1、设计原则及依据

1.1 设计原则

（1）按照减量化、资源化、无害化与生态化的原则，将污染治理、能源开发、资源回收有机结合；

（2）遵循技术先进、工艺成熟、质量可靠的原则，采用国内成熟先进的工艺技术及配套设备，工程整体水平达到国内先进水平；

（3）本着投资省，操作简便，运行费用低的原则，选用成熟的、可靠的、先进的设备，实现沼气综合利用工程经济、稳定运行。

1.2 设计依据

（1）项目单位提供的基础资料；

（2）《建设工程勘察设计管理条例》；

（3）《沼气工程技术规范》（NY/T1220-2006）；

（4）《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》（NY/T1222-2006）；

（5）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；

（6）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

（7）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

（8）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；

（9）《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）；

（10）《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T81-2001）；

（11）《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）；

（12）《建设工程工程量清单计价规范》GB50500-2003

（13）2010年《河北省建设工程工程量清单计价定额》；

（14）《河北省建筑工程造价信息网》2010年12月材料价格信息及当地人工费；

（15）当地材料费、人工费资料及当地类似工程造价；

（16）设备厂家2010年12月报价；

（17）国家现行的有关设计规范、标准及规程。

2、工程投资范围

 本工程投资范围包括：土建工程、工艺设备采购、安装工程及工程设计和调试等。

3、建设规模

本工程总占地10亩左右，主要利用当地秸秆生产沼气和有机肥料，实现沼气集中供气。项目建成后可年处理青贮秸秆6083.3t，年产沼气73万m3。项目的建设可促进当地的生态农业发展，所选择的沼气生产工艺能保证工程全过程清洁生产，达到有机废弃物循环利用。

4、建设目标

达产后，日处理青秸秆16.67t，日产沼气2000 m3，日产沼渣有机肥16t。

5、建设内容

搪瓷钢板厌氧发酵罐2个，总容积2×600=1200 m3（罐体规格为Φ9.17*9.6m）；双膜储气柜1个，容积600 m3；青贮窖2个，总容积为50×15×6×2=9000 m3；打浆池1个，10 m3；调节池1个，55 m3，内径4m，深4.38m；沼渣沼液暂存池1个， 55 m3，内径4m，深4.38m；沼渣棚1个，25×5=125 m2；门卫室、办公用房、控制室及净化间等总建筑面积272m2，以及打浆机、耦合泵、循环泵、双层桨式搅拌器、沼气输配系统等设备。

6、工艺技术方案

（1）主要技术特点

收集后的秸秆先经粉碎机粉碎后置入青贮窖进行堆呕，然后经打浆池掺水碾碎投入至调节池，调节原料浓度为10%，再通过自动耦合泵泵入厌氧反应发酵罐中进行中温厌氧发酵。本次工艺设计采用上进料和下进料两种方式供选择，进行比较，找出更高效的处理工艺，为青贮秸秆沼气集中供气工程的设计提供现实依据。发酵产生的沼气经净化系统的脱水脱硫后存储在柔性储气膜中，经增压供居民炊用；厌氧发酵罐出料采用依靠自压从上部溢流和底部螺旋出料配合，配有沼液回流喷淋系统和底部冲泥管 ，排出的沼液流至沼渣沼液暂存池，泵入固液分离间进行固液分离，分离后40%的沼液回流至调节池内调节进料浓度，剩余的沼渣沼液作为有机肥施用。

