玉米秸秆及养殖粪污资源化利用项目建议书

玉米秸秆及养殖粪污 资源化利用项目项目建议书*环境能源工程有限公司2019/4/1目 录第一章 总 论31.1 项目建设期31.2 项目建设目标31.3 建设内容与规模31.4 投资估算及资金筹措31.5 效益分析41.6 主要经济技术指标4第二章 项目建设必要性及可行性62.1 项目建设背景62.2项目建设必要性72.3 项目建设可行性8第三章 工程选址103.1 项目选址原则10第四章 秸秆资源化利用方案比选114.1 秸秆资源化利用技术114.2 秸秆资源化利用方案的确定13第五章 产品方案及市场分析145.1 产品方案145.2 市场分析15第六章 工艺技术设计方案186.1 技术方案选择原则186.2 厌氧工艺的选择186.3 工艺流程196.4 工艺参数196.5 工艺单元介绍21第七章 工程设计方案257.1 设计原则与建设目标257.2 土建工程267.3 设备清单一览表277.4 总图与运输29第八章 劳动定员与实施计划318.1 劳动定员318.2 项目实施计划32第九章 投资估算与资金筹措339.1 投资估算339.2 资金筹措33第十章 效益分析及风险评估3410.1 效益分析3410.2 风险评估35第十一章 结论与建议3711.1 结论3711.2 建议37第一章 总 论1.1 项目建设期1 年1.2 项目建设目标本项目采用“兼氧水解+CSTR 厌氧发酵+热电联产+有机肥”工艺模式对项目周边的玉米秸秆、养殖粪污进行集中收集处理并资源化利用。收集的玉米秸秆经兼氧水解后进入厌氧发酵系统，厌氧发酵生产的沼气经脱水和化学脱硫等净化工艺处理后全部用于沼气热电联产发电机组，发电上网，余热用于预处理单元及厌氧发酵单元增温、保温供热。经固液分离后的沼液全部回用，沼渣和养殖粪污用于生产固态有机肥。项目建成后，日处理玉米秸秆130 t、养殖粪污270t，日产沼气4.0万m，产生的沼气全部用于热电联产发电机组，日发电8.8kWh，日产固态有机肥160t。该项目的成功建设既开发生物质能源和有机肥，又减少秸秆焚烧带来的大气污染问题，解决畜禽养殖带来的农业面源污染问题，改善生态环境。1.3 建设内容与规模本项目年处理秸秆4.7万吨，年产沼气1,460.0万m3， 计划采用2台2.0 MW 燃气发电机组，总装机容量4.0MW，年发电量3,212.0万kWh，年有机肥产量6.0万吨。本项目占地约80亩。 主要建设内容如下表所示：表1.3-1 主要建设内容序 号建（构）筑物名称数 量总容积/面积单位用 途1秸秆储存料场1 座2,500.0m2秸秆储存2兼氧水解池4 座1,526.0m秸秆预处理3CSTR 厌氧发酵罐6 座42,580.0m厌氧发酵4落地储气柜1 座7,200.0m沼气储存5有机肥生产车间1 座7500.0m2有机肥生产1.4 投资估算及资金筹措投资估算：本项目总投资为28000万元，其中：建筑工程约 3500 万元，设备购置费约16000 万元，安装工程费 1500.00 万元，其他费用 4500 万元，项目预备费 2500 万元。1.5 效益分析（1） 经济效益：本项目年收入为 6566.6万元，年运行成本 2,137.3 万元，税前利润4,429.30万元，静态回收期为 6.3 年。（2）社会效益：该项目实施有利于促进农民就业增收，有利于农村生活环境的改善和美丽乡村建设，有利于促进农民生活水平的提升，有利于推动社会经济和谐发展，实现乡村生态文明建设。（3）生态效益：通过项目实施，可使区域内畜禽粪污综合利用率将达到90%以上，有效减少养殖粪污排放量，削减COD 排放量、氨氮排放量，减少农作物秸秆留存在农田导致的病虫害发生，有效控制农业面源污染，促进农田生态环境改善，保护优质的水资源和良好的生态环境。通过项目实施，每年将促进全县畜禽粪污转化成有机肥，减少化肥、农药的施用量，施用有机肥可有效提升土壤有机质含量，增加土壤养分含量，增强土壤微生物活力，改善土壤结构，提升耕地质量，促进农田永续利用。1.6 主要经济技术指标该项目主要经济技术指标详见下表。表1.6-1 主要技术经济指标序 号 名 称 单 位 数 量一 处理能力1玉米秸秆 万吨 4.72养殖粪污万吨 10.0二 产品种类与产量1电能 万kWh/年 3,212.002固态有机肥 万吨/年 6.0三 经济数据1总投资 万元 28000.002销售收入 万元/年 6566.603运行成本 万元/年 2,137.304税前利润 万元/年 4429.30四 其他技术经济指标1项目占地 亩 70.01.1建构筑物占地面积 亩 25.01.2站内道路及硬化 亩 13.01.3绿化面积 亩 9.02建筑系统 % 51.93绿化率 % 19.44项目运行时间 天 3305劳动定员 人 20第二章 项目建设必要性及可行性2.1 项目建设背景2.1.1社会经济情况2017年，菏泽市牡丹区实现地区生产总值（GDP）290.54亿元，增长9.4%，增幅全市第一，分别高于全省（7.4%）、全市（8.5%）2%，0.9%，人均生产总值及增长率居全市前列。