沼气工程新工艺新技术的发展 11-5

沼气工程新工艺新技术的开展2021－5西安——

吴兆流北京菲涅尔科技目录一、沼气的开展二、新工艺新技术的开展背景三、新工艺新技术的开展方向四、近年来新工艺新技术的开展4.1多级发酵4.2干式发酵4.3秸秆沼气化处理新工艺五、沼气工程工艺及设备的选择本卷须知5.1沼气工程工艺的选择本卷须知5.2沼气工程设备的选择本卷须知

六、局部新工艺新技术新产品的实施案例6.1温室型沼气工厂6.1.1工艺结构及结构简图6.1.2工艺的优点6.2干湿脱硫法6.2.1工艺流程图6.2.2高效脱硫塔的技术参数6.3中小型软性反响器〔集气罩、干式储气柜〕七、资料〔科技苑节目选〕回放关键词：

新工艺、新技术、新产品、一体化、标准化、工厂化、自动化、太阳能、产气率、自身耗能、多级发酵近年来，我国大中小型沼气工程得到迅猛开展，获得了很大的环境、能源及社会效益。沼气工程在有机化工厂、养殖场等企业改造升级中起到了实现循环经济中的纽带作用；在新农村建设和改善农村环境卫生中起到了关键作用。随着经济的迅猛开展，人们生活水平的提高，能源的紧张和价格飙升，我国沼气的开发利用成了当今的热门话题之一。成了一些排污类〔有机化工和养殖〕企业升级改造的关键环节，成了农村建设民生工程中的重中之重，成了开展循环经济的关键设施。

7月10日，胡锦涛总书记走进洛阳市孟津县平乐镇妯娌村李治安家里，点燃他家的沼气，在场的沼气从业者无比冲动。随后，胡锦涛总书记又走进村沼气技术效劳站，考察沼气效劳情况。总书记听了效劳人员开展沼气“全托〞效劳模式的介绍后，对沼气效劳站的效劳情况进行了详细询问：“你们几个人搞效劳？〞、“没有原料的农户怎么办？〞、“你们收入怎样？〞、“有设备吗？〞、“出料车是什么样子？〞等。这说明了总书记对沼气事业的高度重视。习近平近日在中办秘书局信息综合专报第33期上作出了重要批示：“张平、长赋同志：加快开展农村沼气事业，既符合开展绿色能源经济、建设资源节约型社会的要求，又有力推动了社会主义新农村建设。当前要积极采取有效措施，着力解决面临的困难和问题，不断提高农村沼气事业开展水平。在“十二五〞规划纲要中，可考虑把实施农村沼气工程作为农村能源产业开展的重要举措，继续抓实抓好〞。由此可见沼气工程建设的春天即将到来。

开展沼气工程是新农村建设的需要；是建设节约型社会的需要；是改造传统产业结构的需要；是建设循环经济的的需要；是生态环境建设的需要；是处理有机废弃物的需要；是开发替代能源的需要。一、沼气的开展

