产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书

产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书目录第一章设计总说明1一、沼气工程设计依据1二、项目背景1三、设计范围9四、设计的指导思想9五、关于初设建设内容变动情况的说明9六、初设概算编制结果10第二章工艺设计11一、沼气工程工艺设计原则11二、工艺方案11三、工艺流程说明19四、厌氧工艺装置说明21第三章总平面设计29一、概述29二、建筑布置29三、道路布置30四、沼气工程雨水排放30五、沼气工程给水及电力30第四章建筑设计31一、建筑设计依据31二、主要建筑内容31第五章结构设计34一、工程概况34二、建筑结构安全等级及设计使用年限34三、自然条件34四、本工程设计遵循的、规范、规程34五、地基基础35I产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书六、主要结构材料35七、砌体、砂浆35第六章暖气设计36一、设计依据36二、设计范围：36第七章给排水设计37一、设计依据37二、设计范围37三、给水设计37四、消防设计：38五、排水设计38第八章电气设计39一、设计依据39二、设计范围39三、厂区设计39第九章环境保护44一、项目实施过程中的环境影响及对策44二、项目建成后的环境影响及对策44三、厂区绿化45第十章劳动保护46一、劳动保护46二、劳动安全措施46第十一章机构与管理48一、企业体制及组织机构48二、劳动定员48三、人员培训48四、劳动力来源48第十二章项目实施进度49II产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第十三章运行成本及效益分析51一、运行成本51二、经济效益分析52三、社会效益分析52四、环境效益分析54第十四章主要设备与选型56第十五章附件58III产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第一章设计总说明一、沼气工程设计依据1、农计函[2010]124号《农业部关于中国农业大学产业沼气工程平台建设项目可行性研究报告的批复》2、《中国农业大学产业沼气工程平台建设项目可行性研究报告》3、中国农业大学产业沼气工程平台建设项目的有关设计要求和平面图4、中国农业大学产业沼气工程平台建设项目设计5、甲方提供的地质资料、总平面图等资料二、项目背景1、项目提出背景产业沼气是国际新发展起来的一种沼气产业形态。“产业沼气”是指用工业化模式大规模地生产、纯化和高值利用沼气，使之能像天然气和液化气那样，由管道或气罐（瓶）输送和装运，方便地应用，并形成以沼气为主体的完整产业链条。产业沼气也称“净化提纯沼气”，或称作“生物天然气”（Bio-NaturalGas)。它可以完全替代天然气和类似的石化燃气如液化石油气。天然气是一种优质清洁能源，大多数发达国家都把提高天然气的使用比例作为能源清洁化的重要举措，我国也规划大幅提高天然气在一次能源中的使用比例。在全球化石能源油气紧张的大形势下，产业1产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书沼气补充和替代天然气是一条重要道路。近年来，在以德国、瑞典、荷兰等为代表的欧洲国家，产业沼气已得到快速发展，形成了完善的产业链。根据国家中长期科技发展规划和国家可再生能源中长期发展规划，沼气产业及其科技是重要的发展战略方向。到2010年，沼气年利用量达到440亿立方米，建成大型畜禽养殖场沼气工程10000座、工业有机废水沼气工程6000座，年产沼气约140亿立方米，沼气发电达到300万千瓦，实现农业有机废弃物资源的充分有效利用，农村能源显著的清洁化。发展产业沼气可以有效缓解天然气的紧张形势，并为清洁燃气提供长期保障。据测算，我国5大传统沼气资源如畜禽粪便、生活有机垃圾、农产品加工废水等可支持年产产业沼气1500亿方，可替代900亿方天然气（2008年实际消耗的天然气量700亿方）。如果能大力发展以青贮农作物(秸、叶部分)为原料的产业沼气，仅利用我国秸秆资源15-20%，就可每年再生产可替代900亿方天然气的沼气。以德国、瑞典为代表的欧盟国家以及美国、日本等国，近年来不断地加大沼气研究投入力度，产业沼气研究已经走向批量试验、精确控制、标准化工艺和自动化管理，同时其沼气产业也正飞速发展。总体上我国沼气研究仍处于比较落后的状态，迫切需要建设先进平台，提高研究水平。一方面，要建设先进的沼气研究实验室，支撑一流科研成果的产出；另一方面，也要集中建设一批中试基地，促进2产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书科技成果向生产力的快速转化。2、产业沼气工程平台的总体说明本项目主要着眼于未来我国产业沼气大规模发展的需求，突破目前我国大中型沼气原料利用单一、沼气发酵技术粗放、缺乏高质利用技术的局限，集成多样化原料利用技术、高效沼气发酵技术、沼气提纯净化技术以及沼气高质利用技术，建设符合中国国情且具完整产业链的产业沼气工程示范基地，为我国高效产业化沼气工程的发展提供强有力的科技支撑和示范样板，为农村沼气事业上新台阶提供技术服务和技术储备。产业沼气工程平台包括实验研究、工程示范和推广培训三个方面的功能，以提高沼气高效产生和高值利用的科技创新和科技支撑能力。本项目建设包括产业沼气专实验室和产业沼气工程中试基地。其中产业沼气专题实验室以科技创新功能为主，工程中试基地则以产业示范和培训功能为主，二者相互配合，组成完整的产业沼气工程平台。（1）产业沼气工程中试基地产业沼气工程中试基地以批量中试发酵罐群、规模高效产沼气和先进净化压缩设备建设为主，通过沼气快速、高效发生，沼气净化和净化后的沼气（生物天然气）用于驱动汽车等系统，集中示范沼气的高效产生和高值利用，建设内容包括如下内容及配套设施：1）680m3高效发酵罐系统1套；3产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书2）每天2000m3沼气生产及净化装置1套；3）每小时80-100m3纯化沼气压缩机及储气装置1套；4）每年1500吨青贮原料池1个；5）自动化沼气发酵监控系统1个；中试工程利用所在实验场的每年2500吨（干重）农作物秸秆和动物粪便为原料，按照含固率25%计，每年所处理原料10000吨，每天处理原料27.4吨，日均产沼气2000m3，每年合73万m3。