畜禽场沼气施工组织方案计划技术目前情况及其前景分析.doc
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1、/畜禽场沼气工程技术目前情况及前景分析-商业化发展评价-障碍-市场潜力和分析 商业化发展评价 技术功能特性。畜禽场沼气工程是以畜禽场的粪便为原料,在隔绝氧气的条件下,通过微生物的作用,将其中的碳元素分解为可燃气体(沼气)的一种转换装置。一个完整的沼气工程应同时具备消除污染、产生能源和综合处置三大功能,也就是说,畜禽粪便和污水经过厌氧消化后,既可获得优质能源(沼气),又能处理废弃物、净化环境,还可进行生物质资源的多层次利用和综合利用。这也是畜禽场兴建沼气工程的基本目的和要求。从中国近几年所建设的沼气工程来看,上述要求已基本达到。 首先是已形成较完善的具有多种功能的系统。目前常规的流行工艺系统一般
2、由以下五大部分组成,即:前处理装置,包括预处理池、调节池、增湿装置和固液分离设备等装置。这些装置 对于保证沼气工程系统的稳定运行具有重要作用。厌氧消化器,如AF、UASB等消化装置已被广泛应用,显著地提高了工程系统技术功能的发挥。沼气的收集、贮存及输配系统。它包括气水分离、净化脱硫、贮气输气和沼气燃烧等设备。这对于保证向用户提供高质量的燃料和保证高效率地使用具有关键性的作用。沼液后处理装置,如发酵液沉淀池、好氧厌氧处理设施以及废液的排放设施等,是确保达标排放不可缺少的组成部分。沼渣处理系统,包括发酵后固体残余物的干燥、固液分离和制造颗粒肥料和饲料等设备,改善了整个工程的经济性和实现资源的综合利
3、用。总之,工艺系统的完善和设备的不断改进,为保证工程系统技术功能的发挥奠定了基础。 其次,产气功能不断改善,已基本达到实用水平。据估计,当前中国正在运行的畜禽场沼气工程每天每立方米产气达0.4立方米。这一水平比农村家用沼气池的产气水平提高了3倍。近年来兴建的一些沼气工程,由于一般都采取了加热增温的措施,产气率普遍较高,详见表1。表1 中国部分畜禽场沼气工程的产气水平类型原料种类工艺类型装置规模(m3)发酵温度。C产气率(m3/m3.d)备注按发酵原料分类鸡粪塞流式2 X 16035-502.4-4.0实验室研究50。C条件下产达5-6L/L塞流式100503.0 X 3.6UASB + AF2
4、00301.35-2.08UASB12823-251.0猪粪USR3001.7-2.21.7-2.2德国MBB公司采用500m3两步发酵,中温产气率为5m3/(m3.d) UASB + AF2 X 1300.8-1.30.8-1.3牛粪USR1.51.5丹麦VEGGER沼气实验场以牛粪为主50C发酵产气率为53/(m3.d)按地区举例全国平均0.4北京0.23河北0.36上海0.80江苏0.24浙江0.59湖北0.35深圳莲塘尾猪场猪粪UASB + AF2 X 13015-331.46-2.0沈阳马三家猪场猪粪UASB2 X 10009-130.3浙江浮山养殖场猪粪复合式上流厌氧污泥床 500
5、18-280.94浙江浮山养殖场鸡粪同上20018-281.24杭州蛋鸡试验场鸡粪二级发酵一级 250二级 500一级 30二级 18-281.0上海星火农场牛粪为主二级发酵270028-300.78上海长江农场猪粪上流式厌氧污泥床 5350常温0.22-0.78鸡粪浙江省第一农场牛粪近中温1.5 注: UASB即升流式厌氧污泥床,AF即厌氧过滤器,USR即升流式固体反应器。 表中数据表格根据中国沼气学会出版物中国沼气(1995-1997)所载数据整理。 表中数据表格根据中国农村能源年鉴(1997)数据计算。 第三,降低污染,效果明显。 第四,综合处理功能取得实际经济成效。目前已实现并取得成效
