【正文】 運(yùn)行。綠色證書系統(tǒng)要求電力提供商每年增加可再生能源發(fā)電所占的份額， 20xx． 20xx年度為％， 20xx年將達(dá)到 15． 4％。 (c)通過增加廢棄物生產(chǎn)者許可證、填埋稅、填埋標(biāo)準(zhǔn)等措施提高廢棄物處置管理費(fèi)用。大約 50座新建沼氣工程將在 20xx年運(yùn)行，平均裝機(jī) 500kW。德國沼氣產(chǎn)量的增加主要是由于農(nóng)場(chǎng)小型沼氣工程 (熱電聯(lián)供 )的大規(guī)模增加，在 20xx年，基本上每個(gè)月新建 50座沼氣工程，到 20xx年底，沼氣工程的數(shù)量達(dá)到 3500座，總裝機(jī)達(dá) 1IOOMW。 我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)廢棄物資源分布廣泛，其中農(nóng)業(yè)秸稈年產(chǎn)量超過6億噸，可作為能源用的秸稈約 3． 5億噸，約折合 1． 5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；工業(yè)廢水和禽畜養(yǎng)殖場(chǎng) 廢棄物理論上可以產(chǎn)生沼氣近 800億立方米，相當(dāng)于 5700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。沼氣的用途也很廣泛，它不僅能用于燃燒和照明，還可以作為燃料用于發(fā) 電。太陽能熱水器我國的年生產(chǎn)能力達(dá)到 2300萬平方米，使用量達(dá)到 1． 2億平方米，是世界上使用面積最大的。為了緩解能源問題，世界各國都在積極研究開發(fā)新能源，特別是可再生能源，主要有：太陽能、生物質(zhì)能、核能、氫能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能等。中國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背后是能源給予強(qiáng)有力的支撐， 1949年的能源消費(fèi)量是 2347萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到 20xx年中國能源需求將從 1999年的 14億噸增加到 22． 882億噸，到 2030年達(dá) 42． 43億噸，到 2049年達(dá)到 56． 674億噸 t2卅。能源短缺、資源爭(zhēng)奪以及過度使用能源造成的環(huán)境污染等問題威脅著人類的生存與發(fā)展。 太陽能沼氣發(fā)酵裝置，它主要包括厭氧發(fā)酵裝置以及太陽能加熱系統(tǒng)兩大部分。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān) 。 《太陽能集成高效沼氣發(fā)酵 系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 The design of efficient solar energy integrated system of biogas fermentation 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)厭氧發(fā)酵裝置。作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國是一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國。中國一次能源的儲(chǔ)備總量，特別是優(yōu)質(zhì)化石能源的儲(chǔ)備總量、人均能源占有量、人均能源消費(fèi)量都不算多，能源儲(chǔ)備結(jié)構(gòu)不合理?？稍偕茉粗允艿绞澜绺鲊闹匾暎怯伤?dú)特的優(yōu)勢(shì)所決定的，和化石能源相比，它們有如下特點(diǎn)： (1)可再生能源可為人類的生存與發(fā)展提 供巨大的能量，足夠人類長(zhǎng)遠(yuǎn)利用，是人類社會(huì)未來能源的基石。光伏電池年生產(chǎn)能力達(dá)到 100萬千瓦，是世界第一大光伏電池的生產(chǎn)國。沼氣這種來源豐富、成本低廉的優(yōu)質(zhì)氣體燃料，無論在發(fā)達(dá)國家還是在發(fā)展中國家均得到高度重視。沼氣已成為我國農(nóng)村能源的重要組成部分，它不僅可解決農(nóng)村的部分能源問題，而且可以把養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)有機(jī)的融為一體，形成綠色農(nóng)業(yè)、環(huán)保農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。 德國沼氣協(xié)會(huì)估計(jì)，到 2020年，總裝機(jī)將達(dá)到 9500。到 20xx年底，沼氣工程數(shù)量達(dá)到了 350座。 與環(huán)境效益相比，厭氧消化技術(shù)的能源效益仍較低。 20xx． 20xx年度，沼氣占可再生能源發(fā)電的 ％(填埋氣占 ％，污水處理沼氣占 23％ )，相當(dāng)于 ， 。在交通工具的氣體燃料中，沼氣占 54％，其余是天然氣。所用池型是由羅國瑞發(fā)明的水壓式沼氣池，與我國目前使用的水壓式沼氣池基本相似。 由于上述問題，雖然沼氣池?cái)?shù)量發(fā)展很快，但質(zhì)量得不到保證。在沼氣發(fā)酵工藝研究方面，基本上達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 過去二十多年，我國在農(nóng)村沼氣的建設(shè)方面取得了世界公認(rèn)的成績(jī)，但是在戶用型沼氣池的建設(shè)和利用過程中，仍然存在一些技術(shù)問題亟待解決。