沼气工程技术与工艺.ppt
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1、大中型沼气工程技术与工程设计大中型沼气工程技术与工程设计中国农业大学中国农业大学林聪林聪2009年年5月月内容内容u一、沼气规模工程分类标准一、沼气规模工程分类标准u二、沼气发酵基本原理二、沼气发酵基本原理u三、沼气发酵基本条件三、沼气发酵基本条件u四、发酵装置四、发酵装置u五、沼气工程设计工艺参数的选择五、沼气工程设计工艺参数的选择u六、沼气工程建设模式六、沼气工程建设模式u七、沼气工程建设不容忽视的问题七、沼气工程建设不容忽视的问题u八、沼气工程相关规范与标准八、沼气工程相关规范与标准五、沼气工程设计工艺参数的选择五、沼气工程设计工艺参数的选择1.1.原料的收集原料的收集n充足而稳定的原料
2、供应是沼气发酵工艺的基础,充足而稳定的原料供应是沼气发酵工艺的基础,不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或不少沼气工程因原料来源的变化被迫停止运转或报废。原料的收集方式直接影响原料的质量,影报废。原料的收集方式直接影响原料的质量,影响到污水的生成量以及浓度响到污水的生成量以及浓度。2 2.原料的预处理原料的预处理u原原料料中中常常混混有有各各种种杂杂物物,如如牛牛粪粪中中的的杂杂草草,鸡鸡粪粪中中的的鸡鸡毛毛和和砂砂砾砾等等。为为了了便便于于用用泵泵输输及及防防止止发发酵酵过过程程中中出出现现故故障障,或或为为了了减减少少原原料料中中的的悬悬浮浮固固体体含含量量,有有的的在在进进入入消消化
3、化器器前前还要进行还要进行升温升温或降温等,因而要对原料进行预处理。或降温等,因而要对原料进行预处理。u预预处处理理阶阶段段大大中中型型沼沼气气工工程程所所设设计计的的相相关关构构筑筑物物必必须须满满足足发酵工艺要求,才能最终达到总体设计目标。发酵工艺要求,才能最终达到总体设计目标。3.3.选择发酵温度选择发酵温度u发酵温度是影响沼气发酵的重要因素。沼气发酵菌种在发酵温度是影响沼气发酵的重要因素。沼气发酵菌种在886060范围内都能发酵产气。范围内都能发酵产气。u原料的分解消化速度随温度的升高而提高,也就是产气原料的分解消化速度随温度的升高而提高,也就是产气量随温度升高而提高。量随温度升高而提
4、高。u厌氧发酵原料宜采用尽可能高厌氧发酵原料宜采用尽可能高SSSS浓度的畜禽粪水,尽量浓度的畜禽粪水,尽量减少沼液产量;厌氧消化宜采用中温消化减少沼液产量;厌氧消化宜采用中温消化(35(35左右左右),也可采用近中温消化也可采用近中温消化(25(2530)30)。消化器的保温设计消化器的保温设计n采取中、高温运行的大中型沼气工程,消化器采取中、高温运行的大中型沼气工程,消化器内料液的温度或是内料液的温度或是35,或是,或是54。而消化器。而消化器周围环境温度却随着四季更替或昼夜交换而变周围环境温度却随着四季更替或昼夜交换而变化,为确保消化器能在恒温条件下运行,必须化,为确保消化器能在恒温条件下
5、运行,必须以当地最寒冷时刻的气温条件,确定保温层的以当地最寒冷时刻的气温条件,确定保温层的厚度,对消化器进行保温设计。厚度,对消化器进行保温设计。4.4.选择消化器选择消化器(沼气池沼气池)规规模模化化养养殖殖场场大大中中型型沼沼气气工工程程项项目目建建设设池池型型选选择择:沼沼气气发发酵酵装装置置是是整整个个沼沼气气工工程程的的核核心心部部件件。沼沼气气发发酵酵装装置置类类型型很很多多,畜畜禽禽粪粪便便污污水水多多采采用用升升流流式式固固体体反反应应器器(USRUSR)及及塞塞流流式式消消化化器器,固固体体物物含含量量低低的的废废水水多多采采用用上上流流式式厌厌氧氧污泥床(污泥床(UASBU
