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猪场大型沼气工程施工组织设计

本项目以猪粪为主要发酵原料，采用CSTR厌氧发酵为主体工艺，生产的沼气主要用于发电，所发的电供污水处理系统及厂区自用。兼顾热能及沼渣、沼液综合利用为目的的“能源生态型”方案。

其中主要工艺包括：原料储存及预处理工艺、CSTR厌氧消化工艺、沼气净化及储存工艺、沼气发电及热能利用工艺、沼渣沼液综合利用工艺等五个工段。

本项目主体厌氧反应器及膜储气柜规模如下：

穿越榆济线天然气管道保护通道工程施工方案报告年处理鲜粪总量：1.095万吨/年

日产气量：1500m3/d

反应器有效容积产气率：1.05m3/（m3·d）

总发酵浓度TS%：5.0%（4%～6%）

发酵温度：30～35℃

日发电量:2400kW·h。

原料预处理+CSTR厌氧发酵+沼气发电+热能利用+沼肥利用。

当地规模化养殖场粪污及农业秸秆，这是一种有价值的宝贵资源，本项目本着农业废弃物资源化利用的原则，尽可能多地将当地农业废弃作为沼气工厂的原料加以利用，充分挖掘其资源化再利用价值。

遵循技术先进、工艺成熟的原则，在设计中吸取国内外先进的处理工艺和施工技术，使工程达到国际先进水平。选用最成熟可靠的设备，确保长期稳定运行。

遵循循环经济指导思想，依据物质循环、能量流动的生态学基本原理，强化种养平衡，促进种植业与养殖业结合，实现生态系统的良性循环。

兼顾环境效益、社会效益、经济效益，将治理污染与资源开发有机结合起来，使工程产出大于投入，提高工程的综合效益。

合理处理人工操作和自动控制的关系，对不便人工操作，且人工成本较高的工艺，采用自动化技术，提高系统运行管理水平。

3.1工程所在地气温概况：

南康市位于江西省南部，居赣江上游、章江中下游，毗邻赣州市中心城区。南康市属中亚热带季风湿润气候，年平均气温19.3℃，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛。12月均温8.8℃，7月均温28.6℃，无霜期286天左右，年平均降雨量1443.2毫米，年均日照时数1856.6小时。

3.2发酵原料特性及组成

3.3.1发酵原料计算

日原料输入量(t/d)

年原料输入量（t/a)

总固体物质含量（TS%）

日总固体量TS（t/d）

年总固体量TS（t/a）

挥发性物质含量（VS%）

日挥发性物质量VS（t/d）

年挥发性物质量VS（t/a）

日原料含水量（t/d）

年原料含水量（t/a）

3.3.2沼气产量计算

根据业主方提供资料结合我方实际工程经验，产气及能源计算如下表：

产气及能源计算（沼气在标况下，密度为1.25kg/m³）

产气率（l/kgVS）

日沼气产量(m³/d)

年沼气产量(m³/a)

沼气中水含量(kg/d)

3.4反应器工艺参数计算

结合以上计算及工程经验，反应器工艺参数计算如下表：

容积产气率（m³/m³.d）

有机负荷（kgvs/m³.d）

水力停留时间HRT（d）

3.5.1电能转换计算

本方案中，沼气中甲烷含量接近60%，在标准环境下，热值取21.5MJ/m3。

采用国产发电机组，根据厂家提供的参数，该机组电转换效率为32%，则每方沼气可产电1.91kW·h（1kW·h=3.6MJ）。

工程实际产气环境为非标准环境。设调整系数为84%，甲烷含量60%，热值取21.5MJ/m3，则每方沼气可产电21.5×32%/3.6×80%=1.6kW·h（1kW·h=3.6MJ）。

3.5.2装机规模及沼气发电量计算

发电系数（kW·h/m3）

日发电量(kW•h/d)

年发电量(万kW•h/a)

3.6发电机组余热利用计算

3.6.1发电余热产量计算

发电机组在发电同时还供应大量热能，这部分热能能否有效利用是节能的关键所在。例如按照每天产沼气1215m3，沼气中甲烷含量为60%，甲烷热值按35.91MJ/m3计算，则沼气热值为21.5MJ/m3。国产发电机组的余热回收热效率为40%，则发电机组每天可利用热能为12.9GJ；详见下表：

发电机组余热产生量计算

沼气热值(MJ/m3)

