沼氣壓力水洗提純控制系統(tǒng)研究畢業(yè)論文-文庫(kù)吧

【正文】 19 控制部分主程序 ................................................................................................................ 19 延時(shí)子程序 ........................................................................................................................ 21 轉(zhuǎn)換程序 ...................................................................................................................... 21 本章小結(jié) ............................................................................................................................ 21 5 系統(tǒng)調(diào)試 .....................................................21 常熟 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 線性度確認(rèn) ........................................................................................................................ 21 工作流程驗(yàn)證 .................................................................................................................... 22 本章小結(jié) ............................................................................................................................ 23 6 總結(jié)與展望 ...................................................23 總結(jié) .................................................................................................................................... 23 問題展望 ............................................................................................................................ 24 參考文獻(xiàn) .......................................................25 致謝 ...........................................................26 附錄 ...........................................................27 附錄 1,軟件代碼 ...................................................................................................................... 27 附錄 2 模塊實(shí)物圖 ................................................................................................................. 34 常熟 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 引言 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展總是伴隨著能源的消耗，發(fā)展越快，能源消耗的也就越快 。如今地球的煤，石油，天然氣等不可再生資源的儲(chǔ)存量來說，已經(jīng)漸漸跟不上其消耗的速度。即能源危機(jī)的時(shí)代已經(jīng)到來了。除了能源枯竭的問題之外，大量化石燃料的使用還給地球的環(huán)境帶來了巨大的考驗(yàn)。為此，世界各國(guó)不得不尋找解決之道。開發(fā)新能源，尋找替代能源，提高能源利用效率等等，不一而足。 在全世界應(yīng)對(duì)氣候變換的大背景之下，減少化石燃料的消耗，發(fā)展清潔高效的可再生能源成為世界各國(guó)的關(guān) 注熱點(diǎn)。據(jù)各方面的統(tǒng)計(jì)資料來看，全球的風(fēng)電裝機(jī)容量，太陽(yáng)能發(fā)電容量，生物乙醇，生物柴油等的產(chǎn)量一直是在大步提升的。 就中國(guó)而言，除了水電以外的可再生電力一直快速增長(zhǎng)，同比增幅僅次于美國(guó)。因?yàn)橹袊?guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，一個(gè)能源消耗大國(guó)，有必要花大投資來改善能源結(jié)構(gòu)，事實(shí)也是如此，僅 2020 一年，中國(guó)在可再生能源資源上的投資就超過了 500 億美元 ，所以在現(xiàn)今社會(huì)，在我國(guó)發(fā)展可再生能源是完全可行的，或者說是受到大力扶持的。 可再生能源之中，生物天然氣是一種十分重要的生物質(zhì)能。它的主要成分為甲烷，可以通過沼氣的凈化提純來 制得。生物天然氣可以作為石化天然氣的重要替代燃?xì)猓沟冒l(fā)展沼氣成為增加天然氣供應(yīng)的突破口。 根據(jù)供需關(guān)系，有需求，又會(huì)有供應(yīng)。在我國(guó)現(xiàn)在階段，特別是近年來，對(duì)生物天然氣的需求高速增加，使得需求遠(yuǎn)大于供應(yīng)。