到2021年我国户用绍沼气累计4000万广户，占适宜建沼气农户的33、3％，受益农民1、55亿人；乡村绍沼气效劳网点8万个，县级效劳网点700个。大中小型沼气工程到达6、5万处，大中塑绍沼气工程4700处。全国年生产沼气160多亿立方米；约为全国使用天然气的13％。年可减排二氧化碳5000万吨。年生产绍沼渣沼液有机肥近4亿吨，可减少20％以上的化肥和农药的施用量，可改进土壤8000万亩。每年可为农户增收节支400亿元。每年办建池技工发放工资88亿元。目前，我国己形成了一个禽畜养殖－－沼气化粪污处理－－沼渣沼液还田－－农作物生产的农牧业生态循环的新模式。目前，我国己有从事沼气产业化〔设计、设备制造、工程施工、工程运行管理等〕近千家，从业人员约3万人，从事沼气事业及人数还在迅猛增加。近年来国家逐年增加农村沼气建设补助资金。分年度情况如下：2001年1亿元；2002年3亿元；2003年—2005年10亿元/年；2006年—2007年25亿元/年；2021年55亿元，其中30亿元是扩大内需追加数；2021年50亿元。十一五中央财政总投入为212亿元。同时，各省市还相继出台?农村能源建设管理条例?，落实国家鼓励支持农村沼气建设的方针政策，相继增加了对沼气建设的投入，2021年各省财政投入总计超过27.7亿元。政府补贴资金中沼气工程占了相当大的局部。农业部把秸秆沼气工程示范工程放到重要位置，2021年安排了十二个省开展了十六个秸秆沼气工程示范工程。二、新工艺新技术的开展背景我国是沼气开发利用较早的国家，大规模开发利用沼气已有三四十多年的历史。目前，我国大中小型沼气工程建设的已比较成熟，从事沼气工程设计、施工的企业也很多，工艺路线也各有特色。尤其在近两年来技术、产品也在不断完善和进步，工艺技术有了新的开展。尽管如此，近年来，沼气工程的推广和开展还是一直受到了投资大、收益低、建池难、管理难等诸多难题的困扰，少量已建的沼气工程处于停止或半停止工作使用状态，少数沼气工程建成后就未能启用。总结起来，导致目前沼气工程运行效果差的原因大致有以下不同程度的问题存在：一、设计不标准，功能有重大缺陷；二、设备制造和施工队伍不专业，造成关键设施质量不过关；三、关键替代设备不适应沼气工程的功能和性能需求，且寿命短；四、运行管理技术不标准，且培训不到位，造成使用者无法管好用好沼气；五、日常管理不到位，管理者没有按照沼气工程的特殊性及需求进行日常维护；六、受用户的认识和经费的限制，投资不到位，配套设施不完善；七、沼渣沼液利用缺乏技术标准和效劳队伍；八、发酵原料供给不稳定，发酵原料企业随着畜禽的存栏变化而变化；九、寒冷地区冬季不能使用或使用时自身耗能大；十、投资大、收益低，用户直接受益不明显；十一、用户存在单一为能源办沼气的误区，历来人们推广利用沼气只是单一的为获得能源而办沼气，没有对沼渣沼液这种高效优质有机肥有足够的了解和认识，实际上办沼气本身是为了解决环境污染这一大问题，其次是能源和肥料收益，如能将沼肥科学合理的利用好，其直接收益应为沼气〔能源〕本身的3～5倍；十二、工程质量难以保障。目前所建成的沼气工程，关键设备大多是现场施工或组装，从理论上和材质本身来说就并不适合沼气池集气局部对密封性的需求，而没有确保沼气腐蚀性需求，质量的好坏受施工环境和施工人员素质影响极大等。沼气通过几十年的推广开展，政府管理部门、行家及爱好者达成一致的经验就是：只有走产业化开展的途径，才能使沼气得到健康的开展。只有通过产业化，才会有专业人才、专业队伍，才能有生产企业和用户间的利益链条，才能有技术的飞速开展和进步；只有有了生产及效劳队伍，产品和工程质量才会有保障；只有实现商品化，用户才能获得良好效劳；只有通过产业化开展和商业化运作，才能解决现存的一系列问题，新工艺新材料新产品才会不断涌现。目前，沼气工程的产业化、商品化开展也存在着诸多问题：一、缺少一批精通业务、敬业向上的技术人才。历年来沼气的建设起点低、数量大、范围广，从业人员的技术参差不齐，管理者也只是一些非专业的跨行业人员。二、从现场施工到工厂化生产过渡艰难，对产品的用料材质、生产工艺、产品标准、操作工培训还需要有一段时间的过渡。三、一些新产品、新工艺、新材料、新技术还需经过大量的实践考证和用户的示范检验。四、缺少龙头企业的带动，从行业影响力、企业知名度、企业所建设的示范工程及产品质量、工艺技术等诸多方面都缺少龙头企业的带动和推进。五、沼气工程目前配套设备的生产商很少，关键配套设备的品质还有待提高。六、产品的性能及标准还缺少政府引导，目前，商品化产品还没有相关的国家及行业技术标准。七、现有从事生产和制造企业研发力量薄弱，在产品功能和寿命上还有很大差距。八、工程造价太高，且性能无法保证。九、关键设备体积大、重量重、运输难、安装难，且对安装技术人员要求专业技术性强，难以普及。十、缺乏专业技术效劳网点，用户无法享有及时的售后效劳。正因为上述问题的存在，开发新工艺、新技术和新产品迫在眉睫，非常必要。三、新工艺新技术的开展方向随着政府投入的加大，政策的促进，沼气建设推广应用的速度加快，工程结构、成套产品已不断更新；功能已不断完善，产品及工程质量已不断提高；投资大、收益低、建池难、管理难、寿命短等一系列问题已逐步得到解决；自身耗能大、寒冷地区冬季不能用、浮壳、沉渣等难题也已逐步克服；从业队伍在不断扩大，一个沼气行业正在形成，企业规模、人才队伍、研发能力、效劳水平正在提高；新产品、新工艺在示范中不断的被广阔用户所接受，工程性能、效率、寿命和适应性等多方面正在实践中检验。一批优秀的新工艺、新产品已得到推广部门和广阔用户的认可，在示范中受到了良好的经济和社会效益，为沼气的产业化开展奠定了根底。为更好解决上述存在的问题，解决方法的核心是要开发新工艺、新技术和新产品。那么开发什么样的新工艺、新技术和新产品呢？首先要适应市场、适合用户需求。开发新工艺、新技术和新产品应具备以下技术性能和用户要求：