为保证厌氧反应器的发酵效率，对厌氧反应器的发酵温度、 压力和储气膜压力实现了自动监控及过压保护控制；冬季采用地暖进行辅助增温。

高效的增温、保温措施，只对补充的新水和沼气发酵罐的昼夜温降的热损失部分进行增温，确保发酵温度控制在30℃-35 ℃，达到常年高效、稳定产气。

为了保证系统温度的恒定，各管道及阀门等均采用5cm聚氨酯发泡保温，保证隔热保温效果。

（2）发酵工艺参数：

发酵温度：30-35℃

进料浓度：10%

秸秆的粉碎度：10-20mm

容积产气率：≥1.67m3/m3.d

原料产气率：0.40m3/kgTS（玉米秸秆）

沼气中CH4的含量52%-56%

沼渣含水率70%左右

（3）工艺设计说明

①秸秆的前处理

收获后秸秆储存在秸秆堆场，粉碎后放入青贮窖，经打浆池打浆后待用。

技术参数为：青贮窖，2×4500，钢混结构；打浆池，10 m3。

配套设备：

打浆机，型号：DJJ-45，打浆量300~400kg/h，电机功率45kW，1台。

②调节池

打浆后的秸秆自流进入调节池与回流沼液进行混合，同时补充一定量生活水，搅拌均匀，进行增温后利用自动耦合泵泵入高效厌氧消化罐。池体为钢混结构，内部作防水处理，池内设桨式立轴搅拌器，使原料混合均匀，避免秸秆上浮。

技术参数为：钢混结构，地下式。有效容积：50m3，1座。

配套设备：

a 自动耦合泵，型号：WQ65-15-5.5，1台。

b 立轴搅拌器，型号：JBJ-7.5，1台。

③厌氧消化罐

反应器设置混料循环泵，使反应器底部的菌种回流至反应器顶部，利用喷淋技术使得发酵菌种同新进的物料充分接触混合，提高发酵启动效率；利用沼气回流泵将沼气回流至反应器中下部分布器中，使得反应器内物料混合均匀，并使反应器内料液温度均匀，保证高效稳定产气。

采用中温发酵，利用市政地暖供热系统进行原料预热和增温，以维持中温厌氧消化的条件，并使昼夜温差不超过1℃。罐内有换热系统，罐体采用聚氨酯发泡加彩钢板进行保温，最大可能的减少厌氧消化温度的降低。罐体为搪瓷钢板结构，数量2个，总有效容积1200m3。

技术参数为：有效容积：2×600m3，产气率：1.67m3/m3·d，产气量：2000m3/d，原料产气率：0.4m3/kg，厌氧消化进料浓度：10%，厌氧消化温度：30℃-35℃，2座。

主要设备：

a 循环泵，型号：ISWH100-120A，功   率：7.5kw，2台。

b 正负压保护器，型号：BH-500Pa，2套。

c 螺旋出料设备，功率：5.5 kw ，2套。

d 换热器，2套。

④沼渣沼液暂存池

用于沼渣、沼液的储存。

技术参数为：钢混结构，地下式。有效容积：50m3，数量：1座。

配套设备：

a 自动耦合泵，型号：WQ65-15-5.5，数量：1台。

b 立轴搅拌器，型号：JBJ-7.5，数量：1台。

⑤沼气的净化与利用

在稳定的工作状况下，每天可产沼气2000m3。沼气经脱水、脱硫，计量后进入集中供气系统。

沼气的净化包括沼气的脱水、脱硫。沼气的脱水采用重力方法，并在输送沼气管路的最低点将管路中水蒸气排除。沼气脱硫采用干式脱硫剂脱硫。脱硫后沼气中H2S浓度应低于20mg/m3。

沼气通过低压输送管道输送至农户作为生活用气。沼气供气管网采用枝状供气管网，主管道采用100mmPE管，支管采用50mm和40mmPE管，入户管道采用15mm镀锌钢管。

主要设备：

a 水封器，型号：BSF-35，数量：1套。

b 化学脱硫罐，型号：BTL-1100，数量：2套，脱硫效率：99%。

b 脱水器，型号：BTS-500，数量：2套。

c 沼气流量表，型号：LMQ-80，数量：1套。

e CH4、H2S、CO2检测器各1套，型号均为：YE-100B。

f 凝水器，型号：C-400F，数量：1台。

⑥ 沼气的储存

由于产气量和用气量不平衡，及受用户与沼气站距离影响，所以必须设置储气膜进行调节，在稳定的工作状况下，本工程每天可产沼气2000m3。本项目采用双膜储气柜，储气容积600m3，储气压力：4000Pa。