经净化，平均每天得到生物燃气（含甲烷97%以上）1200m3，合每年产43.8万m3生物天然气。同时该工程还建成一条批式发酵中试线。（2）产业沼气专题实验室中国农业大学生物质工程中心实验室受“985”和“211”工程重点支持，近年已经购置和装备了中小型发酵罐系统、微生物和分子生物分析设备等，产业沼气专题实验室在中心实验室已有沼气实验设备的基础上，购置国际先进的沼气专业化试验设备，组建国内一流、国际先进的沼气试验和测试实验室。（3）项目产品和推广计划本项目建成产业沼气中试基地1个，产业沼气专题试验室1个，年产43.8万m3压缩纯化生物天然气，沼渣和沼液利用实验场现有设备制作有机肥用于改良实验场土壤。压缩纯化生物天然气将用于驱动涿州300辆油气双动力新能源汽车。按照国内一般规律，燃气驱动汽车每公里油耗费用仅占燃油的4产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书60%，具有很强的市场推广能力。建成产业沼气工程零排放和沼渣沼液综合利用示范系统后，全部产业沼气工程平台向国内同行开放，同时利用该平台开展技术推广和培训。5年内每年进行高级人才培训30人次以上，通过培训、推介会议、合作伙伴、行业主管单位等途径将产业沼气技术体系推广到10家以上养殖业企业和10家以上淀粉/酒精企业，直接推动形成1亿方产业沼气生产。生物质工程中心拟成立产业服务部，组织相关专家重点对合作与推广企业给予技术支持和服务。（4）利用平台开展的研究工作着眼于未来我国产业沼气大规模发展的需求，突破目前我国大中型沼气原料利用单一、沼气发酵技术粗放、缺乏高质利用技术的局限，集成多样化原料利用技术、高效沼气发酵技术、沼气提纯净化技术以及沼气高质利用技术，建设符合中国国情且具完整产业链的产业沼气工程示范基地，为我国高效产业化沼气工程的发展提供强有力的科技支撑和示范样板，为农村沼气事业上新台阶提供技术服务和技术储备。今后重点研究开发的方向为：1）扩展沼气的原料，由传统的畜禽粪便扩大到包括专用沼气能源作物和农副产品加工废弃物/液等，并研究相适应的特定发酵技术及设备；2）大幅度提高规模化沼气工程产气率（容积产气率提高2-3倍）和降低成本的技术和设备。5产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书3）沼气提纯、商品化利用的技术和途径。4）沼气高值利用的产业链建设，提纯沼气价格通常可提高2-4倍，能极大地增强沼气产业的生命力。5）沼气工程零排放和沼渣沼液综合利用。3、项目建设地点项目建设地址：位于中国农业大学涿州实验场内。站内道路、供电、供水、通讯、雨水管网，污水管网等条件都十分完善。实验场距北京市核心区70km，距学校本部80km，临近京广公路、京广铁路、京珠高速、京石高速和已经开工修建的京石高铁，交通十分便利。（1）原辅材料本示范工程生产所需原料供应充足，原料来自涿州实验场试验田的农作物秸秆和实验场邻近村民养殖的动物粪便。未经处理的动物粪便是污染源，大量的秸秆需要及时合理利用。由于当前这两种资源都存在较大的环保处理压力，当地农户和实验场都急于为这些废弃物找到出路，非常愿意供应给中试基地用作沼气发酵原料。实验场每年有农作物新鲜秸秆在30000吨以上，本场鸡场存栏5万只，可收集干鸡粪700吨/年以上（1600方~2000方）；猪场存栏1300头，可收集干粪200吨/年以上。邻近村庄猪存栏2000多头，牛存栏300多头，每年可收集干粪600吨以上。这些原料完全可以满足示范工程每年2500吨（干重）原料的需求。（2）供水条件6产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书项目年需水1500吨，拟建在实验场内，沼液进入实验场农灌系统用作有机肥，排水不需要增加建设额外设施，仅有少量（每天几百升）含机物废水可直接排入污水口。（3）供电条件项目年耗电量10万kwh，电器总功率75kw。本项目所需的电力，由实验场供给，不需要另设变电所。低压电缆由核心区变电站引入，距离400m。4）建设地点本项目建设地点位于河北省涿州市东城坊镇中国农业大学涿州实验场内。现种植区内，距核心区（管理生活区）300m。中国农业大学涿州实验场位于东城坊镇南，总占地面积21600亩，交通非常便捷，京广公路、京广铁路、京珠高速、京石高速和已经开工修建的京石高铁贯穿而过，建成后12.5分钟直通北京西站，917公交开通后，40分钟直通北京六里桥。本工程在园区内建设，不需征用土地。7产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书8产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书三、设计范围1、本初步设计包括沼气工程平台工艺设计、建筑设计、水电和设备的初步设计以及概算。四、设计的指导思想1、本设计执行国家现行的法令、法规和各项规范。规定及甲方提供的设计要求。2、沼气工程设计符合区域的特点，工艺先进、经济、实用。同时与周边建筑和谐、统一。五、关于初设建设内容变动情况的说明初设建设内容与可研批复建设内容无变动。9产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书六、初设概算编制结果1、工程总概算为：1153.470万元，壹仟壹佰伍拾叁万肆仟柒佰元整。其中：建筑安装工程费用：83.04万元；工艺装置设备安装工程：244.63万元；项目设备安装工程：646.00万元；实验室仪器安装工程：69.80万元；工程建设其他费用：52.00万元；基本预备费：58.00万元2、资金来源中央预算内投资：1150.0000万元其余3.470万元学校自筹10产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第二章工艺设计一、沼气工程工艺设计原则根据《国家可再生能源中长期发展规划》和《农业生物质能产业发展规划（2007-2015）》，依据国家和地方有关沼气工程设计的规定，确定如下的沼气工程工艺技术指导原则。