技术性能：沼气工程的技术性能主要有“反响器可满足沼气密封性的要求、寒冷地区冬季在低耗能时可正常使用、所设计的工程使用寿命有可靠保障、容积产气(在满足条件下)率大于1m3/m3·d、自身耗能少、自动化程度高、设备性能匹配、工艺结构适应原料范围广〞组成。最终实现工艺合理、质量可靠、运行稳定、管理方便、收益明显的五大目标。用户要求：沼气工程的用户要求主要有“投资少、建池快、寿命长、产气好、好管理、好维护、耗能小、故障少〞组成。一处沼气工程的好与坏，最终给予评价的是用户满意。只有用户满意了这个工程才是一个真正好工程。

开展方向：开发沼气工程新工艺、新技术和新产品的开展方向，就是要满足上述的技术性能和用户要求。开发沼气工程新工艺、新技术和新产品就是要改进现在工艺、技术和产品的缺乏。开发沼气工程新工艺、新技术和新产品就是要让沼气工程建设质量更加可靠、使用更加平安、运行更加稳定、投资尽量减少、能耗尽量降低、管理尽量方便。四、近年来新工艺新技术的开展随着沼气工程建设推广的速度加快，近年来新工艺、新技术、新产品不断涌现。概括起来它包括两步发酵、多级发酵、干式发酵、动态发酵、混合发酵等新工艺；秸秆沼气化处理、垃圾沼气化处理、干湿脱硫法、沼渣沼液制肥、沼气净化灌装技术等新技术；柔性集气罩、干式储柜、沼气增压机、固液别离机、出渣泵、出渣车、湿式阻火器、湿式平安阀、智能控制柜、柔性反响器、搪瓷反响器、复合板反响器、仿生填料等等新产品。它们的出现加速推动了沼气工程的技术进步和沼气工程的质量提高，大大缩短了沼气工程建设工期，提高了沼气工程运行的可靠性。4.1.多级发酵多级发酵适应于能源环保模式的沼气工程选用，它经过多级厌氧消化后，可使沼液中的有机物成分大大下降，便于沼气的后期MBR净化处理，从而实现沼液的达标排放。