6、的综合功能主要有以下几方面:一是利用固液分离设备及其相关设备,将畜禽污水制成再生饲料以供畜禽养殖业使用,每出售一吨再生饲料可获得1001000元的收入;二是可将畜禽粪便污水制成颗粒肥料用以作为果园和花卉种植的高级有机肥料,每吨可获得 80100元的收入; 三是沼液用于农田肥料和无土栽培,既可替代化肥,又能增产增肥,具有无公害栽培的良好效果;或通过好氧厌氧处理设施,还可实现无害化排放。 第五,主体设备性能可靠,具有较长的使用寿命。由于大多数沼气工程的主体设备(厌氧消化塔等设施)一般系由钢筋混凝土等材料构筑而成,具有抗酸碱、抗腐蚀、强度较高的特点,对用于处理粪便污水等具有腐蚀性的废弃物是一项有效的
7、设备。如上海长江农场1984年建造的83个50立方米的沼气池、杭州浮山养殖场1988年始建的200立方米沼气池,迄今仍在正常运转中。这些事实说明,一个高质量的钢筋混凝土消化器稳定运行15年甚至更长的时间将是完全可能的。经济上的可行性。尽管从80年代以来,已兴建了460座大中型沼气工程,但是从商业化的角度来看,几乎没有一座沼气工程是完全商业化的工程。这些工程基本还是属于科学研究、试点示范或福利性质的工程,缺乏按照商业化要求的设计和运行数据,包括立项阶段对工程可行性的分析和评估。这就是说,目前还没有可以直接引用的反映其商业化经济性的资料和数据。对此,下面首先以杭州西子养殖场沼气工程为例,按照成本、
8、效益分析方法的要求作初步分析,以说明其经济上的可行性及参与市场竞争和偿还贷款的能力。 杭州西子养殖场是浙江省西子电梯集团公司创办的养殖基地,年产商品猪10万头,第一期规模为1万头。猪场采用国内一流的饲养工艺和设备,配套建设有饲料厂、屠宰厂、养鳖厂、鱼场、无公害蔬菜园及果园。了解决粪便对环境的污染,开发新能源,1996年该养殖场兴建了大型沼气 综合利用工程,采用目前国内流行的工艺路线,将回收资源、开发能源、保护环境与改善生态环境有机地结合起来,为从根本上解决能源、资源和环境问题创造了条件。该工程的工艺流程如图所示。西子养殖场新能源示范工程流程图其主体设备和建筑物的工程投资概算为241.35万元,
9、包括建设期利息总投资为281.45万元,其中土建工程48.4万元。沼气的利用:工程平均日产沼气500立方米。30立方米用于食堂炊事燃气,其余用于沼气发电(50千瓦),日发电850千瓦时,用于养殖场生产用电、污水处理站用电和办公楼及生活用电。沼液的利用:污水处理站日产沼液100吨。用于无公害蔬菜培育、鱼塘和草坪灌溉。当沼液消耗不尽时,再进行曝气、生物净化,其中COD、BOD含量分别只有200毫克升和60毫克升,符合排放标准,然后再将这些净化后的水送回猪舍用作冲洗水。一般情况下,约50吨沼液用作液体肥料,灌溉农作物和养鱼池;另50吨沼液经耗氧处理和生物净化后用作冲洗水。沼渣的利用:固液分离机每天可
10、产饲料2.8吨,供250亩鱼塘养鱼或用于菜地肥料。该项目的收益共计65.5万元年,其中: 沼气收入 20.5万元年(含发电收入),其它副产品收入33.0万元/ 年,减少环保罚款12万元年,项目运行成本合计为:21.59万元年。该工程财务评价经济分析结果及计算参数如表2。 表2 杭州西子养殖场沼气工程的经济评价结果财务评价经济评价还贷期净现值(万元)净现值(万元)净现值(万元)净现值(万元)(财务)还本利息21.7811.26109.7819.047年还本付全息(10%)-126.753.3433.4013.8816年还本付半息(5%)-29.258.4378.1616.7010年还本付息(5%
