2000头猪沼气工程技术方案

养猪场沼气工程方案

（2000头）

青岛三色源环保科技工程有限公司

2013年11月

青岛三色源环保科技工程有限公司

第一章 沼气工程项目设计条件和工艺方案

第一节 工程规模

生猪存栏量2000头，设计日处理混合粪污9t的沼气集中供气工程，供斜里村村民生活炊用。项目年产沼气70956m³。

第二节 可利用资源量

一、资源量

因项目详细资料不全，暂按以往项目经验及理论数据进行计算，猪场运营时存栏2000头全部按照育成猪考虑。

根据猪粪粪便排放量资料统计，育成猪猪排粪量为2 kg/d。则本项目每日粪便资源量为：

存栏育成猪粪便：2000头×2 kg/头·ｄ＝4 t/d

猪粪TS为18%，每天产粪便TS为：4 t/d×18%＝0.72 t/d 因养猪场现有清粪模式不详，暂按干清粪考虑设计。

考虑发酵浓度、温度及停留时间影响，按每吨TS猪粪产气270 m3计，则每天产沼气量为：

0.72 t/d ×270 m3/t = 194.4 m3

二、处理后沼液、沼渣的去向

粪污经厌氧消化可作为有机肥就地消纳或外运。

第三节 沼渣产量估算

物料全天输入总量为0.72t/d，厌氧阶段消耗量为0.432 t/d，该部分TS消耗是生物质能转化、沼气生产的主体。厌氧阶段TS的输出量为0.288t/d。物料（TS）平衡计算见表1-1。

表1-1 物料（TS）平衡计算表

工艺阶段 厌氧阶段 固液分离阶段 储存阶段 处理单元 厌氧反应器 干化床 沼液 沼渣 投入量（t/d） 0.72 0.288 降解系数 60% 30% TS量（t/d） 0.432 0.08 8.28 0.288

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按表1-1计算结果，每天沼渣干物质产量为0.08 t/d，见图1-1物料（TS）平衡图。

0.72 t/d 匀浆池 沼气0.432 t/d（194.4m3）（2475m3/d） 0.72t/d 0.288 t/d 厌氧罐 0.2t/d 沼液池 干化床 0.08t/d 沼渣 粪污

图1-1 物料（TS）平衡图

沼渣含水率70 %左右，沼渣干物质产量为0.08 t/d，则沼渣产量为0.288t/d。 年产沼渣105.12吨，年产沼液3022.2吨。

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第二章 工艺流程设计

第一节 沼气工程工艺选择

一、沼气工程工艺路线

本沼气工程工艺路线如图2-1所示。 集污池 锅炉增温 锅炉 厌氧出料池 上清液 沼液贮存池 脱水 脱硫 增压风机 农民户用 调配池 一体化厌氧反应器 污水 猪粪 固态有机肥 沼渣 干化床 农作物、果园等 图2-1养猪场沼气工程工艺流程

二、工艺流程说明

本沼气工程项目实行雨污分流，避免雨水进入沼气工程。混合粪污经厌氧发酵后，产生的沼气经净化增压后通过管道给村里农民户用。锅炉用于厌氧罐增温；厌氧发酵所产生的沼渣沼液作为有机肥就地消纳或外运。 1、预处理工艺

预处理环节由集污池和调配池组成。 （1）集污池 收集养猪场污水。 （2）调配池

将干清粪在调配池内调节到8%浓度混合均匀后进入厌氧罐。 2、厌氧消化工艺

厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、保温单元等构成。 （1）进料方式

调配池内粪污由进料泵向厌氧消化单元进料。

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青岛三色源环保科技工程有限公司 （2）厌氧反应器工艺

本沼气工程厌氧反应器采用完全混合厌氧反应器。

完全混合厌氧反应器（CSTR）适用于畜禽粪污发酵工艺。它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术，这是沼气发酵工艺中的一项重要技术突破。搅拌和加热，使沼气发酵速率大大提高，完全混合式厌氧反应器也被称为高速沼气发酵罐。其特点是：固体浓度高，可使畜禽粪便污水全部进行沼气发酵处理。优点是处理量大，产沼气量多，便于管理，易启动，运行费用低。一般适宜于以产沼气为主，有使用液态有机肥条件的地区。由于这种工艺适宜处理含悬浮物高的畜禽粪污和有机废弃物，具有其他高效沼气发酵工艺无可比拟的优点，现在被欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。

