养殖有限公司大型沼气工程项目初步设计

**养殖有限公司大型沼气工程项目

初步设计

****设计有限公司

二0一二年四月

北京中宇瑞德建筑设计有限公司

工程设计证书编号：A111010249

资质等级：甲级

总经理：李友军

总工程师：傅晓耕

总建筑师：张向东

项目负责人：刘东生

二0一二年四月

**养殖有限公司

大型沼气工程项目

初步设计说明设计编号：2012NH003

项目主持人：刘东生高级工程师

工艺设计：齐岳工程师

土建设计：李想工程师

设备设计：周玮工程师

第1章前言 (1)

1.1项目概况 (1)

1.2设计依据 (2)

1.3设计指导思想 (2)

1.4项目建设内容及规模 (3)

第2章项目区概况 (4)

2.1项目建设单位基本情况 (4)

2.2地理位置 (4)

2.3气象条件 (4)

2.4地形地貌 (4)

2.5地震烈度 (5)

第3章工艺设计与设备选型 (5)

3.1工艺技术方案 (5)

3.2工艺设备及工艺管道选型 (10)

3.3工艺设备明细 (11)

第4章建筑设计 (13)

4.1设计依据 (13)

4.2单体工程设计 (13)

第5章结构设计 (18)

5.1工程概况 (18)

5.2建筑结构安全等级和设计使用年限 (18)

5.3自然条件 (18)

5.4设计依据及设计要求 (19)

5.5结构选型 (20)

5.6主要建筑材料材质和强度等级 (20)

5.7主要截面尺寸 (21)

第6章给排水、暖通设计 (23)

6.1设计依据 (23)

6.2设计范围 (23)

6.3设计内容 (23)

第7章电气设计 (26)

7.1设计依据 (26)

7.2设计范围 (26)

7.3设计说明 (26)

第8章环境保护和安全生产 (35)

8.1设计依据 (35)

8.2生活、生产污废水处理 (35)

8.3安全生产 (35)

第9章工程概算 (37)

9.1编制范围 (37)

9.2编制依据 (37)

9.3工程总概算表 (38)

9.4建设资金筹措 (38)

9.5投资分析 (38)

9.6附表 (39)

第1章前言

1.1 项目概况

1.1.1 项目背景

沼气属于我国农业发展的新兴产业，对提高农民生活水平和生活质量，解决农村地区能源短缺和环境污染问题，起到了重要作用。近些年来，随着**市**区规模化农牧业生产的快速发展，相当数量的规模化畜禽养殖场（站）因没能配套建设相应的环保工程，严重污染了当地的水、土、气，造成生态环境恶化、农产品品质下降并危及人体健康，也严重影响着规模化农牧业的可持续发展。在规模化养殖场配套建设大中型沼气工程，对改善环境质量、高效利用农业废弃物、生产可再生能源都有十分积极的意义。**养殖有限公司作为全区现代生态农业发展的样板，努力探索农村能源项目服务于生态农业的实践形式，争取走出一条“大中型沼气工程促进生态农业园区发展，养殖小区发展带动大中型沼气工程建设”这样一个互促共进的良性发展道路。通过建设大型沼气工程为周围居民提供清洁能源，改善人民生活质量，通过对沼液、沼渣进行综合利用，建立以沼气为纽带的良性循环的生态系统，可以促进无公害农业的发展。

1.1.2 项目内容

1.1.

2.1 项目名称

**养殖有限公司大型沼气工程项目。

1.1.

2.2项目建设单位

**养殖有限公司

1.1.

2.3 项目建设地点

**市**区**镇。

1.1.