11、)+ 免5年所得税26.7211.5878.1616.707年由表2可以看出以下两点:(1)项目的经济内部收益率都较高,最低也达13.88,而且不管环境这一效果是否考虑了投资的利息都是如此。这说明这类工程具有良好的社会环境效果。(2)从财务的角度来看,这类工程效益比较差;即使在考虑减息的条件下,净现值仍然为负,内部收益率仍10。只有不考虑投资利息或国家实施有力的优惠扶持政策,其效益才可能改好。这些事实说明,目前大中型畜禽场沼气工程参与市场的能力还很弱,甚至不具备商业化的条件。表3 中国部分沼气工程财务分析结果杭州蛋鸡场杭州西子养殖场沼气工程浮山养殖场沼气工程上海星火农场沼气工程沈阳马三家养殖场
12、沼气工程北京某养猪场北京某养猪场基本参数1.养殖场规模鸡20万只猪10000头猪3000头鸡13万只牛2000头牛2万头-2.5万头猪1.5万头猪3.0万头2.沼气工程规模(m3)75050070027002000100020003.工程总投资(万元)95.0281.4577.15912200263.2440.004.工程运行总费用(万元)6.021.595.037321.0025.041.705.工程总收益(万元)12.7565.511.4119861.6775.60142.13其中:出售沼气(万元)6.7520.56.66144.110.9557.6011.52 单价(元/m3)0.250
13、.800.251.200.500.800.8沼气发电(万元)94.61电价(元/t)0.80.50颗粒肥料(万元)6.0334.754.749.3018.036.0单价(元/kw.h)100再生饲料(万元)(已计入颗粒肥料)26.9(已计入颗粒肥料)单价(元/t)1000减少环保罚款(万元/年)1215.46.基准折现率(%)10.010.010.010.010.010.010.07.工程使用寿命(年)21.02121212121.0评价结果1.财务净现值(NPV)(万元)-37.65-73.17-24.387.862.5374.12206.672.财务内部收益率(%)2.674.534.28
14、1215.0715.5417.40 由表3可以看出,这类工程的收益主要来自以下方面:1.出售沼气;2.出售颗粒有机肥;3.制造再生饲料;4.沼液用于农田替代化肥和增产增收;5.沼液用于养鱼替代饲料及增产增收;6.避免环保罚款。但同时这类工程建设的投入费用也很大。投入产出相比较其综合效益有好有坏,情况比较复杂。一般来说工程的经济性与工程所在地区的价格水平关系比较密切。举例来说,上海星火农场沼气工程经济效益所以较好,主要由于沼气价格较高,其价格水平几乎是浙江杭州浮山养殖场的5倍。此外,这类工程经济性的高低在很大程度上还受到工程规模的制约,亦即养殖场规模的限制。一般而言,工程规模小,难以获得经济效益
15、。目前中国畜禽场沼气工程的规模绝大多数在1001000立方米以下,属于中小型规模。这意味着这些沼气工程如果按照市场经济的机制运行,在经济上都缺乏获益的能力。这一点已为众多实践所证实。社会可接受性。从本质来说,畜禽场沼气工程是一种能源环境的综合性工程,其特点是在处理畜禽粪便过程中,既可以获得有效的能源,又可得到优质有机肥料、饲料和其它有机物质,促进经济的增长,而且对生态环境具有清洁和保护作用。其环境功能十分突出,已得到社会的欢迎和接受。 沼气工程的环境功能主要体现在以下几个方面:(1)大量的畜禽粪便和污水得到处理,在一定程度上减轻了对于环境 的污染。据估计,目前全国一年经由大中型沼气工程处理的有
16、机粪水达600多万吨。(2)畜禽粪水中的有害物质大部分得到了消除。目前,各类消化装置有害物质的去除率。(3)有利于消灭病虫害。大量的实践证明,凡是修建了沼气工程的畜禽场,由于粪水排放得到控制,蚊蝇和寄生虫疾病大大减少,卫生和环境条件明显改善(见表4)。表4 畜禽场大型沼气工程有害物质功效常温全混式低中温全混式高效厌氧消化装置总固体物(TS)去除率 50%70%80%-90%化学耗氧量(COD)去除率60%70%-75%80%-90%大肠杆菌死亡率10-2-10-110-2-10-110-2-10-1蛔虫卵死亡率100%100%100%另外在社会和环境影响分析方面,清华大学顾树华教授等先行了一步
