山东省德州市秸秆沼气集中供气示范工程运行模式与管理经验.pdf

67 特别关注Special Reports 特别关注Special Reports 山东省德州市秸秆沼气集中供气示范工程 运行模式与管理经验 李秀金 北京化工大学 一 项目简介 在农业部的支持下 利用北京化工大学研发的秸秆沼 气技术 在山东省德州市德城区黄河涯镇前仓村建成了秸 秆沼气集中供气示范工程 图1 该项目于2008年7月开始建设 2009年年初建成投 产 总容积720立方米 年产沼气约11万立方米 可为305 户村民提供清洁生活用能 采用全混合 自载体生物膜 发酵技术和带温室增温的半地下卧式反应器 序批式进 料 利用地温 温室和沼气多能互补的加热保温方式 可 实现全年稳定产气和供气 图1 山东德州秸秆沼气工程 图2 全国秸秆沼气现场会 二 工程技术 北京化工大学是国内外最早开展秸秆沼气技术研究的 单位 早在1997年就已开展了以纯秸秆为原料 通过厌氧 消化生产沼气技术的研究 并在农业部的支持下 在山东 泰安建成了我国第一个秸秆沼气集中供气示范工程 是我 国秸秆沼气技术研究和推广的发起者和推动者 2009年3 月 由农业部组织的全国秸秆能源化现场会在我们建成的 山东德州示范点举行 图2 来着全国31个省市区的代表 参观了工程现场 此外 我们的研究在国外也产生了一定 的影响 美国的 科学日报 Science Daily 和 科学 快报 Live Science 对我们的研究作了专门的报道 经 过十多年的基础研究 中试试验和工程示范 在秸秆预处 理技术 秸秆厌氧消化基础理论 工艺技术和反应器研制 等方面取得了多项发明专利 具有我国自主知识产权 并 已得到了实际推广应用 1 工艺路线 秸秆厌氧消化生产沼气与集中供气工艺路线如图3所 示 整个工艺包括如下6个部分 1 固态化学预处理 秸秆首先经搓揉机进行搓揉 搓揉后的秸秆在预处理间进行专用预处理剂处理 把一定 量的专用处理剂融合在水里 然后通过喷洒系统均匀喷洒 到搓揉好的秸秆中 在常温下自然放置 让预处理剂能够 充分地与秸秆进行作用 3天后即可使用 2 厌氧发酵生产沼气 预处理好的秸秆被送入半 地下卧式厌氧发酵池进行厌氧发酵 采用全混合 自载体 生物膜 厌氧发酵技术 秸秆既是微生物生命活动的 食 料 同时 也是微生物依附生存的 载体 针对秸秆 容易吸收膨胀 容易产生 飘浮 和 分层 现象 厌氧 菌与物料接触不充分 营养传送和传热传质效果差的问 题 采用 卧式 反应器型式和斜搅拌与侧搅拌组合搅拌 方式 强化物料的混合 3 沼气净化和管网输配 产生的沼气先经过脱水 脱硫净化处理 然后被加压和储存在储气罐中 储气罐中 储存的沼气经调压后 通过地下输送管网被输入至用户家 中 在输送管网各处设有凝水器 调压器和检测井等 4 加热保温系统 采用太阳能温室 地温和沼气加 热相结合的多能互补方式 对发酵池进行加热和保温 在 春 秋季和夏季 利用太阳能加温 利用地温保温 在冬 季温度低时 使用部分沼气通过锅炉加热热水 对发酵料 67 新能源产业 特别关注Special Reports 特别关注Special Reports 进行加热 5 沼渣沼液利用 系统产出的沼液70 作为预处理 调节用水回用 沼渣和剩余部分沼液作为有机肥料 用于 附近鑫秋种业公司蔬菜生产基地的温室蔬菜用肥 实现了 沼渣沼液的完全生态循环利用 6 监控和数据采集系统 系统设有沼气泄露自动 报警 超压自动放气等安全自控装置 可以有效保证系统 的生产安全 主要运行和性能参数如沼气产量 压力 温 度 光照强度等实现了数据自动采集和计算机实时显示和 记录 可以实时了解实际生产状况 2 技术特点 1 简单 高效 环保的预处理技术 秸秆中的木质纤维素含量较高 不容易被厌氧菌消 化 导致秸秆产气率低 这是不能用纯秸秆规模化生产沼 气的主要原因 解决方法之一就是在秸秆进入发酵罐前 对秸秆进行预处理 把不易消化的秸秆预先转化成容易被 厌氧菌消化的 食料 经过多年的研究 发明了一种秸 秆专用预处理剂 通过这种预处理剂的处理 可以有效破 坏秸秆中木质素和纤维素 半纤维素之间的联系 部分破 坏纤维素和半纤维素的化学结构 有效提高秸秆的生物降 解性能 并使更多的碳水化合物从木质素的包裹中释放出 来 可使秸秆的产气率提高50 