计算机控制课程设计Word格式.docx
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1．通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；
2．结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；
3．培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；
4．要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的总体设计和分析评估；
5.报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。
二．主要内容
1．控制算法分析设计；
2．现代控制理论算法分析设计
3．基于模糊控制理论算法分析设计
4．过程数字控制系统方案分析设计；
5．微机硬件接口电路应用设计；
6．微机应用装置硬件电路、软件方案设计；
7．数字控制系统I/O通道方案设计与实现；
8．PLC应用控制方案分析与设计；
9．数据通信接口电路硬软件方案设计与性能分析；
10．现场总线控制技术应用方案设计；
11．模拟量过程参数的检测与处理算法设计；
12．基于嵌入式处理器技术的工程应用方案设计；
13．计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计；
14．计算机控制系统差错控制技术分析设计；
15．计算机控制系统容错技术分析设计；
16．工程过程建模方法分析及设计；
17．新能源（生物质能、太阳能、风能等）发电及综合利用技术分析设计；
18．生活垃圾、工业有机废弃物发电及综合处理技术分析设计。
三．进度计划
序号
设计内容
完成时间
备注
1
选择课程设计题目，查阅相关文献资料
2016年6月20日
2
文献资料学习，根据所选题目进行方案设计
2016年6月21日
3
与指导老师讨论设计内容修改设计方案
2016年6月22日
4
撰写课程设计报告
2016年6月23日
5
课程设计答辩
2016年6月24日
四．设计成果要求
1．针对所选题目的国内外应用发展概述；
2．课程设计正文内容，包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；
3．课程设计总结（或结论）以及参考文献；
4．要求设计报告规范完整。
五．考核方式
《计算机控制技术与系统》课程设计成绩评定依据如下：
1．课程设计报告；
2．独立工作能力及设计过程的表现；
3．答辩时回答问题情况。
成绩以五级分制综合评定分为优、良、中、及格、不及格。
2016年6月24日
大型禽畜养殖场废弃物发酵沼气发电及综合利用技术分析
摘要
随着养殖业的快速发展，所产生的养殖废弃物对周边环境造成了严重污染.本次课程设计就大型禽畜养殖场的综合利用进行了简要探讨，就其沼气发电为研究对象，通过对沼气发电产生的原因、实际流程、技术现状，工程效益以及前景和存在的问题进行了分析讨论，以减轻环境污染，确保我国养殖业能够持续健康发展。
关键词：
禽畜养殖场;
废弃物发酵;
沼气发电;
综合利用
目录
1、课程设计（综合实验）的目的与要求1
2、设计（实验）正文2
2.1生物质利用的重要性、发展前景和现状2
2.2养殖场沼气发电工艺流程3
2.2.1.废水的预处理3
2.2.2.水力筛网4
2.2.3.废水的水解酸化4
2.2.4.废水的厌氧消化4
2.2.5.稳定塘4
2.2.6.沼气的贮存与利用4
2.2.7.有机肥加工中心4
2.2.8.沼液综合利用4
2.3沼气发电效益分析5
2.3.1经济效益5
2.3.2社会效益5
2.3.3环境效益5
2.4沼气发电在大型养殖场的应用前景6
2.5畜禽养殖场沼气工程的建设存在问题6
2.6禽畜废弃物的综合利用途径7
2.6.1.制作有机肥7
2.6.2.用作饲料7
2.6.3.“三沼”综合利用方式7
总结8
参考文献9
1、课程设计（综合实验）的目的与要求
1）通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；
2）结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；
3）培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；
4）要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的总体设计和分析评估；
