熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在農(nóng)業(yè)上的運用(doc 8頁).doc

1、學(xué) 號 08750111新能源技術(shù)結(jié)課論文熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用學(xué)生姓名李海月班級08電氣1班系別電子與信息工程系成績 2011 年 5 月 16 日熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用摘要:隨著國際能源局勢的日益嚴峻,尋找新的能源利用途徑越發(fā)重要和緊迫,在眾多新形式能源利用中,沼氣的熱電聯(lián)產(chǎn)是集環(huán)保與效益的一種可行性極好的方式,尤其針對我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀,可在一定程度上減輕能源與環(huán)境負擔(dān)，又可增加農(nóng)業(yè)上的收益，間接緩解了發(fā)展過程中的“三農(nóng)”問題。關(guān)鍵詞:沼氣,熱電聯(lián)產(chǎn)。一、前言 沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)常看到，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來，如果我們劃著火柴，可把它點燃，這

2、就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機物質(zhì)，在隔絕空氣（還原條件），并必在適宜的溫度、濕度下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。 沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由5080甲烷(CH4)、2040二氧化碳(CO4)、05氮氣(N2)、小于1的氫氣(H2)、小于04的氧氣(O2)與0.13硫化氫(H2S)等氣體組成。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.620.8（按體積計）的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。 沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即能燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱最為34000焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為2

3、080023600焦耳，即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供的熱量。與其它燃氣相比，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。 世界上第一個沼氣發(fā)生器（又稱自動凈化器）是由法國L.穆拉于1860年將簡易沉淀池改進而成的。1925年在德國、1926年在美國分別建造了備有加熱設(shè)施及集氣裝置的消化池，這是現(xiàn)代大、中型沼氣發(fā)生裝置的原型。第二次世界大戰(zhàn)后，沼氣發(fā)酵技術(shù)曾在西歐一些國家得到發(fā)展

4、，但由于廉價的石油大量涌入市場而受到影響后隨著世界性能源危機的出現(xiàn)，沼氣又重新引起人們重視。隨著新的沼氣發(fā)酵工藝流程高速率厭氧IC工藝產(chǎn)生，它突破了傳統(tǒng)的工藝流程，使單位池容積產(chǎn)氣量(即產(chǎn)氣率)在中溫下由每天1立方米容積產(chǎn)生0.71.5立方米沼氣，提高到1012立方米沼氣，滯留時間由15天或更長的時間縮短到幾天甚至幾個小時。 本文新設(shè)計的高速率厭氧IC工藝生產(chǎn)裝置產(chǎn)氣率已經(jīng)超越外國的技術(shù)。目前，該高速率厭氧IC工藝生產(chǎn)裝置已在國內(nèi)十二家工廠使用。沼氣的主要原料是生物質(zhì)，養(yǎng)殖場、食品廠、釀酒企業(yè)、污水處理廠、垃圾處理廠等企業(yè)均有大量的沼氣資源可以利用。生物質(zhì)能是來源于太陽能的一種可再生能源，具有

5、資源豐富、含碳量低的特點，來自生物質(zhì)能的沼氣是一種高熱值、潔凈的寶貴資源。沼氣的綜合利用有助于減輕溫室效應(yīng)和生態(tài)良性循環(huán)，可替代部分石油、煤炭等能源。目前我國已建成的大中型沼氣工程有1000多處，年產(chǎn)沼氣量約26000萬立方米。 2006年國家發(fā)改委制定了可再生能源法及相關(guān)實施辦法，明確提出鼓勵使用沼氣、太陽能等“綠色電力”。利用沼氣發(fā)電上網(wǎng)，電力部門優(yōu)先收購，并且每度電給予0.25元政府補貼；同時利用余熱回收裝置回收發(fā)動機尾氣熱量，實現(xiàn)熱電聯(lián)供，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，沼氣綜合利用效率可達70以上。利用沼氣發(fā)電，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，一舉兩得！一是減少環(huán)境污染，有利于環(huán)保，減少溫室氣體排放；二是沼氣發(fā)電可以緩