1、“资源化、减量化、无害化、生态化”的原则。2、综合考虑投资和效益的关系，力求沼气工程处理工艺新颖，技术先进，操作方便，运行费用较低。3、适应新工艺、新设备中试需求，设备更加便捷。4、实现沼气工程的综合效益，利用青绿秸秆和部分猪粪为原料进行新型原料利用技术、高效产沼气技术、生物天然气高质化技术和无害化处理技术的研究，建设一个产业化沼气工程平台。沼渣用作有机肥，沼液供附近大田作物以及果园温棚施用。二、工艺方案1、产业沼气工程平台建设项目实验设计方案A、研究内容1）玉米青贮的沼气产生潜能研究2）玉米青贮与畜禽场粪污混合的制沼研究3）沼气净化实验4）采样分析11产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书PHTSVSVSremoval温度VFA氨氮B、中试实验方案1）利用Batch（细菌驯化）方法测试沼气发酵潜能实验方法：以发酵牛粪为接种物，进行连续培养实验目的：培养菌种、测玉米青贮产沼气潜能实验日期：2-3个月a90%inoculam+10%玉米青贮测CH4含量100%inoculam+0%玉米青贮测CH4含量b继续以90%inoculam+10%玉米青贮测CH4含量100%inoculam+0%玉米青贮测CH4含量c继续以90%inoculam+10%玉米青贮测CH4含量100%inoculam+0%玉米青贮测CH4含量2）玉米青贮与畜禽场粪污混合发酵实验方案第一组：¤60m3发酵罐体+¤60m3发酵罐体进料条件：不加粪便只加玉米青贮TS8%-10%VS6%-8%HRT10-20daysTem38-42℃第二组：¤60m3发酵罐体+¤60m3发酵罐体进料条件：80%玉米青贮+20%粪便TS8%-10%VS6%-8%HRT10-20daysTem38-42℃12产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第三组：¤60m3发酵罐体+¤60m3发酵罐体进料条件：80%玉米青贮+20%粪便TS8%-10%VS6%-8%HRT10-20daysTem38-42℃第四组：60m3发酵罐体1+¤60m3发酵罐体2进料条件：发酵罐体1（90%玉米青贮+10%猪粪便）、发酵罐体2（90%玉米青贮+10%牛粪便）TS8%-10%VS6%-8%HRT10-20daysTem38-42℃C、净化实验方案100m3发酵罐体1+¤100m3发酵罐体2进料条件：发酵罐体1（100%玉米青贮+0%粪便）、发酵罐体2（70%玉米青贮+30%粪便）TS8%-10%VS6%-8%HRT10-20daysTem38-42℃沼气含量：发酵罐体160%CH4+40%CO2进行净化后97.5%CH4发酵罐体275%CH42进行净化后4+25%CO99.5%CH2、多种原料高效产气技术利用以玉米秸秆青贮料为主，畜禽粪便为辅，包括城市废水滤泥、城市有机固体废弃物、能源作物、杂草等在内的各种原料。13产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书利用新型高效固定相厌氧生物反应器，提高发酵系统的可靠性、稳定性、耐酸性和抗冲击性等。对发酵系统实施过程监测和自动控制，提高单位原料产气率和容积产气率。关键指标：各种中试发酵罐体平均容积产气率达到3m3/m3；停留期2周以内。3、沼气高压水洗净化技术FLOTECH高压水洗沼气净化设备代表当前世界最先进的沼气净化技术水平和未来相当长时期内产品开发方向。沼气净化工艺与天然气净化工艺类似，主要包括脱硫技术、脱碳技术和干燥等。目前国内外脱硫和脱碳工艺均较为成熟。当原料沼气工艺参数，组分特点及净化气质量等已知时，通常可在多种工艺中进行比选，从中找出最优化适合本项目特点的工艺路线。目前，我国还未制定有生物混合燃气、压缩生物燃气产品的国家标准。本项目的产品生产标准如下：1）沼气生产标准——甲烷含量：达56-65％；——硫化氢含量：1％以下；——CO2含量：33-42％。2）生物天然气质量指标（参考液化天然气）：14产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书——甲烷≥97％；——H2S（硫化氢）≤1ppm；——CO2＜3.0(体积%)；——O2＜0.1%；——高热值≥31.4MJ/m3。净化达标的生物天然气经加压到200个大气压，就可以执行压缩天然气标准，适用于CNG汽车燃料和CNG罐装燃气。1）脱硫工艺目前国内较成熟的脱硫方法可分为干法和湿法（或干法加湿法）两大类。干法脱硫技术效率高、投资省与操作简便，运行稳定适合于低含硫气处理。湿法脱硫技术具备处理量大，操作连续，较适合处理硫化氢含量高，处理量大的场合。本工程采用生物脱硫法与化学脱硫对沼气进行脱硫处理，可将硫化氢含量降至20mg/m3，满足高压水洗提纯净化设备的进气要求，可以达到沼气净化国标要求。（2）脱碳工艺国内外目前主要有以下几种工艺路线，见下表：表2-1.当前几种主要脱碳工艺比较工艺路线PSA（变压吸化学吸收物理吸附附）投资低中中运行成本极高中高回收率90%98%95%占地大中小15产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书技术成熟性成熟成熟成熟设备安全性和可靠性较高较高较高这几种工艺在对净化气体品质要求较高时，生产成本往往偏高，长时间连续生产的能力难以得到保障。3）高压水洗技术要点和特征为了重点开发和展示多样化原料沼气高效生产技术和沼气高质化利用技术，构建产业沼气的整套新技术体系，本项目在沼气净化技术上特申请采用国际先进的成熟技术。FLOTECH的高压水洗净化沼气工艺是一个全新的综合解决方案，利用不同气体在变温和变压的情况下在水中溶解度的不同，通过物理分离方法，一次性将硫、碳、硅氧烷等杂质全部去除，而不是分为脱硫和脱碳两个环节，所用的介质是可以循环利用的水。其工艺为粗制沼气在8-9个大气压力下，经水洗，H2S，CO2，硅氧烷等被水吸收，CH4气体经干燥进入压缩机，加压到250大气压，灌装储存。