Biogas Engineering Design
syk-214
课程代码：901120635
学时数：32 学分数：2
一、教学目的
《沼气工程设计》是农业建筑环境与能源工程专业的一门专业课。本课程的任务是通过教学使
学生系统地学习和了解沼气工程的技术发展，掌握沼气工程的设计方法和步骤。熟悉工艺流程，合 理选择工艺类型；掌握沼气工程设计计算方法，工程设备选型配套方法；了解沼气工程招投标、质
压铸机料筒的设计量验收与安全运行管理方面基本知识；掌握沼气工程故障诊断及维修方面基本知识。同时结合与本
课程相关的一些先进技术和科研成果等其他教学环节，增强学生综合分析问题和解决问题的能力，
为学生获得沼气工程的规划设计、运行管理及科研能力奠定坚实的基础。
二、教学内容、教学目标及学时分配
第一章绪论（2 学时）
了解沼气的特性与用途，理解沼气工程相关法令、法规，了解沼气工程的发展历程与现
状，及存在的问题和解决途径。
1.沼气的性质与用途：沼气的成分；物理性质；燃烧特性。
2.沼气工程的定义及发展现状：定义；发展现状。
3.沼气工程相关法令、法规：我国畜禽养殖业污染物的管理措施；畜禽养殖业污染物排放标准；畜禽养殖场的环境污染控制和污染物排放应遵循的其他标准；沼气工程设计规范等。
第二章沼气工程发酵工艺（6 学时）
了解沼气发酵过程的影响因素，掌握沼气发酵的工艺条件与控制，掌握沼气工程工艺流程，常
见厌氧反应器的工艺原理及优缺点，能结合工程实际合理选择工艺。
1.沼气工程的工艺条件：沼气发酵原料；厌氧环境；温度；pH 值；接种物；发酵原料；搅拌；
有机负荷；压力；添加剂和抑制剂。
2.沼气工程规模分类和典型工艺流程：沼气工程规模分类；沼气工程的工艺流程；原料的收集；前处理；厌氧消化；利用与输配；后处理。
3.沼气工程的工艺类型：以发酵温度划分；以厌氧反应器类型划分；以发酵阶段划分；以处理
结果划分等。
4.沼气工程厌氧反应器：全混合厌氧反应器（CSTR）工艺原理、设计参数及技术特点；升流
式固体反应器（USR）工艺原理、设计参数及技术特点；塞流式厌氧反应器（PFR）工艺原理、设
计参数及技术特点；升流式厌氧污泥床反应器（UASB）工艺原理、设计参数及技术特点；内循环厌
氧反应器（IC）工艺原理、设计参数及技术特点。
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第三章沼气工程结构设计（4 学时）
了解沼气池结构设计中荷载的种类及组合分析，掌握基地承载力计算及基础设计。
1.荷载分析与组合：荷载种类；荷载组合。
2.池体结构内力分析计算：池盖内力分析计算；池墙内力分析计算；池底内力分析计算。
3.地基承载力计算与基础设计：地基及承载力计算；浅层地基处理；基础设计与计算；基础钎探。
第四章沼气工程厌氧反应器设计（4 学时）
了解沼气工程厌氧反应器工艺技术原理及发展趋势；理解厌氧反应器工艺参数的选取、结构形式；掌握各结构类型厌氧反应器的设计施工方法。
1.钢筋混凝土厌氧反应器：反应器外部尺寸设计与计算；基础设计；构造设计；配筋设置。
2.利浦罐厌氧反应器：特点；设备；施工方法。
3.搪瓷钢板厌氧反应器：材料；涂搪方法；强度计算方法；罐体的施工安装。
4.一体化厌氧反应器：组成和特点；膜材结构；设计与计算。
第五章沼气工程净化和储存设计（4 学时）
了解沼气工程净化和储存的方法与设备的研究进展，掌握净化和储存的基本原理、设备选型与设计计算。
1.沼气脱水：特点；原理；方法；装置；设计与计算。
2.沼气脱硫：特点；原理；方法；装置；设计与计算。
3.沼气储存与安全使用：低压湿式贮气柜；低压干式贮气柜；高压贮气柜；双膜干式贮气柜；阻火器；沼气储气柜的设计与计算。电磁屏蔽导电胶
第六章沼气工程输配和利用设计（4 学时）
了解沼气发电、沼气锅炉、集中供气等沼气利用的原理与设备选型，掌握沼气工程输配系统的设计计算。
1.沼气工程燃气需用量及供需平衡：燃气的需用工况；输配系统的供需平衡。
2.沼气工程输配系统的组成与设计：输配管网系统的组成；输配管网系统的选择与布线；输配系统的设计计算。
3.沼气发电：沼气发电系统概述；发电机组。
