大型沼气工程建设技术方案.docx
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大型沼气工程建设技术方案
大型沼气工程建设技术方案
1.1.1概况
本项目建设主体为某县东信养殖有限公司、某山泽农牧发展有限公司两家企业,规划在某县十八里铺镇宁堂村、古云镇西李楼村建设大型沼气工程各1处,厌氧规模均为1000m3,通过“CSTR厌氧发酵利用”技术,对本镇的养殖粪污集中收集、集中处理,产生的沼气发电,沼渣生产有机肥。
1.1.2建设内容
预处理单元:
调配池50m3×1座
厌氧单元:
CSTR反应器1000m3×1座
储气单元:
柔性气柜300m3×1座
净化单元:
脱硫设备1套
发电单元:
发电机组1套、锅炉系统1套
后处理系统:
固液分离设备1套
其他辅助单元:
供热系统、消防系统、电控系统。
1.1.3技术指标
进料量:
50t/d粪便
进料浓度:
8%
发酵温度:
35~38℃
1.1.4流程简介
“预处理+CSTR中温发酵+脱硫净化+沼气发电”为核心的处理工艺。
1.1.5产品方案
沼气:
36.3万m3/a
沼渣肥:
3600t/a(TS:
20%)
沼液肥:
12400t/a(TS:
1.5%)
1.1.6原料供应方案
根据现场调查,原料需要量如表4-1所示:
表4-6原料统计表
原料
类型
进料量
(t/d)
含固率TS
(%)
可挥发性固体含量VS(%)
产气率
(mL/gVS)
沼气产量(m3/d)
粪污
50
8
85
350
1190
总计
50
----
----
-----
1100(取整)
根据上表计算本项目日产沼气1100m3,甲烷含量为50%-55%。
1.1.7产品供应方案
1、沼气:
本项目日产沼气1100m3,甲烷含量≥50%;沼气经净化处理后部分用于发电,满足厂区内所有用电设备负荷;剩余沼气用于厂区锅炉燃烧给系统供热。
2、沼渣肥、沼液肥:
本项目日产沼渣肥11t,沼液肥38t,全年按330天计,年产沼渣肥3630吨、沼液肥12400吨、运输半径3公里以内。
粪污经厌氧发酵后产生的沼渣沼液作为肥料用于周边农作物种植,可提高农产品的产量和品质,同时不含有任何对人体有害的物质。
1.1.8产品方案汇总
表4-7产品方案汇总表
产品
用途
单位
日输出量
年输出量
沼气
厂区自用
m3
1100
363000
沼渣
沼渣肥
t
11
3630
沼液
沼液肥
t
38
12400(取整)
1.1.9工艺流程
本项目拟采用CSTR中温发酵有机废弃物工艺,工艺流程如图4-8所示。
沼气生产工艺流程简要说明:
粪污通过运输车输送至调配池,调整浓度为8%,停留1天后泵入CSTR反应器。
物料在反应器中温发酵,消化好的沼渣沼液进入缓冲水池暂存,再泵至固液分离机,分离后的沼渣作为沼渣肥,沼液进入沼液储池存储,用作沼液肥;沼气经化学脱硫塔除去硫化氢后进入柔性气柜储存,一部分沼气用于发电,剩余部分进入锅炉为厂区提供热源。
该系统热量需求主要来源于物料升温以及系统散热所需热量。
此部分热量来自本项目自产沼气燃烧供热。
图4-8工艺流程图
1.1.10核心设备
预处理粉碎系统
(1)渣浆泵
流量:
5m3/h
扬程:
20m
功率:
5.5kW
数量:
2台
(2)桨式搅拌机
功率:
4kW
数量:
1台
厌氧反应器
高温厌氧消化罐选择全混式厌氧消化罐(CSTR),厌氧装置是该沼气工程的核心设备,物料中的有机物在厌氧条件下经微生物降解,转化成甲烷、二氧化碳等,所产气体(沼气)含甲烷≥60%,可作为能源再次利用,既去除了有机污染物又回收了能源,清罐时间为10-15年。
在厌氧罐运行中,需要一定的保温,以保证厌氧污泥的活性。
反应器罐体采用钢结构制作,总容积1000m3,设置1座1000m3厌氧罐。