被吸收的少量CH4经闪蒸出重新进入净化流程；废液在曝气之后可重复利用，再次用于净化提纯沼气。净化压缩气体用高压气柜贮存，同时支持车用小型罐和压缩气罐车罐装。该高压水洗工艺的特点是技术成熟、设备稳定、占地面积小、运行成本极低（达天然气标准的净化每m3沼气平均0.12元，仅为其他技术的1/4到1/3），甲烷回收率高达99%以上，设备运行维护费用非常低、稳定运行寿命长达20年以上，连续工作时间显著高于其他工艺，可达接近8000小时的水平。因此该系列设备在全世界沼气技术研究和产业发展均领先的欧洲市场上所占的份额超过一半以上，并广16产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书为日本、韩国、加拿大、美国、澳大利亚、新加坡等国家采用。与其它几种工艺相比，高压水洗技术的主要优点：1）处理后氧气含量远低于0.1%，硫化氢低于1ppm；废气中硫化氢降低到10ppm以下，可达到排放标准；洗涤水是循环使用的，原则上不需要更换排出。2）工艺和设备可靠。FLOTECH高压水洗沼气净化设备在生产中应用已有30年历史，当前在全世界各地有大量用户。3）管理简便，运行成本低。配件更换率低，主要介质循环使用，运行过程中没有消耗品，全自动控制。4）甲烷回收率高，没有二次污染物排放。5）占地面积小。6）设备折旧期限长，一般长达二十年以上。于其它技术和设备相比，唯一的劣势是设备比较昂贵，一次性投入相对较高，然而由于其折旧率低，实际上分摊到每年的固定投资额上并不高，再加上因设备稳定，在运行中不会由于维修而减损工作时间，综合经济性要显著优于其他工艺设备。但迄今为止，国内尚没有一台FLOTECH高压水洗沼气净化设备。FLOTECH高压水洗沼气净化技术代表当前世界最先进的沼气净化技术水平和未来相当长时期内产品开发方向。本中试工程拟采用该设备和技术，预计可将沼气经济价值提高3倍以上，且保证整个工程的可持续运行。而该技术在行业中的广泛应用，将极大地提升沼气产17产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书业的盈利能力，因而增强可持续发展力。4、拟采购设备情况名称：GreenlaneManuka+沼气净化监测系统工作能力：每小时处理0-130m3粗沼气组分清单：编号名称规格单位数量1集装箱式控制柜（定1200x800x500mm个1制的）150kgea2洗气塔12236x400NB个1（定制的）1136kg3水冷器1900x920x1890mm个1（GreenboxMR25）510kg4闪蒸塔Flashingvessel个1（定制的）Integratedwithstrippingvessel5剥离塔（定制的）12264x400NB个11200kg6压缩机561x308x246mm个1（定制的）100kg7管线-套18仪表-套118产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书图2-1设备示意图5、产气参数中试工程利用所在实验场的每年2500吨（干重）农作物秸秆和动物粪便为原料，按照含固率25%计，每年所处理原料10000吨，每19产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书天处理原料27.4吨，经过高效厌氧发酵后，混合原料的单位产气量高于73m3/t鲜料，各种中试发酵罐体平均容积产气率达到3m3/m3，日均产沼气2000m3，每年合73万m3。经净化，平均每天得到生物燃气（含甲烷97%以上）1200m3，合每年产43.8万m3生物天然气。三、工艺流程说明1、工艺流程图图2-2工艺流程图2、工艺说明（1）每年1500吨（干重）青绿秸秆经切碎处理后存贮在青贮窖中。2）每天按试验时预计的需用量将存贮的已切碎青绿秸秆送入酸化池中备用。3）按需要采用适量的猪粪与酸化池中的青绿秸秆混合后送入20产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书厌氧罐内。由于采用了多种厌氧罐结构，适用不同的配比方式与TS浓度，因此，试验工程中采用了多个酸化进料匀浆池。4）厌氧罐产生的沼气经净化处理提纯处理后经贮气柜送至压缩车间压缩后装瓶，送至车用燃料加气站。5）厌氧罐产生的沼液至沼液暂存池集中并经固液分离机进行固液分离，分离出的固体物质作为固体肥料出售，部分沼液可作为菌种回流至酸化池进用作配料使用，多余沼液则可作为液态有机肥还田。（6）厌氧罐发酵所需的温度由场内设置的沼气热水锅炉提供。四、厌氧工艺装置说明1、不同厌氧消化器性能对比不同类型的厌氧工艺各有其优缺点和使用范围，在一定的条件下选择适当的工艺型式是厌氧处理成功的关键所在。具体详见表4-1沼气制沼消化器工艺比较。21产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书表4-1沼气厌氧消化器工艺比较表序号类别CSTRUASBHCFUSR1原料范围所有畜禽原料高COD污水所有畜禽原料猪粪、鸡粪畜禽污水2原料TS浓度6-12%<1%8-12%3-5%3应用区域全国各地中部、南部全国各地中部、南部4水力停留时间15-30天1-5天10-30天8-15天5单位能耗高高低中等6单池容积500-4000m3200-5000m3100-300m3200-2000m37操作难度高高低中等8产气率1.0-15.0m3/m3——0.8-2.0m3/m30.4-1.2m3/m39经济效益较佳较低或负效益中等偏低一个高效的厌氧反应器，应最大限度实现微生物滞留期（MRT）大于固体滞留期（SRT），固体滞留期（SRT）大于物料滞留期（HRT）。固体有机物的分解率与SRT呈正相关，固体滞留期（SRT）越长，消化效率就越高，厌氧反应器应尽可能将厌氧微生物在重力的作用下沉淀至反应器中下部，使反应器微生物滞留期（MRT）加长，既提高处理效率，又降低微生物对外加营养物质的需求。对于本项目而言，由于需将全部粪便青贮一起混合均匀后进行厌氧发酵处理，其含固率很高，因此，主体工艺采用CSTR，采用先进的搅拌装置和内部生物脱硫技术及一体化贮气技术、结合序批进料，间歇搅拌，实现高浓度厌氧反应的稳定运行。