秸秆厌氧消化工程设计Word文档下载推荐.docx
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2.3.3工艺选择 -14-
2.3.4本项目工艺特点 -14-
2.3.5工艺流程图 -14-
2.4厌氧消化工程设计 -16-
2.4.1预处理单元 -16-
2.4.2沼气生产单元 -17-
2.4.3沼气沼液储存单元 -17-
2.4.4沼气净化单元:
-18-
2.4.5有机肥加工单元:
2.4.6辅助生产生活设施 -19-
3 总图布置 -20-
3.1总平面布置 -20-
3.1.1总平面布置原则 -20-
3.1.2项目选址 -22-
3.2高程布置原则 -22-
3.3厂区给排水设计 -23-
3.3.1室外给水 -23-
3.3.2消防系统 -23-
4 环境保护 -24-
4.1环境保护中的选址要求-24-
4.2设计依据 -24-
4.3沼气利用 -24-
4.4节能 -24-
4.5沼渣的处理 -25-
4.6沼液的处理 -25-
4.7噪音 -26-
4.8道路及绿化 -26-
5 结语 -26-
6 参考文献 -27-
设计任务
一、设计任务及目的
1.任务:
重庆市合川区太和镇富金村秸秆产生量大,在不允许燃烧的情况下,进行资源化利用。
本次设计任务主要是秸秆厌氧消化工程设计中的方案确定及初步设计阶段,内容以工程设计为主,主要为厌氧工艺的选择、处理单元的计算、厂区布置等。
2.目的:
通过本课程设计,使学生掌握秸秆厌氧消化工程设计的一般方法,锻炼学生工程制图能力,巩固教学中所学知识,并学会将书本知识与实际应用相结合。
二、设计规模
一个自然村,人口为500户,每户用气0.9m3/天;
建设一座秸秆厌氧消化工程,进行集中供气。
1总说明
1.1工程概况及基本特征
1.1.1工程概况
项目名称:
重庆市合川区太和镇富金村秸秆厌氧消化工程
主管单位:
富金村村委会
承办单位:
重庆丰润农业发展有限公司
项目场址:
重庆市合川区太和镇胡家坝
总用地:
4736m2
总库容:
164000m3
处理规模:
532t/年
服务年限:
20年
项目服务范围:
合川区太和镇居民所产生的玉米秸秆
1.1.2基本特征
1、合川区主要气象特征值如下。
1)地理位置
合川区,位于长江上游地区,重庆西北部,距重庆主城九区56公里。
地理坐标在东经105.58'
37"
至106.40'
、北纬29.51'
02"
至30.22'
24"
之间。
东邻渝北区,南靠北碚区、璧山区,西连铜梁区、潼南县,北接华蓥市、岳池县、武胜县、蓬溪县。
东西宽69公里,南北距58公里,重庆幅员面积2356.21平方公里。
2)气候与气象
合川气候属亚热带温湿气候区,多年平均气温18.1℃,四季分明。
年平均相对湿度79%,最大相对湿度83%,最小相对湿度15%。
降水充沛,多年平均降水量1112㎜左右,5—10月6个月共降水平均为711.32㎜,占全年64%;
1—4月及11—12月6个月共降水平均为400.32㎜,占全年36%。
年平均日照数为1315.7d,年平均气压984.6mb。
历年各月都以偏北风最多,多年平均风速为1.8m/s,瞬时最大风速28m/s,最多风向为NW。
3)土地资源
合川区土地面积按地图量算,幅员面积为2356.21平方公里,折合353.43万亩。
土地资源的利用现状是:
耕地176.6万亩,占总面积的49.97%;
园地13.74万亩,占3.89%;
林地23.22万亩,占6.57%;
居民及工矿用地28.59万亩,占8.09%;
交通用地(含农村人行道)22.56万亩,占6.38%;
水域面积20.54万亩,占5.81%;
未利用地68.17万亩,占19.29%。
总面积中,属国家所有的土地18.22万亩,占总面积的5.15%,集体土地335.52万亩,占94.85%。
根据"
全国第二次土壤普查分类原则"
,重庆土地的土壤类型共划分为4个土类、6个亚类、18个土属、70个土种、97年变种。