一级二级三级滤沉池MBR净化调节池沉渣回流生物净化光照瀑气达标排放粪污沼气

该工艺的优点：料液流动路线长，有机物降解率高，沼液含有机物成分少。缺点：投资大、工艺复杂。

多级发酵工艺流程如下：如果工程中污水量大，且要求达标排放，采用该工艺可大大降低沼液后处理的运行本钱。4.1.1.多级厌氧发酵工艺优点：

适应广。由于该工艺在一级厌氧池与二级厌氧池之间设有压料板，在出料口设有旋转出渣机，垃圾、秸秆、粪便等各类有机废弃物都可进行厌氧发酵处理，并可实现规模化处理。甲烷含量高。由于该工艺设有多级厌氧池及沼气再净化装置，可使厌氧发酵所产生的可燃气中的甲烷含量由现在的55%~65%提高到80%以上。能耗低。由于该工艺将进液料口设在所有装置的最高处，一个泵就可以给三级以上的厌氧池及好氧池供料。利用落差自流，可节约大量的电能；将好氧池设在二级厌氧池和三级厌氧池之间，利用好氧所排放的热能给上下池中的发酵原料加热，从而减少给厌氧发酵原料加热所需的能量。因此，到达低能耗的效果，运行中总节能可达60%以上。克服了浮壳沉渣现象。由于该工艺将大量的易浮易沉的物体放在一级厌氧池和二级厌氧池酸化降解，降解后的料液再泵入下一级厌氧池反响，这样大量的浮壳和沉渣就可从出料口被旋转出渣机排出，不形成浮壳沉渣现象。采用集气罩方法集气，密封性好。解决了现有沼气装置易漏气问题；另外装卸方便，便于维护。厌氧发酵过的料液可变成清水排放。多余的料液经好氧池好氧发酵进一步分解变成清水排放，可使排出的料液变成清水排放。如果工程中污水量大，且要求达标排放，采用该工艺可大大降低沼液后处理的运行本钱。图中：1、盖板一2、盖板二3、进污水口4、进料池5、排沙泵6、格栅7、一级厌氧池8、压料通花板9、二级厌氧池10、旋转出渣机11、出料口12、滤板13、循环泵14滤渣池15排泥阀16、分液阀17、连管18、三级厌氧池19、限流管20、溢流管21、溢流口22、透光防护棚23、集气罩24、水封池25、气水升流口26、甲烷升压管27、甲烷喷管28、一级人孔29二级人孔30、进液料口31、四级厌氧池32、甲烷连管33、出液管34、限流阀35、料液分流管36、进料液管37、气水管38、气水别离器39、风机40、喷气管41、好氧池42、排渣板43、甲烷气输出管44、布液管45、五级厌氧池46、连通池47、出液泵48、出水口。4.2.干式发酵干式发酵工艺是近年来开展起来的一种新工艺，它的特点是发酵原料干物质浓度高，一般干物质含量应大于20%。适应于大规模沼气化处理秸秆、牛粪、水葫芦等。干式发酵工艺的优点是：发酵原料干物质含量高，提高了池容产气率，一次性装料，中途无需进出料，适应大规模的秸秆处理，发酵过程中运行费用低。缺点是：不能连续生产沼气〔需要多个池子交替使用〕，大出料时平安性差、投资大。4.3.秸秆沼气化处理新工艺近年来秸秆沼气化处理技术有了新的开展，已建成的示范工程起到了带动作用，秸秆的沼气化处理将迎来新的开展时期，但技术仍需提高，工艺设备有待于优化和完善。下面介绍一种适应大规模沼气化处理的新工艺，该工艺特点是可持续运行，无需停产大出料、机械化自动化程度高、运行可靠、处理量大、运行耗能低、管理方便。排放太阳能〔发电余热〕或沼气锅炉沼渣〔制肥〕

秸秆粉碎

调节酸化

一级固体发酵

二级液体发酵

沼液池收气

热回收器

好氧池净化MBR制肥五、沼气工程工艺及设备的选择本卷须知5.1沼气工程工艺选择的本卷须知随着沼气工程建设推广的速度加快，近年来新工艺、新技术、新产品不断涌现。沼气工程工艺的选择要注意以下事项：1、根据原料不同选择发酵工艺2、根据当地环境选择发酵工艺3、根据当地气候选择发酵工艺4、根据使用目的选择发酵工艺5、根据沼气用途选择发酵工艺6、根据投资造价选择发酵工艺5.2沼气工程主要设备选择的要本卷须知

1、根据使用原料选择主要设备2、根据工程工艺选择主要设备3、根据工程档次选择主要设备4、根据工程性能选择主要设备5、根据沼气工程设计寿命选择主要设备6、根据工程投资造价选择主要设备六、局部新工艺新技术新产品的实施案例6.1.温室型沼气工厂温室型沼气工厂，工艺采用“FBBR厌氧发酵生产沼气，沼液用于浸泡鲜粪或用MBR系统处理后达标排放〞。温室型沼气工厂，就是利用太阳能给沼气的发酵原料进行加热增温，我国大局部寒冷地区根本上都是太阳能资源一、二类地区，太阳能辐照量都在0.7kW/m2以上，也就是说1000m3的沼气工程配套一个400㎡温室和300㎡太阳能集热器，700㎡太阳能年所产生总热能相当于160T标煤〔温室集热量为太阳能集热器的一半〕。以采光面积为500m2为例，太阳辐照量以0.7kW/m2计，相当于350kW功率，年平均每天日照均为7小时，全年以280天计，以转换率为70%计，每天可满足60吨粪污从5℃提高到近30℃。工艺路线是：