5）报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。
2、设计（实验）正文
2.1生物质利用的重要性、发展前景和现状
生物质指农业的废弃物、生活垃圾，还有一些农业作物包括在这里面，这是一块非常大的资源有待去开发。
如果管理不好就会引起很多的社会负效应。
例如环境的污染，现在尤其在中国秸秆的燃烧是很大的问题。
所以我们现在要减少垃圾的生产、垃圾的填埋、秸秆的焚烧。
利用更好的再生的清洁能源、低碳的燃料、农业核工业产品，减少空气和水污染，尤其是温室气体的排放，让我们可持续的文明、经济的发展、环境保护达到平衡。
为了满足国家对节能环保和温室气体减排的要求,电力行业正在积极开发和利用可再生能源。
使用可再生能源替代传统能源发电,能够有效的减少温室气体的排放量。
随着我国经济快速发展,出现了越来越多的规模化养殖场,规模化的养殖场对于集中处理畜牧垃圾、实现其无害化、资源化、能源化是很有优势的。
规模化养殖场进行沼气发电一方面减少禽畜粪污无组织排放到大气中的温室气体;
另一方替代了原来由传统能源发电产生的温室气体,实现了温室气体的双向减排。
对规模化养殖场沼气发电工程进行合理规划,可以减少环境污染、提高系统性能、提高资源利用率并增加经济收益。
在可再生能源中,生物质能源以其取之不尽、用之不竭、电能质量好、可靠性高、污染少等特点使其成为目前世界上应用最广泛的可再生能源。
生物质能与传统化石燃料相比,不仅属于清洁能源,同时也是唯一一种可再生碳源,因此生物质发电是一种“零碳排放”的绿色发电技术,而且不用担心生物质能源有一天会枯竭
目前从人类利用的生物质能的来源看,可将其分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和牲畜粪便五大类。
其中被直接利用作为燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;
间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,这种间接利用通过微生物的作用生成沼气,或釆用热解法直接造气、制液或加工成生物碳。
现以美国加州为例，现在加州新能源占比是20%，但是加州新的政策提出来，2030年要达到33%，2050年达到50%以上，汽油燃料、柴油的消耗量要大大的降低，用生物燃料、生物能源去取代，还有温室减排有很高的要求。
其中的一项技术在美国发展很快，形成了一个很好的产业链。
而这个技术在中国以前是传统的沼气，现在这一技术是通过生物发酵产生为工业、为能源服务的生物燃料。
把这些可降解的生物质变成生物气体，主要包括甲烷和二氧化碳，可以直接燃烧，先在应用过程中提纯，清洁之后变成工业燃料或者车用的燃料，发酵后的产物可以制造有机肥。
沼气发电在西欧一些国家占10%左右,预计21世纪末增长到25%。
中国具有丰富的沼气资源,根据中国科学院地理科学与资源研究所《中国自然资源与环境数据库》估算,我国人畜粪便资源如果能够全部用于沼气发电的话,能够产生沼气的理论值约为1.3X1011立方米,折合成标准煤为9300多万吨。
随着人民生活水平的提高,对肉、奶、蛋、皮、毛等畜牧业产品需求激增,使得规模化养殖场大量出现。
与以往传统模式的养殖业相比,规模化养殖场提高了养殖效率,降低了养殖成本,更加有利于养殖垃圾的收集与利用,减少其对环境的污染,同时也便于引入沼气工程。
2.2养殖场沼气发电工艺流程
以某大型养猪基地其废弃物处理工艺流程图如下：
工艺流程说明：
2.2.1.废水的预处理：
污水通过沟管由场区自流进入污水处理站，废水先经过格栅，去除废水中的稻草和大的悬浮物体，经沉砂井沉砂，去除废水中的砂，这样有利于后道工艺的处理，减少管道等的堵塞情况的发生，废水自流进入集水池。
2.2.2.水力筛网
进入集水池的废水由泵泵入水力筛网，以进一步去除污水中的悬浮物体和猪毛等杂物，更有利于厌氧发酵和避免管网的堵塞。
水力筛网筛出的浮渣等集中进入集粪池，进行固体堆肥处理。
2.2.3.废水的水解酸化：
由于畜牧废水的特殊性，其废水中纤维含量较高，并含有大量的悬浮颗粒。
水解酸化的作用在于降解部分悬浮物质，将复杂的有机物转化为简单的有机物质，提高畜牧废水的可生化性能，有利于厌氧消化。
2.2.4.废水的厌氧消化：
采用改良型的UASB发酵工艺，该工艺具有占地面积少、CODcr去除效率高、耐冲击能力强、管理维护方便等特点。
根据厌氧出水直接进行综合利用，所以在设计时考虑适当延长水力滞留时间，更大程度上去除COD、BOD；
2.2.5.稳定塘：