其中,农业耕地有17个土属、69个土种和94个变种;
非农业耕地有1个土属、1个土种和3个变种。
水稻土类是农业耕地的主要土类,约占总耕地面积的61.33%;
其次是紫色土,占34.1%;
第三位是黄壤土,占2.69%;
潮土土类最少,仅为1.81%。
从土壤的质地分析:
沙土占17.83%,粘土占23.57%,壤土占48.82%,砾质土占9.78%。
土壤的酸碱度含量:
酸性占5.63%,微酸性占20.21%,中性占60.44%,微碱占13.72%。
4)地貌
合川区地处中丘陵和重庆平行岭谷的交接地带。
出露地层从老至新有古生界二叠系、中生界三叠系和侏罗系、新生界第四系。
其中,以侏罗系分布面积最宽,占合川区幅员面积四分之三以上。
侏罗系中又是沙溪庙组面积最大,达1664.03平方公里,占幅员面积的70.62%。
合川区太和镇马门溪还挖掘出了目前世界上最大的恐龙化石“马门溪龙”。
地质构造属新华夏系构造体系,全境有两种地质构造类型:
境东及东南部属重庆平型岭谷区华蓥山复式背斜褶断带,其余的大部分地区属渝西褶带龙女寺半环状构造区。
[2]
重庆地貌因受地质构造和岩性的制约,其特征是东、北、西三面地势较高,南面地势较低。
最高点是三汇镇白岩头,海拔高度为1284.2米;
次高点在西部龙多山,海拔高度619.7米;
最低在南面的草街镇嘉陵江边,海拔185米。
全境地貌大致分为平行岭谷和平缓丘陵两大类型:
东南边缘之华蓥山区为平等岭谷地形,分布面积359平方公里,占幅员面积的15.5%;
西北部广大地区,属渝西丘陵盆地,为平缓丘陵地型,分布面积1997.21平方公里,占幅员面积的84.5%。
1.2设计指导思想与原则
1)所设计的工艺流程、构(建)筑物、主要设备、设施等应能最大限度地满足生产和使用的需要,以保证沼气工程功能的实现。
2)为防止因某些突发事故而造成沼气工程停运,其被处理的原料应有安全溢流和超越的措施。
3)应以近期工程规模为主,兼顾远期规划,并为今后发展预留改、扩建的余地。
4)在经济合理的原则下,对经常操作且稳定性要求较高的设备、管道及监控部位,应尽可能采用机械化、自动化控制,以方便运行管理,降低劳动强度。
5)工艺设计应根据沼气工程规划年限、工程规模和建设目标,选择投资省、占地少、工期短、运行稳定、操作简便的工艺路线,做到技术先进,经济合理,安全适用。
6)应在不断总结生产实践经验和吸收科研成果的基础上,积极采用经过实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备。
7)应与邻近区域的给水、排水和雨水的排除系统以及供电、供气系统相协调。
8)应尽可能地降低工程造价和运行成本。
9)除应按本部分执行外,尚应符合现行国家相关的标准、规范和规定。
1.3设计依据与设计资料
1.3.1工艺设计依据
以双方签订的沼气工程项目设计合同书、立项批文、相关投资部门的要求、委托单位提供的技术基础资料作为设计依据。
设计前,应搜集下列相关的技术基础资料:
a)原料:
发酵原料的种类、总量以及收集方式,发酵原料排放量的稳定性及可持续年限,同时还应当收集企业扩大生产以后的发酵原料的相关资料;
b)气象资料:
当地的气温、风力、风向、降水量等;
c)水文地质资料:
工厂所在地的水文地质、地震烈度、以及地下水位等;
d)社会环境资料:
工厂所在地的社会环境概况包括经济条件等;
e)处理后的出水水质允许排放的标准;
f)处理后的水和污泥再利用的可能性和途径等;
g)沼气的用途及使用要求;
所采用标准如下:
*《中华人民共和国环境保护法》
*《中华人民共和国水污染防治法实施细则》(环发[1999]214号)
*《污水综合排放标准》(GB8978-1996)
*《工业循环水冷却设计规范》(GBT50102-2003)
*《沼气工程规模分类》(NY/T667-2003)
*《民用建筑设计通则》(GB50352)
*《给水排水工程基本术语标准》(GB/T50125-2010)