主要设备：

a 罗茨鼓风机，型号：125，功率：5.5Kw，2套（一备一用）。

b 阻火器，型号：ZHQ-De90，1套。型号：

c 调压箱，型号：TYX-200，1台。

⑦ 沼肥的综合利用

厌氧消化残余物沼渣直接施用在周围蔬菜大棚和果树地以及农田。沼渣的综合利用实现了整个生产过程无废弃物排放，实现了物质循环合理利用的生态系统。

主要设备：

a 固液分离机，型号：LX-280，功率：5.5Kw，1套。

b 皮带传送机，型号：LYSS001，功率：12Kw，1套。

⑧罐体增温装置

a．换热器（热水加热盘管），2套。

⑨附属设施

根据工艺要求，附属设施有控制室、地磅房、净化间、增压风机间、固液分离间和沼渣沼液棚等257 m2，，门卫室、办公用房、库房、开水间及厕所等140 m2。具体设计参数如下：

门卫室：5×3m，砖混结构，1间；

办公用房：6×5m，砖混结构，2间；

库房：6×5m，砖混结构，1间；

开水间：5×3m，砖混结构，1间；

厕所：5×4m，砖混结构，1间；

控制室：6×5m，砖混结构，1间；

地磅房：4×3m，砖混结构，1间；

增压风机间：6×5m，砖混结构，1间；

净化间：6×5m，砖混结构，1间；

固液分离间：6×5m，砖混结构，1间；

沼渣沼液棚：25×5m，钢结构，1座。

⑩安全消防

沼气站内设固定式消火栓2个，自然处理系统兼做消防水池。

 

 

 

7、安全与消防

（1）消防方案

本项目是以生产沼气为核心，沼气主要成分为甲烷，含量50-70%，是易燃、易爆的气体，其生产的产品均具有易燃、易爆的性质。主要危险物料类别、特征及其灭火剂种类如下表所示。

物料 名称	爆炸极限 V％	火灾危险 类别	闪点 ℃	自燃点 ℃	灭火剂 种类
沼气	5.0－15.0	甲	气体	—	干粉

主要火灾源还包括：电气设备的短路、过载、接触不良等有可能引发的火灾。

因此，根据大型沼气综合利用工程的建设和生产特点，沼气站应设为二级防火单位，建（构）筑物间距及道路布置必须满足消防要求，在配电房、发酵罐、储气膜等建（构）筑物旁，按要求配置干粉泡沫灭火器，主车道两旁设地上式消防栓2个。

沼气站应在明显位置配备防护救生设施及用品，包括：

1）消防器材；

2）保护性安全器具；

3）呼吸设备；

4）急救设施。

应制定火警、易燃及有害气体泄漏、爆炸、自然灾害等意外事件的紧急应变程序和方法。

沼气站内严禁烟火，在醒目位置设置“严禁烟火”标志。严禁违章明火作业，动火操作必须采取安全防护措施，并经过安全部门审批；禁止石器、铁器过激碰撞。

该沼气站周边没有高压电线，距民用建筑物25米以上，距人员密集区100米，完全满足安全要求。

另外，公司制定消防预案，配备消防救护设备。一旦发生事故可及时救护。

（2）安全生产方案

沼气站应在明显位置配备防护救生设施及用品，包括：消防器材、保护性安全器具、呼吸设备、急救设施；敞口池体设防护栏杆；电气操作、维护严格按照电工安全操作规范进行；各岗位操作人员应穿戴齐全劳保用品，做好安全防范工作，并应熟悉使用灭火装置；沼气站应根据GB 12801，结合生产特点制定相应安全防护措施和安全操作规程。组织施工前，由施工方制定切实可行的工程施工应急预案。

