沼气工程设计方案.docx
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沼气工程设计方案
300立方沼气
集中供气工程设计方案
2007年6月10日
目录
第一章项目摘要4
1.1项目名称4
1.2承担单位4
1.3建设地点4
1.4建设年限4
1.5建设目标及规模4
1.6项目投资4
1.7效益分析4
1.8主要技术经济指标5
1.8主要技术经济指标5
第二章项目建设的必要性和可行性7
2.1项目建设的必要性7
2.2项目建设的可行性9
第三章市场供求分析及预测13
第四章项目承担单位的基本情况14
第五章项目地点选择分析15
第六章生产工艺方案分析16
6.1设计依据和参数16
6.1.1设计依据16
6.1.2设计参数16
6.2工艺设计17
6.2.1工艺流程17
6.2.2工艺说明17
6.2.3USR反应器说明17
第七章项目建设目标19
第八章项目建设内容20
8.1土建工程20
8.1.1主要规范20
8.1.2设计标准21
8.2设备选择21
8.3总图与运输22
8.4公用工程22
第十章、建设期限和实施进度安排23
第十一章环境保护23
第十二章项目的组织管理与运行23
12.1组织管理措施23
12.2技术管理措施24
12.3运行维护措施24
12.4安全保证措施24
第十三章效益分析与风险评价24
第十四章结论与建议25
第一章项目摘要
1.1项目名称
1.2承担单位
1.3建设地点
1.4建设年限
2007年7月至2007年10月
1.5建设目标及规模
村沼气集中供气工程建成规模为日产沼气300m3，沼气集中供给村村民日常使用，所产沼渣、沼液用来浇灌果树、菜地等。
地址
设计日产沼气量
集中供气户数
户均用气
******
300m3
200户
1.50m3/d
1.6项目投资
项目估算总投资为149.3万元
1.7效益分析
1.7.1：
工程收益
序号
项目名称
收益（元/d）
备注
1
沼气收益
360
产沼气300m3/天，按1.2元/m3沼气计算
2
沼肥
90
日产沼肥10m3/d，按9.0元/m3计
（实际产20吨,有10吨沼液作稀释用）
合计
1.7.2：
工程综合收益
序号
项目名称
含折旧费
不含折旧费
（收益）
元/天
（收益）
万元/年
（收益）
元/天
（收益）
万元/年
1
运行费用（负收益）
-180.29
-6.58
-390.29
-14.24
2
回收效益
450
16.42
450
16.42
净收益
12.51
1.8主要技术经济指标
1.8主要技术经济指标
A、电费
设备容量表
序号
名称
数量
（台）
装机容量
（kW）
运行容量
（kW）
开启时间
（h）
总耗电
（kW.h）
工作方式
1
提升泵1
1
3.0
3.0
2
6
经常、短时
2
提升泵2
1
3.0
3.0
2
6
经常、短时
4
沼液回用泵
1
3.0
3.0
2
6
经常、短时
6
搅拌机1
1
2.2
2.2
6
13.2
经常、短时
7
搅拌机2
1
2.2
2.2
6
13.2
经常、短时
8
空压机
1
7.5
7.5
6
45
经常、短时
总计
6
20.9
20.9
89.4
每天电费
89.4×0.48＝42.91元/d
B、人工费
日常操作人员设置3人常规管理，其他维修人员由村内人员兼职。
工人平均工资按800元/月，则天人工费为：
800×3÷30=80元/d
C、厌氧加热费用
燃煤费
0.25t/h蒸气锅炉，600元/t煤，加热90d/a计算，日需煤200kg/d，则天运行费为：
20×90÷1000×600÷365=29.59元/d
D、脱硫剂更换费用：
脱硫剂2000元/吨，按0.6吨更换一次，每年更换二次计算，则天运行费为：
2000×0.6×2÷365=6.57元/d