圈舍厌氧产气酸化加热调节池粪污沼气脱硫脱水发电渣液脱水渣液固体有机肥液体有机肥太阳能、沼气、发电余热生产及生活用能泵循环FBBR：F是柔性与砼结合、B是仿生、B是沼气、R是反响器。6.1.1工艺结构及结构简图考虑到减少投资和节约用地，该池设在BBR〔多余沼液后处理池〕上端，由于冬季发酵原料的初温较低，如直接进入调节酸化池，会影响调节酸化池的酸化效率。因此，粪污在预热池内先预热后再流入调节酸化池，预热的热量来源于日光、好氧发热、沼液余热。标注：1.日光温室2.滤渣池3.主池4.集气口5.集气储气罩6.破壳喷管7.输气管8.调节池9.进料口10.保温被11.水压式排气阀12.电动排气阀13.脱硫塔14.脱水塔15.压力探头16.太阳能集热器17.设备间18.增压机19.增压器20.阻火阀21.沼气锅炉22.控制柜23.热水循环泵24.加热管25.菌床26.回喷管27.回喷泵28.回液泵29.破壳泵30.好氧池31.充气管32.气泵33.固液别离池〔脱水池〕6.1.2工艺的优点发酵间与储气一体化，是将储气罩置于发酵间的顶部，集气、储气于一体，这样既节省储气柜的占地和造价，也减少了发酵间的造价〔顶部工程量〕，使整体工程节地省钱。反响器内部设置有仿生菌床〔填料〕和动态液料循环系统，可使物料始终处在动态状态发酵，可提高产气率。工厂化生产，将关键成套设备实现了标准化、规模化、系列化生产，降低了沼气工程的本钱，同时大大提高了施工速度，使关键设备的相互匹配有了保障，提高了工程质量和性能，确保了运行管理技术和售后效劳的可靠性。该工艺技术具有以下优点：

1〕提高了分解速度，利用人造仿生菌床消化器，人为增加生物菌的种群，加速消化分解。

2〕实现了厌氧段的恒温发酵，该工艺为降低自身能耗，粪污增温集太阳能、发电余热、好氧段的自身发热和沼液中的热回收于一体，使发酵料液提高到30℃左右，实现厌氧段中恒温发酵，确保厌氧段的高负荷和冬季的正常运行。

3〕实现了动态发酵，动态发酵可提高分解效率。料液在运动时可充分与生物菌接触，在同等条件下，可使好氧和厌氧效率提高20%以上。

4〕造价低，用地少，系统结构简单、紧凑，方便维护和使用。5〕自身多能互补，耗能少，运行费用低。利用太阳能和自身的余热可使系统耗能减少70%以上〔在同等温度条件时〕。加上余热利用，可实现厌氧发酵中的能源自给，不需再用常规能源。6〕解决了粪污发酵中浮壳、沉渣问题。7〕解决了进出料耗能大，设备维修频繁等问题。8〕主要部件实现了工厂化、标准化、规模化生产，克服了在现场施工中难以保证质量和工期长问题。9〕解决了高浓度禽畜粪便及秸秆连续发酵产气问题。10〕利用仿生装置结构，提高了中温的产气效率。

安徽六安九鼎集团沼气工程

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青海西宁张氏集团沼气工程

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新疆一团沼气工程北京通州华卫沼气工程6.2.干湿脱硫法干湿法脱硫系统是适应沼气净化的新工艺。脱硫采用干湿相结合，高效简单、管理方便、运行费用低，脱硫剂采购廉价，将脱硫脱水置于一体，造价低、寿命长、运行可靠。该湿式塔的内部设计独特。6.2.1工艺流程图

泵沼气湿式脱硫（一级）脱水原浆池

原液池

还原池

空压机清水池湿式脱硫（二级）增压燃烧干式脱硫（三级）6.2.2高效脱硫塔的技术参数1、处理沼气总量10-5000m3/h。2、整段脱硫效率〔全段〕≥98.5%〔当进口含硫量2000ppm，