①沼气站严禁烟火，并在醒目位置设置“严禁烟火”标志；严禁违章明火作业，动火操作必须采取安全防护措施，并经过安全部门审批；禁止石器、铁器过激碰撞。

② 应制定火警、易燃及有害气体泄漏、爆炸、自然灾害等意外事件的紧急应变程序和方法。

③ 运行管理人员和安全监督人员必须熟悉沼气站存在的各种危险、有害因素和由于操作不当所带来的危害。

④启动设备应在做好启动准备工作后进行。电源电压波幅大于或小于额定电压5%时，不宜启动大型电机，电气设备必须可靠接地。

⑤ 严禁非本岗位人员启、闭机电设备。维修机械设备时，不得随意搭接临时动力线。设备旋转部位应加装防护罩，在运转中清理机电设备及周围环境卫生时，严禁擦拭设备运转部位，不得将冲洗水溅到电缆头和电机上。各种设备维修时必须断电，并应在开关处悬挂维修警示牌后，方可操作。

⑥操作电器开关时，应按电工安全用电操作规程进行。控制信号电源必须采用安全电压36V以下。

⑦清捞浮渣、杂物及清扫堰口时，应有安全及监护措施；上下爬梯，以及在构筑物上、敞开池、井边巡视和操作时，应注意安全、防止滑倒或坠落，雨天或冰雪天气应特别注意防滑。

⑧严禁随便进入具有有毒、有害气体的厌氧消化罐、沟渠、管道及地下井(室)，如：调节池、厌氧消化罐、储气柜、储气柜旁阀门井等。凡在这类构筑物或容器进行放空清理、维修和拆除时，必须采取安全措施保证易燃气体和有毒、气体含量控制在安全规定值以下，同时防止缺氧。

首先，清理干净产生气体的原料，打开这类装置的盖板或人孔盖板，然后向装置内鼓风或向外抽风，待可燃气体与有害气体含量符合规定时(甲烷含量控制在5%以下，有害气体H2S 含量、HCN含量和CO的含量应分别控制在10mg/m3、1mg/m3、和20mg/m3以下，同时防止缺氧，含氧量不得低于18%)，并经动物实验证明无危险时，方可操作。下池操作人员应戴好安全帽，系上安全带、配备安全照明灯具，使用隔离防护面具，池外必须有人监视池内作业并保持密切联系。整个检修期间不得停止鼓风。池内所用照明用具和电动工具必须防爆。如需明火作业，必须符合消防防火要求。同时应有防火、救护等措施。

放料时一定不能让厌氧消化罐产生负压。操作步奏如下：1）关闭沼气输送管道；2）打开厌氧消化罐顶部人孔盖板，使厌氧消化罐内部与大气连通；3）放料。

⑨各岗位操作人员应穿戴齐全劳保用品，做好安全防范工作，并应熟悉使用灭火装置。

操作人员应穿防静电的工作服、绝缘鞋、手套等，避免产生火花以及直接与污水、污泥接触。取样人员应戴胶皮手套。

⑩具有有毒、有害气体，易燃气体、异味、粉尘和环境潮湿的地点，必须通风良好，进入之前，先开启通风装置。

8、电气设计与控制系统

（1）设计范围

本设计包括秸秆沼气工程内配电及电气控制的设计。

（2）供电负荷

本工程装机容量为39千瓦，均为380/220V低压设备，单机容量最大为5.5千瓦。

（3）配电系统

本工程将380/220伏三相四线制引入配电室内，经配电室内总配电柜供各用电点。总配电柜上安装有电压表、电流表和电度表，以监测整个处理装置的用电情况。动力设备均采用三相380V供电，照明采用单相220V供电。

