奶牛場沼氣發電工程可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 d，見圖61。沼渣含水率為70%左右， t/d， t/d。水量平衡及沼液產量計算 本項目每天水量為602 t，其中， t， t。各處理單元水的消耗量和總水量平衡關系見表6圖62。表63 水量平衡計算表處理單元項目數量（t/d）固含量沉砂、勻漿干物質457%清除干物質水量602清除干物質耗水量牛糞含水量尿及沖洗水量輸出水量厭氧反應厭氧反應消耗量%厭氧反應輸出量固液分離固液分離輸入水量固液分離輸出水量579沼液儲存沼液含水量579%沼渣儲存沼渣含水量%沼渣預處理 t/d厭氧罐固液分離沼液池579 t/d t/d t/d579 t/d t/d t/d t/d602 t/d圖62 水量平衡圖本項目水、物料（TS）總平衡關系見表24。 t/d，其中含水量為579 t/d， t/d，%。表64 水量、物料（TS）總平衡關系項目水量（t/d）干物質（t/d）合計處理單元輸入量60245647單元輸出量3預處理單元厭氧過程固液分離沼渣儲存579沼液儲存輸出量合計60245647一、沼氣工程工藝流程本沼氣工程工藝流程如圖63所示。沼氣發電上網混合糞污勻漿水解池厭氧反應器CSTR固液分離機固態有機肥用作農作物、果園、飼料地等液態有機肥生物脫硫貯氣柜發電機余熱利用后發酵池沼液池氧化塘圖63 大豐市海豐奶牛場沼氣工程工藝流程二、工藝流程說明發酵原料牛糞、尿和沖洗水等統一收集，然后進入勻漿水解池，經過進一步水解和沉砂之后進入厭氧罐發酵。本工程擬采用全混合式鋼結構厭氧發酵罐。產生的沼氣經生物脫硫、脫水凈化后進入熱電聯產的沼氣發電機組，產生的電能上網，發電機余熱回收利用，用于厭氧罐增溫和沼渣干燥。厭氧發酵后的發酵液經過固液分離，沼渣生產固態有機肥料，沼液用于果園、飼料地和無公害蔬菜基地的有機肥料，在非用肥季節，沼液進入氧化塘凈化處理達到畜禽廢水排放標準后排放。 預處理工藝混合糞污進入勻漿水解池，在此進一步勻漿水解，去除泥砂等雜質。在勻漿水解池內將料液增溫至30℃，再用螺桿泵泵入厭氧罐內。 厭氧消化工藝厭氧消化工藝包括進料單元、厭氧消化單元、沼氣貯存等構成。 （1）進料方式糞污經由螺桿泵泵入厭氧消化單元，分批間歇進料。 （2）厭氧反應器工藝本工程采用完全混合厭氧反應器。完全混合厭氧反應器（CSTR）適用于畜禽糞污發酵工藝。它在沼氣發酵罐內采用攪拌和加溫技術，這是沼氣發酵工藝中的一項重要技術突破。攪拌和加熱，使沼氣發酵速率大大提高，完全混合式厭氧反應器也被稱為高速沼氣發酵罐。其特點是：固體濃度高，TS 6~12%，可使畜禽糞便污水全部進行沼氣發酵處理。優點是處理量大，產沼氣量多，便于管理，易啟動，運行費用低。一般適宜于以產沼氣為主，有使用液態有機肥（水肥）習慣的地區。由于這種工藝適宜處理含懸浮物高的畜禽糞污和有機廢棄物，具有其他高效沼氣發酵工藝無可比擬的優點，現在歐洲等沼氣工程發達地區廣泛采用。因此，選擇完全混合厭氧反應器（CSTR）是較為合適的，有利于節省投資；較長的水力停留時間也有利于奶牛糞污的充分分解與消化，沼氣的產量也相對穩定，同時，更有利于項目的順利實施與運行管理。（3）厭氧罐配置每座厭氧反應器內設置攪拌器，使進料均勻分布并充分與厭氧微生物接觸，并使厭氧罐內料液溫度均勻，有利于提高產氣率。而且，還可以破除浮渣，防止結殼。反應器上部設出料系統，溢流進入下一個處理單元。圖64 溫度對厭氧中溫發酵產氣率的影響（4）保溫與增溫厭氧消化反應過程受溫度影響很大，如圖64所示。本項目厭氧處理單元設計為中溫，其最佳溫度范圍為35~38℃。為了保證厭氧反應在冬季仍可正常運行，必須對系統實施增溫和整體保溫措施。a. 保溫系統整體保溫包括管道、閥門保溫；厭氧消化罐體的保溫。