6、ASB)厌氧消化器。)厌氧消化器。消化器的设计消化器的设计n消化器容积大小与沼气发酵原料的物料特性、消化液浓度和水力滞留期有关。n消化器容积V1与每日处理原料量、消化液浓度、消化液密度和水力滞留期有关,公式如下:n 消化器总容积消化器中消化液容积(消化器总容积消化器中消化液容积(V1)消化器的储气)消化器的储气容积(容积(V2),一般取),一般取V2(810)V1,即,即:VV1V2 原料、池型、温度与产气率原料、池型、温度与产气率原原 料料池池 型型温温 度度/产气率产气率/m/m3 3/m/m3 3日日畜畜 禽禽 粪粪便便常规地下池常规地下池常温常温0.10.10.60.6地面池地面池35
7、350.60.61.81.85.5.选择厌氧消化器的滞留期(选择厌氧消化器的滞留期(HRTHRT)滞滞留留期期与与原原料料特特性性、发发酵酵温温度度、装装置置类类型型及及预预期期目目的的有有关。一般地选择为:关。一般地选择为:v常规地下池采用畜禽粪便为原料时滞留期为常规地下池采用畜禽粪便为原料时滞留期为 20206060天;天;v地面高效装置采用畜禽粪便为原料时滞留期为地面高效装置采用畜禽粪便为原料时滞留期为8 81515天;天;v地地面面高高效效装装置置采采用用酒酒精精废废液液及及高高浓浓度度有有机机废废水水为为原原料料时时滞滞留留期为期为0.50.54 4天。天。v以以生生产产沼沼气气为为
8、主主可可选选择择最最佳佳滞滞留留期期,以以环环境境保保护护为为主主,则则应应适当延长滞留期。适当延长滞留期。6.6.沼气储存沼气储存 大中型沼气工程一般采用低大中型沼气工程一般采用低压湿式储气柜、干式储气柜、橡压湿式储气柜、干式储气柜、橡胶储气袋储存沼气。贮气容积的胶储气袋储存沼气。贮气容积的确定与用气情况有关。目前沼气确定与用气情况有关。目前沼气池设计贮气量大多考虑能贮存池设计贮气量大多考虑能贮存1212小时所产的气,沼气用于民用时,小时所产的气,沼气用于民用时,储气柜容积按产气量的储气柜容积按产气量的505060%60%计算;民用、发电或烧锅炉各一计算;民用、发电或烧锅炉各一半时,按产气量
9、的半时,按产气量的4040计算;也计算;也可根据实际用气量适当配置贮气可根据实际用气量适当配置贮气容积容积。7.7.沼气的脱水沼气的脱水v通通常常采采用用重重力力方方法法完完成成沼沼气气的的脱脱水水,或或者者在在输输送沼气管路的最低点将管路中水蒸气排除。送沼气管路的最低点将管路中水蒸气排除。1.1.井盖;井盖;2.2.集水井;集水井;3.3.凝水器;凝水器;4.4.自动排水管;自动排水管;5.5.排水管排水管;a.a.自动排水自动排水 b.b.人工手动排水人工手动排水8.8.沼气脱硫沼气脱硫 v沼沼气气脱脱硫硫采采用用干干式式脱脱硫硫、湿湿式式脱脱硫硫和和生生物物脱脱硫硫。用用于于能能源源直直
10、接接燃燃烧烧的的沼沼气气中中H H2 2S S浓浓度度应应低低于于2020毫毫克克/米米3 3,用用于于直直接接发发电电的的沼沼气气中中H H2 2S S浓浓度度为为300300毫克毫克/米米3 3v畜畜禽禽场场的的沼沼气气中中H H2 2S S浓浓度度在在0.0280.0284.4.5 5克克/米米3 3之之间,平均为间,平均为1.791.79克克/米米3 3 。9、沼气输配系统沼气输配系统10.沼气发电沼气发电v用于发电的沼气,其组分中甲烷含量应大于用于发电的沼气,其组分中甲烷含量应大于6060,硫化氢含量应小于硫化氢含量应小于0.050.05,供气压力不低于,供气压力不低于6kPa6kP
11、a。v以柴油机改装为全燃沼气的奥托机时,因为沼气中以柴油机改装为全燃沼气的奥托机时,因为沼气中含含COCO2 2,在不改变原发动机容积的情况下,由于不能,在不改变原发动机容积的情况下,由于不能增加混合气的热值,所以沼气发动机热效率一般在增加混合气的热值,所以沼气发动机热效率一般在25253030范围。范围。v发动机的热效率为发动机的热效率为35%35%,发电机的热效率为,发电机的热效率为90%90%时,时,则每立方米沼气可发电约则每立方米沼气可发电约2 2度。度。沼沼气气发发酵酵液液不不能能直直接接排排放放,否否则则会会导导致致二二次次污污染染,必必须须后后处处理理加加以以资资源源化化利利用用