6、解電力供求矛盾，降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)增加效益，提高企業(yè)競爭力。 圖1-1高效益沼氣發(fā)電及余熱綜合利用示意圖 本項目應(yīng)用沼氣技術(shù)對該養(yǎng)殖場的畜禽糞便進行資源化開發(fā)和多層次利用，既制取了優(yōu)質(zhì)氣體燃料，又可開發(fā)再生飼料和優(yōu)質(zhì)有機肥料，同時治理了污染，凈化了環(huán)境。通過沼氣這個紐帶，多層次循環(huán)利用有機物資源，把養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和加工業(yè)各項生產(chǎn)中的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)有機地結(jié)合起來，提高了能源和資源的利用率，形成協(xié)調(diào)、轉(zhuǎn)化、再生、增殖的良性循環(huán)。二、技術(shù)方法1、工藝流程熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程流程框圖,如圖2-1-1。圖2-1-1 豬糞熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程工藝流程2 、沼氣工程主要建設(shè)內(nèi)容本工程包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧發(fā)

7、酵與沼氣貯存系統(tǒng)、沼液貯存、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)等。2.1 預(yù)處理系統(tǒng): 勻漿池一座: 100m32.2 厭氧發(fā)酵與沼氣貯存系統(tǒng): 產(chǎn)氣貯氣一體化厭氧發(fā)酵罐一座: 1000m3（厭氧罐）300m3（貯氣柜）2.3 沼液貯存: 沼液貯池一座: 700m32.4 沼氣凈化系統(tǒng): 罐內(nèi)脫硫系統(tǒng)一套2.5 沼氣發(fā)電及余熱利用系統(tǒng): 沼氣發(fā)電機組一臺：80kW，余熱回收增溫系統(tǒng)一套3 、工藝特點3.1 厭氧進料濃度采用目前國內(nèi)外最先進的熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣技術(shù)，要求厭氧進料的濃度較高，TS濃度不能低于于8%。鮮豬糞濃度一般TS在20左右，污水調(diào)配勻漿后TS濃度為10%。3.2 酵溫度與停留時間

8、考慮到能量的平衡和目前國內(nèi)沼氣發(fā)電機組的發(fā)電效率與余熱回收利用效率，本沼氣工程厭氧發(fā)酵溫度采用中溫3538，這樣發(fā)電機組回收熱量能夠使厭氧物料達到設(shè)計溫度。為了提升厭氧發(fā)酵的衛(wèi)生效果，有利于對人畜共患病菌的消毒和滅活雜草種子，本工程厭氧發(fā)酵HRT為25天。3.3 厭氧發(fā)酵工藝3.3.1厭氧反應(yīng)器的工藝3.3.2 厭氧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式 本工程采用產(chǎn)氣貯氣一體化厭氧罐，厭氧罐罐體采用lipp結(jié)構(gòu)，罐頂采用了雙層膜結(jié)構(gòu)代替密封頂，同時又作為貯氣柜使用。既節(jié)約了材料，節(jié)省了占地面積，又縮短了施工周期。采用罐體熱交換方式利用發(fā)電機組余熱增溫，高分子擠塑保溫材料進行強化保溫。新型、高效、實用的一體化沼氣工

9、程具有可靠性、安全性、低成本和適應(yīng)寒冷地區(qū)冬季正常運行的優(yōu)勢。罐頂雙層膜式貯氣柜由兩層膜組成。外膜用于保護和調(diào)控貯氣壓力，材料抗紫外線抗老化。內(nèi)膜用于貯存沼氣并使沼氣能夠穩(wěn)量穩(wěn)壓輸出，材料抗腐蝕。3.3.3 攪拌完全混合厭氧反應(yīng)器（CS TR）需有攪拌裝置，豬糞含有高濃度有機污染物和高濃度固態(tài)懸浮物，本工程厭氧罐總?cè)莘e為1000m3，容積較小。根據(jù)豬糞的組成特點及厭氧罐的規(guī)模，選用側(cè)攪拌機。側(cè)攪拌機具有安裝維修方便，操作簡單，攪拌效果好等特點。但側(cè)攪拌機攪拌空間有限，因此不適宜規(guī)模較大的罐體，或者粘度較大頂部易結(jié)殼的物料。3.4 沼氣凈化采用沼氣工程的脫硫技術(shù)，采用罐內(nèi)脫硫工藝（圖2-3-1）