這大大加快了沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。而且，沼氣是一種比較清潔的能源，由各類禽畜，以及人們的糞便，工農(nóng)業(yè)的有機(jī)廢棄物， 生活垃圾等在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生。其產(chǎn)生過程本身就是一種可再生能源的制造過程。不僅如此，對(duì)這些垃圾的處理還起到了環(huán)境保護(hù)的作用。 我國(guó)發(fā)展沼氣的歷史要追溯到 50 多年以前，經(jīng)過這些年的發(fā)展，截止至 2020 年底 ，我國(guó)的民用沼氣池差不多有 3500w 口，其他的大型中型沼氣工程更是接近有 3000 處 .若是能將這些沼氣進(jìn)行凈化提純后并入天然氣網(wǎng)，差不多能節(jié)省 10%的天然氣消耗量。沼氣提純后還能用于車用燃料，其生產(chǎn)成本低廉，在與石化天然氣燃料的對(duì)比中有著巨大的價(jià)格優(yōu)勢(shì) 。沼氣的資源是豐富的，然而天然氣的缺口卻是非常巨大。這些都預(yù)示著沼氣提純有著巨大的發(fā)展前景 ，沼氣提純技術(shù)的發(fā)展有著重大的意義。 常熟 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 首先，沼氣提純技術(shù)的發(fā)展帶來的最直觀影響，沼氣的產(chǎn)量增加了，越來越多的沼氣工程正在被建設(shè)中。相對(duì)的，平時(shí)沒有什么作用生活垃圾，糞 便，工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物等有了去處 —— 生產(chǎn)沼氣，而不用吃力不討好的集中焚燒，填埋。不光減少了處理垃圾的成本，反而能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)利益 ，同時(shí)減少了環(huán)境的破壞。有資料顯示，每年我國(guó)城市的人均垃圾產(chǎn)量有 440kg 之多。在農(nóng)村，禽畜糞便，農(nóng)作物秸稈等也在源源不斷的產(chǎn)生。光 2020年，我國(guó)農(nóng)村的農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量差不多達(dá)到了 億噸。這是一個(gè)非常巨大的數(shù)字。若是能夠處理得當(dāng)，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效率會(huì)非常可觀。 舉個(gè)例子，將我國(guó)在 2020 年產(chǎn)生的禽畜糞便，人類尿液，作物秸稈這三項(xiàng)用于生產(chǎn)沼氣，轉(zhuǎn)化為原煤產(chǎn)量的話，相當(dāng)于 億噸原煤 ，是該年度原煤產(chǎn)量的 %。 富含雜質(zhì)的沼氣利用率并不高，但是提純后這一現(xiàn)狀改變了，隨著沼氣生產(chǎn)的規(guī)模化，標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)化， 生產(chǎn)成本 降低了沼， 利用效率 提高了， 經(jīng)濟(jì)效益增加了。以我國(guó)的農(nóng)村常見的沼氣池舉例，其技術(shù)比較落后，生產(chǎn)沼氣的量較少，純度也不高。一般只能用于家庭取暖，燃燒，供家庭使用，惠及的只是個(gè)人還有家庭，或者一些個(gè)小團(tuán)體。 無法做到遠(yuǎn)距離傳輸，產(chǎn)生不了什么經(jīng)濟(jì)效益。如果用于發(fā)電，同樣只能在直接使用，無法儲(chǔ)存。將發(fā)的電并入電網(wǎng)因?yàn)樯暇W(wǎng)費(fèi)用非常高額，在現(xiàn)階段不做考慮。或許在將來同樣會(huì)因?yàn)橥度氪蟠蟾哂谑找?而不予采用。只有中大規(guī)模的沼氣生產(chǎn)提純，將沼氣中甲烷的含量提升到95%以上，才能達(dá)到生物天然氣的標(biāo)準(zhǔn)，并入天然氣網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)沼氣的高效利用 ，帶來更大的經(jīng)濟(jì)利益。 目前國(guó)內(nèi)外的沼氣提純方法大致分為以下幾種：吸附法，吸收法，膜分離法，低溫分離法，甲烷富集法，生物技術(shù)提純等 。其中吸收法之下的壓力水洗法在國(guó)際社會(huì)之中應(yīng)用比較廣泛。在歐洲一些國(guó)家已經(jīng)有了多個(gè)應(yīng)用此法的大型沼氣提純工程。這種方法利用沼氣中甲烷和二氧化碳在水中溶解度的差異將它們分離，從而提高沼氣中甲烷的濃度。 它有很大優(yōu)勢(shì)，其一，此法效率很高，其次，因?yàn)榧淄?在水中的溶解率與二氧化碳相比來說非常低，所以沼氣中甲烷的流失量很少，最重要的一點(diǎn)是，該法利用隨處可見的水作為吸收劑，花費(fèi)在吸收劑中的成本會(huì)非常低。這三點(diǎn)確保了水洗法的經(jīng)濟(jì)利益。 現(xiàn)今的社會(huì)，工業(yè)發(fā)展非常之快，各種大中型的工程基本都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的操作。沼氣壓力水洗提純的工程自然不可能全靠人工來操作。研究其控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沼氣提純的自動(dòng)化操作有著重要的意義。 第一，這能節(jié)省大量的人力物力，如今的人工費(fèi)一年比一年高，減少人員的投入也是變相的增加收益。第二，人為的操作變少了，失誤也就變少了，這算是減少安全隱患的一個(gè)有效 措施。第三，研究控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沼氣提純自動(dòng)化大大提高了常熟 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 工作效率。 目前，歐洲各國(guó)都開展了沼氣提純技術(shù)的 應(yīng)用 ，沼氣提純工程數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，2020 年，歐洲沼氣提純工程達(dá)到 了 172 座，處理總規(guī)模達(dá)到 198,200m3/h。 