本工程发酵温度选择中温发酵33-35℃。

本工程厌氧消化罐拟采用电泳拼装结构的产气贮气一体化厌氧消化罐。 （3）厌氧消化罐与贮气柜结构形式

本工程采用产气、贮气一体化结构厌氧罐。新型、高效、实用的一体化沼气工程由于其可靠性、安全性、低成本和适应北方冬季正常运行的优势，推广程度已经大大超过其他结构形式的沼气工程。

结构特点：

一体化沼气发酵装置下部为发酵部分，罐内安装侧搅拌器，罐壁上安装增温管，利用锅炉增温厌氧罐。

罐体上部为双膜式柔性贮气柜，用于收集、贮存和输送沼气。其中外膜保护并维持贮气柜的结构，内膜收集并贮存沼气。通过支撑鼓风机的充气，调整并维持内外膜之间夹层中的空气压力，并将内膜内的沼气送入输气管道，供村民使用。 主要优势：

（1）适合高浓度粪草混合发酵原料：TS 8%-12% （2）安全可靠：低压产气，低压贮气，防止沼气泄漏。

（3）低成本：减少分体式气柜，厌氧罐和贮气装置造价降低15% （4）占地面积小：减小装置规模，节省占地面积30% （5）工期短：建设周期缩短50% （6）寒冷地区冬季也能正常运行。

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图1：一体化沼气发酵外形装置

（4）厌氧罐配置

厌氧反应器内设置一台侧搅拌器，使进料均匀分布于罐体底部并充分与厌氧微生物接触。并使厌氧罐内料液温度均匀，有利于提高产气率。

反应器上部设出料系统，溢流进入下一个处理单元。

图2：一体化沼气发酵装置

（5）保温与增温

厌氧消化反应过程受温度影响很大，如图2-2所示。本项目厌氧处理单元设计为中温，其最佳温度范围为35-38℃。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行，必

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青岛三色源环保科技工程有限公司 须对系统实施增温和整体保温措施。

a. 保温

系统整体保温包括管道、阀门保温；厌氧消化罐体的保温。

对厌氧消化罐采用聚苯乙烯材料进行强化保温。

b. 增温

对厌氧系统的增温主要是通过对厌氧罐的增温来实现的。

增温的热源来自锅炉燃

图2-2 温度对厌氧中温发酵产气率的影响 烧；在厌氧罐外设置增温盘管对罐体进行增温。 3、沼液、沼渣储存工艺

厌氧出料经厌氧出料池沉淀后，沼渣通过干化床自然干化，上清液贮存在沼液池中，沼液、沼渣可作为有机肥就地消纳或外运。

第二节 沼气净化与贮存工艺

一、沼气净化工艺

厌氧罐输出的沼气经过凝水器、脱硫塔等专用设备净化处理后，降低沼气中的相对湿度，并去除部分H2S，利于后续供气。 二、沼气储存工艺

本工程选择产气贮气一体化的厌氧消化罐，消化罐上部空间可实现沼气的贮存。沼气经净化后用于村庄集中供气。

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第三章 工艺单元设计与设备选型

第一节 预处理

一、集污池

功 能：收集养猪场污水 容 积：30m3

备 注：不新建，利用猪场原有 人工格栅

数 量：1套 材 质：碳钢防腐

二、调配池

功 能：将粪便、猪尿和冲洗水等均匀混合， 尺 寸：Φ3m ×2.5m 容 积：17.6m3 调配搅拌机

功 能：使池内粪污混合均匀 功 率：1.5kW 数 量：1台

第二节 厌氧消化及后处理部分

一、进料泵

功 能：向厌氧消化反应器进料； 进料泵类型：潜水渣浆泵 流 量：15 m3/h 扬 程：20m 功 率：3 kW 数 量：2台(1用1备)

