【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 素，慎重選擇適宜的生產(chǎn)工藝，以達(dá)到最佳的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。目前比較成熟、適用的生產(chǎn)工藝有兩大類，一類是以綜合利用為主的“能源生態(tài)型”處理利用工藝，另一類是以污水達(dá)標(biāo)排放為主的“能源環(huán)保型”處理利用工藝。根據(jù)項(xiàng)目單位的實(shí)際情況和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境要求，項(xiàng)目選擇“能源生態(tài)型”處理利用工藝，奶牛場(chǎng)糞便、污水經(jīng)厭氧無(wú)害化處理后的沼渣、沼液不直接排入自然水體,而是作為奶牛場(chǎng)飼料玉米地的有機(jī)肥料充分利用。沼氣工程的工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)以減量化、無(wú)害化、資源化為目標(biāo)，綜合考慮各種因素后選擇工藝路線；沼氣工程的工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)做好前期工作，實(shí)地考察和收集必要的資料。項(xiàng)目工藝選擇要符合杭錦后旗農(nóng)村能源總體規(guī)劃與永豐奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)客觀實(shí)際緊密結(jié)合，能夠正確處理集中與分散、處理與利用、近期與遠(yuǎn)期的關(guān)系；沼氣工程的工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)在不斷總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和吸收科研成果的基礎(chǔ)上，積極采用經(jīng)過(guò)鑒定的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，以提高自動(dòng)化水平，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少投資和運(yùn)行費(fèi)用；沼氣工程的工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮沼氣的有效利用，充分利用公司周圍飼料基地和農(nóng)田消納沼渣、沼液；沼氣工程的工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)，除了執(zhí)行能源環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)符合國(guó)家及地方現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)項(xiàng)目單位的實(shí)際情況，項(xiàng)目選擇“能源生態(tài)模式”處理利用工藝，即奶牛場(chǎng)糞便、污水經(jīng)厭氧液氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，處理后的沼渣、沼液做為奶牛場(chǎng)飼料玉米地的有機(jī)肥料充分利用。選擇該方案的原因是項(xiàng)目單位有大面積的飼草料地可容納沼渣沼液，可減少污水處理設(shè)備費(fèi)用，降低化肥的使用，節(jié)約肥料支出費(fèi)用，達(dá)到最佳的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。具體工藝選擇高濃度推流式沼氣發(fā)酵工藝（HCPF），該工藝是農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院于1981年在學(xué)習(xí)德國(guó)臥式機(jī)械攪拌沼氣池技術(shù)的基礎(chǔ)上，將“高濃度”技術(shù)引入而形成的一種新技術(shù)。1987年在北京竇店村建成100m34高濃度推流式沼氣池，進(jìn)料TS濃度為10 ％；九十年代又在上海市的萬(wàn)頭豬場(chǎng)興建了四座數(shù)百立方米的推流式沼氣工程。 HCPF工藝技術(shù)實(shí)際應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀近幾年來(lái)，“HCPF”沼氣工程發(fā)展很快，特別在北方寒冷地區(qū)。