水壓式沼氣池建設(shè)設(shè)計說明書

1、水壓式沼氣池建設(shè)設(shè)計說明書1.1沼氣池發(fā)展的研究與現(xiàn)狀業(yè)、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19831984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I的阿爾及利業(yè)原屆法國殖民地，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?wù)?。肯尼業(yè)THHutchinson在954年開始研究豬糞的消化，他的一個家庭用消化器，每天產(chǎn)沼氣12m。在東南業(yè)國家，如菲律賓，主要的研究活動

2、集中在國家科學(xué)技術(shù)研究所、菲律賓大學(xué)以馬業(yè)農(nóng)場。在國家科學(xué)技術(shù)研究所的指導(dǎo)下，已建成3100個中國臺灣型沼氣池。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4至10m3的池子.用石灰或粘土密封池底和四壁.留一個填料口和一個出渣口.然后每周大概填入1m3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.可以說是既便宜乂方便。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

3、和煮大鍋豬食等.對于沼氣的利用在當(dāng)時一呼白應(yīng).幾乎風(fēng)靡全國農(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、灑廠等輕工企業(yè)單位，興建了一萬多個大、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。四川省樂至果灑廠修建了2x1O00彭的發(fā)酵裝置，日產(chǎn)沼氣3000m3發(fā)酵后的制灑廢液，COD去除率為92%BO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2x12直瓦的沼氣發(fā)電站和4噸卡

4、車外，還解決了全廠職工的生活用能，余下的沼氣直接為燒煤鍋爐助燃。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，在南方一個正常使用的家用沼氣池，一股一年可產(chǎn)沼氣25300m3能解決八至十個月的炊事燃料，加_L肥料收入，在23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)點我國在垃圾回收及綜合利用方面有著長期實踐和成功經(jīng)驗。20世紀(jì)90年代

5、以來，政府日益重視垃圾量的減量化和資源化，一部分城市還開展了垃圾分類收集的試點工作，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。沼氣作為一種活潔的可再生能源.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：(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”

6、的。(2) 分散性：農(nóng)村地域遼闊，人口眾多，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)料問、發(fā)酵問、出料管、水壓問、導(dǎo)氣管幾個部分。2.1.1進(jìn)料問進(jìn)料問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)酵問，以方便進(jìn)料。進(jìn)料管的下端開口位

7、置的上沿，應(yīng)在從池底到氣箱頂蓋的1/21/3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，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，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)酵問和氣箱發(fā)酵問和氣箱，這兩部分實際上是一個整體，即沼氣池容積下部是發(fā)酵問，上部是氣箱。他們是產(chǎn)生和貯存沼氣的地方。因為沼氣輕，乂不溶于水，所以各種有機物在發(fā)酵問經(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)、出料問，使沼氣充滿氣箱

8、。當(dāng)沼氣貯氣量逐漸增加時，壓力隨之增大，沼氣占有的體積也相應(yīng)增加。發(fā)酵問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出料管和水壓問出料管乂稱水壓箱。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，并兼做平時小出料作用。水壓問的容積大小，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

9、理示意圖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)包括加料管、發(fā)酵問、出料管、水壓問、導(dǎo)氣管幾個部分（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，造成水壓問液面高丁發(fā)酵問液面：使用沼氣時，發(fā)酵問壓力減小，水壓間液體被壓回發(fā)酵問。在設(shè)計沼氣池時，可以采用增大有效水壓問容積的方法（即增大有效水壓問表面積)，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)酵問的容積，提高產(chǎn)氣率，提高沼氣的利用率，料液也不會從水壓問溢出。3設(shè)計原則及基本參數(shù)3.1設(shè)計原則(1) 沼氣池宜建在畜圈或廁所地表以下，進(jìn)料問

10、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)土厚度不小丁200mm(4) 強度安全系數(shù)KA2.65。(5) 正常使用壽命20年以上。3.2設(shè)計基本參數(shù)(1) 氣壓：池內(nèi)正常工作壓力v800mm水柱(即壓強P0.08公斤/厘米)。(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m3沼氣/(m3?d)。我國通常采用的池容產(chǎn)氣率包括0.15、0.2、0.25和0.3幾種，本設(shè)計為0.2m3/(m3?d)。(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12h產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓問的容積相等。(4) 池容：發(fā)酵間的

