养殖场沼气池设计参数
一、工艺设计
发酵料液经前处理池沉淀、除杂后,从进料口进入装置,经各发酵单元逐级发酵,使养殖粪污得到无害化和减量化处理。通过设置在各发酵单元的回流搅拌器,进行强制回流搅拌,以提高菌料均匀度和产气率。在最后一级发酵单元设置储气浮罩,使最后一级发酵单元与整个装置产生的沼气经脱水、脱硫净化处理后,汇集与储气浮罩,供生产和生活使用。从出料间溢出的沼液和抽出的沼渣储存与贮肥池,用作农作物有机肥料,或淡水养殖营养饵料。 二、设计参数
(一) 气压
沼气发酵工艺及沼气沼气灯炉具都要求沼气气压相对稳定,且宜小不宜大。对于水压是沼气池,,如果气压过大,容易破坏池体,造成泄漏;气压过小势必水压间面积过大,占地多。因此,我国农村家用水压池常用设计气压为8千帕;浮罩池设计气压可采用2千帕。
(二) 产气率
根据我国养殖专业户沼气池发酵产气水平,其设计产气率采用0.2~0.5米3/(米3·天) (三)贮气量
水压式沼气池靠池内带有压力的沼气将发酵料液压到出料间(大部分)、进料管(小部分)而贮存沼气。浮罩池由浮罩的升降来贮存沼气。
贮气容积的确定和用户用气的情况有关。养殖专业户沼气池的设计贮气量考虑能贮存12小时所产的沼气,即昼夜产气量的一半。
(四)池容
沼气池容积指发酵池净空容积。沼气池的容积应根据用户所拥有的发酵原料(数量和种类)、滞留时间、用气要求等因素合理确定。 (五)投料率
投料率指的是最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分率。设计最大投料量一般水压式为沼气池容积的90%,料液上部留适当空间,以免导气管堵塞和便于收集沼气;浮罩式为沼气容积的98%。最小设计投料量以不使沼气从进、出料管跑掉为原则。 三、建池规模计算
(一) 参数确定
根据小型畜禽养殖场的特点,经过优化设计和工程实践所选定的发酵工艺为无动力自由进料、多旋流布料、回流搅拌、固菌成膜、浮罩储气、常温发酵工艺。发酵料液温度变化范围为10~28℃,原料在发酵装置内的滞留天数(HRT)为30~90天,南方取低限,北方取高限,一般取60天;适宜于小型畜禽养殖场沼气工程的发酵料液平均浓度(Ts)为6%~10%,一般取8%;发酵装置的有效料液容积(m),浮罩式取98%,水压式取90%;常温条件下的容积产气率(平均)一般为0.20~0.40米3/(米3·天),取平均值0.30米3/(米3·天);浮罩储气压力取2~3千帕。 (二) 池容计算
小型畜禽养殖场一般采用干清粪养殖工艺,每天可收集的粪便及含水量见表17-1
表17-1 成年畜禽日排粪量及含水率
根据发酵原料的数量、一定温度下发酵原料在装置内停留的时间和投料浓度等工艺条件,沼气发酵装置的容积计算公式为:
v
bnTsHRT
(17-1)
rtm
b----单位畜禽每天的平均排粪量(千克、湿重) n----养殖畜禽的数量(头、只)
Ts---畜禽粪便原料中干物质含量的百分比(%) HRT----原料在池中的滞留天数(天) r-----发酵原料浓度(%)
t-----发酵料液比重(千克/米3) m----池内装料有效容积(%)
根据选定的工艺参数,由式(17-1)和表17-1,计算的装置容积与养殖规模的关系为:
V=cn (17-2)
式中:c-畜禽类别系数,养猪c=0.90,养牛c=2.833,养鸡c=0.025.
四、工艺技术要求
1发酵原料及其预处理单元要求:
1.1 考虑原料所含杂物对发酵工艺和设备的影响,特别是牛粪中含有大量的砂、杂草以及鸡粪中的砂、鸡毛等。在原料进入主体发酵工艺前应设置格栅、沉砂池及调节池等预处理设施。
1.2 当粪污量较大时可选择机械格栅,格栅的技术要求参照《室外排水设计规范》(GB50014-2006)的有关规定。
1.3 当处理养鸡场、散放式牛场粪污时应设置独立的沉砂池;沉砂池设计应符合城市粪便处理厂(场)设计规范(CJJ64-1995)的有关要求。
1.4 调节池容量应不小于进水量的50%,调节池应方便去除浮渣和沉砂。 2厌氧消化单元工艺要求:
2.1 厌氧发酵罐可采用与气柜分体式结构,也可选择产气贮气一体化结构。 2.2 厌氧反应器应采用地上式搪瓷拼装罐、Lipp罐、钢结构罐或钢混结构罐。
2.3 高浓度发酵原料厌氧消化应采用高固含率(TS>8%)中温(35℃左右)消化工艺:即完全混合式厌氧反应器(CSTR)、高浓度卧式推流厌氧反应器(HCPF)或升流式固体床反应器(USR)等工艺,年均池容产气率≥0.8m3/ m3·d,挥发性固形物去除率≥70%。低浓度发酵原料厌氧消化应采用厌氧复合反应器(UBF)、厌氧接触(AC)、上流式污泥床(UASB) 等工艺,年均池容产气率≥0.3m3/ m3·d,化学需氧量去除率≥70%。鼓励采用高浓度厌氧消化工艺。