地区生产总值中第一产业增加值27.93亿元，增长3.7%；第二产业增加值103.09亿元，增长8.2%；第三产业增加值159.52亿元，服务业总量全市最大，增长11.4%，服务业对GDP贡献率达到67%，拉动GDP增长6.1%。2017年，牡丹区粮食总产79.5万吨，实现“十四连丰”；经济作物面积达到55万亩，新增牡丹种植面积0.8万亩、林地面积1.5万亩；新发展农民专业合作社388个、家庭农场401户、标准化养殖示范场6个、高效节水农田2.2万亩；发放农机购置补贴3250万元，新增各类农机1234台（套）。农村产业融合发展示范园被评为国家级示范园。2.1.2县域自然条件1、区位条件牡丹区位于山东省西南部，地处黄河下游南岸，华北平原的东南边缘。北邻鄄城县，东接郓城县、巨野县，南与定陶区、曹县接壤，西与东明县相连，西北一隅濒临黄河，总面积1450平方千米。东北距省会济南市240千米。2、气候条件牡丹区地处中纬度地区，位于太行山与泰山、沂山之间的南北走向狭道之中，属温带季风型大陆性气候，主要特点夏热冬冷，四季分明。全年光照充足，热量丰富，雨热同季，适于农作物生长，但降雨时空分配不均，气温有偏暖走势，累年平均气温14.2。3、地形地貌牡丹区属黄河冲积平原，地势平坦，土层深厚，土壤肥沃。冲积厚度一般为2030米，地形西高东低，自北向南呈岗洼相间、东西向带状分布，海拔高度57.244米。4、交通条件牡丹区境内京九铁路与新亚欧大陆桥在市区十字交汇，日东、济广、德商等高速公路于此呈“米”字型分布，与济南、郑州、曲阜等机场均全程高速贯通，可快速通往全国各大城市和世界各地。2.2项目建设必要性2.2.1 污染治理和环境保护的需要1、水体污染养殖场的污水中含有大量的污染物质，主要污染指标有BOD、COD、SS、大肠杆菌、沙门氏菌、寄生虫卵、氮和磷等。据环保部门对大型养殖场排出粪水的检测结果，COD超标5070倍，BOD超标7080倍，SS超标1220倍。如果管理不善，这些高浓度畜禽有机污水排入江河湖泊中，将造成水质不断恶化，畜禽污水中的高浓度N、P是造成水体富营养化的重要原因；畜禽污水排入河流中，会使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡，对周边河流、湖泊等水体造成严重污染。畜禽粪便污染物不仅污染地表水，其有毒、有害成分还易渗入到地下水中，严重污染地下水。它可使地下水溶解氧含量减少，水质中有毒成分增多，严重时使水体发黑、变臭，失去使用价值。畜禽粪便一旦污染了地下水，极难治理恢复，将造成持久性的污染，因此需要将养殖场的粪污进行处理，并进行综合利用。2、空气污染养殖场产生大量恶臭气体，其中含有大量的氨、硫化物、甲烷等有毒有害成分，污染周围空气，严重影响了空气质量。国际上许多发达国家都对恶臭气体的排放有严格的规定，如日本在恶臭法中，确定了8种恶臭物质，其中有6种与畜牧业密切相关，随着规模化畜禽养殖业的发展，畜禽养殖场的恶臭危害饲养人员及周围居民身体健康，并且也影响畜禽的正常生长。3、农作物病虫害农作物秸秆焚烧不仅产生大量的烟、雾等有害气体污染环境，而且还会引起火灾。通常大多数农民将秸秆粉碎后直接还田，使得秸秆没有再生利用，不仅会成为病虫害的温床，更是一种对资源的浪费。近年来国家颁发了一系列针对秸秆的政策令，秸秆利用率较往年有所上升，但是同国外发达国家农作物秸秆利用率相比还有一定差异，人们都希望通过提高秸秆利用率来创造更高的利用价值。综上所述，从治理这些废弃物、保护环境的角度从发，应该对其进行综合治理，变废为宝，从根本上解决生态保护和环境治理的问题。2.2.2 响应国家产业政策、发展可再生能源和循环经济的需要近年来由于一次能源使用的环保问题日益突出，开发以生物能源为重点的可再生及环保替代能源受到世界各国的普遍重视。我国天然气缺口很大，其中人均生活用气只是韩国的1/5，尤其是农村燃气供应缺口更大。要实现2020年国民经济翻两番的目标，保障可靠的燃气供应是必备条件，因地制宜的利用当地生物质能资源生产各种可再生能源成为当务之急。沼气归类于绿色能源，把它作为优质的燃料，将得到高品位的燃气；同时沼气户用适用于大中小型沼气工程和规模化生产，必将发展形成前景广阔的新兴产业，产生良好的经济效益和社会效益。生产过程中产生的沼液、沼渣又是优质肥料，为生态农业的种植业所必需，因此，在强调可持续发展的大背景下，大力推广沼气工程建设是十分必要的。2016 年，国家能源局正式对外发布生物质能发展“十三五”规划，规划中表明：到2020 年，生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约 5,800 万吨标准煤。