4.沼气锅炉：沼气热水锅炉；沼气蒸汽锅炉。
5.民用燃气及集中供气；燃烧器及炉具；集中供气设备及运行维护。
第七章沼气工程辅助设备（4 学时）
了解沼气工程常用辅助设备形式；掌握其设计原理和选用方法。
1.泵：泵的选择；离心式泵、轴流式泵、螺杆泵等各种类型泵的工作原理及方法。
2.阀门：种类；安装技术条件；常见故障及维修方法。
3.搅拌设备：预处理搅拌设备；厌氧发酵搅拌设备。
4.固液分离设备：工作原理；种类；选择。
5.调压设备：工作原理；种类；选择。
6.计量监测仪表：沼气流量计；沼气成分监测仪。
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第八章沼气工程质量验收与运行管理（2 学时）
了解沼气工程质量验收的程序与管理；掌握质量验收的方法；掌握常见故障诊断与维修方法。
1.沼气工程质量验收：质量验收内容；渗漏检查方法。
2.沼气工程的运行管理：沼气工程的启动、运行与科学管理。
3.沼气工程的故障诊断与维修：沼气池的故障诊断与维修；输气管道的故障诊断与维修；沼气工程辅助设备故障诊断与维修。
第九章沼气工程设计案例分析（2 学时）
了解国内现有成功运行的大中型沼气工程案例，掌握不同模式沼气工程的设计计算与运行管理特点。
1.沼气工程设计内容与要求：设计原则与设计内容；工程选址；规模的确定；工艺流程；地基承载力计算与基础设计；沼渣沼液的资源化利用；总体布置与注意事项；计算书、说明书的编写。靶板
2.杭州浮山养殖场沼气工程：工艺特点；系统参数；运行与管理；工程效益分析。
3.北京顺义畜禽良种场沼气工程：工艺特点；系统参数；运行与管理；工程效益分析。
4.蒙牛澳亚牧场大型沼气工程：工艺特点；系统参数；运行与管理；工程效益分析。
5.北京德清源养鸡场大型沼气工程：工艺特点；系统参数；运行与管理；工程效益分析。
三、课程教学的基本要求
本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业、参观。通过本课程各个教学环节的教学，重点培养学生的分析问题和解决问题的能力。
（一）课堂讲授
主要教学方法：采用多媒体教学与板书相结合的方式，结合专业特点精选教学内容，精讲多练，调动学生的主观能动性。结合学生所学的专业知识，以实际应用为目的，通过实例，培养学生理论与实际相结合的能力，加强学生的专业技能。
（二）课外作业
课外作业是本课程的重要教学环节，通过作业巩固课堂讲授的基本理论知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。
课外作业：第二章1 次、第四章1 次、第五章1 次，共安排3 次。
（三）考试环节
学生成绩评定：平时成绩30%+期末考试70%。其中平时成绩包括学习态度、小测验、作业等；期末成绩为期末试卷成绩。
数控剪床期末考试主要采用笔试闭卷形式，题型主要分为：名词解释、填空题、选择题、判断分析题、计算题、简答题或论述题。
四、参考教材
[1]《沼气技术理论与工程》，林聪主编，化学工业出版社，2007
[2]《沼气工程设计与施工》，王九成、李济生主编，中国农业出版社，2006 [3]
《大中型沼气工程设计与应用》，唐严芬主编，化学工业出版社，2013 [4]
《大中型沼气工程》，赵立欣主编，化学工业出版社，2008
754电磁屏蔽罩
[5]《厌氧生物技术原理与应用》，任南琪、王爱杰，化学工业出版社，2004
五、本课程的先修课程
本课程的先修课为能源微生物、流体力学、污水处理工程等。需要学生掌握能源与环境相关的基本概念和理论等。
六、教学大纲修订说明
根据拓宽专业面，加强学生的素质培养，提高学生分析和解决实际生产问题能力的培养目标，对专业课力求做到简单明了，尽量结合生产实际，去掉较繁锁的理论推导，去掉与实际结合很少的陈旧理论，加进生产中出现的与本学科有联系的先进技术和先进设备。内容上，重点讲解工艺、厌氧反应器、储气、供气系统的设计计算及施工与运行管理。
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