2.4 建设地温度条件不能满足工艺要求时,应设置增保温措施;厌氧反应器采用外保温措施,对罐体加热可选择利用发电机组余热、沼气锅炉加热或安装太阳能热水器等方式。
2.5 厌氧反应器应设有防止超正、负压的安全装置及措施,安全装置的安全范围应满足工艺设计的压力及池体安全的要求。
2.6 厌氧反应器应达到水密性与气密性要求,应采用不透气、不透水的材料建造,内壁及管路应进行内防腐处理。
2.7 为保障厌氧反应器运行可靠,应设有取样口、测温点和排空设施,并根据工艺需要
配置常用测量仪器、仪表。
2.8 厌氧反应器下部应设有检修人孔、排泥管;排泥管管径不宜小于110mm;人孔直径不宜小于600mm。
3沼气净化单元设计要求:
3.1 脱硫。根据设计要求,可选择生物脱硫或化学脱硫工艺,也可同时采用生物脱硫和化学脱硫工艺。
3.2 脱水。不同的温度下沼气中饱和水蒸汽的含量不同,在35℃时水的含量接近5%。在输入燃气输配管网前,沼气中水的去除率应在80%以上。
4沼气贮存单元设计要求:
4.1 沼气贮存应有良好的气密性、稳定性和安全性,无沼气泄漏。根据设计要求,可选用常压双膜干式贮气柜、高压贮气柜或低压湿式贮气柜;贮气柜按设计规范要求使用寿命应达到30年。
4.2 贮气柜与周围建、构筑物的防火间距应符合国家标准《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)的有关规定。
4.3 配套设备齐全,压力稳定。 5燃气输配管网设计要求:
5.1 燃气输配管网整体设计应遵循《沼气工程技术规范 第2部分:供气设计》NY/T1220.2-2006要求执行。
5.2 管材选用应符合GB15558.1-2003和GB15558.2-2005要求,可选用燃气专用埋地聚乙烯管材(即PE管)或无缝钢管,设计使用寿命应达到50年。PE管安装应符合《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ63-95)要求;钢质沼气管道防腐应按《沼气工程技术规范 第2部分:供气设计》NY/T1220.2-2006要求设计。室内沼气管道宜采用镀锌无缝钢管。
6配套设备质量要求:
沼气工程配套的加热设备、搅拌机、进料泵等设备及装置应达到设计要求。 6.1 沉砂/除砂设备的基本要求:鸡粪(蛋鸡)、牛粪原料中含有1%-3%的砂,在预处理阶段应有除砂工艺及设备,将原料中80%以上的砂除去,避免其进入厌氧发酵罐;
6.2 进料泵/切碎机的基本要求:
(1)应满足高浓度发酵原料(TS为 8-12%)的输送要求。
(2)对于鸡粪、牛粪、秸秆等,由于其含有鸡毛或草等杂物,还应配置切碎机以切碎鸡毛或秸秆,避免堵塞管道等。
6.3 搅拌设备的基本要求:
为充分混合罐内发酵原料与菌种,避免罐内死区与浮渣层的产生,机械搅拌常用转速应达到18-20rpm。常用搅拌装置可选择:
(1)罐顶搅拌机。适用于钢性罐顶;
(2)斜搅拌机。适用于产气贮气一体化发酵罐(柔性顶)。 (3)气体搅拌装置。可作为主搅拌或辅助搅拌装置。
6.4 脱硫塔的基本要求:脱硫后沼气内H2S浓度:沼气发电
7系统运行要求:
7.1 整套沼气工程能常年稳定运行。
7.2 热电肥联产模式常年发酵温度和效率基本一致,采用发电余热给发酵罐加温,而不需要外加热源;系统能耗低,大型沼气工程自身用电占总发电量的5-6%;中型沼气工程自身用电占总发电量的8-10%。
7.3 沼气集中供气工程模式发酵系统增温、保温应利用沼气锅炉实现。
8沼渣沼液利用:应优先考虑沼渣、沼液还田。宜采用沼液减量化生产技术,浓缩沼液中营养物质含量,降低沼液产生量,减少沼液池一次性投资及沼液运输利用成本。
9沼气利用:应优先考虑用于周边农村居民炊事或养殖场生活、生产自用。无法实现集中供气、或集中供气利用不完的沼气可用于沼气发电上网销售或自发自用,发电余热可用于发酵系统增温、仔猪保温或沼渣烘干。
每头牛(体重500kg),每昼夜排泄粪便约25公斤,含水率为80%左右,含TS 18-20%,年排泄粪便可达7-8吨/头。
每头牛每昼夜排泄牛尿25-30kg,加上挤奶中心污水,每头奶牛约有尿水与污水量40-45kg左右,收集按80%计算,年排放可达14-16吨/头。该污水COD值多大于2000mg/L,NH3-N 值则在100mg/L 以上。
原料产气率是指原料中单位总体积(Ts)或挥发性固体(Vs)在发酵过程中的产气量。
农村常用发酵原料在不同温度下的产气率
沼渣沼液的产生量如何计算
按照TS含量计算,一般发酵过程会消耗掉60%的干物质,剩余40%的干物质进入沼渣(约35%)、沼液(约5%)中,以沼渣计算为例,若沼渣的含固率为25%,则沼渣产量为TS*35%/25%