2.5 项目建设目标

本项目的总体目标是示范推广“猪—沼—菜、粮”生态模式，建

设500m3沼气池，日处理猪粪便22.吨，污水19立方米，平均日生产沼气540m3。其中农户供气154720立方米，场区生活用沼气1095立方米，物料加温用沼气41285立方米。年产沼渣肥750吨，沼液肥7135吨在农田施肥季节，可直接用沼液（厌氧出水）灌溉周围农田，形成以沼气工程为纽带，将养殖业、种植业结合，良性循环，达到了畜禽养殖场废弃物的无害化、资源化和减量化目标。通过生产可再生能源缓解农村能源供应紧张，使企业走向能源和环境协调和农业循环经济的发展轨道，极大地促进了农村经济的可持续发展。

1.2 设计依据

（1）《**养殖有限公司大型沼气工程项目可行性研究报告》；

（2）国家有关部门关于农业工程与建筑工程设计的规范及法律法规；

（3）**市土建、安装装饰综合定额（2008）；

（4）项目建设单位与设计单位关于初步设计的合同书。

1.3 设计指导思想

（1）沼气工程设计应该符合当地总体规划，与当地客观实际紧密结合，能够正确处理集中与分散、处理与利用、近期与远期的关系。

（2）沼气工程的设计应在不断总结生产实践经验和吸收科研成果的基础上，积极采用新技术、新工艺、新材料、新设备，以提高自动化水平、降低劳动强度、降低投资和运行费用。

（3）以减量化、无害化、资源化、综合利用为原则。针对项目具体情况，制定适宜的技术方案和处理工艺流程。

（4）畜禽养殖场污染物的特性及其技术参数，以实际测定数据为准。

（5）处理工艺简单合理，投资省，操作方便可靠、运行费用低。

（6）以沼气技术为纽带，将沼气、养殖和种植技术进行优化组

合，做到能量多级利用、物质良性循环，形成没有污染的可持续发展的农业生态系统。

1.4 项目建设内容及规模

（1）沼气工程：建设内容包括厌氧发酵罐（池）2个，总容积500立方米；湿式储气柜1个，容积300立方米；匀化池1个，容积25立方米；沉淀池、预处理池、沼液贮存池等建筑面积283.4平方米；办公室及生产车间总建筑面积833.6平方米。

（2）场区工程：项目建设用地8.4亩，新建道路672平方米，硬化地面380平方米；修建围墙233米，大门1个。

第2章项目区概况

2.1 项目建设单位基本情况

本项目设在**养殖有限公司院内。

2.2 地理位置

**区位于**市西南部，东与红桥区、南开区、河西区及津南区毗邻，东南与大港相连，南靠独流减河与静海县隔河相望，西与武清区和河北省霸州接壤，北依子牙河，与北辰区交界。地处北纬38 °51’至39°51’，东经116°51’至117°20’。南北长48公里，东西宽11公里，全区总面积570.8平方公里。

本项目建设地点位于**市**区**镇西河闸北，东靠中北镇，南靠新静杨公路，西与辛口镇相邻，北与武清区接壤，境内有京沪高速、津晋高速、津保高速、104国道通过，距离主干道 1.5公里，交通便利。

2.3 气象条件

**区属暖温带半湿润大陆行季风气候区。其特点是干湿季节分明，寒暑交替明显，冬季受西伯利亚性气团影响，寒冷、干燥；春季少雨、多风、干燥、气温变化明显；夏季受太平洋副热带高压和西南来的不暖湿气流影响，闷热、降水集中；秋季受高压控制，天气晴爽。全年平均气温11.6摄氏度，全年无霜期203天，年际变化不大。全年日照总量2810.4小时。自然降水总量586.1毫米，其中夏季443.2毫米。

2.4 地形地貌

**区地处华北平原东北部，地势低平，大致西北部较高，海拔约5m;东南部略低，海拔约2.5m；中部最低处，海拔仅15m。境内有莲花淀、蛤蟆洼、津西大洼等几个碟型洼淀。地点海拔高度为2.9～3.5

米（大沽高程），地势平坦。

2.5 地震烈度

**市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。

第3章工艺设计与设备选型

3.1 工艺技术方案

3.1.1设计规模

设计规模：日处理粪便22吨，污水19吨，年产沼气197100m3。本项目以沼气建设为核心，通过处理和利用养殖场粪便污水，生产沼气，农户供气154720立方米，场区生活用沼气1095立方米，物料加温用沼气41285立方米。养殖场粪便及厌氧发酵产生沼渣做肥料，在农田需肥季节直接灌溉周围农田，形成以沼气工程为纽带，将养殖业、种植业结合，良性循环，达到了畜禽养殖场废弃物的无害化、资源化和减量化目标。通过生产可再生能源缓解农村能源供应紧张，使企业走向能源和环境协调和农业循环经济的发展轨道，极大地促进了农村经济的可持续发展。

