康达机电热电肥联产的沼气工程

1、畜禽场热电肥联产沼气生态工程技术 一、工艺特点一、工艺特点 高浓度高浓度：TS 8%12%（比传统2%4%提高26倍） 节省投资：减少稀释水、减少装置规模 节约能源：减少增温能耗 降低消耗：减少沼肥运输量 产气率高： 11.5 m3/m3d 中温发酵中温发酵：中温3538，常年稳定运行 有搅拌有搅拌：解决含固率高、物料不均、传质差、死区大、易 酸化和易结壳问题 生物脱硫生物脱硫：沼气中H2S去除率达90%以上，脱硫成本是化学 脱硫的1/4。无二次污染。 一、工艺特点一、工艺特点 热电联产热电联产：国产机组电效率30%左右，余热能回收40%左右 冬季利用余热增温沼气发酵罐，35 中温发酵， 不需

2、外加热源 TS8%，冬季余热80%用于增温； TS10%，冬季余热60%用于增温； TS12%，冬季余热40%用于增温。 综合利用综合利用：厌氧后的有机肥、浓度高、易运输、易贮存 实现畜禽废弃物综合利用，发展循环经济 热电联产沼气工程能量平衡 二、工艺流程二、工艺流程 1. 工艺流程图 养殖场 集水池 污水 厌氧罐 沼气净化 沼气 发电上网 沼气锅炉 匀浆池 固态有机肥料 固液分离 粪便 液态有机肥料 果园、农田、饲料地综合利用 二、工艺流程二、工艺流程 2. 适用工艺选择 （1）完全混合厌氧反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR） 高浓度发酵原料：

3、TS 812% 有搅拌装置 发酵原料和微生物完全混合 处理量大，停留时间长，产沼气多 便于启动运行和管理 二、工艺流程二、工艺流程 2. 适用工艺选择 （2）升流固体床反应器（Upflow Solids Reactor, USR） 适用TS 58%畜禽粪污 设置布水系统 高浓度厌氧微生物固体床 不设三相分离器 出水渠前设置挡渣板 产气效率高 浓度较高时可有局部强化搅 拌装置 三、资源量的确定三、资源量的确定 1、排粪量的计算 项目日龄/d 粪便排放量 /kg/头 TS /% 尿排放量 /kg/头 TS /% 粪尿排放总量 /kg/头 TS排放 量/kg/ 头 母猪2703.6204.52.58

4、.10.83 公猪2702.6205.22.57.80.65 商品猪135 1-1.75 （1.38） 20 1.5-2.75 （2.12） 2.53.50.33 （1）猪粪尿排放量 （2）牛粪尿排放量 一头成年奶牛日排粪量为25 kg，排尿量为30 kg 一头成年肉牛日排粪量为20 kg，排尿量为25 kg （3）鸡粪排放量 每羽肉鸡日排粪量为：0.050.1 kg/羽d 存栏蛋鸡的日排粪量为：0.11 kg/羽d 三、资源量的确定三、资源量的确定 2、产气量的计算 （1）根据COD计算 （2）根据TS（总固体）计算 1 kg COD相当于0.35 m3甲烷 TS /%oTS /%TS 产气

5、量 CH4含量 /% m3/t鲜粪m3/t oTS 牛粪18206876405021030060 猪粪20257580556527045060 鸡粪30326380709025045060 畜禽场粪便产气量计算 四、工程技术要点四、工程技术要点 1、进料浓度 一般大中型畜禽场沼气工程进料TS浓度较高，在812%之 间，这是因为： （1）可以提高装置利用率和产气率； （2）减少反应器容积，节省工程投资； （3）减少冬季增温能耗； （4）减少沼液、沼渣的运输量，降低运输成本。 2、停留时间 一般为2025 d，以利于畜禽粪便充分消化，提高沼气产量 四、工程技术要点四、工程技术要点 3、发酵温度 （

6、1）高温发酵 最佳温度范围5055； （2）中温发酵 目前最常见的发酵方式，其 温度范围为3242。发酵温度每升 高10，厌氧反应速度约增加1倍。 但实际上，在进行中温发 酵时，不仅要考虑产气量的多少， 还应考虑为保持中温所消耗热能的 多少，选择最佳的发酵温度。目前 发酵温度以35-38最为常见。 （ 3 ） 常 温 发 酵 一般发酵温度在8-30之间。 有实验表明，池温在15 以上时，发酵才能很好的进行。 四、工程技术要点四、工程技术要点 4、热电联产 热源热源：冬季利用发电机余热增温 增温保温技术增温保温技术： 厌氧罐内增温调节池内增温 四、工程技术要点四、工程技术要点 4、热电联产 增温