2006年10月份，由農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（簡(jiǎn)稱農(nóng)工院）承擔(dān)設(shè)計(jì)的250 m39“HCPF”沼氣池建成投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)三年冬季零下35℃嚴(yán)冬的考驗(yàn)，正常運(yùn)行至今。該工程的成功運(yùn)行受到黑龍江省有關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)好評(píng)，許多沼氣界人士前往參觀。該項(xiàng)技術(shù)又在北京黑龍江、內(nèi)蒙古、山西、陜西、貴州、甘肅和天津等地推廣與興建。其中2007年海南華富公司利用該項(xiàng)技術(shù)在黑龍江肇州壯大村建成250 m38“HCPF”沼氣池，并與20棟太陽(yáng)能溫室相結(jié)合、開(kāi)展綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益頗豐。2008年河南大地沼氣開(kāi)發(fā)公司在雞西一豬場(chǎng)建成250 m32 “HCPF”沼氣發(fā)電（75千瓦）工程，均取得了良好的效益。目前我國(guó)大中型畜禽場(chǎng)沼氣工程多采用中溫發(fā)酵的立式沼氣池，由于受進(jìn)料泵性能的限制其進(jìn)料的干物質(zhì)濃度（TS％）只有4～5％，—，由于這部分污水也需要耗能加溫，故其能量輸出率η降低；又需設(shè)多級(jí)“預(yù)處理”以去除秸草等雜物，既加大工程投資，也加大了操作強(qiáng)度和運(yùn)行成本；再之進(jìn)料TS濃度低，帶來(lái)懸浮物易上浮形成的浮渣也難以去除。因此，選擇高濃度推流式沼氣發(fā)酵工藝有利于項(xiàng)目后續(xù)管理和充分發(fā)揮項(xiàng)目工程的效益。 HCPF工藝及其機(jī)械攪拌臥式沼氣池的特點(diǎn)進(jìn)料TS濃度高由于畜禽糞便與配兌污水不需預(yù)處理，而分別直接加入沼氣池，可人為控制進(jìn)料TS濃度的提高。實(shí)現(xiàn)了“推流”的效果當(dāng)進(jìn)料TS濃度偏低時(shí)，其只能沿池內(nèi)沉渣的表面流動(dòng)并很快到達(dá)出口，形成“短路”；其流態(tài)如同含有泥沙河水流動(dòng)一般。只有在料液高濃度的條件下，配以合理的攪拌，才能真正實(shí)現(xiàn)“推流式沼氣發(fā)酵工藝”的效果。沒(méi)有浮渣去除的難題由于進(jìn)料TS濃度高，懸浮物難以上浮形成浮渣；即使有少量浮渣也會(huì)被不斷旋轉(zhuǎn)的葉片將其破碎且壓入發(fā)酵液中而被消化去除。能量輸出率η高以奶牛場(chǎng)沼氣工程為例，我國(guó)現(xiàn)有立式沼氣池工藝：進(jìn)料TS濃度為5％時(shí)，；本工藝：進(jìn)料TS濃度為10％時(shí)。僅此一項(xiàng)對(duì)比，本工藝就可節(jié)約加熱發(fā)酵液熱能消耗的50％。加之附屬設(shè)備少耗電少，故能量輸出率η高。如果采用“熱電聯(lián)產(chǎn)”其工程能量輸出率η可達(dá)60％。工藝簡(jiǎn)單、操作方便該工程沒(méi)有“預(yù)處理”的設(shè)施和工序。減少了沼液外運(yùn)的能耗由于進(jìn)料總量減少一半以上，故沼液外運(yùn)的能耗大為降低。組合式結(jié)構(gòu)有利于標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化由于我國(guó)大多數(shù)畜禽場(chǎng)規(guī)模不大，這種組合式結(jié)構(gòu)有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)設(shè)備的工廠化。項(xiàng)目工藝流程主要包括：沼氣生產(chǎn)工段、沼氣發(fā)電工段、有機(jī)肥生產(chǎn)工段。有機(jī)肥生產(chǎn)奶牛圈舍凈化裝置儲(chǔ)氣罐農(nóng)戶供氣沼氣發(fā)電糞便清理奶牛糞便厭氧消化沉淀池固液分離調(diào)蓄池拌輔料烘干堆漚沼液供應(yīng)堆漚有機(jī)肥場(chǎng)區(qū)用電造粒成型農(nóng)田地烘干造粒成型圖71項(xiàng)目工藝流程圖沼氣生產(chǎn)工段：由糞便收集、厭氧消化、凈化與儲(chǔ)氣組成，工藝采用高濃度推流式沼氣發(fā)酵工藝（HCPF）。如圖72所示。