【正文】 19 控制部分主程序 ................................................................................................................ 19 延時子程序 ........................................................................................................................ 21 轉換程序 ...................................................................................................................... 21 本章小結 ............................................................................................................................ 21 5 系統(tǒng)調(diào)試 .....................................................21 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 線性度確認 ........................................................................................................................ 21 工作流程驗證 .................................................................................................................... 22 本章小結 ............................................................................................................................ 23 6 總結與展望 ...................................................23 總結 .................................................................................................................................... 23 問題展望 ............................................................................................................................ 24 參考文獻 .......................................................25 致謝 ...........................................................26 附錄 ...........................................................27 附錄 1,軟件代碼 ...................................................................................................................... 27 附錄 2 模塊實物圖 ................................................................................................................. 34 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 1 1 引言 經(jīng)濟的發(fā)展總是伴隨著能源的消耗，發(fā)展越快，能源消耗的也就越快 。如今地球的煤，石油，天然氣等不可再生資源的儲存量來說，已經(jīng)漸漸跟不上其消耗的速度。即能源危機的時代已經(jīng)到來了。除了能源枯竭的問題之外，大量化石燃料的使用還給地球的環(huán)境帶來了巨大的考驗。為此，世界各國不得不尋找解決之道。開發(fā)新能源，尋找替代能源，提高能源利用效率等等，不一而足。 在全世界應對氣候變換的大背景之下，減少化石燃料的消耗，發(fā)展清潔高效的可再生能源成為世界各國的關 注熱點。據(jù)各方面的統(tǒng)計資料來看，全球的風電裝機容量，太陽能發(fā)電容量，生物乙醇，生物柴油等的產(chǎn)量一直是在大步提升的。 就中國而言，除了水電以外的可再生電力一直快速增長，同比增幅僅次于美國。