本系統(tǒng)可以滿 足農(nóng)戶全年對(duì)沼氣以及生活熱水的需要。沼氣發(fā)酵的 3個(gè)階段是相互依賴和連續(xù)進(jìn)行的，并保持動(dòng)態(tài)平衡。溫度雖然對(duì)沼氣細(xì)菌的活動(dòng)影響很大，但是多數(shù)沼氣細(xì)菌是屬于中溫型的，一般最適合溫《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 13 度是在 25． 40℃之間，在此溫度范圍內(nèi)，溫度越高，發(fā)酵越好。富碳原料厭氧分解比富氮原料慢，產(chǎn)氣周期較長(zhǎng)。產(chǎn)甲烷菌只能在嚴(yán)格厭氧的環(huán)境中才能生長(zhǎng)。此時(shí)，可取出部分料液，加入等量的接種物，將積累的有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷，或者添加適量的草木灰或石灰澄清液，中和有機(jī)酸，使酸堿度恢復(fù)正常。這樣的分層分布，對(duì)微生物以及產(chǎn)氣是很不利的。 第 3章 太陽能加熱的 沼氣發(fā)酵裝置的設(shè)計(jì) 太陽能加熱恒溫系統(tǒng) 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 15 太陽能加熱恒溫系統(tǒng)的組成 太陽能加熱恒溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖如圖 l所示。 第 1循環(huán) 熱水緩沖器的溫度高于 62℃時(shí)，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 3一熱水緩沖器 此時(shí)，電磁閥 1與電磁閥 2關(guān)閉，切斷與太陽能熱水箱的循環(huán)；電磁閥 3打開，循環(huán)水直接通過熱水緩沖器進(jìn)行循環(huán)，促使熱水緩沖器中的溫度降低。糞便在發(fā)酵間內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過汽水分離、脫硫等凈化處理 后 進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，沼氣可供居民生活或豬場(chǎng)生產(chǎn)使用。發(fā)酵濃度247。而且由于散熱面積 減小，系統(tǒng)所需太陽能提供的能量也越小，由此方法求得的太陽能集熱器面積也最小，制造本裝置所需的投資將降低。因此，要根據(jù)裝置具體工作條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來選擇適宜的材料。 表 幾種材料的相對(duì)比 價(jià) 【 3】 材料種類 相對(duì)比價(jià) 備注 普通碳素鋼板 熱軋中厚度 6～ 30mm 優(yōu)質(zhì)鋼板 厚 6mm～ 40mm 鍋爐鋼板 中厚板 普通低合金鋼板 4mm～ 40mm 鉻不銹 鋼板 Cr Cr7Ti 鉻鎳不銹鋼板 厚 1mm～ 20mm 超低碳不銹鋼板 厚 1mm～ 20mm 綜合以上分析，本設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐罐體采用普通碳素鋼 板材 Q235一 B做裝置罐殼以滿足裝置的力學(xué)性能要求，而通過內(nèi)部涂抹防腐劑的方法解決罐體的耐腐蝕問題。 內(nèi)壓容器圓筒 設(shè)計(jì) 厚 度 公式 ? ?22 CPPDt id ??? ??? [6] 名義厚度公式 圓整量??? 1Cdn ?? 式中： d? 一發(fā)酵罐罐體壁厚， mm； P 一罐體內(nèi)壓， Mpa； Di一圓柱體直徑； mm 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 20 ??t? 一圓筒 在 設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， Mpa； ? 一焊縫系數(shù)； 1C 一鋼板厚度的負(fù)偏差， mm； 2C 一腐蝕裕量， mm 設(shè)計(jì)壓力是在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定殼壁厚度的壓力，其值應(yīng)稍高于罐體內(nèi)部的最大工作壓力。( ghPP ??? 式中： P 一 設(shè)計(jì)壓力， Mpa； ? 一料液的密度， kg／ m3； g一重力加速度， ； 39。 查表得 s? =235Mpa， ? =， 則 eeiTT 2DP ? ?? ）（ ?? ? M p 3 1M p )(1 2 7 3 ?? ??? . 5 M p a2 1 1M p a2 3 s ?????? 滿足 sT .90 ??? ? ，所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。 本裝置 在冬季條件下運(yùn)行，采用太陽能 作為系統(tǒng)的供熱裝置，為了減少太陽能裝置的供熱量，降低太陽能集熱器的面積，減少系統(tǒng)的投資，必須降低罐體散熱損失，則應(yīng)該給發(fā)酵罐加上保溫層。材料導(dǎo)熱系數(shù)較低，導(dǎo)熱系數(shù)為 2? =O． 028 W／ (m而對(duì)于發(fā)酵過程是否產(chǎn)生的熱量，仍是一個(gè)具有爭(zhēng)議的問題。因此，本厭氧發(fā)酵物料在保溫過程中的溫度場(chǎng)可看成是穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，物料溫變一致； 假設(shè) 4：保護(hù)層材料一般導(dǎo)熱系數(shù)較大，而厚度相對(duì)較小 (常小于 lmm)，故在計(jì)算時(shí)可忽略其熱阻?！?)