11、容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有4m3、6m3、8m3、10m3等幾種。本設(shè)計為10.5m3。投料率：之最大限制投入的料液所占發(fā)酵問容積的白分比，一般在85%95%之間為宜。本設(shè)計投料量為小丁發(fā)酵問總?cè)莘e的90%。(5) 地面活荷載：200"/甬(6) 池蓋覆土最薄處厚：250mm(7) 地基允許承載力：5t/m2(8) 未考慮池內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓力情況。4設(shè)計計算書4.1工藝流程設(shè)計采用自然溫度連續(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,定時定量投料和出料，簡單工藝流程如下。人畜糞便(宵草及農(nóng)業(yè)廢物)T進(jìn)料問T厭氧發(fā)酵問T水壓問T農(nóng)田。4.2發(fā)酵間各部分尺寸的確定(1) 沼氣

12、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D2.5m。池蓋球體欠高fifiD.i式中：D圓柱體形池身直徑，m；i直徑欠高的比值，該值一般取在56,本設(shè)計取i5。代入數(shù)據(jù)得：fi2.5.50.5m池蓋削球體凈容積QiQi-fi(3R26fi2)式中:fi池蓋球體欠高，m；R池身圓柱體內(nèi)半徑,2.5i.25mo2代入數(shù)據(jù)得:-3.1416223Q1-0.5(31.2520.52)1.3m36池底削球體欠高f2f2D.2式中：D圓柱體形池身直徑，m;2直徑與池底欠高的比值，該值一般取在810，本設(shè)計取28代入數(shù)據(jù)得：f20.31m8(5)池底削球體凈容積

13、Q3Q3式中：R池身圓柱體內(nèi)半徑,f2池底削球體欠高，2.52_2-f2(3Rf2)6mom。代入數(shù)據(jù)得：31416ooQ3-0.31(31.2520.312)0.78m36發(fā)酵問池身圓柱體凈容積Q2Q2VQ1Q3式中：Q1池蓋削球體凈容積，m3;Q3凈一池底削球體凈容積，m3;V發(fā)酵問總?cè)莘e，m3。代入數(shù)據(jù)得:Q210.51.30.788.42m3發(fā)酵問池身圓柱體高的HuQ2H下式中:Q2凈一發(fā)酵問池身圓柱體凈容積,R池身圓柱體內(nèi)半徑，m。代入數(shù)據(jù)得:,:8.42H三1.71m3.14161.252池蓋削球體內(nèi)表面積Si_2Si(Rfi2)式中:R池身圓柱體內(nèi)半徑，m；f1池蓋球體欠高，m0

14、代入數(shù)據(jù)得:S13.1416(1.2520.52)5.70m2(9) 圓柱體池身內(nèi)表面積&S22RH式中:R池身圓柱體內(nèi)半徑，m；H池身圓柱體高的，m。代入數(shù)據(jù)得：52 23.14161.251.7113.43m2池底削球體內(nèi)表面積S322S3(Rf2)式中：R池身圓柱體內(nèi)半徑，m；f2池底削球體矢高，m。代入數(shù)據(jù)得：22253 3.1416(1.2520.312)5.21m2發(fā)酵問內(nèi)總表面積SSS1S2S3式中：S1池蓋削球體內(nèi)表面積，m2;S2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2;S3池底削球體內(nèi)表面積,m2。代入數(shù)據(jù)得：2S5.7013.435.2124.34m4.3進(jìn)料口的設(shè)計進(jìn)料口由上部

15、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X寬X深=600mm320mm500mm;下部圓管采用=300mm預(yù)制混凝土管，管與墻角為40。死氣箱拱的高f死f死hih2h3式中：hi池蓋拱頂點到活動蓋下緣平面的距離，該值一般在1015cm之間,本設(shè)計取h|14cm;h2到氣管下露出長度，該值一般在35cm之間，本設(shè)計取h24cm;h3到氣管下口到液面的距離，該值一般取在2030cm,本設(shè)計取h325cm。代入數(shù)據(jù)得：f死1442543cm0.43m池蓋的曲率半徑11土(r2f12)式中：R池身圓柱體內(nèi)半徑，m；f1池蓋球體欠高，m。代入數(shù)據(jù)得：11(1.2520.52)1.81m20.