3.1.2工艺流程

工艺流程图见图3-1。

3.1.3工艺流程说明

根据养殖场的合理规划，实行雨污分流，避免雨水进入沼气生态工程，同时对发酵原料采用人工收集，粪草分离后进入酸化调节池。污水通过管道输入贮液池，经格栅清除沉渣和杂草后，泵入酸化调节池与粪便混合，升温处理并调节成干物质浓度为8%的粪水料液，泵入厌氧消化反应器内搅拌均匀，在中温条件下进行厌氧反应，温度设在30—35℃，水力滞留期为12天，反应后进入二次发酵PFR发酵池水力滞留期为13天的料液进入贮料池，制肥供给周围农田作肥料用。

为保证冬季厌氧消化器在近中温条件下的正常运行，必须对系统实施整体保温措施，系统整体保温包括管道、阀门保温，厌氧消化罐的保温。对于各种管路能地埋的地埋，地上管路采用北方地区常规保温方式实现；对厌氧消化罐、采用聚苯乙烯和聚氨酯等材料进行强化保温，同时利用发电余热为消化罐保温。

除了采取保温措施，同时还对厌氧消化罐进料进行增温处理。增温的热源来自加热锅炉的热量和太阳能供热系统。

根据上述工程模式与工艺技术方案的比选结果，确定本工程的工艺流程见图3-1。

图3－1 沼气工程工艺流程图

3.1.4产品产量及增温加热量计算

（1）沼气产量：每日处理粪便22吨，污水19吨，中温发酵，发酵罐有效容积500m3座，容积产气率按1.08 m3/m3·d计算，则每天产沼气量为：540m3。年产沼气19.71万m3。

本项目所产沼气主要供周围约400户农户的炊事、照明，用气标准为1.0立方米/天·户，剩余部分用于场区生活用气、预处理池物料加温。场区生活用气标准为0.4立方米/天·人，劳动定员为7人；经计算后，得到沼气利用情况见表6-1。

表6-1 沼气利用表

(2)沼渣有机肥料及沼液

1) 沼渣有机肥料

粪便中干物质在厌氧反应阶段被降解50%，经固液分离后进入沼液约10%，转化为沼渣的干物质为总量的40%，新鲜沼渣含水率为65%。

日产沼渣量：1.8t/d×40%÷35%=2.05t

年产沼渣量：750t。

2)沼液

两处沼气发酵工程沼液日产量：19.55t/d；

年产沼液量：19.55t/d×365d=7135t；

（3）太阳能供热系统

真空管式太阳能集热器规格?58×180Cm×60支为一组。

太阳能集热器安置在屋顶上。

THY辅助加热器，利用微电脑装置，通过传感装置，可根据厌氧发酵罐内温度启动电加热供热系统为发酵罐内供热以满足恶劣天气的供热要求。THY辅助加热器安置在保温水箱内。

钢制保温水箱2吨一个，规格为：2m×1m×1m。钢制保温水箱安装在锅炉房内。

3.1.5工艺特点

（1）CSTR厌氧反应器

CSTR厌氧发酵罐采用全钢结构罐，钢板是钛合金专用钢板，厚度可达到12毫米。钢板经过特殊的工艺处理，在钢板的内外两面涂上二至三层防腐涂层。钢板经过加热聚合，使防腐层和钢板之间形成很强的结合力。防腐涂层形成的保护层阻止罐体腐蚀，具有抗强酸，强碱的功能,使用寿命可达20年以上，而且施工便捷。

