【正文】 3） 設計出一套沼氣發(fā)酵裝置的溫度自動控制系統(tǒng)，使沼氣發(fā)酵過程中，太陽能加熱裝置能夠維持發(fā)酵罐內料液溫度在一個最佳的發(fā)酵溫度，且運行中能夠盡量減小溫度的波動范圍，最終實現(xiàn)恒溫發(fā)酵?！?)； 2t 一未進發(fā)酵罐的料液溫度，取冬季自來水的溫度 10℃ m一每 天 添加的物料的質量， 31040? kg， 將參數(shù)帶入公 式 （ ） 進行計算，求得 dQ w /MJ2 5 2 0)1025(10404 2 0 0 3 ?????? 所以， 加熱裝置一天的總的熱負荷為： MJ1 6 7 9 32 5 2 01 6 7 3 ????? ws Q 第 5章 結 論 結論 表 5 沼氣發(fā)酵罐設計結果匯總表 項 目 數(shù) 據 項 目 數(shù) 據 設計溫度 25℃ 發(fā)酵罐高 進料量 40t/d 設計壓力 發(fā)酵料液濃度 8% 發(fā)酵罐壁厚 發(fā)酵周期 20d 封頭厚度 250mm 時間 16h/d 罐體散熱量 料液 密 度 發(fā)酵罐有效容積 m3 加熱料液熱負荷 發(fā)酵罐容積 1001 m3 罐體材料 Q235B 發(fā)酵罐直徑 保溫層 厚度 100mm 《化工設備機械基礎》課程設計 27 本設計針對我國西北地區(qū)冬季氣溫、地溫低，沼氣的生產存在產氣率低、使用率低的現(xiàn)象。 K)。 1） 底部熱損失計算 圓柱體底部為平面，平板每秒鐘的散熱量可通過以下公式計算： )( 01 ttKAQ ??底 [7] （ ） 式中： A 一散熱面面積， m2 K一平板導熱系數(shù)， W／ (m2現(xiàn)有的研究普遍認為發(fā)酵過程活性不強，由生物質發(fā)酵所產生或者吸收的熱量引起的系統(tǒng)溫度變化很小，且沒有確切數(shù)值，可以將厭氧發(fā)酵過程看成是一個不產熱的過程，這部分熱量也忽略不計?！?)。保溫結構由絕熱層和保護層兩部分構成：絕熱層主要由導熱系數(shù)小于 O． 2W／ (m 內壓封頭設計 《化工設備機械基礎》課程設計 22 封頭是容器的重要組成部分，其設計主要是建立在殼體的無力矩理論即假設應力沿壁厚均勻分布的基礎上。h 一液面高度， m。一般取最大工作壓力的 1． 10倍為設計壓力。這種方法可以在滿足設備力學性能以及耐腐蝕性能要求的情況下有效地降低發(fā)酵罐的罐體制 造成本，是比較合適的材料選擇方案。本裝置工作壓 力比較低，因此，裝置可按低壓容器的設計規(guī)范進行設計、選材。 發(fā)酵罐罐體材料的選擇 在發(fā)酵裝置的設計和制造過程中，罐體材料的選擇十分重要。發(fā)酵料液密度 x原料適當?shù)陌l(fā)酵時間 發(fā)酵罐 容積 單位為 L或 m3，原料量的單位為 kg/d；濃度為％；料液密度單位為 kg／ m3或 g／ L；時間為 d。糞便發(fā)酵后產生的沼液，經沉淀、粗濾、增效摻混、精濾、灌裝 后，作為生態(tài)高效液肥替代農藥和化肥施用。 第 2循環(huán) 熱水緩沖器的溫度低于 58℃時，其循環(huán)路線 為： 熱水緩沖器一循環(huán)泵一閥 3一螺旋換熱器一閥 4一電磁閥 2一太陽能熱水器一電磁閥 l一熱水緩沖器 此時，電磁閥 1與電磁閥 2打開，聯(lián)通與太陽能熱水箱的循環(huán)；電磁閥 3關閉，從而促使熱水緩沖器溫度升高。本系統(tǒng)主要由太陽能熱水器、熱水緩沖器、螺旋式換熱器、自動控制系統(tǒng) (溫度傳感器、交流觸電器、溫控儀和電磁閥等 )、循環(huán)泵和其它輔助部件組成。導致原料和微生物分布不均，大量的微生物集聚在底層活動，因為此處接種污泥多，厭 氧條件好，但原料缺乏，尤其是用富碳的秸稈做原料時，容易漂浮到料液表層，不易被微生物吸收和分解，同時形成的密實結殼，不利于沼氣的釋放。 為加快沼氣發(fā)酵啟動的速度和提高沼氣池產氣量，要向沼氣池加入含有豐富沼氣微生物的物質，稱為接種物 (也叫活性污泥 )。所以，修建沼氣池，要嚴格密閉，不漏水，不漏氣，這不僅是收集沼氣和貯存沼氣發(fā)酵原料的需要，也是保證沼氣微生物在厭氧的生態(tài)條件下生活得好，使沼氣池能正常產氣的需要。 氮素是構成沼氣微生物軀體細胞質的重要原料，碳素則構成微生物細胞質，而且提供生命活動的能量。但在普通沼氣池中，保持較高溫度是有一定困難的，如能經常維持在 30℃左右，就很理想了。在沼氣發(fā)酵初期，以第一、二階段的作用為主，也有第三階段的作用。