沼氣工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究范文

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《電腦編程技巧與維護(hù)雜志》2015年第六期

1沼氣原料數(shù)據(jù)庫建設(shè)

1.1單一原料特性數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)原料以公斤為質(zhì)量單位，原料包括以下主要參數(shù)數(shù)據(jù)：日排放量（kg）、碳C（%）、全N(%)、總P（以P計(jì)）（%）、全鉀（K2O）（%）、總固體含量（TS）（%）、含水量（%）等。而沼氣組分則包括如下參數(shù)：單位產(chǎn)氣潛力、工程產(chǎn)氣量、甲烷含量、硫化氫含量等。通過以上分析，設(shè)計(jì)單一原料MySQL[2]數(shù)據(jù)庫表格式如表1所示。動物性與植物性原料產(chǎn)氣計(jì)算時處理方式不同，參考計(jì)算公式如下：日產(chǎn)氣量=原料量*原料產(chǎn)氣率*含水率（m3/d，即每天多少立方米）原料量=直接輸入（對如玉米秸類等植物性原料，單位為公斤）或者：原料量=養(yǎng)殖量*每只動物產(chǎn)糞量*收集率（對畜禽糞便類等動物性原料），其中收集率參數(shù)由用戶根據(jù)實(shí)際情況自行輸入，但其值必須在0至100之間。

1.2混合原料配比產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)上面針對的是單一性的原料，實(shí)際上，現(xiàn)在多使用混合原料來產(chǎn)生沼氣，因此設(shè)計(jì)原料配比數(shù)據(jù)表如表2所示。系統(tǒng)目前僅支持2種原料的配比，以后隨著研究工程的深入，將增加更多種的原料配比，以達(dá)到最大最優(yōu)的產(chǎn)氣率。

2沼氣工程工藝流程

生產(chǎn)沼氣的工藝主要包括：高濃度全混式恒溫發(fā)酵、車庫式干發(fā)酵、連續(xù)式干發(fā)酵等，各種工藝涉及到的流程不完全相同，大致包括以下這些流程或其中一部分：預(yù)處理、沉砂池、收集池、調(diào)配池、酸化池、厭氧發(fā)酵主發(fā)酵裝置、二次厭氧發(fā)酵罐、干發(fā)酵倉主發(fā)酵裝置、沼液池等。發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可以用于供氣、發(fā)電或者純化等。

2.1常用的沼氣生產(chǎn)及利用工藝流程圖1顯示了采用高濃度全混式恒溫發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)沼氣的工藝流程圖，圖中1-5分別表示收集池、調(diào)配池、酸化池、厭氧發(fā)酵主發(fā)酵裝置、沼液池這5種流程或裝置，右上角的6-1和6-2表示產(chǎn)生的沼氣一方面用于發(fā)電，另一方面用于日常供氣。由于不同的工藝包含的流程不同，因此需要根據(jù)工藝來裝載并顯示圖形，并且需要對圖形做拉伸或縮小等變換操作，采用GDI+庫[3]可以處理各種格式的圖形，而不再局限于BMP位圖，下面的VC++代碼演示了怎樣對圖形大小和格式做出變換：