10、。罐內(nèi)脫硫原理是在適宜的溫度、濕度、pH和微氧條件下，通過脫硫細菌的代謝作用將H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或亞硫酸。生物脫硫既經(jīng)濟，又無污染，是化學(xué)脫硫的理想替代技術(shù)。2H2S + 3O2 2H2SO32H2S + O2 2S + 2H2O為較好的控制罐內(nèi)脫硫環(huán)境，采用SECOH空壓機，設(shè)備安裝簡便，硫化氫去除率70%，運行成本不到化學(xué)脫硫的1/3。 圖2-3-1 罐內(nèi)脫硫3.5 熱電肥聯(lián)產(chǎn)的高效模式德國、丹麥等沼氣行業(yè)較發(fā)達的歐洲國家的經(jīng)驗表明:大中型沼氣工程不僅具有生態(tài)、環(huán)保和社會效益，而且如果采用熱電肥聯(lián)產(chǎn)會具有更好的經(jīng)濟效益，這就是生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的魅力之所在。本工程采用的就是這種以沼氣工程為核

11、心，沼氣發(fā)電和有機肥生產(chǎn)為驅(qū)動力的大中型沼氣工程，即熱電肥聯(lián)產(chǎn)的沼氣工程模式。以豬糞為原料進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，采用國產(chǎn)80kW專業(yè)沼氣熱電聯(lián)供發(fā)電機組，不僅有效地解決了沼氣的安全方便使用的問題，而且大大提高了沼氣能量的轉(zhuǎn)換率。目前，國產(chǎn)沼氣發(fā)電機可把沼氣中總含能量的30%左右的能量轉(zhuǎn)化成電能，每立方米沼氣可以產(chǎn)生電能1.802.00kW.h，40%左右可以以余熱的形式回收，沼氣的利用效率達到70%。圖2-3-2為國產(chǎn)熱電聯(lián)供發(fā)電機組沼氣利用效率圖。圖2-3-2 沼氣利用效率圖沼氣發(fā)酵，不僅是一個生產(chǎn)沼氣能源的過程，也是一個造肥的過程。在這個過程中，廢棄物中95%以上的有害蟲卵、病

12、菌被滅除，而作物生長所需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，基本上都保存下來。 因此，沼液是很好的有機肥料。沼液中存留了豐富的氨基酸、B族維生素和某些植物激素，可用于植物防病治蟲。沼液輸送（管道、車輛）至飼料地、果園、苗圃、農(nóng)田等施肥用地，作為液態(tài)有機肥使用。沼渣養(yǎng)分含量較為全面，是優(yōu)質(zhì)有機肥料。厭氧發(fā)酵后的出水中含有大量的固體物質(zhì)，經(jīng)過沉淀排渣過送至堆肥曬場生產(chǎn)固態(tài)有機肥料。真正的做到“糞便資源化、污染減量化、治理生態(tài)化”，形成農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)。4、結(jié)語 綜合利用畜禽糞便發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟，是推進畜禽標(biāo)準化養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)的需要，是治理畜禽養(yǎng)殖污染保護生態(tài)環(huán)境的需要，是改善肥料結(jié)構(gòu)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的需要，是開發(fā)新能源提高生活質(zhì)量的需要。推廣豬場熱電肥聯(lián)產(chǎn)配套模式，引導(dǎo)養(yǎng)殖場戶發(fā)展標(biāo)準化生產(chǎn)，綜合利用畜禽糞便，可發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。參考文獻1周孟津，張榕林，藺金印.沼氣實用技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.2袁振宏，吳創(chuàng)之，馬隆龍，等.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.3王建，余慧鍋，葉振宇.規(guī)模化畜禽養(yǎng)