（2）FPR厌氧发酵池

在塞流式厌氧反应器（PFR）基础上，通过技术改进，采用新型，设计、该发酵池具有料液液流动性强、自动搅拌、低能耗、无结壳等特点，厌氧发酵效果较好。

（3）高TS浓度

进料TS浓度在8%，高的发酵浓度，减少了厌氧发酵需要的污水量，从而大大减少了加温量，降低了加温费用，同时减少了沼液排放

量。

（4）湿式储气柜

低压湿式贮气柜是可变容积的金属柜，它主要由水槽、钟罩、塔节以及升降导向装置所组成。当沼气输入气柜内贮存式，放在水槽内的钟罩和塔节依次（按直径由小到大）升高；当沼气从气柜内导出时，塔节和钟罩又依次（按直径由大到小）降落到水槽中，方便耐用。

（5）全混合沼气池

采用机械搅拌器，保证了沼气池内的物料混合均匀，不结浮渣，温度均匀，保证了高效的发酵效率和运行稳定性。

（6）自动化程度高

设有温度传感器、压力传感器、超声波测距仪、在线流量计等，自动记录每天的运行参数，及时提醒和调整运行中不足，保证最佳的运行状态。

3.1.6主要工艺单元说明

3.1.6.1组合池

由预处理池和匀化池组成，池内径尺寸分别为?3.26和?4.26，砖混结构，防腐防渗处理。

3.1.6.2厌氧发酵罐

根据猪场粪污量，每天粪便量污水22吨，每日进料19立方米，按停留时间12天计算，并根据搪瓷钢板罐拼装模数，确定设计CSTR+FPR厌氧发酵罐，总容积为500立方米。

CSTR厌氧发酵罐采用搪瓷拼装罐，搪瓷用钢板是钛合金专用钢板，厚度可达到3—12毫米。钢板经过特殊的工艺处理，在钢板的内外两面涂上二至三层搪瓷涂层。钢板经过加热聚合，使搪瓷层和钢板之间形成很强的结合力。搪瓷涂层形成的保护层阻止罐体腐蚀，具有

抗强酸，强碱的功能,使用寿命可达30年，全部组件螺栓拼装，施工便捷。PFR厌氧发酵池在塞流式厌氧反应器基础上，通过技术改进，采用新型，设计、该发酵池具有料液液流动性强、自动搅拌、低能耗、无结壳等特点，厌氧发酵效果较好。

3.1.6.3沼液池、贮料池

沼液池体容积390立方米，池内径尺寸为13×10米，池深3米。砖混结构，防腐防渗处理。

3.1.6.4湿式储气柜

湿式储气柜主要由立式圆筒形水塔和钟罩及导向装置组成，钟罩是一个有拱顶的地面敞开的圆筒结构，由钢板焊接而成。钟罩上附配种装置；圆形水塔由钢筋混凝土浇筑而成，厚度为30cm，上部有水封槽及出水口。气体管道穿过水塔底部和水槽中的水进入钟罩，实现气体的输入或排除；当向气柜压送气体时，钟罩上升，当钟罩升值一定高度时，柜内压力达到设计值时开始输出气体；钟罩依靠导轨和导轮保证升降平稳，导轨形式可采用直升式。湿式储气柜构造简单，易于施工。设计容积300立方米。

在稳定的工作状况下，容积产气率为1.08立方米/立方米·天，沼气站每天可产沼气540立方米。沼气作为清洁高效能源，热值为15200大卡／立方米左右，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、计量后进入输配管网。沼气部分供农户用气，其余发电自用。

