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沼气工程系统设计研究范文

时间:2022-04-08 10:16:28

沼气工程系统设计研究

《电脑编程技巧与维护杂志》2015年第六期

1沼气原料数据库建设

1.1单一原料特性数据表设计原料以公斤为质量单位,原料包括以下主要参数数据:日排放量(kg)、碳C(%)、全N(%)、总P(以P计)(%)、全钾(K2O)(%)、总固体含量(TS)(%)、含水量(%)等。而沼气组分则包括如下参数:单位产气潜力、工程产气量、甲烷含量、硫化氢含量等。通过以上分析,设计单一原料MySQL[2]数据库表格式如表1所示。动物性与植物性原料产气计算时处理方式不同,参考计算公式如下:日产气量=原料量*原料产气率*含水率(m3/d,即每天多少立方米)原料量=直接输入(对如玉米秸类等植物性原料,单位为公斤)或者:原料量=养殖量*每只动物产粪量*收集率(对畜禽粪便类等动物性原料),其中收集率参数由用户根据实际情况自行输入,但其值必须在0至100之间。

1.2混合原料配比产气量数据表设计上面针对的是单一性的原料,实际上,现在多使用混合原料来产生沼气,因此设计原料配比数据表如表2所示。系统目前仅支持2种原料的配比,以后随着研究工程的深入,将增加更多种的原料配比,以达到最大最优的产气率。

2沼气工程工艺流程

生产沼气的工艺主要包括:高浓度全混式恒温发酵、车库式干发酵、连续式干发酵等,各种工艺涉及到的流程不完全相同,大致包括以下这些流程或其中一部分:预处理、沉砂池、收集池、调配池、酸化池、厌氧发酵主发酵装置、二次厌氧发酵罐、干发酵仓主发酵装置、沼液池等。发酵产生的沼气可以用于供气、发电或者纯化等。

2.1常用的沼气生产及利用工艺流程图1显示了采用高浓度全混式恒温发酵技术生产沼气的工艺流程图,图中1-5分别表示收集池、调配池、酸化池、厌氧发酵主发酵装置、沼液池这5种流程或装置,右上角的6-1和6-2表示产生的沼气一方面用于发电,另一方面用于日常供气。由于不同的工艺包含的流程不同,因此需要根据工艺来装载并显示图形,并且需要对图形做拉伸或缩小等变换操作,采用GDI+库[3]可以处理各种格式的图形,而不再局限于BMP位图,下面的VC++代码演示了怎样对图形大小和格式做出变换:

2.2沼气工程工艺设计及投资预算估算方法沼气的生产涉及到许多流程,需要事先估算各种容器(比如发酵罐、调配池、酸化池等)的容积大小,而这一切的基础是沼气原料,不管是植物性(如各种农作物秸秆)还是动物性(如各种畜禽粪便)原料都含有大量的水分,只有去除水分后的干物质才能发酵产生沼气,其计算是一个环环相扣递进的过程,估算过程大致描述如下:(1)畜禽粪便日产生量=畜禽存栏数*畜禽日产粪量(kg//只)*收集率(%)(2)畜禽粪便干物质量=畜禽粪便日产生量*(1-畜禽粪便含水率)(3)秸秆等原料干物质量=原料量*(1-原料含水率)(4)发酵原料总干物质量=原料1干物质量+原料2干物质量+……(5)日产沼气量(m3)=原料1干物质量(T)*原料1产气率(m3/Kg)*1000+原料2干物质量(T)*原料2产气率(m3/Kg)*1000+……(6)日输出沼气量(m3)=日产沼气量(m3)*可供输出系数(%)(7)供气用户数量(户)=日输出沼气量(m3)/每户用气量(m3/户)(8)日进料量(m3/D)=发酵原料总干物质量/沼气发酵浓度(%)(9)调配池有效容积(m3)=日进料量(m3/D)*天数(D)(10)调配池体积(m3)=调配池有效容积(m3)/调配池装载率(%)(11)酸化池有效容积(m3)=日进料量(m3/D)*酸化天数(D)(12)酸化池体积(m3)=酸化池有效容积(m3)/酸化池装载率(%)(13)厌氧发酵罐有效容积(m3)=日进料量(m3/D)*水力持留时间(D)(14)厌氧发酵罐体积(m3)=厌氧发酵罐有效容积(m3)/厌氧发酵罐装载率(%)(15)二次发酵罐有效容积(m3)=日进料量(m3/D)*二次发酵停留时间(D)(16)二次发酵罐体积(m3)=二次发酵罐有效容积(m3)/二次发酵罐装载率(%)(17)沼液储存池有效容积(m3)=日进料量(m3/D)*沼液储存时间(D)(18)沼液储存池体积(m3)=沼液储存池有效容积(m3)/沼液储存池装载率(%)(19)沼气工程总投资(万元)=沼气生产部分投资(万元)+沼气利用部分投资(万元)(20)沼气生产部分投资额(万元)=日产沼气量(m3)*单位投资额(元/m3)/10000(21)沼气供气部分投资额(万元)=供气用户数量(户)*每户投资额(元/户)/10000(22)日发电量(Kwh)=日输出沼气量(m3)*沼气发电率(Kwh/m3)(23)发电机功率(kw)=日发电量(Kwh)/发电时间(h)/功率系数(24)沼气发电部分投资额(万元)=发电机单价(万元)*发电机数量(套)(25)沼气供气部分投资额(万元)=单户投资(元)*供气户数(户)/10000(26)沼气工程总容量(Kw)=各个设备功率之和(KW)+办公生活用电(Kw)(27)沼气工程装机容量(kw)=沼气工程总容量(Kw)*用电系数(%)通过以上步骤,可以初步估算出生产工艺所涉及到的各种装置或容器的尺寸大小、工程总投资预算、工程各单项投资预算、发电量、沼气工程装机容量等关键指标,为下一步的工程开工建设打好基础。

3混合原料产气量比较

为了最大化产气率,目前一般采用混合原料,不同配比的原料配比产气量不同,例如猪粪和水稻秸秆在1:9、9:1、5:5等不同配比情况下产气量分别为12262、15735、13871单位,其中在9:1配比情况下产气量最高,比1:9配比产气量高出约28%,图2清楚地表明了猪粪和水稻秸秆在各种配比情况下的产气量。

4结语

阐述了沼气工程生产原料的主要数据库设计,生产工艺及流程装置,以及估算产气量、各种流程装置容积尺寸、投资概算等的递进式计算过程,最后比较了混合原料在不同配比情况下的产气量差别。今后的研究和工程工艺改进重点包括:生产工艺的改进与优化,各种原料混合配比最佳产气量的研究、实验,以及实用的工程建设等。

作者:杨运平吴成宾单位:四川凯路威电子有限公司成都大学

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