废水稳定塘属于生物处理设施，废水在塘内滞留的过程中，水中的有机物通过好氧微生物的代谢活动被氧化，或经过厌氧微生物的分解而达到稳定化的目的。
好氧微生物的代谢所需的溶解氧由塘表面的大气复氧作用以及藻类的光合作用提供。
本方案采用兼性塘－－好氧塘－－人工湿地－－水生植物塘－－果园蔬菜灌溉的组合工艺。
厌氧沉淀出水自流进入兼性塘进行处理，经兼性塘处理后，废水自流进入好氧塘进行进一步的处理，经好氧塘处理后的废水自流进入人工湿地，然后进入水生植物塘，经水生植物塘处理后的水可以进行果园、蔬菜等的灌溉。
2.2.6.沼气的贮存与利用：
在稳定的工作状况下，污水站每天可产沼气120M3左右。
沼气作为清洁高效能源，热值为5500大卡／M3，不允许向外排放而形成第二次污染，沼气必须加以完全利用，沼气经气水分离器、脱硫净化塔、计量后进入150M3沼气贮气柜，沼气在经过阻止回火器后，用于发电，安装60KW沼气发电机组，解决猪场日常运行用电及照明的用电问题。
7.有机肥加工中心：
根据处理工艺的需要，中心的主体构筑物一般包括预加工车间、发酵车间、合成车间和仓库，采用彩钢结构厂房，面积1500平方米。
8.沼液综合利用：
经厌氧发酵后的液肥必须全部回收利用起来，用以灌溉青料田、养育果林或道旁绿化等。
综合利用的主要内容包括管道输送设备、田间贮存池以及液肥喷灌等。
（1）管道输送：
选择管道输送的方式，把沼液送到田间。
（2）田间贮存池：
贮液期30天以上，采用地面池，高于地面，农田用肥时只需开阀便可自流，省工省运行费，远距离需喷灌，需采用污水泵加压，运行费用也很低。
（3）液肥喷灌：
为了使液肥用于农田喷灌，一般田间地下设置ф100至ф150的水泥压力管，每50M左右设喷灌消火栓一组，配200M左右消防水带和消火喷枪，便于液肥喷灌、还田。
2.3沼气发电效益分析
2.3.1经济效益
对大型沼气发电综合利用工程而言，投资回收期、内部收益率、销售利润率及资产报酬率是重要的经济评价指标。
沼气热电联产工程项目从立项到建成投产需要7～12个月时间，而且沼气热电联产技术及运行模式成熟，可以方便的复制［1］。
用畜禽粪便发展沼气热电联产工程项目运行成本低，回收期短，项目的建设投资回收期为6～8年，内部收益率税前通常在15%以上。
销售利润率反映企业销售收入的获利水平，资产报酬率衡量企业运用全部资产的获利能力。
对大型沼气发电工程项目而言，其经济收入主要体现在发电、供热及有机肥三个方面。
因此，单位粪便发电量、单位粪便供热率及单位粪便产有机肥量是从生产能力的角度反映大型沼气发电工程的经济效益的指标。
2.3.2社会效益
大型沼气发电综合利用工程将会开辟一个新的经济增长领域。
加快该工程项目的推广，可在一定程度上替代化石能源，减少污染物排放、保护环境，优化产业结构，增加地方财政收入的同时，还会为农村劳动力提供更多的就业机会，进而为我国经济社会环境的可持续发展做出贡献。
2.3.3环境效益
牧场的粪便污水都可被规模化沼气发电工程合理利用，达到预期建设目标后，每年可向电网提供一定的电量，与燃煤火电厂相比，可节约大量的煤炭等化石能源的使用，同时也减少了大量污染物的排量，如COx、NOx等。
大型沼气发电综合利用工程的废气主要为低浓度的SOx及废热锅炉排出的烟气。
噪音主要源于料液提升泵、有机肥生产车间粉碎机和发电系统，因而在使用过程中必须减震降噪处理，以使噪音达到国家规定的标准范围内。
2.4沼气发电在大型养殖场的应用前景
沼气发电工程本身是利用清洁能源,解决环境问题的工程,它的运行不仅解决沼气工程中的一些主要环境问题,而且由于其产生大量的电能和热能,又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景。
沼气发电效益盘活沼气工程规模养殖场多数远离村庄，敷设输气管网的建设费用和维护成本较高，沼气一般无法实施集中供气作为城镇居民的生活燃料。
若沼气作为锅炉燃料替代原煤直接燃烧，其经济价值很低。
另外，规模养殖场又多是用电大户。
1000m3厌氧发酵装置，按每天产沼气0.20～0.25m3计算，则每天可发电320～400kW·
h（1m3沼气可发电1.5kW·
h），因此，沼气发电既提高了沼气自身的经济价值，又为企业缓解了电力紧缺的矛盾。
从国内目前的实际情况看，许多沼气工程陷入困境，甚至被闲置，造成国家投资的巨大损失，其根本原因是缺乏经济效益。
沼气发电为沼气工程注入了新的活力，带来了更多的经济效益。
沼气发电机组的推广使用可以促进农村沼气事业的发展，从而促进农村畜牧业与种植业的链接，促进能量高效转化和物质的高效循环，形成“种植业（饲料）—养殖业（粪便）—沼气（燃气、发电）—种植业（优质农产品、饲料）—养殖业”循环发展的农业循环经济模式。