E、设备维修费用：
年维修费按设备造价1%计算，则天运行费为：
77.37×1%×10000÷365=21.19元/d
F、设备折旧费用：
构筑物和管线寿命按30年，设备寿命按15年计算，则天运行费为：
[75.32÷30＋77.37÷15]×10000÷365=210元/d
G、设施运行费用为：
含折旧费：
电费＋人工费＋燃煤费＋脱硫剂更换费＋设备维修费+设备折旧费用=42.91＋80＋29.59＋6.57＋21.19+210=390.29元/d。
不含折旧费
电费＋人工费＋燃煤费＋脱硫剂更换费＋设备维修费=42.91＋80＋29.59＋6.57＋21.19=180.29元/d。
第二章项目建设的必要性和可行性
2.1项目建设的必要性
改革开放以来，畜禽养殖业产值及其在农业总产值中的比重持续上升，产值比重年均增长0.7%。
到1999年，随着畜牧业商品生产的发展，全国畜牧业产值为6997.58亿元，占农业总产值28.5%，不少地区甚至有的省，畜牧业经济在农村经济中已是“三分天下有其一”，很多饲养业比较发达的地方，已成为农村经济的“半壁江山”，甚至在相当一部分地方已作为支柱产业，畜禽养殖在发展农村经济中的作用日益显著。
国家环境保护总局于2000年对全国规模化养殖业集中的23个省、直辖市、自治区的1999年养殖情况进行了调查。
调查结果表明，全国规模化畜禽养殖场数量为35814个，其中养猪场9653个占27%。
北京市猪养殖场个数为439个，存栏数为93万头。
千头集约化规模猪场和生猪养殖场发展步伐进一步加快，集约化养殖已成为我市畜牧业生产稳定发展的主力军，且朝着标准化生产、产业化经营、规模化管理方向迈进。
规模化集中饲养方式，有利于提高生猪饲养技术、防疫能力和管理水平，从而降低成本，增加经济效益。
尽管养殖业的发展满足了人们对肉、蛋、奶的需求，并为发展我国的经济、提高城乡居民生活水平做出了贡献，但养殖业粪污的随意排放已成为我国新的环境污染问题。
根据国家环保总局1999年对全国规模化畜禽养殖业污染情况调查数据，北京市畜禽污染物产生量为637.6万吨，COD含量为27.9万吨；其中规模化养殖场粪便产生量为195万吨，其中COD含量为8.54万吨；规模化畜禽养殖场的粪便产生量约为当年工业固体废弃物产生总量的16%，COD含量为工业废水与生活废水COD排放量的50%以上。
可见，畜禽养殖业污染已成为农村面源污染的主要因素之一。
畜牧业的发展和生产方式的转变，既促进农业增效、农民增收，但同时也带来了畜禽粪便污水大量增加并集中排放，对周围环境造成了极其严重的影响，制约了农业生产的可持续发展：
1、对地表水的影响
畜禽养殖场中高浓度、未经处理的污水、固体粪污被降水淋洗冲刷进入自然水体后，使水中固体悬浮物（SS）、有机物和微生物含量升高，改变水体的物理、化学和生物群落组成，使水质变坏。
此外，粪污中有机物的生物降解和水生生物的繁衍，大量消耗水体溶解氧（DO），使水体变黑发臭，水生生物死亡，发生水体“富营养化”，这种水体将不可能再得到恢复。
因此，仅从对地表水的影响来看，畜禽养殖对当地的农业生态环境和水体环境影响重大，并造成农业资源（有机养分）的严重流失和浪费。
畜禽养殖业粪便污染若不有效治理，将对区内地表水造成极大的污染。
2、对地下水的影响
将畜禽粪便堆放或作为粪肥施入土壤，部分氮、磷不仅随地表水或水土流失流入江河、湖泊污染地表水，且会渗入地下污染地下水。
畜禽粪便污染物中有毒、有害成分进入地下水中，会使地下水溶解氧含量减少，水质中有毒成分增多，严重时使水体发黑、变臭、失去使用价值。
畜禽粪便一旦污染了地下水，将极难治理恢复，造成较持久性的污染。
北京市环保局于2001年选择了4个养殖历史长、规模较大的养殖场，对当地农村机井（100～150m深）地下水进行NH3-N、NO2-N、NO3-N、CODMn、总硬度、细菌总数、总大肠菌群数等项目的监测。