120 并且 预处理过 程非常简单 时间很短 只需3天时间 也不产生任何污 染 该技术是一项重大突破 它解决了纯秸秆难以被厌氧 菌消化利用 无法用于规模化沼气生产的难题 是一项重 要的技术创新 该技术已获国家发明专利授权 2 全混合 自载体生物膜 发酵技术 利用搓揉后的秸秆呈固态丝状 以其自身为依附生存 的 载体 厌氧消化菌附着在其表面上生长形成 生物 膜 同时对秸秆进行消化利用 秸秆既是微生物依附生 存的 载体 也是微生物生命活动的 食料 这种双 重功能使得微生物与物料能够充分接触 有效提高微生物 与物料之间的传质效果 促进厌氧消化效率的提高 3 多能互补的加热保温技术 采用太阳能温室 地温和沼气加热相结合的多能互补 方式 对发酵池进行加热和保温 首先 发酵池是半地下 式布置方式 可以利用部分地温 其次 发酵池放置在温 室内 可以吸收和利用部分太阳能对物料进行加温 在冬 季温度低时 再补充使用部分沼气 通过沼气锅炉加热热 水 热水循环到发酵池内对发酵料进行加热 这种多能互 补方式可以有效地利用多种自然能量 减少自身加热用 能 明显提高系统的能效比 在阳光充足的地区 可无需 额外增加热量 在夏季实现高温发酵 在春 秋实现中温 发酵 在冬季仍需加热 但加热能耗大大减少 沼液回用技术 沼气生产一个很重要的问题是沼渣沼液的处理和利用 问题 对沼液的回用技术进行了研究 研究了沼液回流 比 回流沼液中氨氮 碱度和pH值等可能导致的对厌氧发 酵抑制等问题 发现通过科学调配 可以实现70 以上沼 液的回用 回用沼液作为秸秆原料的调节用水 既减少了 用水量 又可有效解决沼液利用困难 而外排量又可能导 致二次污染等问题 图3 秸秆厌氧消化生产沼气工艺路线 89 特别关注Special Reports 特别关注Special Reports 3 创新点 1 发明了一种高效 快速和环保的秸秆专用预处理 剂 可显著提高秸秆的产气率 50 120 且处理过程 简单 时间短 不产生任何污染 2 发明了完全混合式 自载体生物膜 厌氧发酵技 术 可使微生物与发酵秸秆充分接触 有效提高微生物与 物料之间的传质效率 显著提高厌氧消化效率 3 提出了太阳能 地温和沼气加热相结合的 多能 互补 增温保温技术 可有效利用多种自然能量 减少自 身加热用能 显著提高了系统的能效比和系统的能量生产 效率 4 开发出了沼液回用技术 可以实现70 以上沼液 的回用 既减少了进料的调节用水量 又可有效解决沼液 利用困难 而外排量又可能导致二次污染等问题 4 应用和成果情况 由北京化工大学开发的 秸秆高效厌氧发酵生产沼气 技术 获得了国家 十一五 科技支撑计划 科技部农业 科技成果转化项目和农业部项目的支持 已在山东泰安 北京顺义 山东德州 黑龙江省佳木斯及广西临桂等地建 成了5个秸秆生物气集中供气工程 并正在河南洛阳建设 1个目前世界上最大的以秸秆为原料生产车用 生物天然 气 的工程 总发酵容积3万立方米 图4 9 图4 山东泰安秸秆沼气工程 图5 北京顺义秸秆沼气示范工程 图6 山东德州秸秆沼气示范工程 图7 佳木斯青龙山农场秸秆沼气示范工程 图8 广西临桂秸秆沼气工程 图9 河南洛阳秸秆沼气车用燃料项目 89 新能源产业 特别关注Special Reports 特别关注Special Reports 三 建设内容及投资成本 沼气工程投资成本包括站内投资和站外投资 站内投 资包括土建 太阳能温室 厌氧发酵罐及附属配件 配套 设备等 站外投资包括供气管网及土方 灶具等 项目总投资280万元 其中国家农业部支持60万 山 东省德城区政府支持220万 其中 沼气站内总投资165万 元 沼气站外投资115万 1 土建工程 包括办公用房 围墙 道路 预处理 池和沼渣沼液暂存池等附属构筑物 33万 2 太阳能温室 20万 3 厌氧发酵罐 51万 4 配套和附属设备 61万 5 供气管网及土方 83万 6 灶具等 12万 7 其他费用 设计和调试 20万 四 后期运行管理模式 1 人员配备 德州秸秆沼气站建成后 交由村委会管理 气站配备 了2名操作工和1名管理人员 2 日常管理 操作工负责秸秆的收购 物料粉碎 进出料 安全检 查和日常维护等工作 管理员负责气站的运行管理工作和 协调与村委会的工作 五 运行成本与效益 1 运行成本 