生物质发电总装机容量达到 1,500 万千瓦，年发电量900亿千瓦时，其中农林生物质直燃发电700万千瓦，城镇生活垃圾焚烧发电750万千瓦，沼气发电50万千瓦；生物天然气年利用量80亿立方米。2017 年3 月，国务院办公厅印发关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见，成为建国以来首个聚焦畜禽养殖环境问题的指导性文件。意见提出，坚持源头减量、过程控制、末端利用的治理路径，以畜牧大县和规模养殖场为重点，全面推进畜禽养殖废弃物资源化利用，加快构建种养结合、农牧循环的可持续发展新格局。意见的印发，为畜禽粪污资源化利用指明了方向。为贯彻落实国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见精神，国家发展和改革委员会、农业部制订了全国畜禽粪污资源化利用整县推进项目工作方案（2018-2020 年），提出20182020 年重点选择200个以上畜牧大县开展畜禽粪污处理和资源化利用设施建设。2.3 项目建设可行性2.3.1 项目具有良好的经济效益本项目的建设会给投资者带来可观的社会效益，为改善当地生态环境发挥积极的作用，这为项目成功建设和实施提供了坚实的基础。本项目具有较好的经济收益。项目建成后，所产生的沼渣沼液还可生产有机肥改善周边农田土壤肥力，在带动当地生态种植业发展得同时，还可帮助当地农民实现增收增产。2.3.2 项目具有先进成熟的技术条件和实施条件本项目采取以厌氧发酵为核心的处理工艺。该工艺采用畜禽粪污为原料的中温消化工艺，能够确保本工程的成功建设和稳定运行。项目建设单位经济力量雄厚，具有较强的企业影响力和后续沼气深加工生产能力，为项目实施奠定了很好的基础；项目主要产品有机肥可带动生态种植的发展，带来良好的经济效益；因此本项目具备成熟的技术条件和实施条件。2.3.3 项目具备有力的政府支持和政策保障本项目符合国家的关于环境保护、可再生能源、节能减排以及惠农利农等政策方向，项目实施后不仅可以带来巨大的经济、社会和环境效益，具备良好的示范作用，从根本上解决企业污染防治、农村固体废弃物污染等问题。2.3.4项目具有良好的产品消纳渠道本工程中，沼气发电具备政策支持，生产出的有机肥具有较好的市场销路，销售渠道畅通。2.3.5 项目具有良好的社会和环境效益项目建成后可缓解畜禽粪污等对本市发展的限制，改善周边种植园和农田土壤肥力，促进生态农业发展，带动无公害农产品生产，提高农产品附加值和农业收入，促进农民增收，促进周边区域的可持续发展，社会效益显著；项目的实施势必得到当地人民群众的拥护和社会各界的支持，在社会效益和环境效益方面是可行的。第三章 工程选址3.1 项目选址原则根据项目建设的要求，场址选择应满足以下条件：（1）在居民区全年主导风向的下风侧；（2）远离居民区，且应满足卫生防疫的要求；（3）靠近沼气发酵原料的产地，靠近输供电线路；（4）有方便的交通运输和供水、供电条件。第四章 秸秆资源化利用方案比选4.1 秸秆资源化利用技术秸秆资源化利用途径，按其利用方式的不同，可分为能源化利用、肥料化利用、饲料化利用和材料化利用四种。4.1.1 能源化利用由于生物质能是地球上仅次于煤炭、石油、天然气的第 4 大能源，在世界能源消费总量中占 14 %，而秸秆原料作为生物质的一个部分， 能源化利用就是利用它们本身蕴含的能量，其能源化利用可采用如下途径。（1） 秸秆制沼气秸秆产沼气是指利用沼气设备，以农作物秸秆为主要原料，在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下，经过微生物的厌氧发酵产生沼气。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷 5070 %，其余为二氧化碳和硫化氢等气体。 利用秸秆原料发酵产生沼气，可用于热电联产或提纯生物天然气等。沼液和沼渣还可以作为优质有机肥料，这种肥料效力长，对土壤改良的效果明显。近年来，我国对环境保护高度重视，鼓励利用新技术、新能源，以减轻温室效应和促进生态良性循环。“十九大报告”特别指出，“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”。在此背景下，沼气作为一种具有较高燃值的清洁燃料，具有良好的经济效益和环境效益。 2016 年 12 月，国家发布了生物质能发展“十三五”规划，提出到 2020年，生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质发电总装机容量达到 1,500 万千瓦，年发电量 900 亿千瓦时，其中沼气发电 50 万千瓦。发展沼气发电，是填补沼气供给缺口，有效促进能源结构调整的需要。（2） 秸秆气化利用生物质热能气化原理，由气化反应器将可燃烧物质经过干燥热解气化和还原等过程，变成可燃气体，最终输送到每个用户。