二、厌氧消化贮气一体罐

功 能：厌氧消化反应器、顶部贮气；

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青岛三色源环保科技工程有限公司 数 量：1座

尺 寸：Φ7.63m×5.43m＋Φ7.63m×3.43m贮气袋 容 积：248m3＋93 m3贮气袋 停留时间：25d

发酵温度：近中温33-35℃ 装置产气率：0.85 m3/m3·d

结构形式：电泳拼装钢结构。罐顶部为德国进口材料双膜贮气袋。厌氧罐有排

渣口、超压保护器和负压保护装置，以及检修人孔及除砂系统，温度监测等设施。

厌氧侧搅拌器

功 能：对发酵液进行搅拌，加强发酵液与微生物的充分接触，提高

产气率；

功 率：5.5kW 数 量：1台 气柜鼓风机

功 能：用于支撑顶部贮气袋 功 率：0.11kW 数 量：1台 厌氧罐增温方式 增温热源：锅炉

增温方式：采用增温盘管对厌氧罐进行增温。 厌氧罐保温方式

本设计发酵罐保温采用岩棉保温，错缝安装于厌氧罐外部，可保证发酵罐内温度稳定。保温层最外部用彩钢板覆盖。

三、厌氧出料池

功 能：厌氧出料进行沉淀分离 尺 寸：Φ3m×3m 容 积：21m3

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青岛三色源环保科技工程有限公司 数 量：1座

四、干化床

功 能：对厌氧出料池沉淀的沼渣进行自然干化 容 积：10 m3 数 量：1座 五、沼液贮池

功 能：贮存经固液分离后的沼液 容 积：400 m3； 停留时间：40 d 池 数：1座

构造形式：拟利用现有池子改造或利用HDPE膜敷设防渗水池

第三节 沼气脱硫净化与集中供气

一、沼气净化系统

功 能：沼气净化 设计参数和主要设备参数： （1）凝水器

型 号：NS-300 数 量：1台 （2）干式阻火器

型 号：ZHQ 数 量：1台 （3）沼气流量计

型 号：JLQD 数 量：1台 （4）脱硫塔

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型 号：TL-600 数 量：2台 （5）增压风机

流 量：1.02m³/min 压 力：9.8kpa

功 率：0.75kw 数 量：1台

第四节 附属设施

附属设施包括综合管理房、净化间、锅炉房等，拟采用轻钢结构。

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第四章 建筑、结构与电气设计

第一节 设计原则

1．根据工艺流程的要求，在满足站内工艺要求、交通运输、环保、防火等前提下，使建筑物、构筑物、道路、绿化有机地结合在一起。

2．注重环境保护，使养殖场猪粪处理沼气生态工程成为环境优美的示范项目。

第二节 建筑与结构设计

一、工程地质情况

本沼气生态工程项目的主要构筑物厌氧发酵罐的体积较大，对不均匀沉降极为敏感，在地基处理当中要选择合适的持力层（>150 kPa）。同时避免不均匀沉降及其它不利因素。最终以钻探地质报告为准。

当场地空间开阔时，基坑可以按一定坡度进行放坡开挖。当构筑物距离很近且埋深不同时，可采用一些措施进行临时支护。对于深基坑，施工中还应考虑降水及护坡处理。

二、主要构（建）筑物结构设计

（1）构筑物

主要构筑物：包括集污池、调配池等。 a. 集污池 地下钢砼结构 b. 调配池 地下钢砼结构 c. 厌氧罐基础 地下钢砼结构 d. 厌氧出料池基础 地下钢砼结构

所有构筑物的抗渗问题，均以混凝土本身的密实性来满足抗渗要求。根据构筑物的重要性及水力梯度来确定其抗渗标号，混凝土强度等级一般不小于C25，抗渗等级不小于S6，水灰比不大于0.55。宜采用普通硅酸盐水泥，骨料应选择良好级配，严格控制水泥用量。为提高混凝土的抗渗能力，满足工艺使用要求，尽量减少伸缩

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缝。建议在混凝土中加入适量的添加剂，用以补偿混凝土的收缩变形，提高混凝土的密实度及抗渗能力。