因為中國作為一個人口大國，一個能源消耗大國，有必要花大投資來改善能源結構，事實也是如此，僅 2020 一年，中國在可再生能源資源上的投資就超過了 500 億美元 ，所以在現(xiàn)今社會，在我國發(fā)展可再生能源是完全可行的，或者說是受到大力扶持的。 可再生能源之中，生物天然氣是一種十分重要的生物質(zhì)能。它的主要成分為甲烷，可以通過沼氣的凈化提純來 制得。生物天然氣可以作為石化天然氣的重要替代燃氣，使得發(fā)展沼氣成為增加天然氣供應的突破口。 根據(jù)供需關系，有需求，又會有供應。在我國現(xiàn)在階段，特別是近年來，對生物天然氣的需求高速增加，使得需求遠大于供應。這大大加快了沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。而且，沼氣是一種比較清潔的能源，由各類禽畜，以及人們的糞便，工農(nóng)業(yè)的有機廢棄物， 生活垃圾等在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生。其產(chǎn)生過程本身就是一種可再生能源的制造過程。不僅如此，對這些垃圾的處理還起到了環(huán)境保護的作用。 我國發(fā)展沼氣的歷史要追溯到 50 多年以前，經(jīng)過這些年的發(fā)展，截止至 2020 年底 ，我國的民用沼氣池差不多有 3500w 口，其他的大型中型沼氣工程更是接近有 3000 處 .若是能將這些沼氣進行凈化提純后并入天然氣網(wǎng)，差不多能節(jié)省 10%的天然氣消耗量。沼氣提純后還能用于車用燃料，其生產(chǎn)成本低廉，在與石化天然氣燃料的對比中有著巨大的價格優(yōu)勢 。沼氣的資源是豐富的，然而天然氣的缺口卻是非常巨大。這些都預示著沼氣提純有著巨大的發(fā)展前景 ，沼氣提純技術的發(fā)展有著重大的意義。 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 首先，沼氣提純技術的發(fā)展帶來的最直觀影響，沼氣的產(chǎn)量增加了，越來越多的沼氣工程正在被建設中。相對的，平時沒有什么作用生活垃圾，糞 便，工農(nóng)業(yè)有機廢物等有了去處 —— 生產(chǎn)沼氣，而不用吃力不討好的集中焚燒，填埋。不光減少了處理垃圾的成本，反而能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟利益 ，同時減少了環(huán)境的破壞。有資料顯示，每年我國城市的人均垃圾產(chǎn)量有 440kg 之多。在農(nóng)村，禽畜糞便，農(nóng)作物秸稈等也在源源不斷的產(chǎn)生。光 2020年，我國農(nóng)村的農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量差不多達到了 億噸。這是一個非常巨大的數(shù)字。若是能夠處理得當，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效率會非?？捎^。 舉個例子，將我國在 2020 年產(chǎn)生的禽畜糞便，人類尿液，作物秸稈這三項用于生產(chǎn)沼氣，轉化為原煤產(chǎn)量的話，相當于 億噸原煤 ，是該年度原煤產(chǎn)量的 %。 富含雜質(zhì)的沼氣利用率并不高，但是提純后這一現(xiàn)狀改變了，隨著沼氣生產(chǎn)的規(guī)?；?，標準化，工業(yè)化， 生產(chǎn)成本 降低了沼， 利用效率 提高了， 經(jīng)濟效益增加了。以我國的農(nóng)村常見的沼氣池舉例，其技術比較落后，生產(chǎn)沼氣的量較少，純度也不高。一般只能用于家庭取暖，燃燒，供家庭使用，惠及的只是個人還有家庭，或者一些個小團體。 無法做到遠距離傳輸，產(chǎn)生不了什么經(jīng)濟效益。如果用于發(fā)電，同樣只能在直接使用，無法儲存。將發(fā)的電并入電網(wǎng)因為上網(wǎng)費用非常高額，在現(xiàn)階段不做考慮。或許在將來同樣會因為投入大大高于收益 而不予采用。只有中大規(guī)模的沼氣生產(chǎn)提純，將沼氣中甲烷的含量提升到95%以上，才能達到生物天然氣的標準，并入天然氣網(wǎng)絡，實現(xiàn)沼氣的高效利用 ，帶來更大的經(jīng)濟利益。 目前國內(nèi)外的沼氣提純方法大致分為以下幾種：吸附法，吸收法，膜分離法，低溫分離法，甲烷富集法，生物技術提純等 。其中吸收法之下的壓力水洗法在國際社會之中應用比較廣泛。在歐洲一些國家已經(jīng)有了多個應用此法的大型沼氣提純工程。這種方法利用沼氣中甲烷和二氧化碳在水中溶解度的差異將它們分離，從而提高沼氣中甲烷的濃度。 它有很大優(yōu)勢，其一，此法效率很高，其次，因為甲烷 在水中的溶解率與二氧化碳相比來說非常低，所以沼氣中甲烷的流失量很少，最重要的一點是，該法利用隨處可見的水作為吸收劑，花費在吸收劑中的成本會非常低。這三點確保了水洗法的經(jīng)濟利益。 現(xiàn)今的社會，工業(yè)發(fā)展非常之快，各種大中型的工程基本都實現(xiàn)了自動化的操作。沼氣壓力水洗提純的工程自然不可能全靠人工來操作。研究其控制系統(tǒng)，實現(xiàn)沼氣提純的自動化操作有著重要的意義。 