太阳能沼气技术.doc

太阳能沼气技术作者：北京清大华美环保节能技术研究院沼气是一种可再生的清洁能源，由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气是有机物在隔绝空气和一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，经过沼气细菌的作用产生的一种可燃气体。沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷、其余为二氧化碳、氧气、氮气和硫化氢，其中甲烷含量约为55%-70%，二氧化碳含量约为30%-45%。甲烷的热值为35.9MJ/m3，沼气低热值20-25MJ/m3,与空气混合燃烧时，呈蓝色火焰，温度高达1400，能够产生大量的热量，每立方米沼气的热值相当于5500大卡原煤3.3公斤。乡村户用沼气池每年每户产气量按450m3计算，一年可节约5500大卡原煤为1.5吨，我国现有2.52亿农户，按30%普及率计算，每年可替代5500大卡原煤1.125亿吨。英国建立的甲烷自动化工厂，可以替代英国25的煤气消耗量；美国目前已拥有24处甲烷生产工厂，其中美国一牧场兴建了一座主体宽30米、长213米的工厂，每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。全国农业生态环境与可再生能源建设工作会议上农业部副部长张宝文提出：根据2003-2010年全国农村沼气建设规划，积极推广以农户为单元、以户用沼气池为纽带的各类能源生态模式，推进生态家园建设，达到家居温暖清洁化、庭院（园）经济高效化和农业生产无害化的目标。农业部20032010年全国农村沼气建设规划提出：2002年底全国沼气池总量1100万户，计划到2010年，全国沼气池总量达5000万户以上，全国20%的农户可使用沼气；20032010年总投资610亿元，中央投资449亿元。中央对投资者的补助标准为：西北、东北地区每户1200元，西南地区每户1000元，其他地区每户800元。从2005年开始，沼气普及工程从中央政策层面开始加速落实到各省、市的执行阶段，是国家为解决中西部落后地区脱贫致富、改善生态环境所采取的重要举措。针对沼气建设，各省市出台了一系列配套制度来保证沼气项目的顺利进行。以河南省为例：2004年河南省明确提出把沼气项目建设作为农村工作重点之一，共有30个县（市），306个村，41110户承担了农村沼气项目，项目批复计划总投资10405万元，其中中央国债资金3288.8万元。农村沼气建设受到党中央、国务院和各级政府的高度重视。中国的户用沼气利用技术在世界上一直处于领先水平。从国内看，传统沼气装置主要使用混凝土浇制而成,其结构及施工技术虽然经过多年改进，日臻完善，但仍然存在建池工期长、施工工艺复杂、日常管理不便、维护成本高等问题。农村户用沼气池产品在国内、国际市场都有巨大的潜力，对东南亚地区、南美及非洲国家的农村都适用。我国曾组织技术人员到10余个发展中国家进行农村沼气池建造的技术援助，均得到各受援国家的高度重视和欢迎，2005年中国援建柬埔寨30套农村户用沼气池示范工程竣工，受到柬埔寨政府的高度评价。移动式太阳能沼气发生器是北京清大华美环保节能技术研究院（）太阳能沼气工程研究课题组研制出的最新专利产品（专利申请号：200720169521.5），由太阳能集热装置和沼气发生器两部分组成，采用干式发酵技术，具有产气速度快、产气量大、使用维护方便等优点。一、太阳能集热装置主要由太阳能集热器、导热管组成。太阳能集热器是一种集热装置，根据需要可拼装组合成不同采光面积的集热系统，它的主要用途是用来收集热量后与其配套装置进行热交换，集热器是主要的吸热部件，通过大量采光，把吸收的太阳能转变成热能，经过导热管输送到沼气罐，提高罐内温度，从而达到一年四季均可使用的最佳效果。二、沼气发生器沼气发生器是由有机纤维布和无机复合材料精制而成，设有出气孔、进出料口等，壁厚2-6cm，拉伸强度为93.5pg，弯曲强度100mpg，有很强的机械强度和延伸率，大大超过了传统地下沼气池的强度。型号分别有4m3、6m3、8m3、10m3、12m3等多种规格，可满足不同地区、不同家庭的需求，采用干式发酵技术，产气快，产气量大，彻底改变了传统地下沼气池建设成本高、占地面积大、建设周期长、冬季不产气等诸多难题，装一次料可连续产气150180天，像液化气一样方便，既干净又环保，寿命可达20年左右。