生產(chǎn)的沼氣供應(yīng)農(nóng)戶燃?xì)夂团?chǎng)內(nèi)沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電。沼氣發(fā)電工段。由發(fā)電機(jī)組、配電設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)組成，生產(chǎn)的電力職業(yè)供應(yīng)場(chǎng)內(nèi)電力消耗。有機(jī)肥生產(chǎn)工段。由沉淀池、固液分離池和有機(jī)肥生產(chǎn)車間組成。部分牛糞用作有機(jī)肥生產(chǎn)，部分用作沼氣生產(chǎn)。沼氣生產(chǎn)工程產(chǎn)生的沼渣加工成固體有機(jī)肥，沼液作為液體有機(jī)肥和固體有機(jī)肥一起用于農(nóng)田和飼草料地肥料補(bǔ)充。圖72 HCPF工藝及其臥式機(jī)械攪拌沼氣池示意圖沼氣、沼液和沼渣分別由沼氣管、溢料管和排渣管排出；每個(gè)沼氣池的機(jī)械攪拌裝置的功率（根據(jù)每個(gè)池容積100—250 立米的大?。?；加熱裝置的方式有，沼氣發(fā)電機(jī)組的余熱或太陽(yáng)能熱水器通過(guò)池內(nèi)熱交換器加熱發(fā)酵液等。糞便收集采用機(jī)械化作業(yè)，集中到統(tǒng)一地點(diǎn)進(jìn)行處理，集中后的原料首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池儲(chǔ)存。為提高沼氣生產(chǎn)效率，適當(dāng)配合一定數(shù)量的秸稈。其主要來(lái)源是牛場(chǎng)內(nèi)廢棄的秸稈殘?jiān)?。將秸稈殘?jiān)占饋?lái)進(jìn)行粉碎，按一定比例配合，做到廢物綜合利用。、循環(huán)與收集牛場(chǎng)內(nèi)的沖洗污水和尿液經(jīng)由安裝過(guò)濾裝置的管道收集后直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池，再經(jīng)調(diào)節(jié)池進(jìn)入消化池參與沼氣發(fā)酵。發(fā)酵后的廢液由固液分離裝置分離，成為沼液用于農(nóng)田施肥。項(xiàng)目采用HCPF工藝，奶牛糞便與配兌污水不需經(jīng)過(guò)預(yù)處理，分別直接加入沼氣池前端，并在機(jī)械攪拌和加熱裝置的共同作用下，沼氣發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。經(jīng)過(guò)發(fā)酵后的沼渣沼液經(jīng)固液分離裝置分離，沼渣經(jīng)過(guò)堆漚、拌輔料、烘干和成型造粒工序，加工成固體有機(jī)肥用于農(nóng)田施肥。凈化、脫水。沼氣凈化工藝包括水洗和堿洗；堿洗用堿溶液為生石灰和水的混合液，或?yàn)闅溲趸c溶液；使用脫水裝置，除去沼氣中的水蒸汽后加壓儲(chǔ)存。經(jīng)過(guò)該工藝處理后沼氣純度明顯提高，硫化氫、二氧化碳、水汽等雜質(zhì)含量顯著降低，而甲烷含量大幅度提高，沼氣中甲烷含量可達(dá)到70％以上，最高可以達(dá)95％以上，燃燒無(wú)異味。沼氣凈化設(shè)備2臺(tái)，一備一用，并聯(lián)運(yùn)行。定期檢查脫硫塔的氣密性、塔前塔后的沼氣壓力，每周對(duì)旁路閥門和備用脫硫塔的閥門進(jìn)行開(kāi)、閉運(yùn)轉(zhuǎn)。定期再生或更換脫硫劑，冬季運(yùn)行時(shí)注意脫硫塔的保溫。定期排除氣水分離器、凝水器及沼氣凈化設(shè)備中的冷凝水，排水時(shí)應(yīng)防止沼氣泄漏。在清洗沼氣凈化系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)打開(kāi)旁路閥門，并檢查閥門是否完全關(guān)閉后方可進(jìn)一步操作。同時(shí)，應(yīng)注意防火、防爆及室內(nèi)通風(fēng)。凈化設(shè)備檢修時(shí)依靠旁通管道維持沼氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。沼氣儲(chǔ)存設(shè) 定時(shí)觀測(cè)沼氣貯氣柜的沼氣量和壓力，并做好記錄。定時(shí)補(bǔ)充清水，使貯氣柜的水封保持設(shè)計(jì)的水位高度。冬季氣溫低于0℃時(shí)，應(yīng)采取防凍措施。定期檢查沼氣貯氣柜、沼氣管道及閘閥是否漏氣。沼氣貯氣柜的升降設(shè)施、進(jìn)出氣閥門應(yīng)經(jīng)常檢查，添加潤(rùn)滑油(脂)。