第一，這能節(jié)省大量的人力物力，如今的人工費一年比一年高，減少人員的投入也是變相的增加收益。第二，人為的操作變少了，失誤也就變少了，這算是減少安全隱患的一個有效 措施。第三，研究控制系統(tǒng)，實現(xiàn)沼氣提純自動化大大提高了常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 工作效率。 目前，歐洲各國都開展了沼氣提純技術的 應用 ，沼氣提純工程數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，2020 年，歐洲沼氣提純工程達到 了 172 座，處理總規(guī)模達到 198,200m3/h。 瑞典和德國 是歐洲各國中沼氣提純產(chǎn)業(yè) 發(fā)展最 快的兩個國家 ，沼氣工程數(shù)量 約占 歐洲總體數(shù)量的 84%。 1996 年，瑞典 就開始對沼氣進行凈化提純，并得到 甲烷含量在 95%以上 的沼氣提純氣 ，作為汽車燃料使用， 而且制定了相關標準，以衡量沼氣提純氣否能夠作為汽車燃料 。2020 年，瑞典的車用天然氣消費總量為 107m179。，其 中 55%是沼氣提純后得到的生物天然氣。 2020 年，瑞典的沼氣總產(chǎn)量折合天然氣 為 108m179。，占 全國 燃氣消費總量的13%。 2020 年瑞典全國使用壓縮生物天然氣的車輛有 7104 輛，加氣站 500 個。 據(jù)統(tǒng)計， 2020 年，德國沼氣工程 數(shù)量以達 7103 個 。 在德國， 沼氣工廠生產(chǎn)的沼氣主要用 來 發(fā)電上網(wǎng) [36]。 2020 年， 德國 沼氣的發(fā)電總裝機量達 到了 109W，年發(fā)電量為 21010KW h，占整個德國 發(fā)電量 的 %。 隨后 ，德國對沼氣的 利用由熱電 聯(lián)產(chǎn) 開始向管道生物天然氣及車用燃氣方向轉變。從 2020 年開始，并入國家天然氣管網(wǎng)甲烷工廠僅有兩家 ， 但到 2020 年 時 ， 已經(jīng) 有 83 處沼氣工程將沼氣提純?yōu)樯锛淄?，每年甲烷提純量約為 108m179。，預計 未來 將 有 更多的沼氣提純計劃項目實施。此外德國制定了 2020年和 2030 年生物甲烷產(chǎn)量分別達到 6109m179。和 11010m179。的目標， 計劃 到 2020 年，全國天然氣總消費量的 6%將由 生物甲烷替代。 此外，當前國際上沼氣凈化提純技術發(fā)展較快的國家 還有 瑞士、丹麥、 加拿大等國家， 他們 擁有先進的凈化提純技術和設備。 近年 來我國天然氣需求高速增長， 據(jù)估計， 2020~2020 年中國天然氣的需求量 將以每年 %的速度 增長，而 國內(nèi) 天然氣 產(chǎn)量 年均增長率僅為 %。據(jù)估計，到 2020 年中國天然氣的年需求量將達到 1011m179。，缺口將達到 1010m179。面對嚴峻的 形勢 ，中國提出了 “十二五 ”期間將加速天然氣配套基礎設施建設，開展 “分布式能源利用項目 ”，為生物天然氣的產(chǎn)業(yè)提供基礎與便利。 通過引進瑞典、德國等國家的沼氣工程技術和設備，近 年來 ，我國已建成一批沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程和發(fā)電并網(wǎng)的大型沼氣工程，變壓吸附法和水洗法 也 已經(jīng)開 始應用在工程中。但作為一個新型產(chǎn)業(yè)，我國沼氣凈化提純 工程及技術 還處于發(fā)展階段 ， 沼氣關鍵技術還需要 投資 研發(fā)或從國外引進。目前在 我國的 廣西南寧、山東博興、內(nèi)蒙古通遼等地已建成 了常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 4 一批 沼氣凈化提純制取生物天然氣示范項目。 近年來 ，中國在沼氣提純技術和設備研發(fā)領域 展開了研究 ，主要集中在化學吸收和物理吸附提純方向。河南農(nóng)業(yè)大學在沸石填料水洗法方面開展了研究 [42]，中國石油大學 在天然氣水合物提純 方面開展了研究， 華北電力大學 在 甲烷原位富集方面開展了研究。目前，中國在化學吸收、變壓吸附等技術領域已開發(fā)有可商業(yè)化應用的提純設 備。 但 與世界先進水平相比，中國在基礎研究、設備成套化開發(fā)方面所 做的研究還有很大差距 。 表 11 我國部分沼氣項目工程 項目名稱 投產(chǎn)時間（年份） 規(guī)模 提純沼氣用途 山東日照酒精廢醪厭氧沼氣回收精制天然氣項目 2020 540 萬 m3/a 車用和生活 通遼淀粉廢水厭氧沼氣回收精制天然氣項目 2020 165 萬 m3/a 接入市政燃氣管網(wǎng) 山東博興淀粉廢水厭氧沼氣回收天然氣精制項目 2020 410 萬 m3/a 車用和工業(yè)燃料 河南安陽貞元車用生物天然氣項目（一期） 2020 400 萬 m3/a 車用燃料 北京市安定垃圾填埋氣精制項目 2020 萬 m3/a 車用燃料 鄭州王新莊污水處理廠污泥消化項目 2020 20200 m3/d 接入市政燃氣管網(wǎng) 伊川縣彭婆鎮(zhèn)朱村工業(yè)園區(qū)秸稈能源化綜合利用 2