，本文取 52 W／ (m℃ ） ，因?yàn)榱弦汗毯繛?8％，料液的大部分仍是水，因此其值可以取水的比熱 4200J／ (kg 2） 進(jìn)行不同發(fā)酵工藝條件的發(fā)酵對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析各個(gè)因素對(duì)發(fā)酵過程的影響，確定出本套裝置的最佳發(fā)酵工藝條件，進(jìn)一步提高裝置的產(chǎn)氣率。 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) [1]楊增玲 ，基于物理指標(biāo)快速預(yù)測(cè)豬糞尿肥料成分含量的試驗(yàn)研究 [D].北京 :中國科技論文在線 ,20xx. [2]邵紅艷，貴州農(nóng)村沼氣池結(jié)構(gòu)改進(jìn)及建池鋼模設(shè)計(jì) [D].貴州：貴州大學(xué)， 20xx. [3]譚蔚，化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．第一版．天津：天津大學(xué)出版社， 83． 93． [4]刁玉韋，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) .第六版 .大連：大連理工大學(xué)出版社， 20xx： . [5]GB4750～ 4752— 84．農(nóng)村家用水壓式沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集、農(nóng)村家用水壓式沼氣池質(zhì)量檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)村家 用水壓式沼氣池施工操作規(guī)程． [6]董大勤，袁鳳隱，壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx： 186. [7]武磊 .太陽能加熱的戶用沼氣發(fā)酵裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究 [D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，20xx. [8]唐受印，戴友芝，汪大翠等 .廢水處理工程 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx， 8. [9]趙慶祥 .污泥資源化技術(shù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx. [10]于海明，周嶺 ,丁羽等 .沼氣反應(yīng)器中自動(dòng)加熱恒溫系統(tǒng)主要工作部件的參數(shù)選擇[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx， 18(2)： 53． 56. [11]王學(xué)濤 .新型高效戶用沼氣發(fā)酵裝置實(shí)驗(yàn)研究 .鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， . [12]繆則學(xué)，宋明芝等 .壓強(qiáng)與沼氣干發(fā)酵關(guān)系的研究 [J].江蘇沼氣， 1988， 6： 1114. [13]王榮光，沈天行 .可再生能源利用與建筑節(jié)能 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx. [14]， ， and ， Simulation and experimental performance of a solar— heated anaerobic digester[J]Solar ， 70(2)： 155一 l 64. [15]黃夏東 .建筑外墻熱工性能和節(jié)能設(shè)計(jì)分析 [J].福建建設(shè)科技， 20xx， 1： 58— 59. 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 29 致謝 值此本設(shè)計(jì)完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心、支持和幫助作者的老師、同學(xué)表示由衷的感謝 ! 歲月冉冉，光陰似箭 !化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這門課已經(jīng) 結(jié)束 了 。結(jié)合西北地區(qū)太陽能資源豐富的特點(diǎn)，將太陽能中、低溫集熱系統(tǒng)和沼氣發(fā)酵裝置結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套太 陽能加熱的恒溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，得出以下結(jié)論： 1） 根據(jù)本裝置的設(shè)計(jì)分析，一套發(fā)酵罐容積為的太陽能加熱的戶用型沼氣發(fā)酵裝置可以滿足用戶在冬季對(duì)沼氣的需求量。 2? 一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)， 2? = W／ (m K) 1t 一發(fā)酵罐內(nèi)部料液溫度， 25℃ 0t 一 外部環(huán)境溫度，取冬季低溫 7℃ 散熱面積 A的大小由圓柱體半徑?jīng)Q定： 2RA ?? R 一罐體半徑， m。因此，能量的平衡主要由太陽能集熱器吸收的太陽能，一天內(nèi)罐體向外界散失的熱量，出料帶出的熱量三部分組成。保溫層外部采用 ?！?)的絕熱材料組成，用于增大熱阻，降低熱損；保護(hù)層主要由一些法向反射率低的薄層金屬構(gòu)成，用于保護(hù)絕熱材料，同時(shí)防火、防水、防潮和起到美觀作用。本裝置采用平板封頭，計(jì)算公式如下： ? ???? tcp KPD?[4] 式中： p? —— 平板計(jì)算厚度， mm；