（2）建筑物

主要建筑物包括：综合管理房、净化间、锅炉房等。 a. 净化间

功 能：放置进料泵等。 面 积：24 m2 结 构：轻钢结构 数 量：1间 构造形式：地上 b. 锅炉房

功 能：放置锅炉 面 积：16 m2 结 构：轻钢结构 数 量：1座 构造形式：地上 c. 综合管理房

功 能：电气控制、办公室 面 积：16 m2 结 构：轻钢结构 数 量：1间 构造形式：地上 三、抗震设计

遵照国家“建筑抗震设计规范”（GBJ11-）及“构筑物抗震设计规范”（GB50191-93）的有关规定。

第三节 电气设计

一、设计依据

（1）《低压配电设计规范》 GB50054-95

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青岛三色源环保科技工程有限公司 （2）《室外排水设计规范》 GBJ14-87

（3）《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94 2001版 （4）《建筑设计防火规范》 GBJ16-87 2001版 二、设计范围

本沼气工程电气设计包括用电设备供电及控制设计和厌氧发酵罐防雷设计等。 三、供电电源

沼气站供电电源接自该养殖基地内总电源配电箱。 四、负荷计算

沼气站所有用电设备电压等级均为380/220V，总装机容量为19.11kW，运行功率为39.6kW，主要用电设备总装机容量及计算负荷如表4-1所示：

表4-1 沼气站用电负荷计算表 项目 设备名称 潜污泵 匀浆搅拌机 支撑风机 热水循环泵 其他 合计

五、供电系统 （1）电气系统

低压电源接自场内总配电箱，单路供电。0.38kV低压供电系统采用单母线分段运行。

（2）控制方式

所有工艺设备均在管理房内控制箱控制、现场控制，控制箱上设“手动----停----自动”控制转换开关。 （3）设备选择

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装机功率 数单机量 功率 2 1 1 2 3 1.5 5.5 0.11 1.5 间歇工作功率 预计每折合装机 数数功率 日工作全日功率 量 量 时间 功率 6 1 1 3 1.5 5.5 0.11 3 3 1 1 1 1 1 4 10 6 1.5 22 1.1 9 常开功率 运行 备用功率 功率 3 1.5 22 1.1 9 3 39.6 3 厌氧罐搅拌器 1 19.11

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户内电缆采用电缆沟敷设，电缆采用聚氯乙烯护套电缆。

户外电缆采用直埋敷设、桥架明敷或电缆沟，电缆采用铠装电缆。 六、保护方式 （1）继电保护：

低压进线总开关设过负荷长延时、短路速断保护、低压用电设备及馈线设短路及过载保护。 （2）接地保护

接地系统均利用建筑物基础采用共用接地系统，其接地电阻应小于4欧姆，低压馈线距离超过50 m时，设重复接地装置，其接地电阻不大于10欧姆。同时各单体金属管道均应作为等电位联结。 （3）防雷保护

厌氧消化罐需按三类防雷建筑设防，采用共用接地系统接地电阻小于4欧姆。 七、启动方式

全部用电设备均采用直接启动。 八、计量方式

在配电间场内总配电箱上设有电度表。

第四节 控制及仪表

一、控制系统

全场控制均采用在管理房内现场控制柜上现场控制的方式。 二、仪表

厌氧消化罐上设温度计。

沼气流量计1台，显示各个时间段的沼气产量。

第五节 机械设备设计

机械设备设计及选型设计原则如下：

1、各设备的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。

2、配套电机和就地控制箱防护等级不低于IP55。

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第六节 总图设计

一、平面布置原则

沼气站平面布置应遵循以下原则：

1、功能分区明确，构筑物布置紧凑，节约用地，减少占地面积。 2、流程力求简短、顺畅，避免迂回重复。 3、建筑物应尽可能布置在南北朝向。

4、站内内绿化面积不小于35%，总平面布置满足消防的要求。 5、交通顺畅，使运行、管理方便。 二、建筑单体设计

站内建筑物应本着符合工艺要求为主的原则确定，在满足功能要求的情况下，各建筑力求美观。 三、道路

站内车行道路大部分设计为>4.0 m宽，道路系统能满足防火及运输要求，车行道采用混凝土路面。 四、绿化

大面积绿化并配有适当绿篱，绿化面积达到并超过规范标准。 五、建筑物装修标准

建筑物装修按与周围环境相协调为唯一目标。 六、建筑防火

整个站内建筑物防火均严格按照国家标准《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）进行设计。站内建筑物均为二级耐火等级，相互之间的防火间距应符合防火规范。各建筑物单体设计也均按照国家标准《建筑设计防火规范》进行设计。 七、高程设计