固体废弃物经气化可产生高效清洁方便的可燃气，为农村供气、供热、供电。（3） 秸秆液化目前将能量密度较低的农业废弃物转化成密度高、品位高的液体燃料是合理利用生物质能的有效途径，也是 21 世纪最有发展潜力的技术之一。由生物质制成的液体燃料叫生物燃料。生物燃料主要包括生物酒精、生物甲醇、生物柴油和生物油。（4） 秸秆固化秸秆、稻壳、锯末、木屑等有机废弃物，用机械加压、加热等原理，将原来松散、无定型、低发热量的生物质原料压制成具有一定形状、密度较高（1.11.4 t/m） 的固体成型燃料（热值 14-20 MJ/kg），其功效相当于中质煤，但没有煤所固有的含硫量大、灰分高、污染环境等缺点。4.1.2 肥料化利用利用微生物在一定温度、湿度、 pH 值条件下，使畜禽粪便和秸秆等农业有机废弃物发生生物化学降解，形成一种类似腐殖质土壤的物质，可作肥料和改良土壤，这种方法称为肥料化。农业废弃物肥料化，主要包括生产堆肥、液体肥料、有机生物肥、有机复合肥。如秸秆和畜禽粪便都可以通过堆肥成为农业肥料。 农业废弃物的肥料化也包括秸秆直接还田，通过机械粉碎和翻压，使秸秆进人土壤中，在土壤微生物的作用下分解生成有机物，这样既可以为植物所用同时也能改良土壤。4.1.3 饲料化利用农业废弃物中用作饲料的主要是秸秆，其中包括秸秆、秧蔓、糠皮、落果等。目前，我国秸秆的饲用量约为 1.6 亿吨，相当于 55 亿亩天然草地的产草量，其相应的养殖量约为 4.67亿只羊单位，占我国草食畜养殖总量的 3/4 左右。秸秆大多可直接作为饲料直接应用，通过一定的科学处理，能够提高其经济效益。4.1.4 材料化利用利用秸秆等农业废弃物可生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等包装和建筑装饰复合材料。如以硅酸盐水泥为基体材料，玉米秆、麦秆等农业废弃物经表面处理剂处理后作为增强材料，再加人粉煤灰等填充料后可制成植物纤维水泥复合板，产品成本低，保温、隔音性能好；以石膏为基体材料，农业植物纤维性废弃物为增强材料，可生产出植物纤维增强石膏板，产品具有吸声、隔热、透气等特性，是一种较好的装饰材料。此外，将木糖、糠醛废渣晒干后加人适量黏结剂，经热压后制成新型复合板材，可用作房屋的隔板、装饰板材、家具板材等。若制成草板可用于各种临时性房屋建筑，经粉饰后还可直接用于加工各种家具、日用品等。目前我国利用稻、麦草、甘蔗渣等农作物秸秆为原料造纸，占新制纸浆总产量的80 %以上，使用秸秆的量约占农作物秸秆总量的 2.3 %。4.2 秸秆资源化利用方案的确定表 4.2-1 秸秆资源化利用技术对比比较项目 能源化 肥料化 饲料化 材料化技术安全性 好 较好 较好 较好技术先进性 先进 一般 一般 先进技术可靠性 好，有工程案例 较好 较好 较好能耗 高 一般 一般 高工程占地 较少 大 大 较大产品应用 广泛 一般 一般 一般在选择秸秆资源化利用技术时需要重点考虑以下几点 ：（1）技术先进、可靠、技术安全性好，符合国家产业政策和发展方向。（2）运行的持续性好，产品可平稳销售，可持续性处理秸秆原料，适合规模化生产，处理能力大。（3）选址比较容易，二次污染小，工厂环境质量高，工程投资适中。（4）国内外成功应用案例较多。通过认真分析上述各种因素，在现有秸秆资源化利用技术中， 能源化技术比较先进， 符合国家产业政策和发展方向，通过深入调研，在能源化技术中， 秸秆气、固、液化由于技术应用及产品销售等多种因素的限制，经济效益不明显，标准化不够完善，实际应用案例较少。而秸秆制沼气技术具有较为突出的优势。产品中的沼气作为一种优质的生物质能源和可再生能源替代了原有化石燃料，大大减少了温室气体排放。沼渣可通过深加工方式制成生物质有机肥，能平稳销售，可保证秸秆原料的长期持续性处理。秸秆制沼气技术目前在国内外成功应用案例较多，并且适合大规模连续性生产，二次环境污染较小，易于控制，选址比较容易，投资适中。并且秸秆制沼气技术体现了环保、循环经济等多种理念，能够实现环境、社会和经济效益的协调统一， 对环境和经济的可持续发展都具有重要的意义。综上所述，结合菏泽市牡丹区的原料特点及相关政策，选用秸秆制沼气技术作为本项目最终处理工艺。第五章 产品方案及市场分析5.1 产品方案5.1.1 沼气利用方案本项目利用玉米秸秆，以沼气工程为主线，利用产出物及附属产品生产多种具有经济效益的产品。利用同种中间产品将产生多种具有可替代性的产品方案，需对各方案进行技术和经济比选，以确定投资回报率最优的产品方案。沼气作为清洁可再生能源，其利用方式有四种：第一种沼气作为炊事燃料，供应村镇居民使用，即集中供气技术；第二种沼气作为燃料供应沼气锅炉，为工农业生产提供能源；第三种沼气经发电机组转换为电能输出；第四种是沼气提纯制天然气技术。