【正文】 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 4 第二章 項(xiàng)目 建設(shè) 條件和 產(chǎn)品 方案 第 一 節(jié) 建設(shè)地點(diǎn)概況 一、 建設(shè)單位基本情況 山東大地肉牛清真食品股份有限公司 是 一家集飼料加工、肉牛養(yǎng)殖、肉牛屠宰 、分割加工、冷藏銷售為一體的 大型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化龍頭企業(yè) ， 位于 山東省 淄博市高青縣 ，20xx 年被認(rèn)定為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化省級(jí)重點(diǎn)龍頭企業(yè) ，注冊(cè)資本 20xx 萬(wàn)元， 現(xiàn)有員工 400人。 20xx 年 公司成立以來(lái)，先后 投資 5000 多 萬(wàn)元引進(jìn) 了國(guó)際一流的 屠宰加工設(shè)備 ，建成年屠宰能力 15 萬(wàn)頭 達(dá)到 世界伊斯蘭教肉牛協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的肉牛屠宰生產(chǎn)線， 擁有8000 平方米全封閉、無(wú)菌凈化加工車 間， 可 生產(chǎn) 160 多種冷鮮排酸柔嫩多汁 分割 牛肉， 鮮肉 產(chǎn)品 主要銷往上海、廣州、深圳、青島等大中城市。公司還成立了肉牛養(yǎng)殖合作社，與 6000 多養(yǎng)牛戶結(jié)成固定合作關(guān)系。 隨著公司肉牛養(yǎng)殖量的擴(kuò)大和育肥牛合作戶的增多，養(yǎng)殖廢棄物大增，不僅污染了周邊環(huán)境，而且成為養(yǎng)殖區(qū)本身可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。本工程項(xiàng)目擬通過(guò)養(yǎng)殖基地能源生態(tài)工程的建設(shè)，利用沼氣這個(gè)紐帶，將養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和加工業(yè)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化高效利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效，農(nóng)民增收，開發(fā)可再生能源，改善周邊生態(tài)環(huán)境，從而為本地區(qū)養(yǎng)殖廢物處理樹立一個(gè)良好的 榜樣。 二、 工程建設(shè)地點(diǎn)情況 本 項(xiàng)目工程建設(shè)地點(diǎn) 地處高青縣東部的唐坊鎮(zhèn)仉家村附近， 位于 山東 大地 肉牛公司萬(wàn)頭肉牛 養(yǎng)殖 示范 基地 的 東南角， 規(guī)劃 占地面積 40 畝 。 建設(shè)地點(diǎn) 地勢(shì)平坦，有較好的供電及給排水條件 ，適宜大型沼氣工程的建設(shè) 。 建設(shè)地點(diǎn)毗鄰 山東省交通 主干公路 S323 濰高路 ，交通便利。 三、 當(dāng)?shù)貧夂虻刭|(zhì)條件 高青縣隸屬山東省淄博市 ， 位于黃河、小清河之間，為平原地形， 平均海拔 12米 ， 屬黃河沖積平原，為第四紀(jì)黃土覆蓋 ， 地勢(shì)西北高而東南低 ， 地下水位埋深較山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 5 淺，一般在 1～ 3 米之間 。 高青縣 土壤肥沃，為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)縣 ，是山東省肉牛養(yǎng)殖大縣 。 高青縣屬 北溫帶季風(fēng)大陸性氣候，年均氣溫 ℃ ，年均降雨量 555 毫米 。夏季多雨，冬春多旱。 全縣年均風(fēng)速 米 /秒。平均凍土期為 121 天 ， 最大凍土深度 50 厘米 。 第 二 節(jié) 建設(shè)目標(biāo)、內(nèi)容及規(guī)模 一、建設(shè)目標(biāo) 利用厭氧發(fā)酵技術(shù)，有效處理 10000 頭 存欄 肉牛養(yǎng)殖 產(chǎn)生的 糞便及 肉牛 屠宰 加工廠產(chǎn)生的 廢水 萬(wàn)噸 /年 。 項(xiàng)目建成運(yùn)行后， 將達(dá)到以下目標(biāo) ： （ 1）糞便通過(guò)厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生大量的沼氣能源。