本研究對改善農村人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，推進農村城鎮(zhèn)化建設步伐，緩解農村生活用能和工業(yè)用能之間的矛盾，實現(xiàn)節(jié)能減排，加快社會主義新農村建設步伐，建設和諧的社會主義新農村有重要示范推廣價值和重大社會經濟意義。由以上國外的應用典型可知國外的沼氣主要用于發(fā)電等工業(yè)用途，而我國的沼氣目前大部分還是作為農村能源的一部分，其特殊性就決定我們必須找出適合我國的沼氣發(fā)展的方法。到 20xx年底，我國農村戶用沼氣已 發(fā)展到 2650萬戶，年產沼氣 102億立方米，相當于替代 1600萬噸標準煤。其中大多數(shù)沼氣在短期使用后報廢，但也有一部分質量好的沼氣池可以長期使用。 1958年，我國沼氣事業(yè)出現(xiàn)第二次高潮，全國很多省市都修建了沼氣池，目的是想解決農村的炊事用能。 《化工設備機械基礎》課程設計 10 (5)丹麥 大部分沼氣來自 20個集中式聯(lián)合發(fā)酵沼氣工程和 60個農場沼氣工程()，其余是填埋氣 ()，生物固體處理沼氣工程 ()。英國污泥消化沼氣工程產生的沼氣用于發(fā)電，發(fā)的電和余熱供污水處理廠使用或并入國家電網。但是，能源利用對工程運行的經濟貢獻十分顯著。奧地利沼氣用于發(fā)電，電并入國家電網，農場主就地利用發(fā)電余熱。 20xx年底，德國在沼氣行業(yè)大約投資 6． 50億歐元用于沼氣工程建設，產生了 8000個工作崗位。沼氣技術在我國具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。發(fā)達國家主要從保護環(huán)境出發(fā)，建立了很多沼氣工程，以處理城鄉(xiāng)有機廢棄物，并獲得煤氣替代品。大中型沼氣設施有 5000多處，戶用沼氣池有 2700多萬口，主要是農村作為燃料。 (2)可再生能源清潔干凈、污染物排放很少，它的利用一‘會導致空氣污染、酸雨及臭氧層破壞，有利于改善和保護環(huán)境，是與人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境相協(xié)調的清潔能源。另外，中國的能源消費結構也不合理，雖然近年來國家 高度重視優(yōu)化能源結構，煤炭在一次能源消費中的比重由 1980年的72． 2％下降到 20xx年的 69． 4％，其他能源比重由 27． 8％上升到 30． 6％ ， 但是以煤為主的能源結構在未來相當長的時期內仍然難以改變，相對落后的煤炭生產和消費方式，加大了環(huán)境保護的壓力。由于我國人口眾多，能源利用率低，近年來，我國的能源形勢越來越嚴峻。首先根據設計條件確定沼氣池的容積并對池體結構進行優(yōu)化設計 ,再根據材料特性及其價格確定合適的發(fā)酵罐罐體材料 及其厚度。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我 為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。根究這一思路可以設計出一套太陽能加熱的沼氣發(fā)酵裝置，解決冬季寒冷地區(qū)沼氣池不能產氣的問題。 能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經濟和人類社會的發(fā)展， 但是，人類在享受能源帶來的經濟發(fā)展、科技進步等利益的同時，也遇到一系列無法避免的能源安全挑戰(zhàn)。中國是世界上最大的發(fā)展中國家，同時也是居世界第二位的能源生產國和消費國。進入90年代，聯(lián)合國全球環(huán)境與發(fā)展大會通過了《二十一世紀議程》，可持續(xù)發(fā)展成《化工設備機械基礎》課程設計 7 為了當今世界發(fā)展的主流，開發(fā)利用可再生能源成為世界能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能光伏發(fā)電，現(xiàn)在有 10萬千瓦。沼氣的生產工藝比較簡單，一個農村家庭就可以建造自己的沼氣池。在城鎮(zhèn)利用工業(yè)生產中的廢物和生活污水來生產沼氣也正在迅速發(fā)展，造紙廠、釀酒廠、屠宰廠的廢水和生活污水中均有大量的有機物，這些廢物都可以作為沼氣生產的原料，變廢為寶，從而減少城市污染，造福市民。德國是農場沼氣工程發(fā)展最好的國家，主要是因為激勵系統(tǒng)刺激了農場沼氣工程的快速增長。 