表 5.1.1-1 沼气利用分配方案比较比较指标沼气供户沼气锅炉供热沼气发电并网沼气提纯能源利用程度低中高高销售收入中低高高余热利用无余热利用无余热利用易无余热利用运行管理要求低中高较高工程投资量中低高较高根据本项目规模结合以往国内项目经验，沼气发电及沼气提纯为主流利用方式。 目前沼气提纯补贴政策尚不明确，产品销量及价格不稳定，在东北冬季运行时，需要额外热源补充系统用热。沼气发电运行稳定，上网电价明确，发电机余热可满足工艺用热，不需要额外提供热源。综上所述，本项目沼气利用为沼气发电并网。5.1.2 沼渣利用方案本项目厌氧发酵后的消化液，经过固液分离产生的沼渣通过深加工制成固态有机肥，固态有机肥符合国家现行标准。固态有机肥的优势如下：（1）沼渣富含有机质、腐殖质、微量营养元素、多种氨基酸、酶类和有益微生物。质地疏松、保墒性能好、酸碱度适中，经过腐熟剂腐熟生产成肥料后，能起到很好的改良土壤的作用。（2）沼渣含有氮、磷、钾等元素，能满足作物生长的需要。（3）沼渣中仍含有较多的沼液，其固体物含量在 20 %以下，其中部分未分解的原料和新生的微生物菌体，施入农田会继续发酵，释放肥分。因此，沼渣在综合利用过程中，具有速效、迟效两种功能，可做基肥和追肥，既可减少化肥、农药的施用量，降低成本，又能有效地提高农作物的产量和品质。沼渣主要用于农作物生产或苗木生产的基肥，还可用于生产食用菌、养鱼、养蚯蚓等。5.1.3 产品方案汇总通过比选，确定本项目设计的最终产品为沼气发电并网、固态有机肥。项目利用牡丹区项目周边玉米秸秆等废弃物资源发酵生产沼气，脱硫后用于发电并网，发酵产生的沼渣用于生产固态有机肥。详细产品方案汇总如下：表 5.1.3-1 产品方案表序 号 产品名称 日产量 年产量 利用方式 备 注1电能 88,000.0 kW.h 3,212.0万kW.h 发电上网 装机容量：4.0 MW2固态有机肥 160.0 t/d 6.0 万 t/a 农田施肥 满足 NY525-2012 标准5.2 市场分析5.2.1 发电上网市场沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网在西欧一些国家占能源总量的 10 %左右。近年来，我国对环境保护高度重视，鼓励利用新技术、新能源，以减轻温室效应和促进生态良性循环。我国已向国际社会承诺 2020 年非化石能源消费比重达到 15 %，加快清洁能源的开发利用已经成为必然趋势。沼气作为一种具有较高燃值的清洁燃料，具有良好的经济效益和环境效益，得到国家政府的支持。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。我国沼气发电行业起步于 20 世纪 80 年代初期，有 30 年的历史，由于盈利模式不甚明朗的原因导致相关企业介入的初期无法实现规模盈利，行业发展较为缓慢。 2014 年以来，随着国家连续出台了多项沼气发电发展规划以及补贴政策，带动行业主体数量实现扩幅的同时，市场规模实现了快速的增长， 2014 年行业市场达到了近 12.3 亿元，增幅保持在 16 %左右。2017 年行业市场规模增长至 18.12 亿元，综合来看，沼气发电市场 2011-2017 年年均复合增长率为 14.9 %。近年来，国家不断出台政策，对沼气发电进行补贴、以及规划布局指引以来，行业市场得到了极大的改善。电力发展“十三五”规划支出，到 2020 年，生物质发电装机 1,500 万千瓦时左右。生物质能发展“十三五”规划，提出到 2020年，生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约5,800万吨标准煤。生物质发电总装机容量达到1,500万千瓦，年发电量 900 亿 kWh，其中沼气发电 50万千瓦。据可再生能源中长期发展规划预计，2020 年的沼气生产量为440亿立方米，如全用于发电，按每立方米沼气发电 2.2 kWh 计算，沼气发电量超过 960 亿kWh，沼气发电将会有很大的发展空间。5.2.2 有机肥市场近年来国家对农业的扶植和重视，使得农业的发展非常迅速，也带动了肥料产业的发展。为适应时代的需要，有机肥料应运而生，并且得到了国家政策的大力支持。养殖粪污中含有丰富的氮、磷、钾以及各种微量元素，还含有多种生物活性物质，是一种优质的有机肥料。经过好氧发酵和腐熟后的养殖粪污和沼渣，是一种优质的有机肥，能够作为农作物的基肥和追肥，有效改良土壤结构提升土壤肥力，减少化肥用量，减低生产成本，提高作物产量和品质，实现安全粮食和绿色蔬果的生产。由于其不含任何有害化学物质，并且在好氧发酵过程中绝大多数的有害生物被杀灭，所以，有机肥已成为绿色有机农业必不可少的生产资料。“十三五”以来，农业部一直坚持推动化肥农药减量，有机肥替代化肥工作，2017、2018两年各选择100个县开展有机肥替代化肥工作，并给予每个县1000万元的行动补助资金。