12、。沼沼气气发发酵酵液液作作为为有有机机肥肥应应根根据据当当地地土土壤壤状状况况和和种种植植施施肥肥情情况况应应用用于于果果树树、养养鱼鱼、种种花花和和蔬蔬菜、大田种植业。菜、大田种植业。11、沼肥的综合利用、沼肥的综合利用厌氧发酵残留物的利用厌氧发酵残留物的利用沼液中含有氮、磷、钾、钙、铜、锌、铁、沼液中含有氮、磷、钾、钙、铜、锌、铁、B族维生族维生素、赤霉素、氨基酸和酶活性物质。素、赤霉素、氨基酸和酶活性物质。沼气厌氧发酵后约沼气厌氧发酵后约95%的寄生虫和有害细菌被杀灭。的寄生虫和有害细菌被杀灭。发酵后的沼液无机元素络合,进行沼渣、沼液深加发酵后的沼液无机元素络合,进行沼渣、沼液深加工,生
13、产多元复合营养有机复合有机肥,有利于植工,生产多元复合营养有机复合有机肥,有利于植物的优质生产和某些病虫害防治。物的优质生产和某些病虫害防治。沼气工程建设内容沼气工程建设内容v养养殖殖场场大大中中型型沼沼气气以以“一一池池三三建建”为为基基本本建建设设单单元元,建建设设沼沼气气发发酵酵池池、原原料料预预处处理理、沼沼气气利利用用和和沼沼肥肥利利用用设施。设施。v“一一池池”:是是指指沼沼气气发发酵酵装装置置,即即在在厌厌氧氧条条件件下下,利利用微生物分解有机物并产生沼气的装置。用微生物分解有机物并产生沼气的装置。v“三三建建”:一一是是建建设设预预处处理理设设施施:包包括括沉沉淀淀、调调节节、
14、计计量量、进进出出料料、搅搅拌拌等等装装置置;二二是是建建设设沼沼气气利利用用设设施施,包包括括沼沼气气净净化化、储储存存、输输配配和和利利用用装装置置;三三是是沼沼肥肥利利用设施,包括沼渣、沼液综合利用和进一步处理装置。用设施,包括沼渣、沼液综合利用和进一步处理装置。六、沼气工程建设模式六、沼气工程建设模式 沼气工程发酵流程图 循环系统循环系统厌氧反应厌氧反应器器沉淀池(出料)沉淀池(出料)一级贮粪池一级贮粪池(调节池)(调节池)二级贮粪池二级贮粪池加热预混池加热预混池保温保温脱水脱水 脱硫脱硫储储气气罐罐燃料燃料 应用模式应用模式u根据现场条件和对发酵残留物处理利用根据现场条件和对发酵残留
15、物处理利用方式和要求的不同,沼气工程可以有两方式和要求的不同,沼气工程可以有两大类,即生态类型和环保类型。在实际大类,即生态类型和环保类型。在实际工程设计中,根据现场条件、沼气利用工程设计中,根据现场条件、沼气利用和排放等方面的要求,可以选择模式和排放等方面的要求,可以选择模式。1、产品方案、产品方案n1)管理实现减量化的原则管理实现减量化的原则n在污染防治上应强调减通过生产结构调整及开展清洁生产减少污染物产生量,降在污染防治上应强调减通过生产结构调整及开展清洁生产减少污染物产生量,降低处理难度及处理成本。低处理难度及处理成本。n2)处理优先资源化的原则处理优先资源化的原则n资源化和综合利用结
16、合,坚持以利用为主、利用与污染治理相结合的原则。资源化和综合利用结合,坚持以利用为主、利用与污染治理相结合的原则。n3)结果达到无害化的原则结果达到无害化的原则n利用时不会对牲畜和作物的生长产生不良影响;排放的污水和粪便不会对地下水利用时不会对牲畜和作物的生长产生不良影响;排放的污水和粪便不会对地下水和地表水产生污染等。和地表水产生污染等。n4)整个系统生态化的原则整个系统生态化的原则n以农养牧、养渔,以牧、渔促农,实现生态系统的良性循环。以农养牧、养渔,以牧、渔促农,实现生态系统的良性循环。n5)运作通过产业化的原则运作通过产业化的原则 畜禽粪便收集、生产和销售,采用产业化和专业化运作模式,
17、吸引社会投资。畜禽粪便收集、生产和销售,采用产业化和专业化运作模式,吸引社会投资。n2、沼气工程产品方案、沼气工程产品方案 沼气热能利用沼气热能利用 (方式)(方式)n以产气为主以产气为主 沼气发电沼气发电 (需求和用途)需求和用途)沼渣液的利用沼渣液的利用 (土地承载力)(土地承载力)固体有机肥固体有机肥 (品种、市场)(品种、市场)n以肥料为主以肥料为主 鲜粪外售鲜粪外售 (需求)(需求)少量沼气少量沼气 (利用方式)(利用方式)少量沼气少量沼气 (能量)(能量)n以污水达标排放为主以污水达标排放为主 肥料生产肥料生产 (品种、市场)(品种、市场)污水处理污水处理 (处理方式、排放标准)(