*《供配电系统设计规范》(GB50052)
*《建筑物防雷设计规范》(GB50057)
*《爆炸和火宅危险环境电力装置设计规范》(GB50058)
*《沼气工程技术规范》(NY/T1220)
*《建筑设计防火规范》(GB50016-2010)
1.3.2站址选择依据
沼气站址的选择,应符合下列要求:
a)尽量靠近原料(秸秆)的产地和沼气利用地区,还应与总排出口相衔接;
b)在厂区或场内主导风向的下风侧;
c)便于处理后的污水、污泥的排放与利用;
d)有较好的地质条件;
e)满足安全生产和卫生防疫要求;
f)不受洪水威胁,有良好的排水条件;
g)有较好的供水、供电的条件和交通方便。
1.3.3设计资料
(1)地理位置
太和镇位于合川西北部,建于清乾隆13年(公元1748年),与潼南、铜梁交界,幅员面积156.71平方公里,辖21个村、2个社区居委会,总人口87079人,其中城镇常住人口4万余人,城镇建成区4.5平方公里,城镇化率56.8%,是合川区内最大的城镇。
太和镇是传统的丝绸之乡、马门溪恐龙故居、红军高级将领周吉可家乡,是全国重点镇和重庆市中心镇、卫生镇、文明镇、生态镇、经济百强镇、商贸示范镇,也是合川规划建设的小城市和主城副中心。
太和镇历史文化悠久、交通便利、物产丰富、商贸繁荣、经济基础较好,现有渝州酿酒有限公司、太和丝绸公司、富金坝发电厂等一批规模企业;
有重庆市首批无公害蔬菜生产基地;
有各类商业门市1200余家,是合川西部特色经济区域中心和辐射周边30万人的物资集散地和商贸中心,素有“小合川”之称。
(2)社会环境概况
太和镇位于合川西北部,与潼南、铜梁接壤,幅员面积156.71平方公里,耕地面积61891亩,辖36个村,2个社区居委会,总人口86595人,其中城镇人口36104人,劳动力41107人,外出务工23002人,城镇建成区3.89平方公里,城镇化率49.5%。
2008年全镇地区生产总值89904万元,同比增长18.8%。
太和镇地属浅丘地区,川中褶皱带龙女寺半环状构造区,地势北高南低,海拔高度在216.3米(起点在小甑子码头)至346.7米(最高点在把伞村红堡顶)之间;
气候属四川盆地亚热带温润气候区的南部长江河谷区,冬暖夏热,春早秋短,无霜期长,雨量丰富。
涪江自北向南流经太和镇,富金坝航电枢纽渠化河道40多公里,上到潼南,下至合川,自然环境优美。
自然资源丰富。
40公里涪江穿境而过,有丰富的水利资源,建有装机容量6万千瓦的富金坝电站和装机容量410千瓦的小型发电站1座。
镇域内有溪流15条,水库5座,山坪塘752座,蓄水量达594万立方米,河沙和石材储藏量达100万立方米。
在古山、小河、亭子村已钻探出天然气井3口,日产量可达15万立方米,天然气入镇管网已建成。
涪江在镇域内蜿蜒曲折的水体和富金坝半岛及库区,构成优美的景观带及舒适的人居生活环境,为太和的乡村休闲旅游业发展提供了良好的条件。
基础设施完善。
全镇建有通讯基站9座,移动、联通、电信、铁通等公司均设有营业网点;
有日供水量20000吨的水厂1座和30KVA的变电站1座。
公安、国税、地税、工商、法院、司法、电信、邮政、农行、重农商行等单位都在太和镇设立了分支机构。
文教卫生发达。
镇内有中学1所,中心小学5所,在校师生10785人。
太和镇中心卫生院是一级甲等医院,是合川区的重点乡镇中心医院和太和片区的急救中心,另有村卫生室36个。
(3)交通运输情况
重庆合川是渝西北、川东北的交通枢纽和重要的物资集散地,也是重庆通往四川、陕西、甘肃等地的交通要道和经济走廊。
太和城镇距合川城区36公里,离潼南县城35公里,距国道212线18公里,是“遂、南、广、合”经济圈的重要节点,合川至潼南的二级公路渭潼路穿镇而过,镇域内公路已成网络,有县级道路4条33公里,镇级道路4条30.6公里,村级道路88条185公里,三级汽车站1座;
遂渝快速铁路横贯境内20余公里,设有三级客货站;
太和镇内涪江通航水域40公里,设有客货运码头1个,小甄子等水码头14处。
(4)自然条件
(5)玉米秸秆性质