（4）照明设计

照明线路均采用BV型铜芯聚氯乙烯绝缘电线，电线截面除特殊标注外，均采用2.5平方毫米，照明线路为2芯，插座电线为3芯。

（5）防雷及接地

为防止电气设备的电压及雷电侵袭，装设避雷保护装置。

在土建施工时，将构筑物中圈梁钢筋连成一体，使办公室及其它构筑物形成环型接地网，且在办公室周围做接地极，接地电阻小于4欧姆。办公室内所有盘柜及钢筋混泥土架构以及电缆外皮、接线盒、终端盒等，均需和接地系统相连，即作等电位联结。其它有配电箱的构筑物需做重复接地的，其接地电阻小于10欧姆。

（6）控制系统

①系统性能要求

本系统的整体性能要求，主要有以下两个方面：

1）稳定性

在本工程中由于该发酵反应的生产周期较长，监控回路多，其过程的内部机理非常复杂，温度、PH值、流量、压力值等因素都影响沼气发酵的程度，且发酵罐内各种化学变化和物理变化很复杂，所以本系统应该具有良好的稳定性。

2）实时性

在反应器内的发酵因素和各种反应变化直接关系着发酵产生沼气的效率、产生沼气的质量和产量，所以本系统能够对反应器内的各种影响因素能够实时进行监控，能够更好的对发酵反应过程进行适时调整，科学控制进、出料量、温度及搅拌转速等因素，维持厌氧反应器内的产气。因此，本系统还应具有较高的实时性。

②系统功能目标

1）主画面，上位机显示沼气站的工艺流程运行状态，画面中显示每个设备和仪表的运行状态，装置显示样式等同的画面。

2）报警功能，上位机实时显示报警（设备故障报警和液位、压力限位报警），在主画面上显示报警设备，并有报警记录画面。

3）趋势曲线，上位机上有趋势曲线画面，显示反应器温度和气体流量，可以单线显示或全部显示。

4）温控曲线，设置好温度曲线，并根据PID调节循环泵的工作，使实际温度沿设定好的温度曲线运行。

5）报表功能，可对重要的数据（进料量、运行温度、沼气产量、搅拌机转速、运行时间）进行报表记录、存储和打印功能（打印机需另配），可以显示年报表、月报表、和日报表等。

③主要监测对象    

1）调节池：立轴搅拌器，自动耦合泵，调节池的液位，搅拌机运行时间。

2）厌氧反应器：循环泵，反应器液位、温度、PH。

3）储气膜：风机，储气柜的压力和气体泄漏检测。

 4）净化间：沼气流量，CH4、CO2、H2S含量检测，压力检测。

 5）增压系统：风机，压力检测、变频控制。

 ④系统构成

为了实现自动控制，保证其可靠性，本系统主要由测量单元(传感器、变送器等)、下位机(PLC)、上位机、执行机构及设备故障报警设备等构成。系统结构框图如图2-2所示：

系统结构框图

本系统由组态软件、PLC和485通讯构成，集计算机技术、控制技术和通信技术于一体。SCADA系统对沼气工程中的预处理单元、发酵单元、储气单元和净化单元进行监控操作，物料（主要秸秆和回流沼液）从预处理单元一直到沼气产出阶段进行全程监控测量，当有报警或是故障产生时，通过SCADA系统及时通知操作人员，尽快排除系统故障，使沼气工程的运行更加平稳，并且大大提高了产气量。

在该系统中，上位机(PC)主要实现集中监控、工艺流程显示、在线参数设置、历史数据的记录与查询；下位机通过执行机构来控制现场设备、仪表，并通过测量单元把现场设备、仪表出现的故障信息回馈给下位机，下位机通过485串行通信把故障信息传递给上位机，上位机就能及时进行调整，消除故障。本系统能够克服集中控制中系统危险度集中、强烈的干扰和可靠性底等缺陷，实现信息、管理、控制上的集中以及功能和控制危险性的分散。当计算机出现故障时，现场控制能独立、稳定地工作，从根本上提高了系统的稳定性。