通過(guò)沼氣發(fā)電，促進(jìn)綠色電力的生產(chǎn)，減少化石能源的消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展； （ 2）沼氣發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的余熱 可用于物料的增溫，提高厭氧反應(yīng)罐中的發(fā)酵溫度，達(dá)到中溫發(fā)酵，獲得最佳的產(chǎn)出效益； （ 3）糞污通過(guò)沼氣發(fā)酵成為沼渣、沼液，可為周圍農(nóng)田和蔬菜種植基地提供安全可靠的、優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥料； （ 4）通過(guò)沼氣技術(shù)的利用，減少溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)畜禽廢棄物的零排放，獲得顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益。 二、建設(shè)內(nèi)容及規(guī)模 （ 1） 4 座 2500m3CSTR 反應(yīng)器 ， 總 發(fā)酵 容積 10000m3； （ 2） 1 座 20xxm3儲(chǔ)氣柜 及沼氣 凈化系統(tǒng)； （ 3） 2 臺(tái) 500kW 沼氣 發(fā)電機(jī)組 及余熱 利用 系統(tǒng) ； （ 4) 年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸有機(jī)肥的生產(chǎn)線 及 生產(chǎn)車間 1 座； （ 5）沼液灌溉管道系統(tǒng) 1 套，灌溉農(nóng)田菜地 3000 畝。 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 6 第三 節(jié) 產(chǎn)品 方案 一、 沼氣發(fā)酵 原料 按照一般的沼氣工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，每頭肉牛每天的鮮糞產(chǎn)量為 20kg， 1萬(wàn)頭存欄肉牛每天生產(chǎn)的牛糞約為 200 噸。 本工程 計(jì)劃 處理的糞便及 污 水量如下 ： 1. 鮮牛糞： 200 噸 /天； 2. 屠宰加工廠及養(yǎng)殖沖洗廢水： 300 噸 /天。 二 、沼氣 產(chǎn)量及用途 沼氣 產(chǎn)量 本項(xiàng)目擬采用 CSTR 厭氧發(fā)酵工藝， 通過(guò) 利用沼氣發(fā)電機(jī)組的余熱 為厭氧反應(yīng)增溫實(shí)現(xiàn) 中溫發(fā)酵（ 3038℃） 。 按照 每天處理鮮牛糞 200 噸， 牛糞干物質(zhì)含量 （ TS）為 18%，發(fā)酵 滯留期為 20天， 沼氣 產(chǎn)氣率按每噸牛糞干物質(zhì)產(chǎn)氣 250 立方米計(jì)算， 則每天 的 沼氣產(chǎn)量為： 200t 18% 250 m3/t = 9000m3 每日 300 噸 的 肉牛 屠宰 加工 及 養(yǎng)殖場(chǎng) 沖洗 廢水 其 TS 含量按 1%計(jì)算， 則 其沼氣產(chǎn)量約為： 300t 1% 250 m3/t = 750m3 以上兩項(xiàng)合計(jì) ，每 天 的沼氣產(chǎn)量 為： 9000m3+750m3=9750m3 年產(chǎn)沼氣量： 9750m3 365= 萬(wàn) m3 沼氣的用途 本工程所 產(chǎn)生的沼氣 全 部 用于發(fā)電 。 按 照保守的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即 每立方米沼氣 產(chǎn)生 電力 計(jì)算 ， 則 每天 可 發(fā)電 ： 9750 = 萬(wàn) kWh； 年發(fā)電 量 為 ： 365 = 533萬(wàn) kWh。 沼氣 發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電力 一部分 供企業(yè)自用，多余部分并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng) 。 為避免沼氣排空，按照亞行項(xiàng)目要求，在工程設(shè)計(jì)中增加沼氣應(yīng)急排放燃燒火炬，該設(shè)備由亞行方面統(tǒng)一采購(gòu)。 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 7 3．沼氣發(fā)電余熱增溫 能量平衡 計(jì)算 沼氣發(fā)電機(jī)組除產(chǎn)生電力之外，還可以將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻及尾氣中的熱能加以回收利用。根據(jù)發(fā)電機(jī)組廠家提供的數(shù)據(jù)和已有的工程經(jīng)驗(yàn)，發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的余熱約為沼氣總能量的 40%左右 。