2.2沼氣工程工藝設(shè)計(jì)及投資預(yù)算估算方法沼氣的生產(chǎn)涉及到許多流程，需要事先估算各種容器（比如發(fā)酵罐、調(diào)配池、酸化池等）的容積大小，而這一切的基礎(chǔ)是沼氣原料，不管是植物性（如各種農(nóng)作物秸稈）還是動物性（如各種畜禽糞便）原料都含有大量的水分，只有去除水分后的干物質(zhì)才能發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，其計(jì)算是一個環(huán)環(huán)相扣遞進(jìn)的過程，估算過程大致描述如下：（1）畜禽糞便日產(chǎn)生量=畜禽存欄數(shù)*畜禽日產(chǎn)糞量（kg//只）*收集率（%）（2）畜禽糞便干物質(zhì)量=畜禽糞便日產(chǎn)生量*（1-畜禽糞便含水率）（3）秸稈等原料干物質(zhì)量=原料量*（1-原料含水率）（4）發(fā)酵原料總干物質(zhì)量=原料1干物質(zhì)量+原料2干物質(zhì)量+……（5）日產(chǎn)沼氣量（m3）=原料1干物質(zhì)量（T）*原料1產(chǎn)氣率（m3/Kg）*1000+原料2干物質(zhì)量（T）*原料2產(chǎn)氣率（m3/Kg）*1000+……（6）日輸出沼氣量（m3）=日產(chǎn)沼氣量（m3）*可供輸出系數(shù)（%）（7）供氣用戶數(shù)量（戶）=日輸出沼氣量（m3）/每戶用氣量（m3/戶）（8）日進(jìn)料量（m3/D）=發(fā)酵原料總干物質(zhì)量/沼氣發(fā)酵濃度（%）（9）調(diào)配池有效容積（m3）=日進(jìn)料量（m3/D）*天數(shù)（D）（10）調(diào)配池體積（m3）=調(diào)配池有效容積（m3）/調(diào)配池裝載率（%）（11）酸化池有效容積（m3）=日進(jìn)料量（m3/D）*酸化天數(shù)（D）（12）酸化池體積（m3）=酸化池有效容積（m3）/酸化池裝載率（%）（13）厭氧發(fā)酵罐有效容積（m3）=日進(jìn)料量（m3/D）*水力持留時間（D）（14）厭氧發(fā)酵罐體積（m3）=厭氧發(fā)酵罐有效容積（m3）/厭氧發(fā)酵罐裝載率（%）（15）二次發(fā)酵罐有效容積（m3）=日進(jìn)料量（m3/D）*二次發(fā)酵停留時間（D）（16）二次發(fā)酵罐體積（m3）=二次發(fā)酵罐有效容積（m3）/二次發(fā)酵罐裝載率（%）（17）沼液儲存池有效容積（m3）=日進(jìn)料量（m3/D）*沼液儲存時間（D）（18）沼液儲存池體積（m3）=沼液儲存池有效容積（m3）/沼液儲存池裝載率（%）（19）沼氣工程總投資（萬元）=沼氣生產(chǎn)部分投資（萬元）+沼氣利用部分投資（萬元）（20）沼氣生產(chǎn)部分投資額（萬元）=日產(chǎn)沼氣量（m3）*單位投資額（元/m3）/10000（21）沼氣供氣部分投資額（萬元）=供氣用戶數(shù)量（戶）*每戶投資額（元/戶）/10000（22）日發(fā)電量（Kwh）=日輸出沼氣量（m3）*沼氣發(fā)電率（Kwh/m3）（23）發(fā)電機(jī)功率（kw）=日發(fā)電量（Kwh）/發(fā)電時間（h）/功率系數(shù)（24）沼氣發(fā)電部分投資額（萬元）=發(fā)電機(jī)單價（萬元）*發(fā)電機(jī)數(shù)量（套）（25）沼氣供氣部分投資額（萬元）=單戶投資（元）*供氣戶數(shù)（戶）/10000（26）沼氣工程總?cè)萘浚↘w）=各個設(shè)備功率之和（KW）+辦公生活用電（Kw）（27）沼氣工程裝機(jī)容量（kw）=沼氣工程總?cè)萘浚↘w）*用電系數(shù)（%）通過以上步驟，可以初步估算出生產(chǎn)工藝所涉及到的各種裝置或容器的尺寸大小、工程總投資預(yù)算、工程各單項(xiàng)投資預(yù)算、發(fā)電量、沼氣工程裝機(jī)容量等關(guān)鍵指標(biāo)，為下一步的工程開工建設(shè)打好基礎(chǔ)。

3混合原料產(chǎn)氣量比較

為了最大化產(chǎn)氣率，目前一般采用混合原料，不同配比的原料配比產(chǎn)氣量不同，例如豬糞和水稻秸稈在1:9、9:1、5:5等不同配比情況下產(chǎn)氣量分別為12262、15735、13871單位，其中在9:1配比情況下產(chǎn)氣量最高，比1:9配比產(chǎn)氣量高出約28%，圖2清楚地表明了豬糞和水稻秸稈在各種配比情況下的產(chǎn)氣量。

4結(jié)語

闡述了沼氣工程生產(chǎn)原料的主要數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，生產(chǎn)工藝及流程裝置，以及估算產(chǎn)氣量、各種流程裝置容積尺寸、投資概算等的遞進(jìn)式計(jì)算過程，最后比較了混合原料在不同配比情況下的產(chǎn)氣量差別。今后的研究和工程工藝改進(jìn)重點(diǎn)包括：生產(chǎn)工藝的改進(jìn)與優(yōu)化，各種原料混合配比最佳產(chǎn)氣量的研究、實(shí)驗(yàn)，以及實(shí)用的工程建設(shè)等。

作者：楊運(yùn)平吳成賓單位：四川凱路威電子有限公司成都大學(xué)