从源头上促进农业供给成果的生产方式向绿色、生态、可持续发展转变，从而实现农业增效、农民增收、农村增绿。近年来，农业农村部会同有关部门，在支持有机肥生产、应用等方面开展了系列工作。（1） 出台优惠运价政策。有机肥作为农用物资在运力紧张期间优先保障。（2） 设立技术研发专项。开展新型缓控释肥与有机肥关键技术研究，支持有机肥研发。技术发展方向来看，未来有机肥技术还应该朝有机+无机方向发展。目前，我国有机肥主要仍以精制有机肥为主，有机无机复混肥与精制有机肥的产量尚有一些距离，有机无机复混肥的配合使用可调节供肥速度，生产廉价高效缓释肥，具有缓急相济、长短结合的特点，能实现肥料释放和作物吸收的动态平衡，调节大中微肥供给，实现营养成分的横向平衡，由此可见，未来有机与无机的结合将利于产业的发展。（3）加快技术推广应用。结合测土配方施肥、果菜茶有机肥替代化肥试点等项目的实施，集成推广一批“有机肥+配方肥” 、 “果沼畜”、 “有机肥+水肥一体化”等技术模式。随着我国肥料应实施以质量替代数量、以有机肥替代无机肥的发展战略，这势必给有机肥的发展带来巨大的想象空间和潜在市场，预计到 2023 年我国有机肥料行业需求规模将达到 2,273 亿元，到2030年有机肥行业市场规模达到5000亿元。（4） 出台税收优惠政策。 2008 年起，对生产销售和批发、零售有机肥料、有机-无机复混肥料和生物有机肥免征增值税。（5） 加强有机肥行业管理。先后制定颁布了有机肥 、 生物有机肥等农业行业标准。（6） 加强绩效考核。将“果菜茶有机肥替代化肥示范县有机肥施用比例”列入对省级人民政府的绩效考核。下一步，农业农村部将结合农业绿色发展，积极推动有机肥技术集成与推广应用，助力有机肥产业健康发展。5.2.3 市场分析初步结论从以上分析可以看出，项目主要产品市场前景广阔。第六章 工艺技术设计方案6.1 技术方案选择原则（1）以减量化、无害化、资源化、综合利用为原则。针对项目具体情况，制定适宜的技术方案和处理工艺流程。（2）应在不断总结生产实践经验和吸收科研成果的基础上，积极采用简单合理的新技术、新工艺、新材料、新设备，以提高自动化水平、降低劳动强度、降低投资和运行费用。（3）注重资源综合开发利用和生态平衡。利用现代科学技术，通过人工设计生态工程，协调发展与环境、资源利用与保护之间的关系，形成生态与经济两个良性循环。6.2 厌氧工艺的选择几种典型的厌氧工艺适用性能比较见下表。表 6.2-1 常用厌氧发酵技术的比较序 号 类 别 CSTR USR 多点进料厌氧消化1原料范围 所有类型有机原料 各类畜禽粪便 所有类型有机原料2原料 TS 浓度 612 % 35 % 512 %3应用区域 全国各地 中部、南部 全国各地4水力停留时间 1030 天 815 天 2060 天5单位能耗 较高 中等 低6单池容积 3008,000 m3 2002,000 m3 3005,000 m37操作难度 中等 中等 中等8产气率 0.51.5 0.41.2 0.51.59经济效益 较高 高 较高10沼液处理难度 中等 中等 无表 6.2-2 常用厌氧发酵反应器的比较反应器名称 优 点缺 点适用范围完全混合厌氧反应器（CSTR）设搅拌装置，反应器内物料和温度分布均匀，投资小、运行管理简单容积负荷率低，能耗较大适用于悬浮物固体含量很高的物料处理升流式固体床反应器（USR）处理效率高，不易堵塞，投资较省、运行管理简单，容积负荷率较高结构限制相对严格，单体体积较小适用于含固量很高的有机废水多点进料厌氧消化器不用考虑结壳问题，运行管理简单，容积负荷率较高，原料利用率高出料要求技术条件较高浓度较高的秸秆发酵原料从以上列表可知，各种类型的厌氧工艺各有其优缺点和使用范围，在一定的条件下选择适当的工艺型式是厌氧处理成功的关键所在。本工程以玉米秸秆为原料进行发酵，结合项目规模、运行稳定性、投资和运行费用等，本工程采用 CSTR 厌氧发酵工艺。6.3 工艺流程本项目利用沼气发电并网，沼渣制固态有机肥，沼液完全回流，工艺流程如下图所示。图 6.3-1 工艺流程图工艺流程说明：本工艺流程包括预处理单元、厌氧发酵单元、 出料及固液分离单元、 沼气净化储存单元、 沼气发电单元、 有机肥加工单元、加热单元等，简要说明如下：秸秆经破碎后由皮带输送机输送进入沼气站的水解池中与回流沼液混合后通过泵输送至厌氧发酵系统，物料在发酵罐中进行厌氧发酵，厌氧发酵产生的沼气全部用于沼气发电，厌氧发酵出料经过固液分离后，沼渣与养殖粪污调配后用于生产固态有机肥，沼液全部回流。6.4 工艺参数6.4.1物料平衡工艺流程物料平衡如下表所示。按照工艺设计，进料包括：玉米秸秆 130.0 t/d，回流沼液1,160.0 t/d，工艺水113.0 t/d，物料总输入量为1,403.0 t/d。发酵经固液分离后，产生沼渣 190.0 t/d，沼液完全回流。本项目沼气设计产量为40,000.0 m3/d。