沼氣熱電肥聯(lián)動程控工程應用研究

1、沼氣熱電肥聯(lián)動程控工程應用研究摘要：本文通過對浙江省樂清市虹橋鎮(zhèn)康順農(nóng)業(yè)合作社生豬養(yǎng)殖場 傳統(tǒng)沼氣池熱電肥聯(lián)動工程應用研究，闡述該工程11個主耍設施和9個 關鍵控制系統(tǒng)在加入互聯(lián)網(wǎng)遠程控制后的應用情況。為今后大中型沼氣工程提高投資效益、減輕勞動強度促進管理水平起到借鑒 作用。關鍵詞：沼氣工程；熱電肥聯(lián)動；互聯(lián)網(wǎng)遠程控制1背景和意義在全球提倡環(huán)保、低碳、新能源利用的大背景下，我國政府對環(huán)境污 染治理高度重視，每年投入幾十多億資金推廣沼氣治污工程和“三沼”綜 合利用工程。近幾年，溫州市畜禽養(yǎng)殖場大中型沼氣工程得到了大力推廣, 但是，大多數(shù)工程從實施的情況看效果不是很理想，主要原因是投資大， 效益低

2、，回收慢，運行費用高。如果改用沼氣熱電肥聯(lián)動程控工程實現(xiàn)產(chǎn) 業(yè)化生產(chǎn)，情況就大為改觀，沼氣熱電肥聯(lián)動程控工程不但集沼氣發(fā)電、 余熱利用、有機肥生產(chǎn)為一體，而且智能化互聯(lián)網(wǎng)遠程控制，省工、省時、 高質量完成人工不愿干的臟、累、臭工作。該工程總投資增加不大，而經(jīng)濟效益十分顯著。不但為農(nóng)村面源污染 治理作出貢獻，實現(xiàn)了廢棄物資源化利用，而且保護了大環(huán)境，減輕了國 家電網(wǎng)用電壓力，解決了居民用電難用電貴的問題，在生態(tài)農(nóng)業(yè)的推廣上 做到化肥、農(nóng)藥減量化和有機沼肥普及化。為我市建設生態(tài)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟可 持續(xù)發(fā)展、新能源利用走出了一條可行之路，為克服環(huán)境、能源、和經(jīng)濟 可持續(xù)發(fā)展中遇到的突出矛盾找到了一種科學解

3、決辦法。2工程概況該工程位于浙江省樂清市虹橋鎮(zhèn)康順農(nóng)業(yè)合作社，合作社年平均存欄 生豬7600頭、其中母豬存欄600頭。日排泄量100噸，其中干糞10多噸 作有機肥直接被農(nóng)戶拉走還川，剩余排泄物全部進入熱電肥聯(lián)動智能程控 沼氣工程系統(tǒng)。2. 1工藝流程圖12. 2主要工程設施2. 2. 1雨污分離和干清糞設施為了減輕后續(xù)處理負荷提高排放標準，要求污水最大程度減量化，在 豬場建設前同時建設雨污分離系統(tǒng)和干清糞設施。雨水收集渠可用開放式 明渠，污水收集管必須用直徑200mm以上的波紋管封閉地埋，以防雜物掉 進和臭氣揮發(fā)及滋牛蚊蠅污染環(huán)境。污水收集管每隔30m設個檢查井兼 作清糞井，每二排豬舍之間建一

4、集污口加格柵以方便人工干清糞，建成投 產(chǎn)后要做到先清糞后清洗豬舍，盡量節(jié)約用水減輕排放壓力。2. 2. 2集污池為了減輕后續(xù)處理負荷，在集污池入口處和污水管接口處建一檢查井 兼清糞井并在集污池入口處設格柵以盡量分離豬場污水屮的固形物。本工 程集污池為地埋式鋼筋混凝土結構，池容150mo,池深3m,池上方安裝透 明玻璃瓦蓋防止雨水和雜物進入，同時吸收太陽能熱量增加集污池溫度促 進污水酸化。污水液面由液面開關控制，液面達到一定高度時無阻寒潛式高壓污泥 泵開啟，內(nèi)料液面降至一定位置時自動關閉使集污池料液始終不會溢流。 在集污池后續(xù)工藝中安裝一臺固液分離機，定時分離干糞，減輕后續(xù)厭氧 池負擔。2. 2