工艺类型为产气贮气脱硫一体化全混工艺。22产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书2、厌氧罐总容积总容积共680m3；其中100m3厌氧罐2座；60m3厌氧罐8座。10个发酵罐采用并联的方式运行。2、厌氧罐的分类概述（1）100立方米固体干发酵厌氧罐数量：1座性能描述：直径5米，高5米，加锥顶，总高约5.7米。总容积约100立方米罐体上部设干式进料装置，内部不设搅拌器。设喷淋循环回流系统，从厌氧罐中下部抽取沼液至罐顶供循环喷淋使用。采用泵出料（底部出料）。罐外壁面设壁面增温系统与8~10公分保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐顶设正负压保护器。罐周边设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备：厌氧进料泵：往复式真空泵；流量：3m3/h；压力：10MPa；功率：11KW厌氧循环泵（兼厌氧出料泵）：转子泵；流量：10m3/h；扬程：20m；功率：3KW运行指标：原料采用不同比例的玉米青贮与粪便的混合原料，进料浓度在20%-30%之间，发酵温度为中温38℃-42℃范围，罐体容积产气率大23产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书于3m3/m3。（2）100立方米高浓度液体发酵厌氧罐数量：1座性能描述：直径5米，高5米，加锥顶，总高约5.7米。总容积约100立方米罐顶中心设搅拌机，电机与减速机在罐外，浆叶在罐内部，由不锈钢材料制作。下部进料，上部防堵塞出水器出水罐外壁面设壁面增温系统与8~10公分保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐顶设正负压保护器。罐周边设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备厌氧进料泵：转子泵；流量：10m3/h；扬程：20m；功率：3KW厌氧罐顶中心搅拌机：转速：18rpm；功率：：2.2KW运行指标：原料采用不同比例的玉米青贮与粪便的混合原料，进料浓度在20%-30%之间，发酵温度为中温38℃-42℃范围，罐体容积产气率大于3m3/m3。（3）60立方米全混式厌氧罐数量：2座性能描述：直径4.2米，高4.2米，加锥顶，总高约4.8米。总容积约60立方米罐顶中心设搅拌机，电机与减速机在罐外，浆叶在罐内部，由不24产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书锈钢材料制作。下部进料，上部防堵塞出水器出水，底部排泥。罐外壁面设壁面增温系统与保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐顶设正负压保护器。罐周边设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备厌氧进料泵：转子泵；流量：10m3/h；压力：20m；功率：3KW厌氧罐顶中心搅拌机：转速：18rpm；功率：：1.5KW运行指标：原料采用不同比例的玉米青贮与粪便的混合原料，进料浓度在20%-30%之间，发酵温度为中温38℃-42℃范围，罐体容积产气率大于3m3/m3。（4）60立方米二相一体式厌氧罐；数量：2座；其中一座为双层膜顶性能描述：直径4.2米，高4.2米，总容积约60立方米其中一座设锥顶，总高约4.8米；另一座在罐顶设双膜球型贮气柜。罐体上无搅拌机。上部进料，中下部（离底部1.5m）出料口，底部排泥罐外壁面设壁面增温系统与保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐顶设正负压保护器。罐周边设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备厌氧进料泵：转子泵；流量：10m3/h；压力：20m；功率：3KW25产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书厌氧循环泵：螺杆泵；流量：15m3/h；压力：10m；功率：4KW罐顶双膜球型贮气柜：一套，含附属设备。运行指标：原料采用不同比例的玉米青贮与粪便的混合原料，进料浓度在20%-30%之间，发酵温度为中温38℃-42℃范围，罐体容积产气率大于3m3/m3。（5）60立方米立式固定床厌氧罐数量：2座；性能描述：直径4.2米，高4.2米，加锥顶，总高约4.8米。总容积约60立方米中部设立式螺旋提升搅拌器，上部带浆叶，将底部污泥提升至上部表面。下部一米处设一不锈钢平面篦子，网格为100×100mm。上部进料，上部防堵塞出水器出水，底部排泥罐外壁面设壁面增温系统与保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐顶设正负压保护器。罐周边设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备厌氧进料泵：转子泵；流量：10m3/h；压力：20m；功率：3KW立式螺旋提升搅拌器：非标新型设备；功率：3KW。运行指标：原料采用玉米青贮酸化料液，发酵温度为中温38℃-42℃范围，26产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书罐体容积产气率大于3m3/m3。（6）60立方米卧式厌氧罐；1座数量：1座；性能描述：横长5.2米，高3.8米，二端封闭。总容积约60立方米。半圆型钢砼基础，直径为3.8米圆筒状罐体横卧在基础上。中部设横轴搅拌器，慢速搅动。罐内设四道挡板，以不锈钢角钢制作框架，加不锈钢网格，最后复碳纤维毡。罐顶设三个人孔和沼气正负压力安全保护器。一端进料，另一端出料，底部排泥。罐外壁面设增温管与保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐上边设正负压保护器。