9、投资估算

（1）估算依据

本项目投资估算以该项目选定的工艺流程方案为依据，参照同类项目技术经济指标并结合当地实际情况进行投资估算。

本项目投资估算编制依据为：

①                有关图纸和技术资料

②               建设部1996年5月颁布的“全国市政工程投资估算指标”

③              《投资项目可行性研究指南》

④              《工程勘察设计收费管理规定》

⑤              《建设项目经济评价方法与参数》

⑥               2010年《河北省建设工程计价定额》

⑦              《建设工程工程量清单计价规范》GB50500-2003

⑧              《全国统一安装工程预算定额河北省估价表》

⑨              设备厂家2010年12月报价

⑩              当地材料费、人工费资料及当地类似工程造价。

（2）投资估算

项目总投资342.57万元。

 

其它费用（万元）
1	建设单位管理费					5.00
2	联合试运转费					2.00
3	工程设计费					10.00
4	工程监理费					4.00
Σ						21.00

 

②水费：每天用水约35吨，按3元/吨计。

③青贮秸秆：每天需16.67吨，收购约70元/吨。

则每日直接生产成本为：370.48*0.6+35*3+16.67*70=1493.9元

④人工福利：沼气站运行需定员2人，每天工资30元。

⑤维修费：按折旧原值的2%计，为6.85万元。

⑥管理费：管理费指管理部门为经营该项目而作的支出的管理费用，按照年销售收入的2%计，为2.61万元。

    ⑦销售费用：销售费用包括运输、装卸和必要的宣传、广告等费用，该项目的销售费用按年销售收入的8%计，为13.08万元。

⑧折旧与摊销：固定资产折旧采用直线法计算，计算时先扣除残值（取原值的5%），为27.58万元

经计算，正常年总成本费用为110.81万元，其中固定成本56.28万元，可变成本54.53万元。该项目的经营成本为79.23万元。

（3）效益预测

项目效益根据产出物的预测价格和生产规模计算而得。项目的销售收入主要是沼气和沼渣有机肥。项目建设期为1年，第2年边试运行，第3年正常运行。该项目正常年销售收入为261.61万元。

销售收入估算表 

销售收入估算表
序号	类别	单位	产量	单价(元)	第1年	第2年	第3年	第4年
	生产负荷					50%	100%	100%
1	沼气	立方米	730000	1.5		54.75	109.5	109.5
2	沼渣有机肥	吨	6084.55	250		76.06	152.11	152.11
3	销售收入	万元				130.81	261.61	261.61

  
 
（4）盈利能力分析

所得内部收益率为32.9%。

财务净现值（贴现率为10%）为611.198万元。

投资回收期3.9年（含建设期）。

可见，该项目具有一定的盈利能力。

（5）不确定性分析

该项目以生产能力利用率表示的盈亏平衡点为：盈亏平衡点(BEP)=固定成本/(销售收入-可变成本一税金及附加)x100%=56.28/(261.61-54.53-0)x100%=27.18%。

    上式中的固定成本、销售收入、可变成本、营业税金为正常年，计算出该项目的盈亏平衡点为27.18%。

   （6）环境效益

    沼气是一种高品质清洁能源，可用于炊事、取暖和发电等，沼气的开发利用能够有效改善我国的农村能源结构，解决因燃烧秸秆和薪柴等所造成的森林覆盖率降低、土壤肥力下降、水土流失等问题。沼渣和沼液是优质有机肥料，不仅可减少化肥和农药的使用量，还可以改良土壤、提高作物产量、品质和抗寒抗病能力，具有良好的环境效益。

    (7)社会效益

    项目建成后，年供应沼气73万立方米，有利于节约大量能源；沼渣沼液是优质高效的有机肥料，能够改善生态环境促进土壤改良，节约农药化肥，促进无公害农产品生产和生态农业发展；通过项目建设，可为当地树立起示范工程，对周边农业工程具有带动作用，促进区域可持续发展，促进招商引资。
 

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