5、. 3 ubs 一級恒溫程控液流攪拌厭氧池該池為半埋式地上池，三分z在地下三分z二在地上，采用這種設 計方案主要考慮穩(wěn)定性和保溫性，結構為鋼筋混凝土，地上矩型池，池的 外用采用10cm厚聚氨酯泡沐板進行保溫，池內(nèi)四周混凝土池壁上安裝加 熱盤管，利用沼氣發(fā)電機組余熱給加熱盤管提供熱量和安裝電熱管加熱二 套設施，使厭氧池常年保持發(fā)酵溫度在30-c左右的中溫范圍。h產(chǎn)沼氣在500800n）。z間，沼氣靜態(tài)壓力6000pa,池底部分安裝 高壓布水器，在運行中起到攪拌和防沉渣作用，池頂部位安裝三相分離器, 有利于沼氣、沼渣、沼液的分離。池的總容量600m3，總高度12m。通過 從池底高壓一次性推流式進料

6、然后池頂溢出再進入第二級厭氧消化，當進 料泵停止后，再開啟循環(huán)泵階段性攪拌，實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)氣。整個厭氧發(fā)酵過 程的運行管理都由電腦程控完成，如氣壓、溫度、ph值、進料、攪拌等。2. 2. 4恒溫二級電動攪拌程控厭氧池該池為地埋自流式厭氧池，容積400mo,采用鋼筋混凝土結構，地埋 園型池，內(nèi)部安裝擋泥板,清渣孔，攪拌器和電熱管，沼氣靜態(tài)壓力6000pao 經(jīng)過一級發(fā)酵后的料液通過自流方式進入料口、經(jīng)擋泥板引流慢慢進入二 級厭氧池，在池內(nèi)安裝電動攪拌器，在電腦控制下定時攪拌防止沉渣和結 殼并進一步發(fā)酵處理。清渣孔位于描泥板上方，可以定期通過清渣孔檢查 厭氧池內(nèi)部沼渣沉淀情況，并定期進行抽渣。每天生產(chǎn)

7、沼氣100200m3, 通過輸氣管道輸送到沼氣凈化系統(tǒng)處理后，集中供給周邊農(nóng)戶生活用能。2. 2. 5多功能程控液流攪拌三級厭氧池兼沼氣恒壓儲氣柜該設施主要由混凝土圓柱形儲液池330m3、圓柱形鋼制儲氣罩300m3. 配重水箱、固定龍門架、避雷針、減壓閥、配重塊、及高壓進料泵、止回 閥、管道、開關等組成。下部為鋼筋混凝土結構，水封邊，上部是圓柱形 鋼制儲氣罩300ni3,該池集三級厭氧發(fā)酵和儲氣于一體，用于暫時存放一 二三級厭氧池生產(chǎn)的沼氣和沼液。電腦通過控制配重水箱重量使沼氣靜態(tài) 壓力始終保持6000pa,同時也控制高壓進料泵間歇進料，并在液流攪樣作 用下防止沉淀，使之保持日產(chǎn)沼氣在1002

8、00m3之間。2. 2. 6生物過濾池該池為地埋自流式池，采用鋼筋混凝土結構，容積300m3,分三格過 濾，第一格內(nèi)置彈性填料，第二格內(nèi)置石灰石，第三格內(nèi)置組合硬性填料。2. 2. 7氧化塘氧化塘面積2000m3,水深0. 8m,局部安裝曝氣系統(tǒng)，投放黑魚苗20000 尾，春、夏、秋三季種植水胡蘆給豬場提供綠色飼料，出水達到畜禽養(yǎng) 殖業(yè)污染物排放標準要求。2. 2. 8程控沼氣處理設施該設施主要由脫水器、脫硫器和單向閥、流量表及部分管道、閥門組 成。沼氣由多功能恒壓儲氣柜經(jīng)單向閥輸送至沼氣凈化系統(tǒng)，再經(jīng)二次脫 水、脫硫、電腦程控沼氣檢測儀檢測，合格后（硫化氫含量在20mg. m-3 以下）經(jīng)沼

9、氣流量表，供沼氣發(fā)電和農(nóng)戶集中供氣。2. 2. 9電腦程控沼氣發(fā)電機組和集中供氣設施該沼氣發(fā)電組采用四沖程全燒式，產(chǎn)地溫州。功率60kw,耗氣率2kwh/m3,滿負荷耗氣量25m3/ho沼氣工程的特點是冬季產(chǎn)氣少、夏季產(chǎn)氣多。而集中供氣設施的特點 是夏季用氣少，冬季用氣多，二者難以平衡。利用程控沼氣發(fā)電機形成互 補正好解決這一難題，冬季沼氣發(fā)電機利用余熱給厭氧池保溫、增溫，最 冷時還可以用口發(fā)電給厭氧池電熱增溫，確保沼氣工程冬季用氣正常。而集中供氣設施的另一個特點是一口三餐的固定時間用氣，發(fā)電機組 可以停止發(fā)電，讓氣于民。每當夏季來臨當?shù)乜偸墙?jīng)常拉閘限電，而這時 正是產(chǎn)氣高峰，可以為企業(yè)和周邊