7、保温技术增温保温技术： 钢结构厌氧罐外侧增温管安装 四、工程技术要点四、工程技术要点 5、搅拌 （1）搅拌的功能 在间歇进料发酵时，搅拌是使微生物与物料接触的有效手段。 在间歇进料的反应器中，发酵液通常自然沉淀而分成四层，从 上到下分别为浮渣层、上清液、活性层和沉渣层。在这种情况下， 厌氧微生物活动较为旺盛的场所只限于活性层内。 对反应器进行有限的搅拌，可使微生物与发酵原料充分接触， 保证物料均匀，同时打破分层现象，使活性层扩大到全部发酵液中， 减少死区。此外，搅拌还有防止沉渣沉淀、防止产生或破坏浮渣层， 保证池温均一，促进气液分离、提高产气率等功能。 四、工程技术要点四、工程技术要点 5、搅

8、拌 （2）搅拌的方式 常用的搅拌方式有三种： 发酵液回流搅拌 沼气回流搅拌 机械搅拌。 中低浓度沼气发酵较多采用发酵液回流搅拌；高浓度沼气发酵 工艺则应采用机械搅拌。 四、工程技术要点四、工程技术要点 5、搅拌 （3）搅拌设备 立式搅拌器 侧装式搅拌器 斜式搅拌器 四、工程技术要点四、工程技术要点 5、搅拌 （3）搅拌设备 型 号 功率 /kW 转速 /r/min 叶轮直径 /mm 总质量 /kg 适用 CBJ333003205003506 m8 m CBJ5.55.53854006205308 m10 m CBJ7.57.528950062061010 m10 m CBJ1111289500

9、62086011 m13 m CBJ151530050062097012 m13 m CBJ18.518.5289500620108014 m14 m CBJ2222300500620121015 m15 m 侧装搅拌器性能 四、工程技术要点四、工程技术要点 6、厌氧罐建造 金属罐金属罐： （1）Lipp罐 Lipp厌氧消化罐 四、工程技术要点四、工程技术要点 6、厌氧罐建造 （2）拼装罐 拼装厌氧消化罐 四、工程技术要点四、工程技术要点 6、厌氧罐建造 钢筋混凝土罐钢筋混凝土罐： 钢筋混凝土结构的膜式厌氧消化罐 四、工程技术要点四、工程技术要点 7、贮气柜 （1） 低压湿式贮气柜 湿式贮气柜

10、 低压湿式贮气柜是可变容积的金属柜，它主要由水槽、钟罩、塔节以及升 降导向装置所组成。当沼气输入气柜内贮存式，放在水槽内的钟罩和塔节依次 （按直径由小到大）升高；当沼气从气柜内导出时，塔节和钟罩又依次（按直 径由大到小）降落到水槽中。 四、工程技术要点四、工程技术要点 7、贮气柜 （2）利浦干式贮气柜 利浦干式贮气柜 利浦贮气柜主要由一个柱状气囊和一个钢制保护外壳组成，柜顶及体 （外壳）均由2 mm镀锌卷板采用利浦双层弯折专利技术卷制而成，经济、 合理、美观，用来保护气囊不受机械损伤及天气、动物等外界的影响。干 式气柜可以解决湿式贮气柜冬季结冰的问题，适用于北方地区。 四、工程技术要点四、工程

11、技术要点 7、贮气柜 （3）双膜干式贮气柜 双膜干式贮气柜 双膜干式贮气柜通常 由外膜、内膜、底膜和混 凝土基础组成，内膜与底 膜围成的内腔用于贮存沼 气，外膜和内膜之间气密。 外层膜充气为球体形状。 贮气柜设防爆鼓风机，风 机可自动调节气体的进/出 量，以保持气柜内气压稳 定。 四、工程技术要点四、工程技术要点 8、沼气净化 （1）生物脱硫 所谓生物脱硫，就是在适宜的温度、湿度、 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。生物脱硫既经济（运行成本大约是 干法脱硫的1/4），又无污染，是干法脱硫的理想 替代技术。 H2S + 2O2 H2SO4 2H2S + O2 2S +

12、2H2O 根据操作方式的不同，可分为厌氧罐内生物 脱硫和厌氧罐外生物脱硫。在前一工艺中，生物 脱硫过程被放在厌氧发酵罐内完成，厌氧发酵罐 兼有生产沼气和脱除H2S双重功能。但由于罐内生 成的单质硫难以清除，脱硫过程难以控制。 在厌氧罐外生物脱硫工艺中，生物脱硫过程 被单独放在专用的生物脱硫塔内进行。 生物脱硫示意图 生物脱硫塔 四、工程技术要点四、工程技术要点 8、沼气净化 （2）化学脱硫 目前，我国沼气工程上普遍采用干法 氧化铁脱硫。在常温下将沼气通过脱硫剂 床层，沼气中的H2S与活性氧化铁接触， 生成三硫化二铁，然后含有硫化物的脱硫 剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁 的硫化物又转化为氧