瑞典和德國(guó) 是歐洲各國(guó)中沼氣提純產(chǎn)業(yè) 發(fā)展最 快的兩個(gè)國(guó)家 ，沼氣工程數(shù)量 約占 歐洲總體數(shù)量的 84%。 1996 年，瑞典 就開始對(duì)沼氣進(jìn)行凈化提純，并得到 甲烷含量在 95%以上 的沼氣提純氣 ，作為汽車燃料使用， 而且制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以衡量沼氣提純氣否能夠作為汽車燃料 。2020 年，瑞典的車用天然氣消費(fèi)總量為 107m179。，其 中 55%是沼氣提純后得到的生物天然氣。 2020 年，瑞典的沼氣總產(chǎn)量折合天然氣 為 108m179。，占 全國(guó) 燃?xì)庀M(fèi)總量的13%。 2020 年瑞典全國(guó)使用壓縮生物天然氣的車輛有 7104 輛，加氣站 500 個(gè)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020 年，德國(guó)沼氣工程 數(shù)量以達(dá) 7103 個(gè) 。 在德國(guó)， 沼氣工廠生產(chǎn)的沼氣主要用 來 發(fā)電上網(wǎng) [36]。 2020 年， 德國(guó) 沼氣的發(fā)電總裝機(jī)量達(dá) 到了 109W，年發(fā)電量為 21010KW h，占整個(gè)德國(guó) 發(fā)電量 的 %。 隨后 ，德國(guó)對(duì)沼氣的 利用由熱電 聯(lián)產(chǎn) 開始向管道生物天然氣及車用燃?xì)夥较蜣D(zhuǎn)變。從 2020 年開始，并入國(guó)家天然氣管網(wǎng)甲烷工廠僅有兩家 ， 但到 2020 年 時(shí) ， 已經(jīng) 有 83 處沼氣工程將沼氣提純?yōu)樯锛淄椋磕昙淄樘峒兞考s為 108m179。，預(yù)計(jì) 未來 將 有 更多的沼氣提純計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施。此外德國(guó)制定了 2020年和 2030 年生物甲烷產(chǎn)量分別達(dá)到 6109m179。和 11010m179。的目標(biāo)， 計(jì)劃 到 2020 年，全國(guó)天然氣總消費(fèi)量的 6%將由 生物甲烷替代。 此外，當(dāng)前國(guó)際上沼氣凈化提純技術(shù)發(fā)展較快的國(guó)家 還有 瑞士、丹麥、 加拿大等國(guó)家， 他們 擁有先進(jìn)的凈化提純技術(shù)和設(shè)備。 近年 來我國(guó)天然氣需求高速增長(zhǎng)， 據(jù)估計(jì)， 2020~2020 年中國(guó)天然氣的需求量 將以每年 %的速度 增長(zhǎng)，而 國(guó)內(nèi) 天然氣 產(chǎn)量 年均增長(zhǎng)率僅為 %。據(jù)估計(jì)，到 2020 年中國(guó)天然氣的年需求量將達(dá)到 1011m179。，缺口將達(dá)到 1010m179。面對(duì)嚴(yán)峻的 形勢(shì) ，中國(guó)提出了 “十二五 ”期間將加速天然氣配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，開展 “分布式能源利用項(xiàng)目 ”，為生物天然氣的產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)與便利。 通過引進(jìn)瑞典、德國(guó)等國(guó)家的沼氣工程技術(shù)和設(shè)備，近 年來 ，我國(guó)已建成一批沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程和發(fā)電并網(wǎng)的大型沼氣工程，變壓吸附法和水洗法 也 已經(jīng)開 始應(yīng)用在工程中。但作為一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)，我國(guó)沼氣凈化提純 工程及技術(shù) 還處于發(fā)展階段 ， 沼氣關(guān)鍵技術(shù)還需要 投資 研發(fā)或從國(guó)外引進(jìn)。目前在 我國(guó)的 廣西南寧、山東博興、內(nèi)蒙古通遼等地已建成 了常熟 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 一批 沼氣凈化提純制取生物天然氣示范項(xiàng)目。 近年來 ，中國(guó)在沼氣提純技術(shù)和設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域 展開了研究 ，主要集中在化學(xué)吸收和物理吸附提純方向。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)在沸石填料水洗法方面開展了研究 [42]，中國(guó)石油大學(xué) 在天然氣水合物提純 方面開展了研究， 華北電力大學(xué) 在 甲烷原位富集方面開展了研究。目前，中國(guó)在化學(xué)吸收、變壓吸附等技術(shù)領(lǐng)域已開發(fā)有可商業(yè)化應(yīng)用的提純?cè)O(shè) 備。 但 與世界先進(jìn)水平相比，中國(guó)在基礎(chǔ)研究、設(shè)備成套化開發(fā)方面所 做的研究還有很大差距 。 表 11 我國(guó)部分沼氣項(xiàng)目工程 項(xiàng)目名稱 投產(chǎn)時(shí)間（年份） 規(guī)模 提純沼氣用途 山東日照酒精廢醪厭氧沼氣回收精制天然氣項(xiàng)目 2020 540 萬 m3/a 車用和生活 通遼淀粉廢水厭氧沼氣回收精制天然氣項(xiàng)目 2020 165 萬 m3/a 接入市政燃?xì)夤芫W(wǎng) 山東博興淀粉廢水厭氧沼氣回收天然氣精制項(xiàng)目 2020 410 萬 m3/a 車用和工業(yè)燃料 河南安陽(yáng)貞元車用生物天然氣項(xiàng)目（一期） 2020 400 萬 m3/a 車用燃料 北京市安定垃圾填埋氣精制項(xiàng)目 2020 萬 m3/a 車用燃料 鄭州王新莊污水處理廠污泥消化項(xiàng)目 2020 20200 m3/d 接入市政燃?xì)夤芫W(wǎng) 伊川縣彭婆鎮(zhèn)朱村工業(yè)園區(qū)秸稈能源化綜合利用 2