其中峪口养鸡总场周围两个点的地下水总大肠菌群数达到该标准值上限（检出率为40%）。
若与所在地区的地下水质进行比较，峪口养鸡总场周围地下水中NH3-N项目高出当地水质上限浓度3.87倍。
由此可以推断：
在一些养殖时间长、规模较大的养殖场周围，已发现埋深100m以下的地下水水质受到污染的迹象。
3、对土壤和农作物的影响
粪污未经无害化处理直接进入土壤，粪污中的蛋白质、脂肪、糖等有机质将被土壤微生物分解，其中含氮有机物被分解为氨、胺和硝酸盐，氨和胺可被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐；糖和脂肪、类脂等含碳有机物，最终被微生物降解为CO2和H2O，从而通过土壤得到自然净化。
如果污染物排量超过了土壤本身的自净能力，便会出现降解不完全和厌氧腐解，产生恶臭物质和亚硝酸盐等有害物质，引起土壤的组成和性状发生改变，破坏其原有的基本功能；导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降及板结，严重影响土壤质量；作物徒长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产、甚至毒害作物出现大面积腐烂。
此外，土壤虽对各种病原微生物有一定的自净能力，但进程较慢，且有些微生物还可生成芽孢，更增加了净化难度，故也常造成生物污染和疫病传播。
土壤的污染还容易引起地下水的污染。
4、对大气环境的影响
畜禽养殖场产生的恶臭、粉尘和微生物排入大气后，可通过大气的气流扩散和稀释、氧化和光化学分解、沉降、降水溶解、地面植被和土壤吸附等作用而得到净化（自净），但当污染物排放量超过大气的自净能力时，将对人和动物造成危害。
据测定，一个年产10.8万头的猪场，每小时可向大气排放159kgNH3，14.5kgH2S，25.9kg粉尘和15亿个菌体，这些物质的污染半径可达4.5～5.0km。
对大气环境产生影响的三个方面分别为氨气以及H2S等产生的恶臭、畜禽养殖场排出的大量粉尘及携带的微生物以及处理过程中产生的甲烷气体导致的全球性温室效应。
5、对人体健康和畜牧业发展的影响
畜禽粪便含有大量的病原微生物、寄生虫卵及孳生的蚊蝇，会使环境中病原种类增多、菌量增大，出现病原菌和寄生虫的大量繁殖，造成人、畜传染病的蔓延。
据分析畜牧场所在地排放的每毫升污水中平均含33万个大肠杆菌和69万个肠球菌，在这样的环境中仔猪（鸡）成活率低、育肥猪增重慢、蛋鸡产蛋少、料肉（蛋）比增高，阻碍了畜牧养殖业的发展。
据对局部环境污染较为严重的规模化养猪场调查，其仔猪黄、白痢，传染性胃肠炎，支原体及猪蛔虫病的发病率可高达50%以上，不仅影响畜禽生产力水平和经济效益，而且还威胁畜禽的生存条件。
尤其是人畜共患病时，会发生疫情，给人畜带来灾难性危害。
因此加强畜禽养殖污染防治，对于保障人类健康具有十分重要的意义。
2.2项目建设的可行性
1.沼气的利用:
沼气的主要成分是甲烷，它是一种发热量很高的可燃气体，其热值约为37.84kJ/L。
沼气中含甲烷60%时，沼气的热值约为22.7kJ/L，是一种优质的气体燃料，可以供农户烧火做饭、取暖等。
沼气除用作生活燃料外，还可供生产用能。
畜牧场的沼气工程规模较小，通常将制取的沼气供职工家属宿舍、食堂等燃烧用。
也可用沼气来发电，以补充电力的不足。
北京留民营养鸡场鸡粪高温厌氧消化工程是联合国开发计划署于1990年与北京市新能源开发服务总公司合作，旨在解决养殖业造成的环境污染和农民生活燃气的大型沼气工程。
该工程于1992年9月建成运行。
主体工程是100立方米高温厌氧消化装置，日处理5万只蛋鸡粪水，平均产气率3.2立方米/立方米·天，可供应全村240户、13家村办企业和100人就餐食堂全天用气。
