沼气工程系统设计研究范文

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《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