罐内有立式搅拌器、换热系统,罐体采用保温板加彩钢板进行保温。
技术说明:
(1)进料设计参数
进料量:
50t/d
进料含固率(TS):
8%
发酵温度:
35-38℃
(2)过程控制参数
CSTR停留时间(HRT):
25d
VS降解率≥70%
(3)出料设计参数
出料温度:
35~38℃
沼气产量:
1100m3/d
甲烷含量:
≥50%
(4)罐顶搅拌装置
作用:
确保有机物料、罐内温度的分布均匀,避免罐内出现积砂、浮渣。
本项目厌氧发酵罐搅拌装置采用机械搅拌形式,选择罐顶安装的立式搅拌机。
搅拌机为进口全混式厌氧反应器(CSTR)专用大型立式搅拌机,搅拌机采用变频控制,可连续搅拌。
搅拌器位于厌氧罐内,用于搅拌反应物料,搅拌能力强、死角小,使得厌氧罐内物料处于完全混合状态,保证受热均匀,避免沉积和浓差分布。
搅拌轴液面位置设有螺旋破壳装置,将浮渣压入液面以下,有效避免液面结壳。
主要参数:
立式搅拌机
功率:
11kW
数量:
1台
(5)温度变送器
在罐体的上、中、下三个位置分别安装温度变送器,用来检验罐内物料的实时温度并反馈给在线监测系统,以调控换热系统的供热情况。
当罐内温度低于35°C时开启供热系统,以保证温度达到高温厌氧发酵的要求(35~38℃)。
主要参数:
测量范围:
0~100℃;
适用环境温度:
-40-70℃;
环境湿度:
0-95%;
数量:
3台
(6)正负压保护装置:
罐体正常使用压力范围为(-300Pa~2000Pa),罐体设有正负压保护器、压力变送器和调压装置,当罐内压力低于设置低压或高于设置高压时,调压装置启动,防止超压,保护罐体,使其在设计的压力范围内使用。
(7)进料、出料装置:
发酵罐采用连续方式进料,发酵罐中物料体积需保持恒定,因此发酵罐的排料时间、排料量与进料时间、进料量相同,即发酵罐进料与发酵残渣排料同时进行,由于发酵罐体为圆柱形结构,出料选为设有控制阀门的重力自然排料方式及泵出料方式,排放出的发酵残渣进入缓冲水池,随后进入固液分离系统。
(8)取样系统
在罐体内部中下部和中上部分别设置取样管,通过管道通道罐体外部方便取样位置并设置阀门,需要取样时,将阀门打开一定时间排出管道内积料后进行取样,方便快捷。
(9)换热装置
罐内设置加热盘管,通过外部热源对罐内反应物料增温,以保证反应的正常进行。
(10)保温装置
为保持热量,保证厌氧效果,罐体外侧设有岩棉隔热材料(罐壁150mm、罐顶150mm)保温。
罐体保温外做0.5mm波楞彩钢瓦做保护层。
(11)除砂及除浮渣装置
系统设计多级除砂措施,调配池设置加热盘管,利用物料温度的提升降低物料粘度,提高沉降速度,达到砂水有效分离,并尽量减少有机物损失;调配池底部采用锥形设计,以便沉砂、除砂;调配池内设有螺旋除砂机,及时外排清除。
CSTR厌氧反应罐设置排砂管、排砂泵、防涡挡板等措施,消除物料沉积,有利于物料中杂质以及粗砂重物质的及时排出。
排砂泵定时启动、自动进行除砂。
(12)在线监控系统
每座罐体均配备静压液位计、温度变送器、温度计、压力变送器、流量计等仪器仪表设备,用于监测液位、温度、压力、流量等数据的在线监测,并在自控系统中实时显示。
(13)其他配套设施
罐体设有爬梯,下部设有人孔,上部设有观察孔、透光孔、观察平台等辅助设施,便于操作人员观察罐内情况及搅拌器运行情况。
化学脱硫罐
本项目沼气采用化学脱硫,经处理后的沼气H2S含量≤50ppm。
化学脱硫罐
型号:
Ф1.2m×3.0m
材质:
碳钢防腐
数量:
2套
配套设备
(1)沼气风机
功率:
1.1kW
风压:
9.8kPa
风量:
2.16m3/min
数量:
2台(1用1备)
(2)气水分离器
规格型号:
DN600
数量:
1台
材质:
不锈钢
柔性储气柜