2.5畜禽养殖场沼气工程的建设存在问题
畜禽养殖场沼气工程建设产业链完备的甚少，即从原料收集到产气，到沼气、沼渣、沼液的应用加工，形成产品进入市场交易产生整体经济效益的工程为数不多。
因未形成完整的产业链，导致沼气工程的效益不能充分体现，有的甚至产生二次污染。
沼气工程建设设计和施工单位的资质管理尚未走上正规。
有设计资质的单位不精通沼气行业，有沼气建设技术和经验的单位却没有设计或施工资质。
沼气工程建设市场比较乱，难以保证建设质量。
沼气工程产业化水平不高，工程关键设备和配套设备大多由企业单件或小批量生产，标准化程度低，尚未形成沼气工程专用成套设备及其标准序列，产品质量和使用寿命可靠性差，导致工程运行故障多，工程运行成本高、经济效果差。
2.6禽畜废弃物的综合利用途径
2.6.1.制作有机肥
禽畜粪便中含有很多有机物及营养元素，这些物质有利于促进农作物的生长发育。
当前，国内的利用方式主要以直接还田为主，比例为60%，而制作成有机肥的比例较低，仅为14%。
因此，我们可通过生物发酵的方式，将禽畜粪便转化为有机肥。
其工艺流程如下：
收集足量的鲜粪→加入适量调理剂→加入发酵菌剂→堆在槽内发酵→翻堆→每日检测堆温。
当温度超过55℃时隔1～2天翻混1次→当发酵10天后检测样品pH值，如果pH值大于8，应加入一些酸性材料进行调节→15～20天后取样品，并按照1:
10的比例加入清水，24h后再观察液体颜色。
如果液体颜色为浅咖啡色，堆温也逐渐降低，可继续发酵3～5d→将生成的有机肥烘干或晒干，保证含水率低于20%，最后放入仓库保存。
2.6.2.用作饲料
禽畜粪便中含有不少粗蛋白，相当于禽畜日常采食饲料中所含粗蛋白的1/2。
另外，它还含有17种氨基酸。
但同时也含有很多重金属物质、常见病源微生物和化学物质等。
因此，如何将粪便饲料化一直是农技专家研究的重要课题。
目前，对粪便的无害化处理有多种方法，常见的有干燥法、生物处理法及除臭法。
其中，主要通过高温快速干燥法与分离法实现粪便饲料化。
2.6.3.“三沼”综合利用方式
将畜禽污水经厌氧发酵处理获得沼气，利用沼气供电、取暖。
同时，还可采用“一池三改”的方式，将厨房、厕所和养殖场所进行改建，将产生的污水排入一个沼气池内，改善农村卫生条件。
沼气的主要成分有甲烷和二氧化碳。
甲烷主要用于照明、取暖和发电，二氧化碳可用来培养一些有用的藻类，如螺旋藻。
粪便内的氨将被藻类转化成蛋白质。
因此，藻类含有丰富的蛋白质与叶绿素，是品质优良的饲料添加剂。
沼液可用于养鱼、还田。
还田前应将沼液通过曝气池、氧化塘等进行净化，从而使有害物质控制在国家相关标准内。
值得注意的是，沼液还田必须具备下列条件：
有适量的配套农田；
消除沼液内含有的个别有害物质；
在利用沼液灌溉前，应确保N、P、K比例合适；
修建一个专门存放沼液的池子，以备不时之需。
沼渣主要用作基肥，也可用于蘑菇栽培。
总结
随着国家政策的大力扶植和养殖业技术水平的不断提高，我国畜禽饲养量不断增加，畜禽粪便排放量也大大增加，畜禽养殖废弃物的任意排放对环境造成了较严重污染。
在处理畜禽粪便等生物质污染物方式中，厌氧消化有着其它处理方式无可比拟的优越性，如沼气发电技术具有高效、节能、安全和环保等综合效益，可满足养殖户用能、用肥的需求，减少环境污染，实现养殖业、种植业的和谐发展。
本次课程设计就大型禽畜养殖场沼气发电为研究对象，通过对沼气发电产生的原因，沼气发电的实际流程，沼气发电的技术现状，沼气发电的工程效益，沼气发电的应用前景以及沼气发电任然存在的问题进行了重点研究，得到以下结论：
通过沼气发电技术在大中型沼气工程中的应用，彻底解决了沼气工程冬季产气不足而引起的治污效果下降，夏季沼气产量多无法用完而排入大气造成二次污染的难题。
实现自足供电，打破规模畜禽养殖场粪污达标治理中的电力供应瓶颈，提升了沼气工程整体技术水平，有效地治理了养殖业粪便污水的污染，并在治理过程中得到了可观的经济效益，使农业废弃物由被动治理转变为主动治理，为今后我国农业可持续发展走出了一条科学发展道路。
参考文献
[1]张颖.大中型养殖场沼气发电工程设计与应用.华北电力大学.北京.102206
[2]许德生,辛明.畜禽养殖场沼气发电工程运行及管理[J].设备管理与维修,2011,08:
19-21.
[3]何仁真,林忠华,蔡元呈.沼气发电在规模养殖场污水处理中的应用前景分析[J].安徽农学通报,2012,17:
16-17+32.
[4]张洪雷.畜禽养殖业沼气发电前景广阔[J].农业工程学报,2006,22（增1）:
58-60
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