10、居民解決用電燃眉之急，同時也杜決了 夏季沼氣排空給大氣造成二次污染現(xiàn)象發(fā)生，更為解決國家電網(wǎng)壓力做出 貢獻。212. 10電腦程控沼氣發(fā)電余熱利用和電熱保溫設施樂清市地處亞熱帶，冬季氣溫都在10°c左右，對沼氣生產(chǎn)有一定影響, 利用電腦程控沼氣發(fā)電機產(chǎn)生的余熱通過熱盤管給一、二級厭氧池加溫 300c以上，如溫度不夠再用電熱管增溫，實現(xiàn)熱電聯(lián)動功能，使一、二級 厭氧池始終保持30°c以上中溫狀態(tài)，實現(xiàn)沼氣丁程在冬季保持穩(wěn)定的“三 高”運行（高產(chǎn)氣、高消化、高利用）。3關鍵技術熱電肥聯(lián)動程控系統(tǒng)3. 1控制集污池液面系統(tǒng)控制污水液面高度，不讓污水溢出池外，也不讓液面過低損壞潛式

11、污 水泵，當污水泵堵塞或溫度升高時自動切斷電源保護污水泵并報警。3. 2控制ubs 一級恒溫液流攪拌厭氧池系統(tǒng) 控制厭氧池循環(huán)泵運行，不能讓進料泵與循環(huán)泵同時開啟，當進料泵 停止時,再開啟循環(huán)泵并設定時段性攪拌。在運行中控制沼液溫度，當溫 度低于30%時自動開啟電熱管加熱，到了 31°c時自動停止加熱，同時控制 壓力、溫度、和甲烷濃度等。3. 3控制恒溫二級電動攪拌厭氧池系統(tǒng)當池溫低于30%時自動開啟電熱管加熱，到了 31°c時自動停止加熱。 控制電動攪拌器定時攪拌防止沉淀和結殼，實現(xiàn)產(chǎn)氣最大化。3.4控制多功能液流攪拌三級厭氧池兼沼氣恒圧儲氣柜系統(tǒng)控制高壓進料泵間隙進料并

12、在液流攪拌作用下防止沉淀，使氣柜保持 三級厭氧池連續(xù)產(chǎn)氣作用，控制沼氣壓力，當沼氣壓力不夠時自動給位于 沼氣鋼罩頂部水箱加水增壓，反z放水解壓。使z始終保持6000pa,當儲 氣柜飽和后控制自動排空燃燒。3. 5控制沼氣發(fā)電余熱利用和電熱保溫系統(tǒng)通過控制發(fā)動機冷卻水流量，保持發(fā)動機850c恒溫，繼而將余熱輸 送給厭氧池保溫。當慶氧池溫度低于30°c時自動開啟電熱管加熱，到了 31°c時自動停 止加熱。3. 6控制沼氣發(fā)電組運行系統(tǒng)當發(fā)電機組運行屮，出現(xiàn)水溫、機油壓力、沼氣壓力、及每缸運行功況出現(xiàn)異常時，自動報警停機。當發(fā)電頻率、相位、負荷、電壓、電流和 調速器、調壓器、執(zhí)行

13、器出現(xiàn)異常時，自動報警停機。并同時記錄發(fā)電時 間、總發(fā)電量、輸出功率和故障發(fā)生情況，為下一步排除故障提供科學依 據(jù)。3. 7控制生產(chǎn)用電流量系統(tǒng)由于生產(chǎn)用電器功率大小不統(tǒng)一，使用時間不統(tǒng)一，使沼氣發(fā)電機組 很難發(fā)揮最大效率。利用電腦程控牛產(chǎn)用電器，使之合理分配電流，控制 用電器運行情況，當出現(xiàn)超負荷運行、電流、電壓異常，自動報警停車。3. 8控制沼氣凈化器系統(tǒng)當沼氣中硫化氫、水蒸氣成分超標時，自動報警，并要求更換脫硫劑, 自動開啟放水閥等。當發(fā)電機組滿負荷運行時自動開啟大流量電子供氣 閥，當?shù)∷龠\行時自動關閉大流量電子供氣閥。3. 9互聯(lián)網(wǎng)遠程控制系統(tǒng)電腦全程控制沼氣工程11個主要設施和9個關