鸡粪高温厌氧消化物日产固体物可达约280公斤，消化液9吨。
多年来对厌氧消化物综合利用技术进行了研究开发的优质有机肥和营养丰富的饲料添加剂及生物活性农药，具有很高的经济价值。
把沼气通入种植蔬菜的大棚或温室内燃烧，利用沼气燃烧产生的CO2进行气体施肥，不仅具有明显的增产效果，而且生产出的是无公害蔬菜。
同时利用沼气中甲烷和二氧化碳含量高、含氧量极低、甲烷无毒的特性，来调节贮藏环境中的气体成分，控制粮食、水果的呼吸强度，减少养分消耗，实现无虫保鲜，达到产品增值的目的。
据统计：
1）、传统养殖人工清粪方式，平均每头猪冲洗水量：
10～15L
2）、工厂化养猪水冲清粪方式，平均每头猪冲洗水量：
20～30L
3）、一条万头猪场规模生产线猪粪污水排放量参考数据见表2-1-6。
表2-1-6年出栏万头猪场粪污水排放量
项目
饲养周期
（d）
存栏数量
（头）
平均排粪尿（kg/头.d）
平均冲洗水量（kg/头.d）
产生污水量
（t/d）
母猪
365
500
6.72
30
18.36
公猪
365
25
6.41
26
0.81
仔猪
49
1380
2.91
10
17.82
育肥猪
105
2920
5.95
20
75.77
总排泄量
-
-
-
-
112.8
4、猪粪污水的污染物特征
猪粪污水的污染物特征见表2-1-7。
表2-1-7猪粪污水的污染物特征
项目
总固体浓度TS（%）
化学耗氧量
COD（mg/L）
生化需氧量BOD（mg/L）
氨氮
NH3-N（mg/L）
悬浮物
SS（mg/L）
pH
未清除猪粪污水
1.5～2.5
13000～20000
6500～10000
2120～2500
11000～25000
6.8～7.2
清除猪粪的污水
0.3～0.6
6000～10200
3500～6000
500～1200
3000～5000
6.5～6.8
根据上述数据可知,按照传统养殖人工清粪方式万头猪日产污水量约为120m3,COD取值为15000mg/L,经过厌氧工艺可去除60%COD,每千克COD产沼气量为0.3m3~0.4m3.
以此得知可通过猪粪发酵利用产生沼气分别为:
在保护环境的同时达到资源利用的目的，保证了村民取暖及生活用热的需要。
1.沼液的利用:
①速效肥料
长期施用沼液肥可促进土壤团粒结构的形成，使土壤疏松，增强土壤保水保肥能力，改善土壤理化性状，使土壤有机质、总氮、总磷及有效磷等养分均有不同程度的提高。
施用沼液对农作物病虫害不仅有防治和抑制作用，而且减少污染，降低了用肥成本。
沼液含有植物需要的各种营养元素、微量元素、生长激素和抗生素。
用沼液浸泡各种农作物种籽，具有催芽、剌激生长和抗病作用。
同时，沼液中的氮、磷、钾等营养成分，能对种籽渗透，被种籽吸收，在秧苗生长中，可增强酶的活化，加速养分的运转和代谢。
另外，沼液作为无土栽培的营养液，既适合植物的营养要求，又原料来源广，成本低。
利用沼液无泥育秧可节省秧田面积，提早育秧，早插秧，减少用工等。
②沼液作为猪、鱼饲料
沼液用作添加剂喂猪效果好，因为沼液中含有多种常量和微量元素，特别是氨基酸的含量十分丰富，而且均为可溶性营养物质，易于消化吸收，从而满足猪的生长需要。
沼液喂鱼不但可提高成鱼产量，降低成本，而且发病率也大大减少。
用沼液养鱼有利于水中浮游微生物的生长，增强鱼池活性；有利于保存水中的溶解氧；减少鱼病。
如杭州浮山养殖场沼气综合利用工程，利用厌氧工艺处理养猪、养鸡废水，所产生的沼液应用于沼液养鱼，促进浮游生物的繁殖，增加鱼饵料，节约鱼饲料。
目前，****区生物质能的开发——沼气工程建设的发展正处在一个非常有利的时期，****区位于首都的南大门，因此大力实施资源可持续发展，开发各种生物质能，提高农民生活用能质量和生活质量，保护和改善环境是十分必要的。