按照 85%的熱利用效率， 沼氣熱值為 5000kcal/ m3計(jì)算 ,9750 m3沼氣 發(fā)電 后的 余熱 所提供的 有用 熱 能 E1 約為 : 9750 5000 40% 85% = 106kcal 不考慮厭氧反應(yīng)后沼液的熱能回用，按照每天的進(jìn)料量為 500 噸，溫度升高30℃，以水的比熱作為進(jìn)料漿液的比熱計(jì)算，則需要 增溫 熱能 E2 約為： 500 1000 30 = 106kcal 通過(guò)以上分析， E1E2。 所以，通過(guò) 利用沼氣發(fā)電的余熱， 能夠滿足發(fā)酵物料的增溫用能需求。 另外通過(guò) 回用一部分發(fā)酵后的沼液熱能和 采取 加強(qiáng)反應(yīng)罐的保溫 等節(jié)能措施 ，還可以減少增溫用能及能量 損耗。因此， 利用發(fā)電余熱來(lái) 實(shí)現(xiàn) 中溫發(fā)酵 條件 是完全可行的 。 三 、 厭氧反應(yīng)器主要設(shè)計(jì)參數(shù) （ 1）單體容積： 2500m3 （ 2）反應(yīng)器數(shù)量： 4 座 （ 3）日進(jìn)料量： 500t （ 4）進(jìn)料濃度： TS 8% （ 5）水力滯留期： 20d （ 6）發(fā)酵溫度： 3038℃ （ 7）容積產(chǎn)氣率： 1 m3/ m3d （ 8）增溫方式：發(fā)電余熱增溫 （ 9）結(jié)構(gòu)形式：地上式， LIPP 鋼結(jié)構(gòu) 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 8 四 、沼液、沼渣產(chǎn)量及用途 厭氧消化器每天添加的發(fā)酵原料為 500 噸，其 TS平均濃度約為 8%。 經(jīng)沼氣發(fā)酵后， TS 濃度 下降 50%左右 ， 未消化的干物質(zhì)主 要以沼渣的形式存在 于發(fā)酵液中 。經(jīng)固液分離 后 ，沼渣的含水率 一般在 40%60%。按 40%的含水率 計(jì)算 ， 則 每日沼渣的產(chǎn)量 約為 33 噸 。 考慮到每日產(chǎn)生的沼氣量（沼氣的密度約為 ）， 經(jīng)固液分離后， 每日 產(chǎn)生的 沼液 數(shù) 量 約為 450 噸 。 因此， 本工程每年產(chǎn)生的沼渣約為 萬(wàn)噸，沼液 約 為 萬(wàn)噸。 根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃， 沼液作為液體肥料經(jīng)儲(chǔ)液池儲(chǔ)存可 用于 灌溉 養(yǎng)殖基地的蔬菜大棚、果園及 周邊 的 3000畝 農(nóng)田 ；按照每畝每年施用沼液 300噸計(jì)算， 3000畝農(nóng)田每年可消納 90萬(wàn)噸。因此，該工程所產(chǎn)生的沼液能夠得到充分利用。 沼渣經(jīng)晾曬和初步加工 后可制成 固體有機(jī)肥 進(jìn)行遠(yuǎn)距離銷售，當(dāng)然 可直接用于果園及蔬菜基地 。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，綠色食品和有機(jī)食品的產(chǎn)量和需求越來(lái)越大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)有機(jī)肥的需求量也與日俱增。所以，沼渣有機(jī)肥的銷售和利用不成問(wèn)題。 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 9 第三章 工藝流程 及總平面圖 設(shè)計(jì) 第一節(jié) 工藝 流程 路線 一、工藝 流程 路線 本沼氣工程工藝 流程 路線如圖 31 所示。 二、工藝流程說(shuō)明 原料 預(yù)處理 系統(tǒng) 預(yù)處理包括勻漿 、 除草 、 沉砂 、 調(diào)節(jié)計(jì)量 、增溫 等 單元組成 。 （ 1）勻漿 ： 糞便 和污水在勻漿池內(nèi)調(diào)配成 TS為 8%的混合 糞污漿液 。 （ 2）除草 ： 采用格柵機(jī)除去糞污中的雜草，之后進(jìn)入沉砂槽。 （ 3）沉砂 ： 混合糞污中的砂在沉砂槽內(nèi)底部沉淀，定期清除。除砂后的糞污進(jìn)入計(jì)量調(diào)節(jié)池。 （ 4）保溫、增溫 ： 調(diào)節(jié)池外部設(shè)保溫房（棚），池內(nèi)設(shè)有增溫管道，利用發(fā)電機(jī)余熱對(duì)糞污水進(jìn)行增溫，然后用泵將經(jīng)過(guò)處理 好 的 漿液 打 入?yún)捬?反應(yīng) 罐內(nèi)。 