圆罐上部设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备厌氧进料泵：转子泵；流量：10m3；压力：；功率：3KW/h20m横轴搅拌推进器：非标新型设备；功率：3KW。运行指标：原料采用不同比例的玉米青贮与粪便的混合原料，进料浓度在20%-30%之间，发酵温度为中温38℃-42℃范围，罐体容积产气率大于3m3/m3。（7）60立方米产气脱硫贮气一体式厌氧罐；1座27产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书数量：1座；直径4.2米，高4.2米，总容积约60立方米。罐顶设双膜球型贮气柜。上部进料，中下部（离底部1.5m）出料口，底部排泥罐外壁面设壁面增温系统与保温层，以保证厌氧发酵的温度。罐顶设正负压保护器。罐周边设栏杆，罐体边设爬梯。主要附属设备厌氧进料泵：转子泵；流量：10m3/h；压力：20m；功率：3kW罐顶双膜球型贮气柜：1套，含附属设备。运行指标：原料采用不同比例的玉米青贮与粪便的混合原料，进料浓度在20%-30%之间，发酵温度为中温38℃-42℃范围，罐体容积产气率大于3m3/m3。28产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第三章总平面设计一、概述本项目建设地点位于河北省涿州市东城坊镇中国农业大学涿州实验场内。中国农业大学涿州实验场位于东城坊镇南，总占地面积21600亩，交通非常便捷，京广公路、京广铁路、京珠高速、京石高速和已经开工修建的京石高铁贯穿而过，建成后12.5分钟直通北京西站，917公交开通后，40分钟直通北京六里桥。本工程在园区内建设，不需征用土地。预留沼气工程建设用地内水、电路等基础条件具备，具有良好的建设条件。该建设项目为新建项目，新建的设施主要有酸化匀浆池、青贮发酵池、厌氧反应器、贮气柜、沼气净化装置等沼气工程设施，以及泵房、控制室等附属设施。二、建筑布置1、沼气工程总占地面积29200m2（43.8亩）。2、根据沼气工程生产工艺要求，将酸化匀浆池、青贮发酵池、厌氧消化器、贮气柜、沼气净化装置按其沼气生产流程合理布局，结构紧凑，便利沼气工程操作管理，产品及废物运输符合沼气生产设计标准规定。3、厌氧发酵罐总容积共680m3；其中100m3厌氧罐2座；60m3厌氧罐8座，结构采用碳钢结构，采用彩钢复合板保温，厌氧反应器29产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书进料用沼气锅炉升温。4、新建泵房30m2、控制室60m2、配电间50m2，净化室50m2布置于沼气生产区北侧。厂区南侧建8m宽大门一座。厂区绿化面积9052m2。5、高压水洗沼气净化成套装置一套。进口设备，含净化塔、恢复塔、干燥塔、压缩机、控制室。6、新建10m3高压贮气装置一套，贮气柜罐体为钢结构。7、新建青贮发酵池1200m3，在沼气工程东南侧，2m高钢筋混凝土地上结构。8、沼气工程周围及道路两旁进行必要绿化，保证绿地面积。三、道路布置在沼气工程南北向和东西向各有一条4米宽的主干道，可以满足工艺、运输和消防的要求。新建道路总面积为3676m2，面层为水泥混凝土路面，做法详见98ZJ001。四、沼气工程雨水排放沼气工程将利用农场现有的雨水排泄系统进行排泄，雨水与污水分离。五、沼气工程给水及供电1、沼气工程利用中国农业大学涿州农场原有给水管道进行给水及消防用水供应。室外增加地下消火栓。2、项目年耗电量10万kwh，电器总功率50kw。本项目所需供30产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书电，由实验场供给，不需要另设变电所，产区内设有配电室。第四章建筑设计一、建筑设计依据沼气工程设计依据：1、农计函[2010]124号《农业部关于中国农业大学产业沼气工程平台建设项目可行性研究报告的批复》2、《中国农业大学产业沼气工程平台建设项目可行性研究报告》3、中国农业大学产业沼气工程平台建设项目的有关设计要求和平面图4、中国农业大学产业沼气工程平台建设项目设计合同5、甲方提供的地质资料、总平面图等资料6、相关的国家规范规程二、主要建筑内容沼气工程总占地面积29200m2，主要生产设施有酸化匀浆池、青贮发酵池、厌氧消化器等总容积约为1930m3。附属设施包括沼气净化装置、高压贮气装置。附属用房包括泵房、控制室、配电间、净化室设施190m2，具体形式规模见表4-1。1、酸化匀浆池容积有效50m3，设计尺寸直径4.5m，有效水深3m，超高0.3m，设计滞留时间为24小时；混凝土结构，为地下池。池上采用轻钢阳光板作围护结构。2、青贮发酵池有效容积1200m3，240厚页岩空心砖砌筑。31产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书功能：以青贮方式储存青绿玉米秸秆，作为项目示范中需要的新型沼气原料。结构：池主体长60m，宽20m，地上2米高，地下0.8米深，上面开口的长方体，池底面为比地平线高0.2m的水泥混凝土面，墙体采用MU10240厚页岩空心砖，M5混合砂浆砌筑，东西侧山墙每隔5m设一构造柱，南北侧每个6m设一道构造柱；池一端（西端）砌1.5m高墙，墙内做成30度斜坡，墙外做成与墙同高平台，进料时能够直接开进车；池另一端（东端）开口，出料时直接开进车（见下图）。（对池内体积2400m3，按有效体积80％，物料容重0.8计算，物料重量约1530吨）。青贮工艺：青贮时，将切碎的物料由池西端往池内倒，同时喷洒青贮菌剂，物料高度约达2m后，物料车继续压着物料开进池内倒料，如此边进料边镇压，一直到池东端，完成进料、镇压后用帆布等防水材料盖住上面。3、厌氧反应器总容积共680m3；其中100m3厌氧罐2座；60m3厌氧罐8座。罐体材料均为碳钢。序号建设内容规格型号单位数量备注直径5米，高5米，1固体干发酵厌氧罐100立方米座1加锥顶，总高约5.7米直径5米，高5米，2高浓度液体发酵厌氧罐100立方米座1加锥顶，总高约5.7米直径4.2米，高4.23全混式厌氧罐60立方米座2米，加锥顶，总高约4.8米32产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书4二相一体式厌氧罐60立方米座1直径4.2米，高4.2米直径4.2米，高4.25二相一体式厌氧罐（双层膜60立方米座1米，加锥顶，总高顶）约4.8米6立式固定床厌氧罐60立方米座2横长5.2米，高3.8米，二端封闭7卧式厌氧罐60立方米座1直径4.2米，高4.2米8产气脱硫贮气一体式厌氧60立方米座1直径4.2米，高4.2罐（双层膜顶）米4、贮气柜容积10m3，钢结构。