3.2 工艺设备及工艺管道选型

机械设备设计及选型原则如下：

1）设备选型力求经济合理满足工艺的要求，并配合土建构筑物形式的要求。

潜水电机的防护等级不低于IP68，其他配套电机和就地控制箱防护等级不低于IP55。

2）考虑到污水介质的特性，设备材料选用的原则是与介质接触部分采用耐腐蚀的不锈钢材料或铸铁和高强度塑料材料，其余材料可以是碳钢材料但必须做防腐处理。

3.3 工艺设备明细

本项目设备购置主要包括沼气工程设备与输送管道、集中供气设备等辅助设备，详见表6-2。

表6-2 沼气工程主要设备一览表

第4章建筑设计

4.1 设计依据

（1）建筑设计防火规范(GBJ16-2006)

（2）建筑地面设计规范(GB50037-96)

（3）民用建筑设计通则(JGJ37-87)

（4）经有关部门审查同意的规划及甲方提供的相关资料

（5）国家建筑标准设计图集

（6）国家现行有关标准及规范

（7）本工程其他专业提供的设计图纸和条件。

4.2 单体工程设计

本工程新建净化车间、固液分离车间、预处理房、锅炉房四栋单层建筑，另有，砖混砌筑3m深贮料池。立面造型上相互协调统一。总建筑面积为330m2。其中：净化车间建筑面积为：72m2；固液分离车间建筑面积96 m2；预处理间建筑面积为：108 m2；锅炉房建筑面积为：54m2；四栋建筑的具体设计内容如下：

4.2.1 净化车间

4.2.1.1工程概况

（1）建筑面积：72m2，建筑占地面积72m2。

（2）建筑层数：地上一层建筑高度：4.50m

（3）结构形式为排架结构，合理使用年限50年，抗震设防烈度七度；建筑防火等级为Ⅱ级。

4.2.1.2工程做法

（1）屋面

本工程屋面采用120厚夹芯彩钢板(保温材料采用聚苯乙烯),彩钢板安装参见国标01J925-1《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》。屋面排水形式为自由落水，外檐为无组织排水。屋面具体做法见图纸建筑说明。

（2）门窗

门窗尺寸及选用材料、颜色、玻璃见门窗表。门窗玻璃的选用应遵照《建筑玻璃应用技术规程》和《建筑安全玻璃管理规定》发改运行[2003]2116号及地方主管部门的有关规定。详见图纸门窗做法表。

（3）墙体

墙体采用240mm厚多孔砖，均采用M7.5混合砂浆砌筑。墙体保温采用100厚挤塑聚苯板。外墙墙面做法详见05J909《工程做法》外墙9A。

（4）内装修

见初步设计图纸《室内装修材料做法表》。

4.2.1.3防火设计

整栋建筑一个防火分区，建筑的疏散距离符合《建筑设计防火规范》关于安全疏散距离的规定。

4.2.2 固液分离车间

4.2.2.1工程概况

（1）建筑面积：96m2，建筑占地面积96m2

（2）建筑层数：地上一层建筑高度：4.5m

（3）结构形式为砖混结构，合理使用年限50年，抗震设防烈度七度；建筑防火等级为Ⅱ级

4.2.2.2工程做法

（1）屋面

本工程屋面采用1卷材涂膜防水屋面，选用05J909屋13，保温为100厚发泡聚氨酯，不上人屋面。屋面排水形式为自由落水，外檐为无组织排水。屋面具体做法见图纸建筑说明。

（2）门窗

（3）墙体

墙体采用240mm厚多孔砖，均采用M7.5混合砂浆砌筑。墙体保温采用100厚挤塑聚苯板。外墙墙面做法详见05J909《工程做法》外墙9A。

（4）内装修

见初步设计图纸《室内装修材料做法表》。

4.2.2.3防火设计

整栋建筑一个防火分区，建筑的疏散距离符合《建筑设计防火规范》关于安全疏散距离的规定。

4.2.3 预处理房

4.2.3.1工程概况

（1）建筑面积：108m2，建筑占地面积108m2

（2）建筑层数：地上一层建筑高度：4.5m

（3）结构形式为砖混结构，合理使用年限50年，抗震设防烈度七度；建筑防火等级为Ⅱ级

4.2.3.2工程做法