對厭氧消化罐采用高密度擠塑板等材料進行強化保溫。b. 增溫增溫主要是在預處理勻漿水解池和厭氧罐內同時進行。增溫的熱源來自熱電聯供發電機組產生的余熱；在罐體內設置加熱管，發電機余熱經交換管交換熱量，實現對罐體的增溫。發電機余熱給厭氧消化罐進行增溫后，熱交換后的水再回到發電機系統。 固液分離及沼渣處理工藝厭氧發酵后的出水中含有大量的固體物質，必須進行固液分離。固液分離選擇復合式螺旋擠壓固液分離機。固液分離出水（沼液）溢流進入沼液儲池，固液分離機可以使沼渣含水率降至70%以下運送至有機肥堆場貯存，供農田和飼料地使用。 沼液處理工藝 本工程設計沼液池和氧化塘。 沼液用途：沼液經管網至青貯玉米飼料地、果園、苗圃等施肥用地，作為液態有機肥使用。同時配套氧化塘，非用肥季節沼液進入氧化塘凈化處理并達到畜禽廢水排放標準。 沼氣凈化與貯存工藝厭氧發酵罐剛產出的沼氣是含飽和水蒸氣的混合氣體，除含有氣體燃料CH4和CO2外，還含有H2S和懸浮的顆粒狀雜質。H2S不僅有毒，而且有很強的腐蝕性。過量的H2S和雜質會危及發電機組的壽命，因此需進行脫硫等凈化處理。對于牛糞廢水產生的沼氣，其中H2S氣體含量約為1200 ppm，而沼氣發電機組要求沼氣中含H2S氣體含量低于300 ppm，沼氣的脫硫凈化處理是必須的。本工程擬采用生物脫硫法對沼氣進行脫硫處理。生物脫硫法是利用無色硫細菌，如氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌等，在微氧條件下將H2S氧化成單質硫或亞硫酸。這種脫硫方法已在歐洲廣泛使用，在國內某些工程已有采用，其優點是：不需要催化劑、不需處理化學污泥，產生很少生物污泥、耗能低、H2S去除率為90%，去除效率高。脫硫效率穩定，比化學脫硫法成本降低70%。 本工程選擇雙膜干式貯氣柜貯存沼氣。 雙膜干式沼氣貯氣柜由外層膜和內層膜組成，外層膜構成貯氣柜外部球體形狀，內層膜與底部圍成內腔以貯存沼氣。貯氣柜設有防爆風機，防爆風機自動按要求調節氣體的輸送量至沼氣發電機，以保持貯氣柜內氣壓的穩定。外層膜設有一道上下走向的軟管，由上述防爆風機把外面空氣經此軟管輸送進外層膜與內層膜之間的空間，使外層膜保持球體形狀并同時把沼氣壓送出去。并配有超聲波測距儀，自動調節和控制沼氣的貯存量。 熱電聯供沼氣發電機配置本工程選擇沼氣用于發電上網。由牛糞污水厭氧消化處理后所產生的沼氣是一種優質的生物氣體能源。在標準狀態下（0℃， kPa）， MJ， kWh（1 kWh= MJ）。目前，國產沼氣發電機可把沼氣中總含能量的30%左右的能量轉化成電能，40%左右可以以余熱的形式回收，對沼氣的能源利用效率為70%。如采用進口發電機組，發電機效率可達到38%，熱效率42%，總效率可達80%（如圖65所示）。余熱可以用于厭氧發酵罐的增溫及沼渣干燥。本工程本工程擬選用1064 kW GE Jenbacher進口發電機組1臺。發電機組由發電機主機、余熱回收裝置、消音設備、軟化水設備等部分組成。圖65 沼氣利用效率本工程設計糞污量為647 m3/d， TS為7%，經中溫厭氧消化可日產沼氣10,800 m3。采用熱電聯供沼氣發電機組，進行熱電聯產。機組產生的余熱作為熱源，冬季用于厭氧進料和厭氧罐體的增溫。（1）電能轉換計算該系統每天產沼氣10,800 m3。按實際運行發電轉換率計算，每m3沼氣可產生電能約2 kWh，則每天可發電總量為：10800 2 = 21600 kWh/d（2）熱能轉換計算發電機組每天可利用熱能總量為：2160042%/38%=85945 MJ/d。 （3）熱能供需平衡計算物料增溫是中溫厭氧消化的重要條件，為保證消化池在35℃條件下正常運行，需要對物料進行升溫。每天有647 t混合糞污。根據當地冬季最冷月氣溫情況，混合糞污溫度取5℃。