工业园区沼气发电课程设计讲解Word文件下载.docx

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从1905年到1949年的40多年中，中国只有在青岛、北京、哈尔滨、上海、烟台、广州等地建立了不到10年工厂，年产啤酒近一万吨，从1949年到1993年，我们用43年的时间，发展成为世界啤酒第二生产大国，这样的发展速度举世瞩目。

我国啤酒工业的未来主要有以下几方面的变化：

产量的发展；

规模的扩大；

技术经济指标还有差距，要不断的提高；

原料的发展；

啤酒品种向多样化发展；

高浓度酿造技术；

非热消毒的纯生啤酒酿造；

人才的培养等。

随着世界的发展，啤酒的生产技术逐步成为重点。

当今，纯生啤酒的生产技术，膜过滤技术，微生物检测和控制技术，糖浆辅料的使用逐步发展起来。

相信不久的将来，中国的啤酒业将以崭新的面貌跻身于世界啤酒先进领。

1.2存在问题[1][2]

我国的啤酒生产虽有一定的规模但产品结构不合理，粗放经营，资源浪费严重，经济效益低下，大多数啤酒生产企业的生产废物没有得到充分的回收利用。

这不仅造成了资源的浪费，也对环境造成了一定的污染。

啤酒是以粮食（大麦，大米等）为原料酿造的营养性饮料，其酿造过程会产生大量的废气、废水和废糟。

啤酒生产过程需要耗费大量的资源，包括水、电和煤炭，只有实施循环经济，推行清洁生产，才能有效解决经济效益与环境利益间的矛盾，实现我国啤酒生产的跃进。

1.3设计目的

针对啤酒厂生产过程中产生大量的废水，需要进行废水的处理，在处理废水的过程中会产生大量的沼气，利用沼气来进行发电来供应啤酒厂的一部分用电，实行清洁生产，废物利用，节省生产费用。

通过设计沼气发电流程，以及设备的选型，来为20万t/a啤酒工厂实现废水的综合利用。

2.啤酒废水处理流程

2.1废水特性[2]

鉴于啤酒废水自身的特性，啤酒废水不能直接排入水体，据统计，啤酒厂工业废水如不经处理，每生产100吨啤酒所排放出的BOD值相当于14000人生活污水的BOD值，悬浮固体SS值相当于8000人生活污水的SS，其污染程度是相当严重的，所以要对啤酒废水进行一定的处理。

处理方法可分为两大类:

一种是好氧生物处理，另一种是厌氧生物处理。

好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒污水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）。

这类方法没有考虑到污水中有机物的利用问题，因此处理成本较高且处理时间长。

活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法。

厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr>

2000mg/l,BOD5>

1000mg/l）。

它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。

在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%～90%转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。

2.2废水处理工艺流程的选择[3]

厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床（UASB）技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。

UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气-液-固分离系统（三相分离室）。

废水从反应器底部加入，在上向流、穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）.气、液、固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出。

UASB具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度啤酒污水的治理.其不足之处是出水CODcr的浓度仍达500mg.L-1左右，需进行再处理或与好氧处理串联才能达标排放。

图2.1啤酒废水处理流程图

具体的流程为：

污水进入处理厂，经过格栅过滤出较大的废渣，流至集水池调节pH，再通过污水提升泵提升到UASB反应器中，因为经过UASB反应器处理的出水不能达到出水标准，需要再经过好氧生物处理才能排放。

经过UASB之后的，产生大量的沼气，则利用这些沼气进行发电，是污染物的含量降到最低。

同时可以利用沼气发电的能量进行啤酒生产。

3.沼气发电系统设计

3.1废水处理相关数据

根据废水处理中UASB塔里面的厌氧发酵得出时产气量，则：

时产气量：

G=902.5×

0.85×

0.5×

9000×

10-3=3452.06m3/d=143.83m3/h

每日产气量为：

表3-1啤酒厂废水各成分含量以及排放标准

COD（mg/L）

BOD（mg/L）

SS（mg/L）

pH

原水

69

废水排放标准

3.2沼气产量相关计算与设计

3.2.1沼气参数的设计计算

年产废水量为：

，由于年生产日为330天

故日处理废水量：

3.2.2啤酒厂污水处理及沼气产量参数设计

表3-2各个参数设计

指标

参数

数值

啤酒生产能力

啤酒产量

20万吨/年

废水处理

日处理废水量

3344.26/天

COD

370.5mg/L

BOD

104.5mg/L

废水处理参数

UASB容积

容积负荷

——

产气能力

日产沼气量

3.3沼气收集管路系统[4]

沼气收集系统包含了从厌氧反应器（UASB、等装置）排气管到气体净化设备之间的管路和功能设备，主要有气液分离器、水封、浮顶稳压柜和管道。

（1）气液分离器：

气液分离器用于将从厌氧反应器中随沼气一起带出的泡沫等液体物质从沼气中分离出来，内部带消泡装置，分离后液体自动排污。

采用碳钢材料，内部采用树脂涂层防腐，外部采用镀锌防腐。

（2）水封：

用于控制厌氧反应器集气室内的压力，同时防止管路中出现负压现象。

水封装置采用镀锌碳钢制罐状水封，带液位显示装置。

（3）浮顶稳压柜：

采用水封式浮顶稳压柜，用于控制沼气输送压力处于稳定数值，使整个系统运行稳定。

浮顶稳压柜容积设计为10立方米，输出压力和位置信号作为整个系统的一组控制信号。

（4）管道：

采用镀锌无缝钢管，外包聚胺酯保温材料，以避免沼气在管道内温度发生大的改变。

3.4.沼气脱硫工艺及装置

沼气中含有微量的硫化氢，硫化氢是无色气体，有类似腐烂鸡蛋恶臭味，剧毒，易溶于水，其水溶液呈酸性，能与碱生成盐。

根据查找大量资料显示，啤酒厂沼气硫化氢的含量为0.961.15mg/L，而一般为1.15mg/L，按照国家环境卫生标准规定，净化后的硫化氢含量不得超过20mg/m3，对此要先进行对沼气的脱硫。