表 6.4-1 物料平衡表参 数 水稻秸秆 回流沼液 工艺水 合 计一 输入输入量（t/d） 1301,160.001131,403.00含固率 TS（%） 855.1013.5VS 比率（%） 80600-VS 产气率（m/tVS） 420900358.7水解池设计浓度 TS（%） 12.1输出至厌氧发酵系统 TS（%） 10.9二 输出干沼气产量（m/d） 37,128.002,878.20040,006.20CH4含量（%） 56560-沼渣含固率（%） 25沼渣量（t/d） 190沼液含固率（%) 5.1沼液量（t/d） 1,160.00回流沼液量（t/d） 1,160.006.4.2各单元工艺参数本项目物料总停留时间约30.0 d，其中，物料在兼氧水解池的停留时间为1.0 d，厌氧发酵罐的停留时间为29.0 d。厌氧发酵罐的容积负荷为2.7 kgVS/（m3d）， 本项目容积产气率为1.0 m3/（m3d），详见下表。表 6.4-2 各单元工艺参数表项目数值单位一、水解池（4 座）有效总容积 1,398.90m停留时间 1d物料浓度 12.1%加热温度 35-38 二、发酵罐（4 座）有效总容积 40,919.10m停留时间 29dpH 7.0-7.5加热温度 42-44 容积产气率 1m/（md）有机负荷 2.7kgVS/（md）三、出料池有效容积 450m停留时间0.3d物料浓度 7.9%四、暂存池有效容积 450m停留时间 0.4d物料浓度 5.1%6.4.3沼气发电量计算本项目沼气产量 40,000.0 m3/d， 采用进口发电机， 装机容量 4.0 MW，年发电量 3,212.0万 kWh，详见下表。表 6.4-3 沼气发电量计算表沼气产量（m/d） 发电系数（kWh/ m）日发电量（kWh/d）年发电量（104kWh/a）装机容量（MWh） 备 注40,000.002.288,000.003,212.004进口发电机（4） 余热利用计算本项目沼气发电后产生余热，余热总量为8,350.0万kcal/d，供物料增温使用。表 6.4-4 沼气发电余热计算表甲烷热值（MJ/m3）甲烷含量（%）沼气热值(MJ/m3)沼气量(m3/d)总热量（万 kcal/d）发电机热效率热能（万 kcal/d）35.915620.140,000.0019,152.0043.60%8,350.00（5）系统所需能量计算表 6.4-5 系统需热计算表项 目 最不利温度（-12.5） 年平均温度（14.2） 单 位物料量 243243t/d来料温度 014.2发酵系统目标温度 4242物料增温需热量 1,020.60671.3万 kcal/d系统保温需热量 328145万 kcal/d总需热量 1,348.60816.30万 kcal/d本项目物料增温主要为秸秆和工艺水，物料总量为243.0 t/d，最不利温度下，系统所需热量为1,348.6万kcal/d，年平均温度下，系统所需热量为1,116.2万cal/d。 沼气发电余热完全可以满足系统需要。6.5 工艺单元介绍6.5.1 预处理单元发酵原料为玉米秸秆。玉米秸秆纤维素含量较高，需进行水解预处理。秸秆存储于秸秆存储区，秸秆粉碎至粒径约 1 cm 后，经过进料箱进入兼氧水解池。本项目设置4座水解池，池内设置加热、曝气和德国专属秸秆水解搅拌系统，对秸秆进行水解，为厌氧发酵做准备。按照常规厌氧发酵工艺，秸秆直接进入厌氧发酵系统，所需发酵时间在50-70 d，为了使各种物料保证最佳的发酵时间，秸秆预处理阶段采用专门针对木质纤维素原料的一种新型微生物预处理技术。该技术已经在欧洲几十个项目上得到了应用推广。兼氧纤维素水解技术 SAHP（Semi-aerobic hydrolysis process）为一种兼氧水解工艺，专门针对纤维素含量较高的发酵原料，比如青储玉米秸秆、干秸秆、麦秸、稻草等。在水解池中通过加入一定量的空气，在一定工况条件下培养水解微生物菌群，之后在水解和发酵微生物的共同作用下首先将大分子的固态发酵原料逐渐降解为小分子的溶解性物料，实现物料中结构性物料逐渐消失液化，然后再进入厌氧发酵罐被后续的产甲烷菌利用产生沼气。6.5.2 厌氧发酵单元CSTR 反应器带有机械搅拌，其特点是处理量大、便于管理、容易启动，适宜农业有机废弃物的厌氧处理，具有其他反应器所无法比拟的优点，现在欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。同时考虑到项目规模、运行稳定性、投资和运行费用等并结合我公司的运行经验，本工程采用 CSTR 发酵工艺。预处理单元的物料分别定时定量通过进料泵进入 CSTR 反应器，发酵罐出料输送至出料池提升后进行固液分离。本项目设置6座厌氧发酵罐，池内设置加热、搅拌系统， 物料在发酵罐内通过一系列的厌氧微生物降解作用后产生沼气。