厭氧消化 系統(tǒng) 沼液儲(chǔ)池 沼渣 固液分離機(jī) 勻漿、沉砂池 出料池 屠宰廢水 調(diào)節(jié)計(jì)量池 沼氣凈化 厭氧消化器 沼氣發(fā)電 發(fā)電余熱 養(yǎng)殖糞便 有機(jī)肥廠 農(nóng)田 格柵 肥料出售 電力并網(wǎng) 圖 31 工藝流程圖 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 10 厭氧消化工藝包括進(jìn)料單元、厭氧消化單元、保溫單元等構(gòu)成。 （ 1）進(jìn)料方式 ： 預(yù)處理池內(nèi) 的料液由 進(jìn)料泵 每天 向厭氧 反應(yīng)罐 定時(shí) 進(jìn)料 。 （ 2）厭氧反應(yīng)器 本工程采用完 全混合厭氧反應(yīng)器（ CSTR）， 發(fā)酵溫度選擇中溫 3538℃ 。發(fā)酵溫度的維持通過(guò)在厭氧反應(yīng)管內(nèi)的加熱盤管增溫和對(duì)調(diào)節(jié)計(jì)量池加熱等措施實(shí)現(xiàn)。 （ 3） 布料出料裝置 厭氧反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)推進(jìn)攪拌器，使進(jìn)料均勻分布于罐體底部并充分與厭氧微生物接觸，有利于提高產(chǎn)氣率。 反應(yīng)器上部設(shè)出料系統(tǒng)，溢流進(jìn)入下一個(gè)處理單元。 （ 4）保溫與增溫 措施 厭氧消化反應(yīng)受溫度影響很大，如圖 32 所示。本項(xiàng)目厭氧處理單元設(shè)計(jì)為中溫，最佳溫度范圍為 35~38℃ 。 為了保證厭氧反應(yīng)罐在中溫發(fā)酵溫度范圍運(yùn)行，必須對(duì)進(jìn)料及反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)施增溫和保溫措施 。 增溫和保溫措施 包括以下兩個(gè)方面： 1） 調(diào)節(jié)計(jì)量池內(nèi)料液增溫 ： 在調(diào)節(jié)計(jì)量池內(nèi)增設(shè)加熱盤管從而為發(fā)酵料液進(jìn)行初步加溫。 2） 厭氧罐的增溫和保溫 ： 罐體內(nèi)部設(shè)有增溫加熱盤管，利用發(fā)電機(jī)余熱通過(guò)循環(huán)熱水為罐體內(nèi)料液增溫。 厭氧消化罐體外 采用巖棉 等 保溫材料 和 外加 防護(hù)板等措施進(jìn)行保溫 。 沼液沼渣處理系統(tǒng) （ 1） 沼液濃縮池 （出料池） ： 出料 池的主要功能是貯存厭氧消化器排出的料液，然后這些料液進(jìn)入固液分離機(jī)分離為沼渣和沼液。 圖 32 溫度對(duì)厭氧中溫發(fā)酵產(chǎn)氣率的影響 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 11 （ 2） 固液分離機(jī) ： 通過(guò)固液分離機(jī)將發(fā)酵后 料 液中的懸浮物提取出來(lái) 濃縮 成為沼渣， 同時(shí) 降低沼液中的懸浮 物 ， 從而便于沼渣有機(jī)肥的儲(chǔ)存，滿足沼液作為液體肥料的輸送和施用的要求條件。 （ 3） 儲(chǔ)液池 ： 儲(chǔ)液池的主要功能是貯存經(jīng)固液分離機(jī)排放出的沼液。根據(jù)農(nóng)田蔬菜基地的用肥特征， 儲(chǔ) 液 池 的 貯 存 期設(shè)定在 60 天 。 儲(chǔ)液池 采用地上罐 的 貯液 方式，采用自流或噴灌 的方式 用以補(bǔ)充苗圃花卉基地和綠色蔬菜基地 的追肥 用肥。 也可用沼液罐車 將沼液 進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的輸送。 有機(jī)肥料 生產(chǎn)線 采用成套生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù) 將沼渣加工成為固體有機(jī)肥，便于儲(chǔ)藏和銷售 。有機(jī)肥料 生產(chǎn) 工藝流程見圖 3－ 3，年生產(chǎn)能力 1 萬(wàn)噸 。 圖 3－ 3 有機(jī)肥料生產(chǎn)工藝流程圖 檢驗(yàn) 定量輸送 輔料 生物菌 混合攪拌 加壓混煉 粉碎機(jī) 加入 N、 P、 K 及其他元素 機(jī)械混合 有機(jī)復(fù)合肥、各種專用肥 包裝入庫(kù) 烘干造粒 堆 制處理 沼渣 烘干造粒 包裝入庫(kù) 有機(jī)肥 檢驗(yàn) 山東大地肉牛 清真食品有限公司能源生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目沼氣工程 初步設(shè)計(jì) 12 第 二 節(jié) 沼氣凈化 與 儲(chǔ)存 利用工藝 一、沼氣凈化工藝 厭氧發(fā)酵罐剛產(chǎn)出的沼氣是含飽和水蒸氣的混合氣體，除含有 CH4和 CO2外，還含有 H2S 和 其他微量成分 。 H2S 氣體 不僅有毒，