5、其它附属用房平面尺寸：控制室6mx12m,净化室及配电室均为5mx10，泵房为5mx6m，结构形式均为单层砌体结构。具体工程量如下表4-1：表4-1工程量序号建设内容规模/数量备注（一）土建工程1酸化匀浆池50m3/一座￠4.2x3m2水泵房30m3/一座5×6m3控制室60m3/一座6x12m4配电室50m3/一座5x12m5净化室50m3/一座5x12m4青贮窑1200m3/一座60x20m5厌氧消化器等装备基础19.8m36.6x3x1m(二）附属工程1道路绿化围墙等690m2沼气纯化净化装置土建配套200m33场区排水管网150m33产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第五章结构设计一、工程概况沼气工程总占地面积29200㎡、辅助用房为砖混结构，包括泵房、控制室等共240㎡；厌氧反应器为钢结构罐体；酸化匀浆池和青贮发酵池为混凝土结构。二、建筑结构安全等级及设计使用年限1）建筑结构安全等级：二级2）结构设计使用年限：50年3）建筑抗震设防类别：丙类2级4）地基基础设计等级：乙级5）框架抗震等级：三级三、自然条件1）基本风压：0.30KN/㎡地面粗糙度类别：B类2）抗震设防烈度：八度设防地震分组第一组四、本工程设计遵循的标准、规范、规程《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）34产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)《砌体结构设计规范》（GB50001-2001）五、地基基础根据《中国农业大学科技园区大学生实习、实践基底二期工程岩土工程勘察报告》，本工程以○3层卵石为持力层，地基承载力为fak=350kpa,基础埋深为1.2m，附属建筑采用条形基础，其他为钢筋混凝土基础，C15素混凝土垫层。六、主要结构材料1）混凝土强度等级：C30，素混凝土及垫层C152）钢筋Φ12以下用HPB235级钢筋，Φ12及Φ12以上用HRB335级。钢板（预埋件）为Q235B.F3）焊条：E43焊接Q235钢或HPB235级钢筋E50焊接Q235钢或HPB235级钢筋七、砌体、砂浆基础：外墙MU10490mm厚页岩空心砖，内墙370mm厚页岩空心砖0.000以上外墙MU10370mm厚页岩空心砖MU10（容重不得大于6.0KN/㎡）混合砂浆M5.035产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第六章采暖设计一、设计依据中国农业大学涿州农场提供的资料及要求；《建筑采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）《锅炉房设计规范》（GB50041-2008）二、设计范围：厌氧消化器设加温热交换系统，热源由沼气热水提供。主要设备名称型号性能参数数量备注软水器WD-1A产水量：1T/h1台软水箱容积：1m31个热水锅炉0.35MW1台自带水泵36产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第七章给排水设计一、设计依据1、中国农业大学涿州农场及中国农业大学生物质工程中心提供的资料及要求；2、《建筑给排水设计规范》（GB50015-2003）3、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006)二、设计范围沼气工程给水、排水、消防系统三、给水设计供水来自中国农业大学涿州农场供水系统，给水管与消防管道共用室外主管，供水压力0.13MPa，管径为DN100，供水来自中国农业大学涿州农场室外消防生活给水管。本工程厂区管网供水，管网压力0.13MP，最高日用水量为10立方米/每小时，工艺排水为20立方米/每小时沼气工程清洁用水的供水管线用DN25热镀锌钢管值班室等的生活用水，采用DN25热镀锌钢管室内管道明装管材：室内、外采用热镀锌钢管，丝扣连接，室外管道做三油两粘防腐，具体做法参见《建筑给水排水及采暖质量验收规范》（GB50242-2002）。37产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书四、消防设计：1、根据建筑防火设计规范室外消防用水量为15L/S，火灾延续时3间按3h计，总的消防用水量为162m,采用乙型单栓由市政给水直接供给消防用水，室外消火栓为地下式。2、管材：室外采用热镀锌钢管，室外管道做三油两粘防腐，具体做法参见《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002）。五、排水设计1、猪场污水排至匀浆池作为沼气生产的原料。2、沼气工程院内生活污水需经厌氧消化器处理后排入厂区外贮液池。3、院内建筑工程室内排水管道采用UPVC管道，粘结连接，室外排水管道采用HDPE双壁波纹管，承插口连接。38产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第八章电气设计一、设计依据1、中国农业大学涿州农场及中国农业大学生物质工程中心提供的设计要求及当地现场情况。2、建筑专业提供的平、立、剖图。3、水暖、工艺等专业的设计要求4、现行国家有关设计规范及标准。《低压配电设计规范》GB50054-95《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2010年版)《建筑照明设计规范》GB50034-2004二、设计范围厌氧消化器搅拌系统、沼气提纯净化系统、污水泵等动力用电器，辅助用房及场区照明设计。三、厂区设计1、工程概况该建设项目为新建项目，新建的设施主要有酸化匀浆池、青贮发酵池、厌氧消化器、沼气净化装置、贮气柜等设施，以及泵房、控制室、锅炉房等附属设施。