13、化铁和单质硫。这种 脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化 铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂 质覆盖而失去活性为止。 当沼气中H2S浓度较高时，脱硫剂需经 常更换，运行费用较高。 化学脱硫塔 四、工程技术要点四、工程技术要点 8、沼气净化 （3）脱水 气水分离器凝水器 四、工程技术要点四、工程技术要点 8、沼气净化 （4）阻火器 干式阻火器 四、工程技术要点四、工程技术要点 9、沼气、沼液和沼渣的利用 （1）沼气的利用 a、沼气用于发电 b、沼气用于锅炉 c、沼气用于民用燃气 （2）挤压固液分离机 四、工程技术要点四、工程技术要点 9、沼气、沼液和沼渣的利用 （3）沼液的利用 沼液含有丰富的

14、养分，特别是含有多种水溶性养分，是一种速效性的 优质肥料。因为沼液中的一部分养分和有机质已转变为腐殖酸类物质，所 以它又是一种速效和迟效兼备的优质有机肥料。此外，沼液中存留了丰富 的氨基酸、B族维生素、各种水解酶、某些植物激素和对病虫害有抑制作 用的物质或因子。因此，沼液有着较为广泛的综合应用前景。 目前，沼液主要用于：a.农田、果园、蔬菜地等的灌溉；b.沼液沼液 浸种；c.农作物无土栽培。 （4）沼渣的利用 沼渣含有较全面的养分和丰富的有机物，除了含有丰富的N、P、K和 大量的元素外，还含有对作物生长起重要作用的B、Cu、Fe、Mn、Zn等 微量元素，是一种缓速兼备有改良土壤功效的优质肥料。

15、连年施用沼气渣 肥的实验表明，使用沼渣的土壤中，有机质与氮磷含有都比未时沼渣肥的 土壤有所增加，而土壤容重下降，孔隙率增加，土壤的理化性状得到改善， 保水保肥能力增强。沼渣还可用于作物营养土。 一、工程规模一、工程规模 发酵罐容积：1000 m3（有效容积900 m3） 日处理粪污量：35 t/d 干物质（TS）含量：10% 干物质（TS）总量：35 10% = 3.5 t/d 牛粪 ：TS 18% 粪便20 t/d 900头奶牛 产气量：20 t/d45m3/d=900 m3/d 猪粪 ：TS 20% 粪便17.5 t/d 10000头存栏猪 产气量：17.5 t/d55m3/d=960 m

16、3/d 鸡粪 ：TS 25% 粪便15 t/d 15万羽存栏蛋鸡 产气量：15 t/d70m3/d=1050 m3/d 五、热电肥联产沼气工程案例五、热电肥联产沼气工程案例 停留时间： 25 d 发酵温度： 35 以猪粪为例，沼气产量为960 m3/d，其中： 用于食堂或集中供气： 60 m3/d 其余用于发电：900 m3/d1.5 kWh/m3 = 1350 kWh/d 采用80 kW国产纯沼气发电机组，每天工作18 h。 发电：1350 kWh/d， 电效率按30%计 供热：1800 kWh/d，热效率按40%计（用于厌氧罐增温） 配套：沼气贮柜 250 m3 沼液贮池 700 m3（沼

17、液储存时间 20 d） 五、热电肥联产沼气生态工程案例五、热电肥联产沼气生态工程案例 厌氧罐湿式贮气工艺流程 双膜一体式厌氧罐工艺流程 二、工程造价概算 名称厌氧罐+湿式贮气柜双膜一体式厌氧罐 预处理 格栅1套0.200.20 集粪池100 m34.004.00 搅拌机1套1.801.80 进料螺杆泵1台3.603.60 小计小计9.609.60 厌氧 反应器 厌氧罐罐体1000 m345.0045.00 罐顶25.00无 双膜贮气无23.00 搅拌器9.009.00 回流泵0.800.80 增温保温10.607.60 小计小计90.4085.40 湿式贮气柜250 m323.00无 脱硫净化

18、系统1套5.005.00 固液分离机1台8.008.00 沼液贮存池700 m318.0018.00 工艺管道及电气、自控16.0016.00 其它 发电机组80 kW22.0022.00 场内燃气管道2.002.00 运肥车4.004.00 合计合计198.00170.00 上述投资未包括配套设施的费用：泵房、发电机房、管理房等。 二、工程造价概算 以厌氧罐湿式贮气柜工艺为例： 处理规模：存栏10000头猪粪污 沼气产量：960 m3/d 装机容量：80 kW 日发电量：1350 kWh/d 日供燃气：60 m3/d 工程总投资：198万元 折合每m3沼气投资：2060元 三、经济指标 1、运行成本 电费：70 kWh/天 0.65 元365 天 = 1.66 万 人工费：2万元/年 维修费：3万元/年 管理费：1.5万元/年 折旧费：10万元/年 合计：年运行成本：18.16万元 2、收益 年发电量：1350 kWh365 = 4927