17、,他们以杭州浮山和上海星火农场养殖场沼气工程为点,完成了包括社会和环境影响在内的分析评价。其特点是通过费用、效益转换的方法(即将外部不经济性转换为工程的成本,外部经济性问题转换为工程的效益)实现了费用效益的分析。见表5表5 两个沼气工程环境影响 浮山工程星火工程不包括处理工艺:净现值(万元)71.6349.10内部收益率(%)26.4413.81包括处理工艺:净现值(万元)102.00144.25内部收益率(%)31.4516.90表5的计算结果表明,从社会、环境的角度来看这两个沼气工程都是可取的。无论其系统工艺是否包括后处理工艺,其内部收益率和净现值均在理想的范围内。(当然,系统设计包括后处
18、理工艺时,其经济性更好。)这说明,沼气工程对社会环境作出了很大贡献,而且这类工程为不断富裕起来的农民提供了优质、洁净的沼气燃料和生物质资源的多层次利用提供了可能,是一项应给予积极支持的项目。 技术保障和质量服务体系的完整性。沼气工程技术是一项集传统建筑工程技术和现代化生物技术于一体的系统工程,其效益的发挥必须有完整的技术服务和产业体系作保障。在沼气工程技术的深入研究和更广泛的推广应用过程中,中国已培养了一大批有实践经验的科技工作者,形成了一支具备一定专业素质的设计、施工和服务队伍。“八五”以来,一些地区为了适应经济体制转变和沼气工程发展的需要,相继成立了沼气工程服务公司,以便更好地为用户提供从
19、 工程设计、施工建设、投产运营、运行管理和技术培训等多方面服务。如杭州市环境能源工程公司成立5年来,从科学研究、试验到承包工程、设计施工和管理培训,形成了一套按照市场经济规律运行的机制,为实现大中型沼气工程产业化发展进行了有益的探索。除此之外,一些较有实力的沼气工程公司和沼气工程比较发达的地 区还制定了相应的操作规程和行业标准,如湖北省制定了:大中型厌氧(沼气)工程设计规范(鄂BNE2488)、大中型厌氧(沼气)工程质量 检查验收标准(鄂B/NE3989)和大中型厌氧(沼气)工程施工操作规程(鄂BNE4089)等标准,这不仅对于正确引导沼气工程的发展具有现实的作用,而且对规范沼气工程市场,促进
20、沼气工程的商业化也有重要的意义。目前的问题是缺乏更具权威的国家级规、规范和标准。以上的分析表明,中国的沼气工程,已基本具备商业化的条件,进入了准商业化阶段;今后还应在提高产气率、完善后处理系统、提高配套设 备质量、改进施工、减少投入、提高经济效益、加强技术保障和服务体系 等方面继续努力,加强规范,为沼气工程技术的全面商业化创造条件。障碍资源条件。目前,中国约有6000多个大中型奶牛场、猪场和鸡场,每天要排放80多万吨粪便和污水,但采用沼气技术进行处理的仅占1015。另外,根据专家们的预测,到2000年和2010年中国大中型养殖场的养殖量 将有较快的增长(见表6)。显然,这十分有利于大中型沼气工
21、程技术的发展。但是,从资源条件来说也有不利于发展沼气工程的因素。其一是集约化饲养量小,目前现有规模型养殖场10000多个,但其饲养量仅占全国畜禽养殖量的943;二是养殖场规模小,据统计在现有的规模养殖中,年饲养量在500头以上的奶牛场只有500个,仅占总数的5;饲养量在500头以上的养猪场共计2000余个,也只占20。养殖场规模过小将不利于沼气工程技术的推广。表6 中国畜禽养殖量预测(19952015年)1995年2000年2010年牛(万头)13206.016615.223783.3猪(万头)48501.065834.099894.6商品鸡(万只)336606.24471435.484357
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