沼气站内地面标高以原始地面高度为相对标高±0.00计。 八、给水

沼气站内生产、生活、消防用水接自给水管网。 九、排水

生产、生活污水经污水管道收集后排入集水池一并处理。

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青岛三色源环保科技工程有限公司 站内雨水经雨水管道收集后排出场外。 十、运输

沼气站配备运粪车及沼液输送车。

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第五章 消防、劳动生产保护与人员编制

一、消防

1、沼气站内按照《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）2001进行设计。 2、站内道路满足消防车行驶要求。

3、所有建筑物均按二级耐火等级设计，建筑材料均采用非燃烧体材料。 4、在管理房内按要求配置干粉灭火器和砂箱。

5、站内严禁烟火、在厌氧发酵罐处应张贴“严禁烟火”标志。

二、劳动保护和安全生产

1、在沼气站运转以前应对操作人员进行培训，制定必要的安全操作规程和管理制度，使其牢记安全规程，将不安全因素消灭在萌芽状态。

2、各处理构筑物的平台走道或临空天桥均应设置保护栏杆，栏杆高度和强度应符合国家劳动保护规定。

3、所有电气设备的安装和防护必须满足电气设备有关安全规定。

三、沼气站建设与环境保护 1、绿化隔离

沼气站由围墙和绿化带将站区与外界相对分离，有效地减少气味对周围外部环境的影响。 2、污水

站内生活与生产污水均通过污水管道系统收集并接入集水池统一进入处理系统。

四、沼气站对外部环境的影响 1、对人体健康的影响

由于污染物得到大大降解，有利于职工和周围农民的健康。使用沼渣作为肥料，发展绿色食品，有利于消费者的身体健康。 2、对大气环境的影响

使用沼气作为能源，一方面，由于畜禽粪便得到一定程度的处理，可大大减轻

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空气中的恶臭；另一方面，可减少向大气中排放甲烷、二氧化碳，为减少温室气体的排放做出贡献。 3、对水环境的影响

项目的实施，将使畜禽场排放的粪便和污水进行治理，使污水中的各种污染物降低到一定的范围内，大大改善水环境的质量。

五、人员编制

沼气站运行操作管理人员编制为1人。

第六章 工程投资估算

第一节 编制说明

本工程项目经济分析是按照原国家计划委员会、建设部《建设项目经济评价方法与参数》及《给水排水建设项目经济评价细则》的要求，结合企业的实际情况进行分析。

一、估算范围

本项目设计规模为存栏2000头的养猪场的粪便共4t/d。本工程估算范围为沼气工程项目，内容包括：土建投资、设备投资、电气、安装调试投资。不包括工程界区外的管网投资、生活用水进场管网以及绿化投资。

二、估算原则

估算编制依据类似项目的初步设计图纸和有关规定的资料进行编制。

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编制原则为主要建（构）筑物按图纸计算工程量，套用相应定额和取费标准；次要建（构）筑物按指标或类似工程资料进行编制。

第二节 投资估算

一、土建投资估算

表6-1 土建投资估算表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 建（构）筑物名称 调配池 厌氧罐基础 厌氧出料池 干化床 锅炉房 综合管理房 净化间 管道、设备基础 合计 结构尺寸（m） Φ3.0m×2.5m Φ8.63m×0.4m Φ3.0m×3.0m 规模（m3/m2） 17.6 23.38 21 10 16 16 24 数量 1 1 1 1 1 1 1 单 价（元） 700 1500 700 300 800 800 800 合价(万元） 1.23 3.5 1.47 0.3 1.28 1.28 1.92 0.5 11.48 结构形式 地下钢砼 地上钢砼 地上钢砼 砖混 轻钢 轻钢