16、5(1) 死氣箱容積V死式中：f死一一死氣箱欠高，m；1池蓋曲率半徑，m0代入數(shù)據(jù)得：20.433V死3.14160.432(1.81)0.97m33(2) 投料率根據(jù)死氣箱容積，可計算出沼氣池投料率。投料率V*死100%V式中：V發(fā)酵問總?cè)莘e，m3;V死一一死氣箱容積，m3。代入數(shù)據(jù)得：投料率10.50.97100%90.7%10.5最大貯氣量V貯、一、1貯=容容X池容廣氣率X-2代入數(shù)據(jù)得：13V貯10.50.21.05m32(3) 氣箱總?cè)莘eV氣式中:V死一一死氣箱容積，m3;V貯最大貯氣量,m3。代入數(shù)據(jù)得：V氣0.971.052.02m3氣箱在圓筒形池深部分的容積V筒V筒=V氣-Qi

17、式中：V氣氣箱總?cè)莘e，m3;Qi池蓋削球體凈容積，m3。代入數(shù)據(jù)得：一一3V筒2.021.300.72m圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度h筒V筒h.一.隔-R2式中：V筒一一氣箱在圓筒形池深部分的容積，m3;R池身圓柱體內(nèi)半徑，R1.4mo代入數(shù)據(jù)得：h筒一07220.15m3.14161.252這個位置就是發(fā)酵問最低液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上進(jìn)出料管的安裝位置4.4水壓間的設(shè)計依據(jù)國標(biāo)GB-4750-2002,8m3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10.5m3,產(chǎn)氣率為0.2m3/(m3?d)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形水壓式沼氣池水壓問內(nèi)徑：1.37m;高0

18、.68m;有效容積為：0.901m3;溢流口底面標(biāo)高：0.05mmo5圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計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?？衫迷瓲钔帘冢貕统厣w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，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、由下而上進(jìn)行。池蓋外表采用原漿反復(fù)壓實抹光，注意保護(hù)。(2)抽模土胎澆注法按設(shè)計圖的尺寸，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

19、土達(dá)到設(shè)計強度的70%t,由活動蓋口取出池芯土，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，注意養(yǎng)護(hù)。5.2圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計依據(jù)國標(biāo)GB-T4750-2002T表5.1為410m3圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計。本設(shè)計為池容為10.5m3，產(chǎn)氣率為0.2m3/(m3?d)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)計材料：選取混凝土體積為2.218m3,其中水泥592kg，中砂1.052m3,碎石1.625m3，池體抹灰體積為0.454m3,水泥185.5kg,中砂0.425m3;水泥素漿水泥10kg;硅酸鈉6.5kg,或石蠟6.75kg;合計材料用量，水

20、泥787.5kg，中砂1.477m3，碎石1.625m3表5.1圓筒形水壓式沼氣池材料設(shè)計沼氣池容積3m混凝土體積，m3水泥，kg中砂，m3”十3碎石，m41.2573500.6220.95961.6354550.8091.2582.0175610.9971.54102.2396231.1071.71沼氣池容積3m池體抹灰水泥素漿體積，m3水泥，kg中砂，m3水泥，kg40.2771130.259660.3471420.324780.401630.3749100.5082080.47511沼氣池容積3m硅酸鈉或石蠟合計材料用里硅酸鈉，kg石蠟，kg水泥，kg中砂，m3"十3碎石，m4444690.8810.9596556041.1331.258667331.3711.541077.58421.5821.716總結(jié)通過本次的課程設(shè)計，我們學(xué)到了沼氣池設(shè)計的步驟和需要注意的地方，在這次課程設(shè)計中不但提高了動手能力而且進(jìn)一步理解和掌握了所學(xué)知識。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重