有关化验结果表明,玉米秸秆含有30%以上的碳水化合物、2%~4%的蛋白质和0.5%—1%的脂肪,既可青贮,也可直接饲喂。
农作物秸秆是一种重要的富含有机质(80%-90%)的生物质能源,木质纤维素含量相对较高。
对玉米秸秆进行精细加工处理,制作成高营养牲畜饲料,不仅有利于发展畜牧业,而且通过秸秆过腹还田,更具有良好的生态效益和经济效益。
1.4主要技术经济指标
1.4.1技术指标
产气量:
450m3/d
反应器实际产气率:
0.7m3/L
有效容积:
5.14´
105L
进料浓度:
92.23%(TS)
发酵温度:
35±
2℃
进料量:
0.8t/d
水力停留时间:
45d
1.4.2经济指标
(一)收入部分
(1)沼气
年产沼气16.4万m3,沼气价格按3元/m3计算,沼气价值49.2万元
(2)沼渣
沼渣沼液年产量为274t,沼肥按40元/吨计算,气价值1.10万/年。
以上合计经济效益价值44.85万元/年。
(二)运行成本计算如下
(1)人工费:
7×
100×
365=25.55万元/年
(2)动力费:
70×
0.60×
365=1.53万元/年
(3)燃煤费:
按照平均每月每天运行4小时计,共运行1440个小时。
产生的沼气供锅炉燃烧73个小时,煤燃烧1367个小时左右。
每吨煤价格为980元,0.5t/h燃煤常压锅炉燃煤量58kg/h,合计燃煤费为7.78万元(1368h×
58k/h÷
1000×
980元/t=7.78万元)。
合计沼气运行成本34.86万元。
运行费用:
34.86÷
17.5=1.99元/m3
(三)年经济效益
本项目年增收合计44.85万元。
年运行费用约34.86万元,净收入9.99万元。
2秸秆厌氧消化工艺总体设计
2.1秸秆产生量
工程建设地位于一个自然村,该村是一个以农业发展的乡村,周边的秸秆资源十分丰富,但该村对农作物并没有进行合理、高效的处置,很大程度上造成了资源的浪费及当地农业生态环境污染。
今年来,随着环保问题的日益突出及农村地区能源供应压力的增加,特别是秸秆焚烧问题、秸秆资源综合利用的发展及大中型沼气工程原料拓展的需要,秸秆沼气集中供气工程日益受到省内外各界的普遍关注。
由此可见,该工程的建设符合省内外秸秆资源综合利用的发展方向,是解决省内秸秆焚烧问题的有效途径之一,推动秸秆资源综合利用及新农村建设的迫切要求,提高省秸秆沼气工程科技水平的重要举措。
2.2工程规模
(1)计算每天原料用量
根据相关文献查得有关数据如下表所示:
负荷
秸秆TS
污泥TS
F/M
碱
秸秆产气率
水力停留时间
53g/L
92.23%
17.2%
100/6
2%NaOH
45D
计算如下:
①每天用气量=500×
0.9=450m3
②厌氧罐体积V实=450m30.7m3/L=642m3
③有效体积V效=V实×
80%=513.6m3=5.14×
④秸秆mTS=V效×
53g/L=2.72×
107g
⑤秸秆m1=mTS45%×
秸秆TS=6.56×
107=65.6t
⑥污泥mTS=m秸秆TS×
6100=1.6×
106(g)
m2=mTS17.2%=1.6×
10617.2%=9.3×
106g=9.3t
⑦所需水m3=(2.72×
107+0.16×
107)×
9=2.6×
108g=260t
⑧所需碱m4=m秸秆TS×
2%=5.4×
105g
⑨进料量m5=80kgTS/(m·
D)×
45045=800kg=0.8t
⑩出料量m6=m5×
(1-45%)=0.44t
取反应器高度H=5m,则π4D*D=V实际
得D=13m,占地面积=26.5m2
(3)计算处理规模
①年处理秸秆量:
65.6×
36545=532t
②年产沼气量:
450×
365=1.64×
105m3
③占地面积:
由平面布置图计算得:
场区占地面积S=4736m2
2.3厌氧消化工艺
2.3.1主要工艺反应器介绍
UASB是(Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket)的英文缩写。