假設糞水比熱容和清水相當，上述物料需增溫至35℃，熱平衡計算表如下：表65 余熱平衡計算表基本條件每天需增溫物料量混合糞污：647 t/d；目標溫度35℃35℃設冬季物料溫度5℃15℃每天增溫至目標溫度所需熱量104 MJ 104 MJ可利用熱能可利用的總熱量104 MJ熱水形式的熱量設換熱效率65%104 MJ 65% = 104 MJ結論寒冷氣候條件下，沼氣發電機組的余熱能不足于使每日647噸混合糞污增溫至35℃以上，只有當原料溫度在15℃以上時，發電機組的熱水余熱才可滿足厭氧罐的增溫要求。因此，必須在沼氣發電站內設置沼氣熱水鍋爐，保證原料增溫需要（在原料溫度滿足要求時可停用）。第7章 工藝單元設計與設備選型 預處理系統 勻漿水解池功 能：水解勻漿，沉淀泥砂。容 積：1000 m3池 數：1座構造形式：地上鋼砼結構主要設備：勻漿池攪拌機 功 能：將池內糞與水充分攪拌。 功 率：11 kW 數 量：1臺 厭氧消化及后處理部分 泵房面 積：60 m2構造形式：磚混結構數 量：1間主要設備：破碎機 功 能：切碎物料中的殘余雜草，避免堵塞進料泵。 功 率： kW 型 號： M04F4 數 量：2臺，與進料泵串聯安裝進料泵 功 能：向厭氧消化反應器進料。 進料泵類型：螺桿泵 型 號：NM090BY01L06V 流 量：40 m3/h 功 率：11 kW 數 量：2臺 厭氧反應器功 能：厭氧消化反應器。數 量：2座尺 寸：Φ20 m 18m，球冠頂總高度20 m總 容 積：6,000 m32座有效液位：17m停留時間：18 d發酵溫度：中溫35℃裝置產氣率： m3/m3d結構形式：罐體部分為鋼結構。主要設備：厭氧罐頂攪拌器功 能：對物料進行攪拌，加強物料與微生物的充分接觸，提高產氣率。功 率： kW數 量：2臺（每座罐1臺）破殼攪拌器功 能：對物料進行攪拌、破殼，防止浮渣層產生。功 率： kW數 量：2臺（每座罐1臺）厭氧回流泵（兼排砂泵）功 能：循環回流厭氧罐料液，并去除厭氧罐底部的沉渣泥砂。型 號：NM076BY01L06V流 量：30 m3/h功 率： kW數 量：2臺（每座1臺）厭氧罐增溫方式增溫熱源：利用沼氣發電機組余熱并采用增溫盤管增溫厭氧罐至35℃。厭氧罐保溫方式本設計發酵罐保溫采用高密度擠塑板保溫，總厚度為6 cm，安裝于罐體外壁，可保證發酵罐內溫度穩定。保溫層最外部用彩鋼板覆蓋保護。 后發酵池功 能：后續厭氧消化，池頂上面加膜收集產生的尾氣，防止沼氣泄漏。容 積：17,000 m3結 構：鋼砼結構停留時間：27 d數 量：1座主要設備：復合式螺旋擠壓固液分離機 功 能：發酵液固液分離。 功 率：4 kW 數 量：6臺 沼液池功 能：貯存沼液 容 積：17,000 m3結 構：水工膜防滲護坡結構停留時間：20 d數 量：1座 氧化塘功 能：利用好氧微生物對多余沼液進行凈化，滿足畜禽廢水排放標準。容 積：50,000 m3結 構：護坡水池停留時間：78 d數 量：1座 沼氣脫硫脫水凈化、貯存 沼氣凈化系統功 能：沼氣凈化設計參數和主要設備參數：（1）生物脫硫裝置脫硫效率：90%處理能力：500 m3/h數 量：1臺功 率：13 kW （2）冷卻除水器型 號：HZNC50功 率： kW數 量：1套（3）干式阻火器型 號：ZHQB數 量：2套（4）沼氣流量計型 號：HGF3000數 量：1臺（5）沼氣成分監測儀功 能：在線監測沼氣中的CHH2S、O2含量型 號：BIOGAS 905數 量：1臺 沼氣貯存系統雙膜干式貯氣柜功 能：貯存凈化后的沼氣容 積：1,000 m3尺 寸： m m結 構：如圖71和圖72所示。雙膜干式貯氣柜由外膜、內膜、底膜和混凝土基礎組成，內膜與底膜圍成的內腔用于貯存沼氣，外膜和內膜之間氣密。外層膜充氣為球體形狀。貯氣柜設防爆鼓風機，風機可自動調節