3.4.1沼气脱硫工艺[11][12]

对于脱硫，我选用干法氧化铁脱硫工艺。

沼气干法脱硫适用于含硫量较低的燃气，日处理量较少。

该法工艺简单、成熟可靠、造价低、能达到较高的净化程度。

干法脱硫是在圆柱状脱硫塔内填装一定高度的脱硫剂，沼气自下而上通过脱硫剂，硫化氢被去除，选用的脱硫剂为氧化铁，其颗粒状为圆柱状，型号为MT-1型。

氧化铁脱硫原理如下：

脱硫：

再生：

脱硫剂的基本性能指标：

（1）脱硫剂装填量：

式中V——脱硫剂装填量,；

t——脱硫剂使用时间,；

W——脱硫剂的原粒度的质量穿透硫容,；

C——进口气体中H2S的浓度，；

Q——原料气流量,；

d——脱硫剂的堆积密度，。

（2）脱硫剂的硫容在一定程度反应了除硫剂脱除硫化氢的能力，一般用百分比表示硫容：

硫容（%），

（3）由于不考虑烟气量的变化，所以脱硫效率可以计算为：

脱硫效率

3.4.2沼气脱硫装置设计及计算[11][12][13][14]

根据当前大中型沼气工程是实际情况及沼气中硫化氢的浓度范围确定。

一级脱硫：

H2S在2g/m3以下

二级脱硫：

H2S在25g/m3

三级脱硫：

H2S在5g/m3以上

由此可见，啤酒厂废水沼气含量为1.15g/m3，则选择一级脱硫。

根据各方面资料，如图3-2与3-1所示，取进出口直径各位0.1m，进出口之间的距离为H;

最低喷淋层离入口中间高度0.1H；

出口中心离最高喷淋层之间的距离为0.1H，其中包括了除雾器与最高喷淋层之间的距离；

喷淋层之间的距离h4≥1.5m～2.5m；

除雾器离最近（最高层）喷淋层距离≥1.2m；

当最高喷淋层使用双向喷嘴时，该距离≥3m。

设计沼气塔沼气流量为150m3/h，线速度为0.1m/s，高径比为2.5：

得

（1）空速选择

由于沼气的实际流量为,所以根据空速的公式得：

式中VSP——沼气空速，h-1Vm——沼气小时流量，m3/h，V——脱硫剂体积，m3

（2）脱硫塔塔高与直径

由于处理量较小，故取h1=6m：

取喷淋层之间的距离

为1.5m，取3层，则总高度3h4=4.5m；

设烟气进口和出口

塔直径各为0.1m。

图3-1塔的布置

由图3-1与3-2可知

故塔的外形总高为：

设计的高径是2.5，故脱硫塔的直径为：

（3）脱硫塔结构与材质

①采用A3钢板焊接制造

②塔内表面涂两道防锈漆，外面涂1~2道防锈漆

③封头采用石棉橡胶

④液位显示在脱硫塔下部低于进气口的位置，用有机玻璃显示液位，防止冷凝水积聚在底部而影响脱硫剂工作

⑤温度监视采用WNG-12型直角式金属保护管玻璃温度计，其位设置在距床层底部100mm处

⑥观察镜设置在床层上部50mm处，采用有机玻璃以便观察床层变化，掌握脱硫剂再生时间

图3-2脱硫塔的外形尺寸

脱硫塔内部结构介绍：

这种塔由碳钢壳组成，内有可以动的框子，每框内装有两层放在木架上的氧化物。

框的构造为：

当他们放在塔内可形成中央进气管。

管的每一段开有长方形孔。

气体经过此孔进入每个框的两层氧化物之间。

气体与氧化物接触后，流入框与塔壳间的环隙内。

并由此通至出口。

在脱硫塔前需要设置汽水分离器，而且必须有足够的分离能力，在操作中，实现“严禁带液”。

通常设置备用塔。

3.5沼气锅炉设计与计算

锅炉由主要部件和辅助装置构成。

（1）主要部件包括炉膛、燃烧设备、锅筒、水冷壁、省煤器、空气预热器及炉墙构架等组成。

（2）辅助装置包括燃料的储运、送风、引风、给水、除灰渣、除尘及自动控制装置等。

此外，为了保证锅炉的正常工作和安全，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主汽阀、排气阀、止回阀等。

3.5.1沼气锅炉选型[11][12]

沼气锅炉一般是由燃煤锅炉改装的，根据啤酒厂产沼气量，我选择锅炉类型为快装水火管链条排锅炉，型号为KZL4-1.3-A，其容量为0.5t/h，固定炉排。

改装后，拆除了原来燃煤时的炉内设备，利用原有的鼓风机和引风机（比燃煤时将有15%-40%的富裕量）只要供给足够的