名叫上流式厌氧污泥床反应器,是一种处理污水的厌氧生物方法,又叫升流式厌氧污泥床。
UASB反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样,包括水解,酸化,产乙酸和产甲烷等。
通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。
在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。
与其他类型的厌氧反应器相较有下述优点:
1.污泥床内生物量多,折合浓度计算可达20-30g/L;
2.容积负荷率高,在中温发酵条件下,一般可达10kgCOD/(m³
·
d)左右,甚至能够高达15~40kgCOD/(m³
d),废水在反应器内的水力停留时间较短,因此所需池容大大缩小。
3.设备简单,运行方便,勿需设沉淀池和污泥回流装置,不需要充填填料,也不需在反应区内设机械搅拌装置,造价相对较低,便于管理,且不存在堵塞问题。
缺点是:
(1)需要安装气/固分离器;
(2)需要有效的布水器,使进料能均匀与消化器底部接触;
(3)进水要求低SS含量;
(4)在高水力负荷或高SS负荷时易流失固体和微生物,运行技术要求较高。
UASB在国内外已被大量用于低SS废水的处理,如废酒滤液、啤酒废水、豆制品废水等。
而对于SS浓度高的,则很易引起三相分离器的堵塞,导致反应器失效。
连续搅拌反应器系统,或称连续搅拌槽(continuousstirredtankreactor),简称CSTR,是一种研究和监测大气污染物对植物影响的动态模拟装置
由于玉米秸秆厌氧发酵时悬浮物SS比较高,COD浓度相对较高,所需要的负荷较高,所以选择全混式厌氧反应器是比较合适的,有利于节约投资;
较长的水力停留时间也有利于秸秆的分解与消化,沼气的产量也相对稳定,同时,更有利于项目的顺利实施与运行管理。
综上所述,本工程拟选用CSTR工艺。
2.3.2工艺选择原则
(1)根据该村的经济条件和投资目的,该自然村的地理位置、处理规模和秸秆特点;
(2)地方政府的要求和村民的实际操作水平;
(3)采用先进、成熟、运行可靠的沼气工程技术,适应企业的发展;
(4)在保证沼气工程达到设计要求的前提下,尽量减少投资和运行成本;
(5)设备质量优良可靠,确保运行稳定,具有良好的性价比,创建“放心工程”;
(6)沼气系统力求操作管理简便,降低劳动强度。
2.3.3工艺选择
本工程主要原料秸秆,工程地处重庆,需要考虑湿度问题,适合选用进料TS浓度较高且原料中粗纤维对工艺无影响的CSTR工艺
2.3.4本项目工艺特点
1.预处理部分设置调节池:
对原料进行搅拌调节处理。
预处理工艺是为了保证CSTR设备内的物料浓度,二是调节物料的PH值及合适的C/N值。
2.储气袋:
储气袋是一种以柔性织物为贮气囊袋的低压燃气贮存装置,它集中了低压湿式贮气柜和低压干式贮气柜的优点,不需要防腐,冬季不需要保温,柔性织物贮气囊袋轻,因此基础要求简单;
柔性织物材料价格低,产品的造价相应下降;
在工厂制造出产品,因此施工期非常短,产品质量得到很好的控制,是目前低压湿式贮气柜和低压干式贮气柜的替代产品。
2.3.5工艺流程图
根据前面的工艺介绍,本工程选用CSTR工艺,流程如下图1所示
工艺流程说明:
秸秆堆放仓:
每年收集到的干秸秆压实并堆放于仓库内。
粉碎室:
将秸秆进行粉碎至长度3cm-5cm。
碱预处理室:
粉碎后的秸秆在碱预处理室用2%的NaOH喷洒并浸泡24h
CSTR厌氧反应器:
处理后的秸秆、污泥加入反应器内,反应器通过搅拌使固液相混匀。
每天投加与外泄固定的原料。
产生的沼气通过管道排走。
储存池:
每天从厌氧反应器排除的沼渣、沼液进入储存池储存。
调节池:
部分污泥、沼液回流于调节池进行营养调节,以作厌氧反应器的菌种来源
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