三、沼气发酵原料的配备及产气原理1原料配备农村可用作沼气发酵的原料很多，最常用的是人畜（猪、牛、羊、马、鸡、鸭）粪便及各种农作物秸秆（稻草、麦草、玉米秸、油菜、大豆、花生秸），各类青杂草、烂菜叶、水葫芦、废渣、废水（酒糟、制豆腐的废渣水）等。2沼气发酵原料的类型及特性根据沼气发酵原料的化学性质和来源可分为以下几类：A、富氮原料；富氮原料主要指人畜粪便，这类原料含有较多的低分子化合物，氮素的含量也较高，其碳、氮比一般都小于25:1，因此不需预处理，发酵周期短，分解和产气速度也比较快，是目前农村沼气的主要原料。B、其他类型原料：有机废物，包括各种废渣废水，如酒糟、制豆腐的废水、生活污水和有机垃圾，各类秸秆、青草、杂草及水生植物等，其组织较软极易被微生物分解利用。C、沼气常用原料产气特征与温度的影响：原料产气特性是沼气发酵的一个重要技术参数。沼气发酵原料的种类很多，由于各自的化学成分不同，每种原料的产气特性也不同，包括原料的产气率和产气速度，不同原料不同温度下的产气量见下表：原料名称中温1525常温615猪粪0.45-0.760.25-0.30牛粪0.30-0.680.20-0.25人粪0.43-0.710.25-0.30青杂草0.44-0.730.20-0.253.产气原理第一阶段，水解阶段：将不溶解的有机化合物和聚合物通过酶法转化为可溶解的有机物；第二阶段，酸化阶段：将第一阶段的有机物发酵为有机酸；第三阶段，甲烷化阶段：由有机酸发酵产生甲烷。四、沼气原料的产气速率产气速率是指在适合的发酵条件下，原料产生沼气的速度，一定时间内的沼气产量占总产量的百分数来表示，产气速率的大小与原料自身成分性质等内因有关，同时也受发酵条件和接种物沼气发生器等外因的影响。正确掌握原料的产气速率，对合理配料和日常管理都具有重大意义。常用发酵原料的产气速率（占总产气量的百分比）原料名称发酵时间1020-3040-5060-7080-90人粪40.781.594.198.298.7-100猪粪46.078.193.997.599.1-100牛粪34.474.686.292.797.3-100各类杂草-30.3-47.778.3-88.793.2-96.798.9-100麦草18.830.8-53.778.3-88.793.2-96.798.9-100各类有机垃圾10.0829.4-45.777.5-85.394.7-97.998.8-100五、沼气发酵的条件及接种物对同类原料产气量的影响沼气发酵是一个生物化学过程，若不具备相应的条件将得不到沼气或得到很少。A、严格厌氧条件：沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类。产酸阶段的产酸菌（不产甲烷菌）大多数是厌氧菌，还有一部分为好氧菌和兼性厌氧菌，而产气阶段的产甲烷菌是专性厌氧菌，不需要氧，氧对产甲烷菌反而有毒害作用，因此，必须创造良好厌氧条件。沼气的两大类型菌构成了一个复杂的生态系。当沼气发酵启动或新料装入发生器时，带进了一部分氧，但由于在密封的发生器内，好氧菌和兼性厌氧菌的活动迅速消耗这部分氧，从而创造了良好的厌氧条件。B、接种物：有机废物在厌氧分解产生甲烷的过程中是由多种沼气微生物来完成的。因此，在沼气发酵中，加入足够的所需微生物作为接种物（俗称菌种）是极为重要的，沼气接种物对同类原料产气量的影响详见下表：原料接种量%沼气产量（毫升）甲烷含量%人粪50克10143548.3人粪50克20308555.2人粪50克501009369.3人粪50克1501603087.2移动式太阳能沼气发生器的十大优点1技术先进：干式发酵技术，产气速度快，产气量大；2设计科学：球形设计，由两个半球体组成，隔热、保温效果好，占地面积小，装料、出渣方便；3密封性能好：气密性好，不渗水、不漏气、耐腐蚀、耐老化，维修保养方便；4力学性能好：抗震、耐压，地面冻结可能会损坏地下混凝土沼气池，而玻璃钢产品具有一定的弹性和抗拉伸性，不会被冻土挤裂，适宜北方寒冷地区使用；5产气率高：玻璃钢材料的导热系数为1.42KJ(m/h)，混凝土的导热系数为5.44KJ(m/h)，保证了较高的产气率，产气率和贮气量提高30%左右；6自动脱硫：自动脱硫器、气水分离器可在反应过程中自动除去二氧化硫和水蒸气，最大限度地提高了甲烷的纯度，使热值增高，（约8000大卡/m3，纯甲烷8600-9500大卡/m3）；7防结壳技术：传统地下沼气池由于设计上的原因必须靠人工搅拌，防止液料结壳，而沼气发生器设计科学合理，彻底解决了这一难题；8安全系数高：自动稳压、配有安全阀、气压表、自动减压阀、自动排气阀，安全可靠；9强度高、重量轻、安装简单：可叠装，搬运方便，地上安