在新的历史阶段，本着以人为本的原则，促进人与自然的和谐共存，物质文明和精神文明的协调进步，走资源开发、能源利用、生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，走资源节约型、清洁生产型、生态保护型、循环经济型的经济发展之路。
重点抓好生物质能——沼气资源的开发,抓好生态环境建设,提高农村生活用能质量,为我区新一轮经济发展创造良好的环境。
目前****区在生物质能的开发和利用上已拥有了一套比较完整的科学技术方案。
若得到实施，它必将对我区生物质能的开发、粪便资源的利用以及农业环境的改善创造有利的条件。
“采用生物质能——沼气开发农村燃气示范工程”不仅解决了农村生活炊事用能，使粪便资源得到高效利用，而且所创造出来可观的经济社会及环境效益，可加速农村经济的发展和农民增收致富。
综上所述，结合我区农村能源，特别是生物质能开发利用的发展形势，科学合理地在我区实施“采用现代生物质能——沼气开发农村燃气示范工程”项目是解决农村生活用能危机，开辟农村用能渠道，促进我区粪便资源的开发利用，改善农村环境污染状况，促进我区农业可持续发展的有效途径，具有广阔的开发前景。
通过实施“采用现代生物质能——沼气开发农村燃气示范工程”建设项目，可使我区广大农村真正达到“农民用能清洁化、农村经济高效化、农业生产无害化”形成良好的生态循环体系。
第三章市场供求分析及预测
（一）市场开发前景
1、沼气资源丰厚，****区有规模化养殖场56个，年产粪便近30万吨，这些都是较好的沼气资源。
2、沼气综合利用具有显著的经济效益，沼气除能直接用做炊事、照明外，还可用于农业生产，用沼气灯可对温室蔬菜增施二氧化碳肥，提高蔬菜产量，而且还可以利用沼气贮粮和保鲜水果。
沼气发电技术正在推广中。
3、沼气工程建设是充分利用农村废弃资源、促进农村经济发展、加速农村现代化进程的需要，近几年来，我区农牧业生产得到了长足的发展，农牧业生产中产生的废弃物不仅种类繁多，而且数量巨大，这些废弃物既是宝贵的资源又是严重的污染源，本项目的实施，将为畜禽废弃物的处理树立一个典范，起到一定的示范及辐射和龙头带动作用。
4、农村对新能源的需求
开发沼气工程示范项目，能够有效地缓解农村能源的紧张问题。
****区沼气资源丰厚，随着科学技术的进步，各种新能源的不断开发，在不同程度上缓解了农村能源的供应紧张问题，做为一个农业大区，利用废弃物制造可再生能源是一项利国利民的事业。
如果农村能利用自给自足的可再生能源解决生活或生产用能问题，将缓解农村能源供应紧张的现象，可最大限度满足农村对各类能源的需求。
5、沼气作为生活燃料，价格低廉节支效果显著，目前****区城镇居民液化气供应标准价为60元，议价气最高为80元，城镇居民平均每月使用一瓶气，全年费用支出为720——960元，如果使用沼气，每户每天用气1立方米，每方沼气价格在1元左右，平均每户每月用气费用在30元左右，全年燃气支出为360元，上述两项比较，农户烧沼气可比烧液化气节支360元以上。
6、发展沼气可减轻污染，改善农村卫生条件，畜禽粪便是沼气发酵的主要原料，从卫生角度看，畜禽粪便确是许多疾病的传染源。
用沼气处理畜禽粪便即可以杀虫灭菌，又可得到优质能源和肥料，还可减轻环境污染。
综上所述，可为人们提供所需的生活用能及生产用能，同时又使畜禽粪便得到了处理和高效利用，即保护了环境又产生了效益，因此，该项目具有广阔的开发前景。
第四章项目承担单位的基本情况
北京盈和瑞环保设备有限公司于2001年1月成立，公司注册资本金为310万元，是一家在北京中关村科技园区注册的高新技术企业。
公司坚持“以高新技术为先导，高质量产品/工程为保证，为环保产业提供完善服务”的质量方针，围绕核心业务领域—水处理工程及沼气工程，不断加强自身技术实力，积极引入环保领域的最新技术，提高服务质量和产品附加值，实现企业稳步健康发展。