气柜是一种用沼气专用膜材加工、制作,用来储存沼气的柔性双膜柜体,外膜具有抗静电、抗紫外线、耐老化等优点;内膜具有抗甲烷渗漏、耐火、耐磨、耐褶、抗硫化氢等特点。
(1)本单元可以保证后续单元运行的连续性,对设备有一定的缓冲的作用,避免因气量过大或过小对后续处理单元造成冲击,损坏设备。
(2)当后续处理单元出现故障后,可以保证沼气存储量,而不至于因该单元出现问题,而把沼气全部燃烧掉,造成浪费。
本工程日产沼气1100m3,柔性储气柜主要设计参数:
有效容积:
300m3
结构形式:
PVC柔性材料
数量:
1座
发电系统
净化后的沼气进入沼气发电机发电,沼气发电项目包含以下几个部分:
沼气输送部分,排气及余热利用部分,发电机组部分,冷却部分、电力输出部分等。
需达到沼气发电机组运行所必须的条件:
其他成份
油、水
灰尘
灰尘粒度
硫化物
含量
无液态成份
<10mg/m3
<50μm
<200mg/m3
沼气发电机配有余热回收系统,回收余热主要分为两部分:
一部分是烟气余热回收,一部分是夹套热水余热回收,回收热量经过换热后能提供70℃热水,为厌氧系提供热量。
本项目按照沼气60%甲烷含量计算,发电量为1.8kW·h/m3,设置120kW发电机组1套,同时配套余热回收系统,回收后的热量用于系统供热。
固液分离系统
沼渣沼液经过固液分离机分离,沼渣直接外运,输送至有机肥加工厂;产生的沼液部分进行回流调配,其他剩余沼液作为有机肥输送至项目周围的大棚。
主要设备参数:
1)固液分离机
处理量:
5m3/h
形式:
螺旋挤压式
数量:
1台
2)潜水渣浆泵(固液分离机进料)
处理量:
5m3/h
功率:
3kW
数量:
2台
3)潜水渣浆泵(沼液泵)
处理量:
5m3/h
功率:
1.5kW
数量:
2台
4)潜水搅拌机(缓存池)
结构形式:
推流式
功率:
3kW
数量:
2台
1.1.11核心设备一览表
表4-8核心设备一览表
序号
仪器设备名称
数量
单位
1
卷扬机
1
台
2
汽车衡
1
套
3
渣浆泵
2
台
4
潜水搅拌机
2
台
5
沉淀池浆式搅拌机
1
台
6
沉淀池潜水搅拌机
2
台
7
1#螺杆泵
2
台
8
鼓风机
1
套
9
厌氧罐,1000m³
1
座
10
CSTR加热系统
1
套
11
保温系统
1
套
12
CSTR顶搅拌装置
1
台
13
正负压保护器
1
台
14
阻火器
1
套
15
2#螺杆泵
2
台
16
空压机
1
台
17
1#静压液位计
1
套
18
1#温度变送器
4
套
19
热式气体质量流量计(沼气)
1
套
20
热水循环泵
2
套
21
热储罐
1
套
22
2#静压液位计
1
台
23
2#温度变送器
3
台
24
干式独立气柜,300m³
1
座
25
沼气风机
2
套
26
汽水分离器
1
套
27
化学脱硫罐
2
套
28
发电机,120kw
1
台
29
沼气火炬
1
套
30
固液分离机
1
套
31
潜水搅拌机
2
台
32
沼液泵
2
台
33
沼气锅炉
1
套
34
有机肥生产设备
1
套
35
CI费用及噴字
1
套
36
含配电柜和配电箱
1
套
37
仪器仪表
1
套
38
自控柜
1
套
39
编程调试
1
套
40
中控室大屏、视频
1
套
41
管道及阀门
1
套
42
设备管道安装
1
套
43
电气安装
1
套
44
设计费
1
项
45
1#消防泵
2
台
46
2#消防泵
2
台
47
视频监控系统
1
套
48
报警系统
1
套
49
联合试运行费
1
项
具体实施方案详见附件《某县东信养殖有限公司大型沼气工程专项实施方》和《某山泽农牧发展有限公司古云养殖基地大型沼气工程 专项实施方案》。
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