14、鍵系統(tǒng)，工作人員通 過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制、監(jiān)視沼氣工程運行情況，減輕勞動強度提高工作效率。4傳統(tǒng)工程造價與新增工程造價對比4. 2運行費支出對比4. 3產(chǎn)氣情 況對比4. 4傳統(tǒng)工程收益與新增工程收益對比（見表4）45新增投入產(chǎn)出比對（見表5）5工程效益分析5. 1社會效益項目實施前該養(yǎng)殖場周邊污水橫流臭氣熏天，村民抱怨養(yǎng)殖場業(yè)主不 顧人家利益破壞環(huán)境意見紛紛，業(yè)主抱怨建沼氣池投資人，管理沼氣池難, 清渣維護費用高，經(jīng)濟效益低，投資劃不來沒積極性。該項目實施后，養(yǎng)殖場污染得到有效治理，不但減少社會污染提高了環(huán)境質量，而且通過沼氣發(fā)電，業(yè)主有收益，后續(xù)管理有熱情，畜禽廢奔 物充分資源化循環(huán)利用，實現(xiàn)

15、效益最大化。通過沼氣發(fā)電和村民集中供氣 工程減輕了國家電網(wǎng)壓力和電網(wǎng)投資，村民生活告別了煙熏火燎時代，讓 清潔能源走進千萬家、走進新農(nóng)村。使整個村了進入農(nóng)業(yè)生態(tài)化，發(fā)展持 續(xù)化、生活幸?；牧夹匝h(huán)。5. 2環(huán)保效益工程運行前，每天100噸豬場污水只經(jīng)過簡單固液分離后，直排河道, 造成河水地表水飲用水嚴重污染，水中生物因缺氧而死亡，周邊環(huán)境臭氣 熏天，整個牛態(tài)大環(huán)境遭到極大破壞。工程運行后，每天可消納100噸豬場污水。解決了養(yǎng)殖場產(chǎn)生的大量 污水出路問題，有效治理了養(yǎng)殖場污水對周邊河流和飲用水的污染。同時 該工程的實施為周邊農(nóng)出提供充足的有機肥，減少了農(nóng)藥、化肥的用量、 在節(jié)約農(nóng)業(yè)成木的同時減

16、少了対地表水的污染。沼氣充分利用杜絕了排空 給大氣帶來的二次污染。（減少沼氣排空56720m3/年，53沼氣排空污染 相當于24m3二氧化碳排空）5. 3能源效益項0實施前該畜牧場污水只有傳統(tǒng)的沼氣池和固液分離機，沒有建沼 氣熱電肥聯(lián)動程控工程，能源得不到充分利用有時述排空給大氣帶來的二 次污染。該項目實施后，一級厭氧池日產(chǎn)沼氣500800m3之間，二級厭氧池 日產(chǎn)沼氣100200ni。，三級厭氧池日產(chǎn)沼氣100 200m3,三池累計日均 產(chǎn)氣748. 17m3,年產(chǎn)沼氣26. 9萬m3每方，年發(fā)電39. 5萬kwh。可以實 現(xiàn)豬糞廢棄物的資源化利用，變害為利，變廢為寶，能源效益非常顯著。5.

17、 4生態(tài)效益項目實施前農(nóng)業(yè)廢棄物基本上沒有利用口嚴重污染環(huán)境破壞生態(tài)，該 項目實施后，可為周邊1000多畝農(nóng)田提供優(yōu)質有機肥，使農(nóng)業(yè)廢棄物得 到了循環(huán)利用，年減少了農(nóng)藥10余噸、減少化肥用量100多噸，減少對 地表水的污染和重金屬污染，防止土壤板結，提高農(nóng)產(chǎn)品品質、提高食品 安全質量，提高百姓身體健康。5. 5經(jīng)濟效益項冃實施前經(jīng)濟效益只有有機肥、農(nóng)藥及生活用氣三種，間接投資回 報，年累計51.9萬元，該項目實施后，三池累計日均產(chǎn)氣748. 17m3,年 產(chǎn)沼氣26. 934萬m3,年發(fā)電39, 5萬kwh,以每度電0. 8元（國家規(guī)定 綠色能源補貼價格）計算31. 6萬元，加農(nóng)藥約10噸以每

18、噸10000元計算 合計10萬，加化肥用量約100噸以每噸2000元合計20萬，加生活用氣 7. 3萬m3,以3元/m3計算，價值21. 9萬元，各項收益總計83. 5萬元。傳統(tǒng)工程投資214萬元，新增工程投資18.3萬元，傳統(tǒng)工程年運行 費13. 57萬元，新型工程年運行費增加9. 4萬元，新增工程直接收益增加 83. 5-51. 9=31. 6萬元/年。當年回收新增工程造價18. 3萬元和新增工程運 行費9. 4萬元外可增加收入3. 9萬元/年，今后除承擔全部沼氣工程運行 費22. 97萬元/年外，可增加收入8. 63萬元/年。5. 6經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展效益該項日實施后，不但為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了示范，也為整個人類經(jīng) 濟可持續(xù)發(fā)展提供了方向，為提高土地承載量、環(huán)境承載量、人