发酵罐每座发酵罐配置1台德国进口立轴搅拌器及1台德国进口顶部破渣搅拌器，用于充分混合反应器中的物料和微生物。6.5.3 出料及固液分离单元发酵罐内的物料经出料泵输送至螺旋挤压固液分离系统进行固液分离，分离后的沼液经暂存后全部回流，固液分离后的沼渣用于生产固态有机肥。6.5.4 沼气净化储存单元本项目采用玉米秸秆为原料进行厌氧发酵，根据原料产沼气量进行核算，产生沼气的硫化氢浓度约为500.0 ppm，若原料不经脱硫处理，直接进入后续利用系统会对后续设备造成严重的腐蚀，因此，需对沼气进行脱硫，降低沼气中硫化氢含量。根据项目产气规模及后续沼气用途，综合考虑建设投资及运行成本，采用化学脱硫法对沼气进行净化，处理流量1,700.0m/h，脱硫后的硫化氢浓度小于100 ppm。净化后的沼气进入干式落地储气柜存储，设置为7,200 m储气柜一座，存储容积占总产气量18%，满足大中型沼气工程技术规范 GB/T51063-2014 要求。6.5.5 沼气发电单元落地储气柜的沼气冷凝脱水后，经防爆罗茨风机压缩后进入到发电机。沼气由气源输出后，经净化处理，由稳压罐、阻火器、气水分离器、电磁阀、调压阀进入电控混合器；计算机监控系统根据燃烧室内压力、温度等参数的变化向电控混合器发出指令，自动调节沼气与空气的混合比，得到合适空燃比的混合气；再经增压器、中冷器、进气管进入燃烧室。在燃烧室内燃烧后将沼气的化学能转化为机械能，燃烧后的废气经排气管排出，排出的热烟气进入余热锅炉换热，最后从余热锅炉排出后经过消声器消声后排入大气。余热用于厌氧发酵物料增温。6.5.6 有机肥加工单元固液分离后的沼渣中仍然含有许多农作物所需的营养物质，并且含水率较低有很好的堆肥条件。此项目设计采用膜法好氧堆肥技术进行有效利用。好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程，将要堆腐的有机料与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化。固态有机肥生产主要是将含水分低于60%的有机固体废弃物与辅料（植物秸秆等）、微生物发酵菌剂等混合均匀，通过膜法好氧连续发酵使其充分腐熟、灭菌、除臭、去水。腐熟后的物料水分含量一般在3035范围内，本项目年产固态有机肥约为6.0 万吨。6.5.7 加热单元预处理和发酵过程所消耗热量由沼气发电机余热锅炉提供，锅炉房内设置油气两用热水锅炉作为热源备用。锅炉房内设置一套热分配系统，用于向预处理池和发酵罐提供热源。 预处理池和发酵罐内均设计环形加热盘管，加热盘管分组设置，根据实际运行需热量，控制盘管使用数量，保证罐内发酵温度稳定在合理范围内。厌氧发酵过程需要热量，保证发酵温度。加热系统主要是对发电机余热锅炉产生的热量进行利用，每个用热点单独设置循环支路，根据温度控制自动开启和关闭。在供热端和需热端各设一套热水分配器，将热水（供回水温度为80/60 ）从供热端引至热水分配器，分别向预处理池以及发酵罐提供热源。本项目设置一台 2.1 MW 油气两用锅炉，作为项目调试启动时使用， 项目启动为分批次启动。第七章 工程设计方案7.1 设计原则与建设目标7.1.1 设计原则项目设计应遵循以下原则：（1） 应在保证“经济、适用、合理” 的前提下，兼顾“美观” 原则。（2） 建筑设计应尽量做到标准化、定型化和系列化。（3） 应注意因地制宜，就地取材，积极采用新技术和新材料。所选用的材料应是经过同类型装置考验过的、能满足设计要求的，且经济、环保。（4） 根据生产特点，应按国家规范， 满足防火、防爆、防腐蚀、防污染、防噪声等的要求。（5） 结构设计应认真贯彻执行国家的建筑法规，满足合同的要求，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。（6） 结构设计应从项目实际出发，合理选用材料、结构方案，优化结构布置并采取合理的构造措施，以满足生产、使用和检修的要求。（7） 结构设计应保证结构具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并应注意验算结构构件在制作、运输、安装等施工阶段的强度和刚度，从而保证建筑物或构筑物在建造和使用过程中的安全。对于易燃、易爆、有腐蚀、有振动的厂房，应注意其特殊要求。（8） 在保证安全适用的原则下，力求经济，不但要注意节省项目造价，而且还要注意节省项目建成后的维护费用。（9） 应充分考虑施工技术和材料供应的实际情况，使拟定的设计方案切合实际。（10）主要装置优先采用整体现浇钢筋混凝土结构和钢结构，次要构件优先采用定型的、标准化的结构构件，以减少制作、安装工作量。（11） 本项目土建设计均严格执行国家颁发的现行设计规范、规定和法定计量单位、部颁标准及现行的地方有关规定、规程。（12） 本项目土建设计标准图集以国家建委颁发的现行标准图集为主，部分采用地方标准图集