二、主要工艺设施投资估算

表6-2 主要工艺设施投资估算表

序号 1 2 3 建（构）筑物名称 一体化厌氧反应器罐体 一体化厌氧反应器气柜 侧搅拌机 尺寸（m） Φ7.63×5.43 Φ7.63×3.43

规模（m3） 248 93 5.5kw 数量 1 1 1 合价(万元) 15.25 6.2 2.4 备注 厌氧罐体含加热盘管 含配套压条、保护器等 青岛三色源环保科技工程有限公司

序号 4 5 建（构）筑物名称 罐体保温 合计 尺寸（m） 规模（m3） 数量 1 合价(万元) 3.0 26.85 备注 三、设备投资估算

表6-3 设备投资估算表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 设备名称 潜水渣浆泵 调配池搅拌机 凝水器 沼气流量计 干式阻火器 热水循环泵 工艺管道及阀门 管道油漆、防腐、保温 电气及自控 小计 安装 （15%） 合价 规格型号 JBJ-400 非标 JLQD ZHQ 40HG 功率（kW） 3 1.5 1.5 单位 台 台 台 台 套 台 套 套 套 数量 2 1 1 1 1 2 1 1 1 单价 (万元) 0.8 0.55 0.4 0.6 0.07 0.35 3.0 1.5 4.5 金额 （万元） 1.6 0.55 0.4 0.6 0.07 0.7 3.0 1.5 4.5 12.92 1.94 14.86 备注

四、工程直接投资估算

表6-4 工程直接费用计算表

序号 1 2 3 4 项目名称 土建投资估算 主要工艺设施投资估算 设备投资估算 直接费用合计 价格（万元） 11.48 26.85 14.86 53.19 备注 五、其它直接投资估算

表6-5 其它直接费用计算表

序号 1 2 3 六、总投资估算

本项目总投资为57.96万元。见表6-6

表6-6 项目总投资汇总

序号 1 2 3 4 5 七、运营成本分析 1、动力费E1

工程装机容量 19.11kW，实际运行功率39.6 kW，电费按0.6元/度计。 全年用电量=39.6×365=14454kWh 全年电费E1=14454×0.6=0.87（万元） 2、人员工资E2

根据工艺要求，本项目需要配置1名专职工作人员维护系统的运行管理。按每

名称 工程直接投资估算 其他直接费用 小计（1+2） 税金3.43% 项目总投资 金额（万元） 53.19 2.85 56.04 1.922 57.96 建（构）筑物名称 设计费 系统调试费 菌种采运费 合计 单位 数量 工程造价（万元） 计费基数 费率 金额 53.19 3.00% 1.6 41.71 3.00% 1.25 0 2.85

人每年30000元计算，则：

全年人员工资E2=30000×1=3万元 3、管理费用E3

取人工费用的10%，即：

全年管理费用E33×10%=0.3（万元） 4、固定资产折旧E4

土建构筑物（不包括土地价格）按20年使用寿命，主要工艺设施按20年使用寿命，设备按15年使用寿命，固定资产残值率按5%计，计算综合折旧率为5.50%。

年固定资产折旧E4= 53.19×5.50%=2.92（万元） 5、检修维护费E5

取设备直接投资的0.5%，即：

全年检修维护费E5=41.71×0.5%=0.2（万元） 6、年运行成本

年运行总成本（含折旧）为上述6项之和，

年运行总成本 E =E1+E2+E3+E4+E5 +E6=7.29（万元） 八、经济效益评价 1、收益计算 （1）供气收益计算

本沼气工程项目建成后年产沼气70956m³，按照以往项目沼气集中供气的售价，每方1.5元计算，可产生收益10.万元。 （2）沼渣收益计算

本沼气工程项目建成后年产沼渣105.12t，按照以往项目经验，沼渣售价按500元/吨计算，可产生收益5.26万元。

（3）沼液销售具有不确定性，暂不计入本工程收益。 2、经济效益和投资回收期计算

本工程项目建成后，每年收入15.9万元，运行成本为7.29万元，净利润为8.61万元，静态投资回收期为6.73年，项目完全可行。