3.6.2热能利用途径

3.6.3增温保温热能需求计算

保温计算需按冬季最冷的一个月计算，日处理物料量为90t/d（其中30t鲜粪，冬季可适当提高发酵浓度，则需要60m³稀释水或沼液），设计物料来料温度为5℃（冬季），稀释沼液15℃（沼液池中部分热量散发），厌氧中温反应最适温度为30℃（冬季可取30℃），增温幅度为25℃。考虑一部分热量会损失，损失率为15%。

物料比热容（kJ/kg•℃）

综合以上计算，采用国产发电机组，余热回收的热能为12.9GJ/d，用于沼气工厂自身热量消耗约占总热量比例为80.4%，热能还能有盈余。

CSTR是一种可靠的发酵工艺，普遍适用于大范围的沼气项目。由于其在中国及国外的成功应用，我们选择它作为这个项目及其将来发展的发酵工艺。

4.2工艺流程描述说明

4.2.1预处理及进料描述

养殖粪污首先进入匀浆池池内设置搅拌机进行搅拌，进一步调节物料均匀度，然后物料通过管道泵打入厌氧反应器进行厌氧消化，同时配备流量计监测进料量。

4.2.2厌氧消化处理阶段描述

本方案采取厌氧消化工艺，共1座厌氧反应器。

4.2.3沼气净化储存阶段描述

厌氧发酵罐刚出来的沼气是夹杂着饱和水蒸气、H2S、杂质等的混合气体，H2S不仅有毒，而且还具有很强的腐蚀性，过量的H2S会缩短发电机组的使用寿命，对管道和仪表也产生腐蚀破坏。因此，在沼气发电之前需要进行沼气净化处理。等储气柜内沼气经过输气管道进入沼气净化系统。

脱水：脱水原理采用重力旋流，为保证脱水器的抗腐蚀性，脱水器采用不锈钢材质。

脱硫：本设计采用化学脱硫方式，即采用干法氧化铁脱硫。原理是在常温下将沼气通过脱硫剂床层，沼气中的H2S与活性氧化铁接触，生成三硫化二铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单质硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。这也是目前我国大中型沼气工程中应用最多的脱硫方式，运行稳定，脱硫效率高。

位于地面混凝土底板的双层膜式储气柜收集CSTR产生的沼气。双层膜式储存器构造由外层膜和内层膜以及底膜组成，外层膜和内层膜之间气密，外层膜构成存储器外部球体形状，内层膜则与底膜围成内腔以存储生物气体。

4.2.4保温与增温选择

厌氧消化反应过程受温度影响很大，本项目厌氧处理单元设计为中温，其最佳温度范围为35℃。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行，必须对系统实施整体保温措施，同时还需对厌氧反应器进料进行增温处理。

系统整体保温包括管道、阀门保温、厌氧反应器的保温。

对于各种管路能地埋的则地埋，地上管路采用常规保温方式实现；对厌氧反应器采用聚苯板保温等材料进行强化保温。另外，操作间设置在厌氧反应器旁边，尽可能地将靠近的管路、阀门设置在该房间内，起到保温作用。

增温能耗主要分为两部分，一部分为物料的温度由常温提升到反应温度，这一过程主要在进料加热池中进行，另一部分是保证CSTR反应器在相对稳定的温度下运行，补偿其运行过程中散失到环境中的能量。为降低反应过程中的能耗，在本设计中一方面采用较高的物料浓度，在保证有机负荷不变的情况下，降低水的含量，降低物料增温能耗，另一方面，在反应器池体外增设一层保温层，以降低反应器的热量散失。

增温的热源来自CHP产生的余热；在罐体内部设置热量交换管，发电机余热经热交换器后，热水循环进出反应器，实现对罐体的增温。发电机余热分两部分输出，一部分给厌氧反应器增温，补偿反应器的热能损失，另一部分通过空气散发。

4.2.5沼气利用阶段描述

沼气利用系统沼气全部用作发电使用，当发电机发生故障或检修期间以及多余沼气供应沼气锅炉燃烧或者火炬燃烧使用。

4.2.6沼肥利用阶段描述

经过厌氧消化罐发酵完的沼液将从反应器上部溢流进入沼肥存储池中，然后采用固液分离，分离后的固体作为固体肥料，沼液再回流进入沼液储存池中储存，作为液体有机肥料。

第五章发酵罐的简要介绍

5.1厌氧反应罐的选择

普通的厌氧反应罐均采用钢筋混凝土结构。近年来为了缩短施工周期，节省建筑材料，提高反应池的施工质量，建设美观大方的沼气工程处理装置，也多有采用新材料、新技术建造的厌氧反应器。

