热电联产沼气工程在农业上的运用

学 号 新能源技术结课论文热电联产沼气工程在农业上的应用学生姓名李海月班级08电气1班系别电子与信息工程系成绩 2011 年 5 月 16 日热电联产沼气工程在农业上的应用摘要:随着国际能源局势的日益严峻,寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫,在众多新形式能源利用中,沼气的热电联产是集环保与效益的一种可行性极好的方式,尤其针对我国农业现状,可在一定程度上减轻能源与环境负担，又可增加农业上的收益，间接缓解了发展过程中的“三农”问题。关键词:沼气,热电联产。一、前言 沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。 沼气的主要成分是甲烷。沼气由5080甲烷(CH4)、2040二氧化碳(CO4)、05氮气(N2)、小于1的氢气(H2)、小于04的氧气(O2)与0.13硫化氢(H2S)等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.620.8（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。 沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即能燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为34000焦耳，每立方米沼气的发热量约为2080023600焦耳，即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。 世界上第一个沼气发生器（又称自动净化器）是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。1925年在德国、1926年在美国分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池，这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世界大战后，沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展，但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响后随着世界性能源危机的出现，沼气又重新引起人们重视。随着新的沼气发酵工艺流程高速率厌氧IC工艺产生，它突破了传统的工艺流程，使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.71.5立方米沼气，提高到1012立方米沼气，滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。 本文新设计的高速率厌氧IC工艺生产装置产气率已经超越外国的技术。目前，该高速率厌氧IC工艺生产装置已在国内十二家工厂使用。沼气的主要原料是生物质，养殖场、食品厂、酿酒企业、污水处理厂、垃圾处理厂等企业均有大量的沼气资源可以利用。生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点，来自生物质能的沼气是一种高热值、洁净的宝贵资源。沼气的综合利用有助于减轻温室效应和生态良性循环，可替代部分石油、煤炭等能源。目前我国已建成的大中型沼气工程有1000多处，年产沼气量约26000万立方米。 2006年国家发改委制定了可再生能源法及相关实施办法，明确提出鼓励使用沼气、太阳能等“绿色电力”。利用沼气发电上网，电力部门优先收购，并且每度电给予0.25元政府补贴；同时利用余热回收装置回收发动机尾气热量，实现热电联供，发展循环经济，沼气综合利用效率可达70以上。利用沼气发电，发展循环经济，一举两得！一是减少环境污染，有利于环保，减少温室气体排放；二是沼气发电可以缓解电力供求矛盾，降低生产成本，为企业增加效益，提高企业竞争力。 图1-1高效益沼气发电及余热综合利用示意图 本项目应用沼气技术对该养殖场的畜禽粪便进行资源化开发和多层次利用，既制取了优质气体燃料，又可开发再生饲料和优质有机肥料，同时治理了污染，净化了环境。通过沼气这个纽带，多层次循环利用有机物资源，把养殖业、种植业和加工业各项生产中的能量转换和物质循环有机地结合起来，提高了能源和资源的利用率，形成协调、转化、再生、增殖的良性循环。二、技术方法1、工艺流程热电肥联产沼气工程流程框图,如图2-1-1。图2-1-1 猪粪热电肥联产沼气工程工艺流程2 、沼气工程主要建设内容本工程包括预处理系统、厌氧发酵与沼气贮存系统、沼液贮存、沼气净化系统、沼气发电及余热利用系统等。