容積，m3； Q2發(fā)酵間池身圓柱體容積，m3； Q

9、3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3。 Q2=8-1.14-0.69=4.17（m3）發(fā)酵間池身圓柱體高度 H按國家標準取1.0（m） （4）發(fā)酵間內總面積 S=S1+S2+S3式中 S內總表面積，m2 S1池蓋削球體內表面積，m2S2池身圓柱體內表面積，m2S3池底削球體內表面積，m2 蓋削球體球面內表面積 S1=(R2+f12)式中 S1池蓋削球面內表面積，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=×（1.22+0.482）=5.25（m2） 圓柱體池身內表面積 S2=2RH式中 S2池身圓柱體內表面積，m2； R池身內圓柱體內半徑，m

10、； H池身圓柱體高度，m； 圓周率，取值3.1416。 S2=2××1。2×1=7.54（m2） 池底削球體內表面積 S3=(R2+f22)式中 S3池底削球體內表面積，m2； f2池底削球面矢高，m； R池身圓柱體內半徑，m； 圓周率，取值3.1416。 S3=×(1.22+0.32 )=4.81（m2）發(fā)酵間總表面積 S=5.25+7.54+4.81=17.6（m2）九、進料口（管）的設計 進料口（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=600mm×320mm×500mm；下部圓

11、管才用300預制混領土管，管與池墻角為35°。（1） 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12cm； h2導氣管下露出長度，一般在35cm之間,取4cm； h3導氣管下口到液面距離，一般在2030cm之間,取27cm。f死=0. 12+0.04+0.27=0.43(m)（2） 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=3.1416×0.432×（1.740.43/3）=1.09（m3）（3） 投料率。根據(jù)死氣箱的容積

12、，可計算出沼氣池投料率，即 投料率=（VV死）/ V×100%式中 V， V死分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積，m3； 投料率=(6.0-1.09)/6.0×100%=81.8%（4） 最大貯氣量 V貯=池容×池容產氣率×1/2 V貯=6.0×0.2×1/2=0.6（m3）（5） 氣箱總容積 V氣=V死+V貯式中 V氣，V死，V貯分別為沼氣池氣箱總容積，死氣箱總容積和有效氣箱容積（最大貯氣量）。 V氣=1.09+0.6=1. 69(m3)（6） 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=1.69 -1.14=0

13、.55（）圓筒形池身內氣箱部分的高度為 h筒=0.55/(3.1416×1.22 )=0. 122(m) 最低液面位在池蓋與池身交接平面以下的h筒位置上。這個位置也就是進出料管的安裝位置。水壓間底面標高確定在池蓋拱頂下0.35m處的水平線上,進料管底面標高確定在池蓋拱頂下0.4m處的水平線上。十、水壓間（管）的設計 采用國家標準H水壓間取0.657 (m)，R水壓間 取0.55(m) 水壓式沼氣池的尺寸設計完成 十一、沼氣發(fā)酵的投料計算本次設計的農村家用水壓式沼氣池的池容為6 m3，假設一個四口之家一天的用氣量為1.2 m3,為了保證每天的供氣充足。我們選擇了干稻草、人糞、豬糞、青草

14、等作為發(fā)酵物。在6 m3的沼氣池內每天的產氣量最大為1.2 m3.物料名稱產氣量m3d投料量kgd碳所占百分比%氮所在百分比%豬糞0.3540907.800.6人糞0.0300.0752.50.85青草0.6451.514.00.84干稻草0.1710.542.00.63C:N=(0.9×7.8%+0.075×2.5%1.5×14.0%0.5×42%)(0.9×0.6%+0.075×0.85%+1.5×0.84%+0.5×0.63)= 23.6:1我們計算出了物料的碳氮比為23.6:1,符合沼氣池普通的碳氮比要求。

15、十二、發(fā)酵原料的預處理1. 糞便原料不必進行預處理，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%，鮮糞用量與風干秸稈的重量比小于1：1時，啟動時所用的秸稈原料應進行堆漚處理。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攝氏度以上進堆漚2-3天。(2)池內堆漚：將原料及接種物拌勻后，投入沼氣池內進行堆漚，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、各種有機廢

16、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：將預處理的原料和準備好的接種物混合在一起投入池內。啟動時的料液干物質含水量控制在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容量積的85%-90%為宜。然后將蓋密封。3、放氣試火：沼氣發(fā)酵啟動初期，通常不能點燃。因此，當水壓表壓力達到20厘米水柱以上時，應進行放氣試火。所產沼氣可正常燃燒使用時，沼氣發(fā)酵的啟動階段即告完成。氣池的運轉管理1、當沼氣發(fā)酵啟動之后，即進入正常運轉階段。為了維持沼氣的均衡產氣，啟動后30天左右

17、就應定時進行補料。2、正常運轉期間進池的秸桿原料，只要鍘短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可。3、正常運轉期間的進料濃度應盡量大一些，干物質含量可以大于8%。4、為了便于管理和均衡產氣，可每隔5-7天補料一次，“三結合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進入沼氣池，產氣量不足時，則應每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，再從進料口倒入進行攪拌。若發(fā)生浮料結殼并嚴重影響產氣時，則應打開活動蓋進行攪拌。冬天減少或停止攪拌。十三、安全注意事項1、沼氣發(fā)酵啟動過程中，試火應在燈、爐具上進行，禁止在導氣管口試火。2、沼氣池在大換料時，要把所有蓋口打開，使空氣流通，在末通過動物實驗證明池內確系安全時，不允許工作人員下池操作。3、池內操作人員不得使用明火照明，不準在池內吸煙。4、池內操作人員不得使用單人操作，下池人員要系安全繩，池上要有人監(jiān)護。以防萬一發(fā)生意外可及時進行搶救3、沼氣 池進、出料口要加蓋。6、輸氣管道、開關、接頭等處要經常檢修，防止輸氣管路漏氣和堵塞。水壓表要定期檢查。確保水壓表準確反映池內壓力變化。要經常排放冷凝水收集器