按照设计能力生产 年运行成本为14 6万元 包括秸秆 表1 经济效益计算表 名称数量单位单价 元合计 元 年 运 行 成 本 秸秆365吨20073000 预处理剂6 57吨280018396 营养补充剂3 38吨18006084 脱硫剂1吨18001800 电费16608度0 58304 水费5615 385吨2 514038 5 人工费3个960028800 维修费10000 小计146022 5 年 收 入 沼气109500立方米1 5164250 沼肥4563 25吨5022812 5 小计187062 5 年收益41040 收运成本 预处理成本 营养补充剂 脱硫剂 水电费 人工费 设备维修费等 详见表1 2 经济效益 按照设计能力生产 年运行成本为14 6万元 销售沼 气和沼肥年收入18 7万元 年可获利约4 1万元 3 社会效益 利用秸秆为原料生产沼气 为秸秆的处理和资源化利 用开辟了新的途径 可以有效减少秸秆焚烧带来的大气污 染问题 解决农村秸秆乱堆乱放现象 同时 还可以生产 生物能源 为村民提供高品位的清洁能源 显著改善村民 的生活质量 提高生活水平 是社会主义新农村建设的重 要内容 4 生态效益 秸秆沼气作为燃料使用 可以减少化石能源的消耗 有利于减少碳排放 缓解温室效应 沼渣沼液又是很好的有 机肥料和土壤改良剂 可以替代部分化肥的使用 减少氮和 磷的排放和环境污染 提高土壤中有机质含量和改善土壤性 质 为生态农业发展服务 从而促进农业的可持续发展 六 改进措施与建议 1 采取有力措施 降低原料价格 秸秆沼气生产成 本主要取决于秸秆的收购价格 秸秆的收购价格不能高于 每吨200元 否则 生产成本就会增加 沼气价格就会上 升 农民可承受的沼气价格最多不能超过1 5元 立方米 比 较有效的方法是通过村委会与村民签订价格保障协议 或 采取以秸秆换气的方式 2 加强工程监理 保证建设质量 除了设计和施工单 转第13页 新能源产业 13 产业论坛Industry Forum产业论坛Industry Forum 位有资质外 工程监理非常重要 在项目预算时要有足够 数量的监理费用 保证监理到位 保障工程的施工质量 3 提高人员素质 实行物业化管理 建好后的气站能 否持续稳定运行 很多程度上取决于管理模式和管理者的 素质 目前 委托村委会管理问题较多 主要是很难找到 有知识 有文化的管理和操作人员 委托专业公司管理比 较好 因为 专业公司可以组织专门的技术人员 提供人 员培训和专业技术支持 但是 由于目前气站都不赚钱 没有公司会愿意接手沼气站的运行管理工作 如果能够从 原料价格保障 适当的政策优惠等方面给予支持 使得管 理气站有利可图 则会有公司愿意从事该项工作 4 大力推进规模化联村供气 相对于粪便沼气 由于 要增加粉碎 预处理和发酵容积等 秸秆沼气工程的建设 成本 运行成本还比较高 但秸秆原料来源不受限制 因 此 可以扩大单个气站的建设规模 并实行联村供气 以 降低单位建设和运行初步 同时 规模化后 也便于实现 专业化物业管理 甚至有可能吸引民间资本投资 把秸秆 沼气工程推向社会和市场 接第9页 烧 沼气 燃料乙醇 生物质材料等方面的关键技术研究 和装备开发方面取得突破性进展 创新一批具有自主知识 产权的技术和产品 推广一批先进的生物质工程技术 建 成一批生物质产业化示范工程 开展我国农业生物质资源 现状调查 初步查清我国生物质资源的拥有量和分布情 况 建立生物质资源数据库 促进我国农业生物质产业的 形成与发展 全面推进生物质工程科技创新 在生物质能源转化和 材料利用等方面达到国际先进水平 部分技术达到国际领 先水平 增强我国农业生物质产业的国际竞争力 提高生 物质能和产品在能源消费中的比重 通过生物质利用解决 农村生活燃料短缺问题 基本实现农业废弃物的资源化利 用 促进我国生态环境保护和社会经济的可持续发展 以科学发展观为统领 以国家目标和市场需求为导 向 针对我国生物质产业发展的关键环节 选择秸秆综合 利用 农业有机废弃物资源化和能源作物开发为切入点 通过技术研究 集成和重点突破 创新生物质工程技术 加快生物质科研成果转化 促进生物质产业化进程 为建 设社会主义新农村 为提高国家能源保障能力 为全面实 现资源节约型和环境友好型社会建设目标提供重要的