电气主要为辅助设施配电。2、用电负荷计算39产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书动力设备容量60KW照明容量15KW合计75KW计算容量70KW3、负荷等级及电源电压电气负荷等级定为三级，电源电压为380/220V。4、供配电系统由厌氧消化器产生的沼气经过除尘、脱硫等设施净化后直接用于发电机组发电，发出的电直接供厂区用电，并由农场引来一路低压电源作为备用，二路开关联锁，只能合一个开关。在发电机房设有总配电箱，在有机肥加工车间、锅炉房、设备综合用房设置分配电箱，配电方式采用放射式与树干式相结合的方式，配电主干线采用YJV22-0.6/1KV交联电缆，室内配线采用BV-500型铜芯塑料线穿管沿墙、地面暗敷设5、照明系统（1）电源电压和配电系统电源电压为380/220V，配电方式采用放射式供电。照明线路采用BV-500型铜芯塑料线暗敷设（2）照度、光源与灯具选择综合用房照度为200LX照明功率密度值为8W/m2有机肥加工车间照度为150LX照明功率密度值为8W/m2锅炉房照度为100LX照明功率密度值为6W/m240产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书综合用房内采用荧光灯，配电子镇流器式节能型电感镇流器。加工车间、锅炉房采用防水防尘灯。光源为节能细荧光管和金属卤化物灯6、防雷接地1）本工程各建筑屋需设总等电位联接。接地型式采用TN-S系统。2）在贮气柜上支架最高处设立一独立避雷针（5米），利用池体内主筋做防雷引下线，利用基础钢筋网作为接地极。并与总等电位端子箱联接，接地电阻不大于1欧姆，若实测不满足要求，则增加接地极。7、室外照明在室外设有路灯照明，在值班室内设有路灯控制箱，采用交联电缆在道路沿0.5米处直接埋地敷设。8、主要设备材料表序号名称型号规格数量备注1总配电箱1面2分配电箱6回路4面3路灯控制箱1面4双管荧光灯220V2×36W10套5单管荧光灯220V36W2套6防水防尘灯220V75W25套7扁圆吸顶灯220V60W6套8单相二、三极插座220V10A8只9电力电缆YJV22-1KV-5X690米10YJV22-1KV3X120+2X7070米11YJV-1KV-3X12020米12等电位端子箱5只13避雷针5m1根14路灯6米150W金卤灯12套41产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书序号名称型号规格数量备注15路灯电缆2250米YJV-3X4mm229、自动控制系统自控系统的控制及管理功能包括如下：（1）采集生产过程的主要工艺参数和设备运行状态。（2）在操作终端计算机上显示工艺流程图，如温度、压力、pH值、甲烷浓度等工艺参数，设备运行状态等。3）建立数据库，长时间保存各种工艺参数、运行数据、报警数据、故障数据，并自动生成趋势曲线。通过数据及参数分析，为改进工艺运行方案，提高生产效率提供可靠依据。4）打印运行报表，报警、故障报表及趋势图表。设不间断电源，保证在停电故障时系统仍能安全可靠地运行一段时间。自控设备采用PAC沼气自控专用系统。该装置工艺控制过程是一个间歇、连续相结合的监控过程，工艺过程控制管理要求操作简便、快捷，管理先进化。因此整个装置设立一个中心控制室，并采用PAC计算机集散控制系统对整个装置工艺过程实现集中监视、控制管理，以实现高自动化高先进性管理水平。PAC安装在中心控制室内。PAC要求具有先进的、高可靠性的，易于操作。生产装置流程的所有监均进入系统，包括电气的主要低压控制回路，各运转设备的电流、电压、功率及功率因数，设备的运转状态，事故状态报警，事故联锁应急处理等均进入系统监视控制。其它成套设备采用PLC逻辑程序监控，可以作为远程操作站与系统进行通讯连接。42产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书除了现场一级监控外，主要的工艺流程画面及重要参数报表还可以上位监视，传送到上一级的管理层。工程师站可以随时对运行的工艺参数进行修改监察。整个生产装置包括复杂的优化控制都在系统上实现，达到比较先进的自动化控制程度。43产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书第九章环境保护一、项目实施过程中的环境影响及对策1）对农场的影响：工程实施时，由于车辆运输、施工人员频繁的活动等原因，对农场畜牧生产的卫生防疫有一定影响，因此须加强对施工车辆和人员的管理，禁止施工人员进入饲养区等措施。2）对交通的影响：工程实施时，由于车辆运输等原因，会使交通变得拥挤和频繁，较易造成交通问题，这种影响随着工程的结束而消失。3）施工噪声的影响：施工期间的噪声主要是施工机械和建筑材料的运输和施工桩基处理。噪声的影响主要是紧邻的畜禽舍，建议尽量减少紧邻施工区的畜禽舍的畜禽的数量，以减少噪声对畜禽的影响。4）扬尘的影响：工程施工期间，运输的泥土长期裸露，如是干旱天气，车辆过往时，漫天尘土，使区域的大气中悬浮颗粒物含量骤增。因此建议施工期对堆土表面洒水防止扬尘。二、项目建成后的环境影响及对策1）二次污染的影响产业沼气工程平台建设项目目的在于治理农场产生的污染物，保护环境，保证经济持续高速发展，但在污染治理设施运行过程中也会对周围环境产生一定的影响，因此制定相应的；建设规范的畜禽粪和废水的暂存池；通过以上措施的实施，可以基本避免二次污染的发生。2）恶臭对环境的影响44产业沼气工程平台建设项目沼气工程初步设计说明书本项目恶臭气体的产生源，主要是畜禽粪尿中NH3等刺激性气体。上述恶臭气体的形成，主要在畜禽舍、运动场，其扩散形式为大面积无组织扩散，如不加以有效的治理，会对饲养人员的身心健康造成一定的损害，同时也会影响到畜禽的生长。对于畜禽粪尿产生的恶臭气体，评价建设可利用科学而合理的操作程序，进行有效地控制。同时加强粪肥产品的管理、及时外运施用等管理措施，可大大降低恶臭气体对环境的影响。由于无组织扩散恶臭气体的治理尚无经济有效地方法，因此，对无组织恶臭气体的影响主要依靠加强管理，加强防护等手段予以尽可能的