18、处理方式、排放标准)3、三沼的应用、三沼的应用沼气沼气已经开始注重集中供气系统的建设,利用增压和减压调节已经开始注重集中供气系统的建设,利用增压和减压调节装置,通过输送管道将沼气配送到农户,形成了供气管网,并向农民装置,通过输送管道将沼气配送到农户,形成了供气管网,并向农民供应沼气,解决生活燃料问题,。供应沼气,解决生活燃料问题,。发电发电我国自产单燃料沼气发电机技术越来越成熟,能源短缺的我国自产单燃料沼气发电机技术越来越成熟,能源短缺的现实和可再生能源利用技术的完善,使沼气发电已经成为沼气工程中现实和可再生能源利用技术的完善,使沼气发电已经成为沼气工程中很重要的一部分。很重要的一部分。沼渣液
19、沼渣液沼肥是很好的有机肥料,已被广泛用作基肥和无土育苗沼肥是很好的有机肥料,已被广泛用作基肥和无土育苗基质,果园和蔬菜大棚有机肥灌溉施用,并作为固体有机肥进入了市基质,果园和蔬菜大棚有机肥灌溉施用,并作为固体有机肥进入了市场销售。场销售。沼气发酵的基本工艺流程 畜畜禽禽粪粪污污水水剩余污泥剩余污泥(可用作肥料可用作肥料)储存储存沼气沼气净化净化调节池调节池预处理预处理厌厌 氧氧消消 化化器器后后处处理理用户用户排放排放规模化养猪场粪污处理模式(能源生态模式)规模化养猪场粪污处理模式(能源生态模式)规模化养猪场粪污处理模式(能源生态模式)规模化养猪场粪污处理模式(能源生态模式)养鸡场沼气工程设计
20、(能源生态模式)养鸡场沼气工程设计(能源生态模式)规规模模蛋蛋鸡鸡场场粪粪 便便 雨雨水水沼沼气气净净化化计计量量贮贮存存 沉沉淀淀达达 标标 排排 放放菜菜 田田、粮粮 田田 浇浇 灌灌 养养殖殖场场食食堂堂浴浴室室用用能能 沉沉 渣渣 制制 花花 卉卉 肥肥 分分 离离 清清 液液 厌厌 氧氧 发发 酵酵 泵泵压压蔬蔬菜菜田田或或果果园园喷喷灌灌酸酸 化化 兼兼 氧氧 漫漫 流流 沉沉 砂砂 固固 液液 分分 离离 粪粪 草草 分分 离离 分分 离离 杂杂 物物 堆堆 沤沤 发发 酵酵 沼沼 气气 发发 电电 农农 田田 基基 肥肥 寒寒季季加加温温及及反反季季节节蔬蔬菜菜二二氧氧化化碳碳
21、转转换换用用 养养殖殖场场沼沼气气站站用用电电 尿尿冲冲洗洗水水 调调 节节 计计 量量 沼沼 液液 贮贮 存存 调调 配配 池池固固体体物物晒晒干干粉粉碎碎制制饲饲料料添添加加 剂剂 或或 制制 有有 机机 复复 合合 肥肥 规模养牛场沼气工程设计(规模养牛场沼气工程设计(能源生态型模式能源生态型模式)规规模模奶奶牛牛场场牛牛粪粪尿尿 水水雨雨水水渗渗 透透 液液调调节节计计量量 一一 级级 二二 级级 氧氧 化化 塘塘厌厌 氧氧 发发 酵酵达达 标标 排排 放放沉沉淀淀污污泥泥制制花花卉卉肥肥市市 场场 销销 售售生生 产产 生生 活活 用用 能能沼沼 气气 净净 化化 贮贮 存存无公害有
22、机青饲料无公害有机青饲料 有有机机肥肥制制作作 青青 饲饲 料料 渗渗 透透 液液 酸酸 化化(兼兼 氧氧)沼沼 液液 贮贮 存存青饲料田喷灌青饲料田喷灌 规模化养猪场粪污处理模式(能源环保模式)规模化养猪场粪污处理模式(能源环保模式)规模化养猪场粪污处理模式(能源环保模式)规模化养猪场粪污处理模式(能源环保模式)能源环保型规模养殖场沼气工程设计(规模养殖场沼气工程设计(能源环保型模式能源环保型模式)规规模模养养殖殖场场干干粪粪 堆堆 沤沤 发发 酵酵 还田或送有机肥还田或送有机肥料厂料厂 污污水水 罗罗 茨茨 风风 机机 雨雨水水S S B B R R 池池 排排水水池池 调调节节池池 出出
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