高强度搪瓷拼装罐技术（HSET技术）

罐体材料采用高防腐等级的搪瓷层预制钢板以栓接方式拼装，栓接处加特制密封材料防漏，此种预制钢板形成的高惰性釉质防腐保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗酸碱的功能。

涂层颜色:标准色为深绿色，或根据用户要求

涂层厚度:0.25~0.45mm,两面涂层

耐酸碱度:标准涂层适用PH值为:3~11;特殊涂层适用PH值为:1~14;

粘着力:3,450N/cm;

弹性:与被涂钢板相同,大约在500kN/mm;

硬度:6.0(用莫式硬度计);

先进技术:玻璃与钢熔合技术和涂层技术适用于搪瓷钢板。 

安装快捷:所有的搪瓷钢板在现场进行组装，施工同一项目安装周期要比传统的混凝土减少大约2/3。

高标准化制造:技术人员能够根据您的条件提供针对性的设计方案，工厂生产了符合公司标准和ISO9001:2000的标准化钢板。

耐腐蚀:根据我们的设计，特殊涂层放在钢板的两个面上。由于特殊设计，我们的搪瓷罐可以经受强酸，强碱，高温。

降低土建工程:土木工程的成本与混凝土罐相比大约降低了30%的成本。

较强的适应性:气温适应性强，雨后半天即可恢复施工，可在严寒中施工。

维护简单:由于搪瓷拼装罐出色的防腐性能使得它不像碳钢防腐罐一样定期要做防腐维护。

4）搪瓷拼装CSTR一体化反应器

发酵物TS%浓度：5%

消化温度T：中温消化30℃±5℃

罐体尺寸：Ф15.28*8.4m

罐体容积：1540m3

进出料方式：底部进料、上部溢流出料

加热方式：罐内热水循环加热

储气柜材料：双层膜储气柜，德国进口膜材（海德斯/米乐品牌）

储气压力：≤1.0KPa

气体输送压力：变频≤15KPa

储气柜规格：Ф15.28*5.15m

储气柜容积：500m3

搪瓷拼装CSTR一体化反应器的技术性能：

反应器设计水力搅拌，可使反应器内物料充分混合均匀，同时具有液面喷淋作用，防止液面浮渣结壳；

罐体设机械搅拌器，使反应器物料混合更均匀，发酵更充分；

双层膜储气柜置于反应器顶部，采用德国进料的海德斯/米乐膜材，质量有保证，使用寿命长，且降低投资、减少占地面积；

罐体内部设置热水加热盘管，热水来自沼气发电机组烟气余热，利用热水加热，提高反应器发酵温度，反应速率更快，产气效率更高；

罐体上安置温度检测设备，可以随时监测罐内的温度变化；

一体化反应器设置正负压保护器，保护反应器内的压力稳定；

罐体防雷系统与整个沼气站防雷系统相接，确保安全；

液面出料方式适用于无充分搅拌、容易形成结壳层的物料发酵过程。溢流的口径达到500mm，在无搅拌的情况下，底部进料促使液面上升，加上适当的水力或机械搅拌，更容易使结壳从溢流口顺利排出。另外，为防止溢流管道跑气，在出料管的末端设置一个水封井即可解决.

钢砼结构，地下式，池底及壁面均贴磁砖，池体顶面标高为+0.2m。

钢砼结构，地下式，池体顶面标高为+0.2m。

总容积：72m3有效容积：60m³

结构尺寸：D×H=Ф4.8m×4.0m

其他要求：泵坑一个（0.8m×0.8m×0.4m）

苏J9801 倒置式屋面保温构造图(挤塑聚苯乙烯保温隔热板)结构尺寸：D×H=Ф16.28m×0.5m（不含垫层100mm）

6.1.3沼液沼渣处理单元

结构尺寸：D×H=Ф8.64m×0.4m（不含垫层100mm）

钢砼结构，地下式，池顶面标高为+0.2m。

总容积：30m³GB／T 16458-2021标准下载，有效容积：24m³

结构尺寸：D×H=Ф3.5m×3.2m

尺寸：L×B×H=6.0×4.5×3.4m