公司经过多年的发展，逐步形成以污水废水治理、沼气工程为重点的两个业务方向，拥有专业的工程设计队伍、资深的专家顾问班子、成熟的工程管理团队、丰富的项目实施经验。
公司通过了ISO9001—2000质量体系认证，公司是北京市新能源与可再生能源协会会员单位
公司共有专业技术人员10多人，大学以上学历人员比例达85%以上，年龄结构合理，队伍精干，富有项目管理和工程实践经验。
公司设计人员专业覆盖环境工程、给水排水、工民建、电气自控等；
北京盈和瑞环保设备有限公司从202年开始，施工了多项沼气工程，培养了一批成熟、稳定、严谨的技术骨干队伍；积累了丰富的工程实践经验。
北京盈和瑞环保设备有限公司沼气示范工程：
1、北京顺义北郎中村沼气工程（700m3/d）
2、****区肖庄沼气工程（100m3/d）
3、3、****区富德酒店沼气工程（200m3/d）
4、4、****区十渡富临苑沼气工程（200m3/d）
5、5、山东乐陵鲁西牛业沼气工程（3000m3/d）
6、6、北京****区黄土坡村沼气工程（300m3/d）
7、7、北京****区上中院村沼气工程（450m3/d）
第五章项目地点选择分析
项目地址：
沼气站选址确定******村东空地
基本情况
******位于****区石楼镇中部地区，村庄占地400亩，农业用地1000亩，其中果树200亩，全村总人口620户人，2006年农民人均纯收入实现5800元。
******具有较强的经济实力，环境积极性高，能源环境工程建设资源丰富，符合能源环境工程建设项目所具备的一切条件。
第六章生产工艺方案分析
6.1设计依据和参数
6.1.1设计依据
《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》（草案）
《城镇燃气规范》（GB50028-2002）
《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》（GB50341-2003）
《建筑物设计防火规范》（GBJ16-87（2001修订版））
《建筑物设计防雷规范》（GBJ57-94）
《室外排水设计规范》（GBJ14-87，97版）；
《室外给水设计规范》（GBJ13-86）；
《给水排水工程结构设计规范》（GB141-90）；
《工业自动化仪表工程及验收》（GBJ93-86）；
《工业锅炉设计规范》
《给水排水工程设计手册》
6.1.2设计参数
1）粪便量：
每天消耗生猪粪便为5.0t/d，猪粪便含固量20%，TS为1.00t/d；
2）沼气产生量：
0.3m3/kgTS，则沼气产量为300m3/d；
3）总粪污量：
稀释到固含量5%，则总粪污量为20m3/d。
4）稀释用水量：
15.0m3/d，稀释用水使用部分沼液及猪场废水稀释；
5）沼渣量：
按TS量的35%，则产生的沼渣为0.35t/d；
6）沼液量：
沼液产生量19.65m3t/d，产生的沼液部分50%作为粪便的稀释用水，其余部分作为有机肥出售；
6.2工艺设计
6.2.1工艺流程
本工程工艺流程如下图：
6.2.2工艺说明
鲜粪浆首先在化粪池中加水稀释后进行搅拌调节，保证粪浆的均匀性，同时在化粪池中预加热升温到厌氧发酵所需要的温度后，经提升泵提升至USR反应器，在池内完成消化反应过程，反应后的泥浆排入沉淀池内沉淀，上部沼液可部分进行回流，其余定期排放用来灌溉，沉淀池底的沼渣则定期清理外运处理；产生的沼气在密封的反应器中得到收集经过水封罐及脱水罐后进行脱硫，最后用空压机将沼气打入高压储气柜中。
储气柜中的沼气经两次降压后，输送给用户使用。
6.2.3USR反应器说明
本设计方案的核心是厌氧发酵罐采用搪瓷USR反应器。
厌氧发酵是在无氧气的环境中，利用厌氧微生物的生命
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