20xx到 20xx年間新建了 100多座沼氣工程，其中 15． 5％的工程，發(fā)電裝機小于 lOOkW，《化工設備機械基礎》課程設計 9 72％在 100． 500kW之間，大于 500kW占 12． 5％。 (b)對農場沼氣工程、填埋氣利用、市政垃圾厭氧消化、工業(yè)有機廢水厭氧消化工程的沼氣發(fā)電，非化石燃料義務項目 (NFFO)提供上網電價補貼。填埋氣是綠色證書系統(tǒng) (可再生義務證書系統(tǒng) Renewable Obligation Certificate System， ROCS)的受益者。瑞典是使用沼氣作汽車燃料最先進的國家，沼氣作汽車燃料開始于 1996年，并建立了沼氣作汽車燃料的標準。 我國沼氣事業(yè)開始于 1930年前后，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)無電力供應，制取沼氣的重要目的是用于一些商店、寺廟的照明。由政府支持和組織，以解決能源為主，以戶 用沼氣池為重點是這一時期沼氣發(fā)展的主要特點。 1980年，成立了中國沼氣協(xié)會，使沼氣建設事業(yè)逐步走上依靠科學技術、保證建池質量、重視經濟效益、建管并重、穩(wěn)步發(fā)展的道路，使沼氣事業(yè)形成了以能源、環(huán)境保護、生態(tài)農業(yè)為目標的發(fā)展方向。全國 4000萬戶沼氣，每年可產生約 154億立方米的沼氣，相當于替代 2420萬噸標準煤。 1． 研究意義 綜上，本課題從世界對能源的需求入手，分析可再生能源開發(fā)的必要性，并針對北方地區(qū)冬季氣候寒冷，沼氣池不產氣的問題，結合西北地區(qū)太陽能資源豐富的特點，將太陽能中低溫集熱裝置和沼氣發(fā)酵裝置進行 組合，設計了一套新型的太陽能加熱的沼氣生產系統(tǒng)。 第二階段 (產酸階段 )：液化產物在胞內酶的作用下將復雜的有機物轉化為簡單的小分子化合物，如 低級脂肪酸、醇等。高溫發(fā)酵，最適宜的溫度是 5060℃，每 l立方米池容，日產氣 2立方米以上；中溫發(fā)酵最適宜的溫度是 30— 35℃，每 1立方米池容，口產氣 O． 40． 9立方米；常溫發(fā)酵的溫度是 10． 30。 富碳原料通常指富含碳元素的秸稈和秕殼等農作物的殘余物，這類原料富含纖維素、半纖維、果膠以及難降解的木質素和植物蠟質。因此，制取沼氣不僅要有充足的原料，還應注意各種發(fā)酵原料碳氮比合理搭配 。所以，在正常的發(fā)酵過程中，沼氣池內的酸堿度變化可以自然進行調解，先由高到低，《化工設備機械基礎》課程設計 14 然后又升高，最后達到恒定的自然平衡 (即適宜的 pH)，一般不需要進行人為調節(jié)。因此加入接種物的數(shù)量一般應占發(fā)酵料液的 10％ ~30％。攪拌又可以打碎結殼，提高原料的利用率及能量轉換效率，并有利于氣泡的釋放。 2℃。同時，預加熱發(fā)酵池也起到暫時儲存豬糞便的作用，當發(fā)酵間內沒有多余的空間時，產生的糞便可暫時儲存在預加熱發(fā)酵池內，需要時打開閥門，糞便在自身重力的作用 下， 流入發(fā)酵間，進行發(fā)酵。 設計中取發(fā)酵料液濃度為 8% 。 面積對半徑求導得 RhS ?? 4239。材料的強度越高，裝置的強度尺寸如壁厚就可以越小，從而可以節(jié)省材料用量。有機物發(fā)酵過程中，會產生大量的有機酸，對發(fā)酵罐材料會產生嚴重的腐蝕，從耐腐蝕方面考慮，灰鑄鐵、高硅鑄鐵、普通碳素鋼和普通低合金鋼都不能使用。 m1 ???h m 裝置的設計壓力可通過以下公式計算： )39。 查表得， ????t??=1，所以， M p T ??? P ? 液壓試驗 T? 應滿足 se eiTT .902DP ??? ?? ??? ）（[4] 式中： T? —— 圓筒壁在試驗壓力下的計算應力， Mpa Di—— 圓筒內直 徑， mm； TP —— 試驗壓力， Mpa； e? —— 圓筒的有效壁厚， mm； s? —— 圓筒材料在試樣溫度下的屈服點， Mpa； ? —— 圓筒的焊接接頭系數(shù) 。因此在設計消化罐時常采取一定的控溫措施，盡可能使發(fā)酵罐在恒溫下運行，溫度變化幅度不超過 1℃／ d～ 2℃／ d。擠塑板具有連續(xù)均勻的表層及閉孔式蜂窩結構，這些蜂窩結構的互聯(lián)壁有一致的厚度，泡孔間沒有任何空隙。由上述分析可 知，沼氣發(fā)酵罐的熱量平衡方程為： gwsb Q ????[7] 式中； Q —— 加熱裝置一天內的熱負荷， J；