2.1 预处理系统: 匀浆池一座: 100m32.2 厌氧发酵与沼气贮存系统: 产气贮气一体化厌氧发酵罐一座: 1000m3（厌氧罐）300m3（贮气柜）2.3 沼液贮存: 沼液贮池一座: 700m32.4 沼气净化系统: 罐内脱硫系统一套2.5 沼气发电及余热利用系统: 沼气发电机组一台：80kW，余热回收增温系统一套3 、工艺特点3.1 厌氧进料浓度采用目前国内外最先进的热电肥联产沼气技术，要求厌氧进料的浓度较高，TS浓度不能低于于8%。鲜猪粪浓度一般TS在20左右，污水调配匀浆后TS浓度为10%。3.2 酵温度与停留时间考虑到能量的平衡和目前国内沼气发电机组的发电效率与余热回收利用效率，本沼气工程厌氧发酵温度采用中温3538，这样发电机组回收热量能够使厌氧物料达到设计温度。为了提升厌氧发酵的卫生效果，有利于对人畜共患病菌的消毒和灭活杂草种子，本工程厌氧发酵HRT为25天。3.3 厌氧发酵工艺3.3.1厌氧反应器的工艺3.3.2 厌氧反应器的结构形式 本工程采用产气贮气一体化厌氧罐，厌氧罐罐体采用lipp结构，罐顶采用了双层膜结构代替密封顶，同时又作为贮气柜使用。既节约了材料，节省了占地面积，又缩短了施工周期。采用罐体热交换方式利用发电机组余热增温，高分子挤塑保温材料进行强化保温。新型、高效、实用的一体化沼气工程具有可靠性、安全性、低成本和适应寒冷地区冬季正常运行的优势。罐顶双层膜式贮气柜由两层膜组成。外膜用于保护和调控贮气压力，材料抗紫外线抗老化。内膜用于贮存沼气并使沼气能够稳量稳压输出，材料抗腐蚀。3.3.3 搅拌完全混合厌氧反应器（CS TR）需有搅拌装置，猪粪含有高浓度有机污染物和高浓度固态悬浮物，本工程厌氧罐总容积为1000m3，容积较小。根据猪粪的组成特点及厌氧罐的规模，选用侧搅拌机。侧搅拌机具有安装维修方便，操作简单，搅拌效果好等特点。但侧搅拌机搅拌空间有限，因此不适宜规模较大的罐体，或者粘度较大顶部易结壳的物料。3.4 沼气净化采用沼气工程的脱硫技术，采用罐内脱硫工艺（图2-3-1）。罐内脱硫原理是在适宜的温度、湿度、pH和微氧条件下，通过脱硫细菌的代谢作用将H2S转化为单质硫或亚硫酸。生物脱硫既经济，又无污染，是化学脱硫的理想替代技术。2H2S + 3O2 2H2SO32H2S + O2 2S + 2H2O为较好的控制罐内脱硫环境，采用SECOH空压机，设备安装简便，硫化氢去除率70%，运行成本不到化学脱硫的1/3。 图2-3-1 罐内脱硫3.5 热电肥联产的高效模式德国、丹麦等沼气行业较发达的欧洲国家的经验表明:大中型沼气工程不仅具有生态、环保和社会效益，而且如果采用热电肥联产会具有更好的经济效益，这就是生态农业循环经济的魅力之所在。本工程采用的就是这种以沼气工程为核心，沼气发电和有机肥生产为驱动力的大中型沼气工程，即热电肥联产的沼气工程模式。以猪粪为原料进行厌氧发酵，产生的沼气用于发电，采用国产80kW专业沼气热电联供发电机组，不仅有效地解决了沼气的安全方便使用的问题，而且大大提高了沼气能量的转换率。目前，国产沼气发电机可把沼气中总含能量的30%左右的能量转化成电能，每立方米沼气可以产生电能1.802.00kW.h，40%左右可以以余热的形式回收，沼气的利用效率达到70%。图2-3-2为国产热电联供发电机组沼气利用效率图。图2-3-2 沼气利用效率图沼气发酵，不仅是一个生产沼气能源的过程，也是一个造肥的过程。在这个过程中，废弃物中95%以上的有害虫卵、病菌被灭除，而作物生长所需的氮、磷、钾等营养元素，基本上都保存下来。 因此，沼液是很好的有机肥料。沼液中存留了丰富的氨基酸、B族维生素和某些植物激素，可用于植物防病治虫。沼液输送（管道、车辆）至饲料地、果园、苗圃、农田等施肥用地，作为液态有机肥使用。沼渣养分含量较为全面，是优质有机肥料。厌氧发酵后的出水中含有大量的固体物质，经过沉淀排渣过送至堆肥晒场生产固态有机肥料。真正的做到“粪便资源化、污染减量化、治理生态化”，形成农业生态良性循环。4、结语 综合利用畜禽粪便发展农业循环经济，是推进畜禽标准化养殖发展现代畜牧业的需要，是治理畜禽养殖污染保护生态环境的需要，是改善肥料结构发展生态农业的需要，是开发新能源提高生活质量的需要。推广猪场热电肥联产配套模式，引导养殖场户发展标准化生产，综合利用畜禽粪便，可发展农业循环经济，实现畜牧业可持续健康发展。参考文献1周孟津，张榕林，蔺金印.沼气实用技术M.北京：化学工业出版社，2003.2袁振宏，吴创之，马隆龙，等.生物质能利用原理与技术M.北京：化学工业出版社，2004.3王建，余慧锅，叶振宇.规模化畜禽养殖场排泄物治理沼气工程注意要点J.新能源产业，2008，15:27-9.4INSTI