貯氣柜水封池存水應(yīng)半年更換一次。經(jīng)常檢測(cè)水的pH值，當(dāng)pH＜6時(shí)應(yīng)及時(shí)換水。沼氣貯氣裝備運(yùn)行3年～5年應(yīng)徹底維修一次，鐘罩每2年用防護(hù)油漆或涂料涂飾。沼氣貯氣柜的安全防護(hù)和操作應(yīng)符合安全操作規(guī)程。工作人員上、下沼氣貯氣柜巡視、操作或維修時(shí)，必須配備防止靜電的工作服，并不得穿帶鐵釘?shù)男蚋吒Ｅ懦託赓A氣柜故障，應(yīng)制定安全技術(shù)方案，由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。貯氣柜的進(jìn)、出氣管應(yīng)安裝阻火器，并應(yīng)定期拆卸清洗。 貯氣柜的避雷針應(yīng)在雷雨季節(jié)前進(jìn)行檢測(cè)、保養(yǎng)。發(fā)電余熱主要用于消化池的加溫，采用密封管道和熱交換器與消化池連接，提高消化池的溫度。項(xiàng)目有機(jī)肥包括兩部分。一是用牛場(chǎng)的鮮牛糞經(jīng)堆漚、烘干、成型工藝直接生產(chǎn)有機(jī)肥。二是使用從固液分離工序分離出來(lái)的沼渣經(jīng)堆漚、拌輔料、烘干和成型造粒工藝生產(chǎn)有機(jī)肥。集水池主要功能是臨時(shí)存儲(chǔ)糞便及污水，設(shè)計(jì)集水池容積為60立米，最大量為57噸。集水池采用地下式，內(nèi)徑長(zhǎng)10米，寬3米，深2米。采用鋼混結(jié)構(gòu)。，四周及頂部加蓋保溫層。由于項(xiàng)目采用高濃度推流式沼氣發(fā)酵工藝（HCPF），畜禽糞便與配兌污水不需預(yù)處理，而分別直接加入沼氣池，項(xiàng)目不設(shè)計(jì)預(yù)處理池。沼氣池是工程的核心建筑，消化池的池型有兩種，一種是立式消化池，即升流式固體床；另一種是臥式池，即推流式反應(yīng)器。兩種池型的比較見(jiàn)下表71。表71 立式池與臥式池比較表立式池臥式池發(fā)酵溫度中溫中溫底物濃度（TS）2%～5%6%～9%加溫用熱量多少操作簡(jiǎn)單方便簡(jiǎn)單方便運(yùn)行穩(wěn)定性穩(wěn)定性一般池內(nèi)有攪拌軸，對(duì)原料的要求低，穩(wěn)定性較好。發(fā)酵速率由于底物直接與最濃的發(fā)酵微生物接觸，速率較快底物與微生物接觸穩(wěn)定，發(fā)酵速率較立式穩(wěn)定配套農(nóng)田多少投資基本一樣綜合考慮兩種池型的特點(diǎn)和物料特點(diǎn)及當(dāng)?shù)貧夂蜉^冷等因素，臥式池由于底物濃度高，加熱量小，運(yùn)行費(fèi)用低和沼液量少等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇臥式池。該處理工藝中沼氣池采用高效推流處理工藝，沼氣池進(jìn)料打破傳統(tǒng)進(jìn)料進(jìn)行預(yù)處理的常規(guī)；該工藝采用的攪拌系統(tǒng)不僅加速產(chǎn)氣率，而且解決了池體結(jié)殼的問(wèn)題；采用這種工藝技術(shù)的沼氣池進(jìn)料濃度高達(dá)10%以及30%的沼液回用，有效控制了由于沼液所產(chǎn)生的貯存設(shè)施的投資。該工藝已在北京、上海等地推廣應(yīng)用，此套技術(shù)已進(jìn)一步完善，非常成熟可行。同時(shí)該工藝簡(jiǎn)單合理，投資小，操作方便可靠、運(yùn)行費(fèi)用低。項(xiàng)目設(shè)計(jì)臥式消化池4座，每座250立米，總?cè)萘?000立米。實(shí)際負(fù)荷達(dá)到900立米以上。采用地下式鋼混結(jié)構(gòu)，上面加蓋太陽(yáng)能溫室，溫室內(nèi)由發(fā)電機(jī)組余熱輔助供暖，加強(qiáng)冬季保溫效果，建議聘請(qǐng)農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（簡(jiǎn)稱農(nóng)工院）承擔(dān)工程設(shè)計(jì)。項(xiàng)目采用的高濃度推流式沼氣發(fā)酵工藝中，固液分離設(shè)施和消化池一體建造，也為地下式鋼混結(jié)構(gòu)。，沼液暫儲(chǔ)存池設(shè)計(jì)為300立米，鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑長(zhǎng)30米，寬5米，深2米。配套污水泵1套。 沼液儲(chǔ)存池設(shè)計(jì)儲(chǔ)存能量為1000立米，鋼混結(jié)構(gòu)，上加防護(hù)蓋，（1用1備）。沼氣凈化包括脫水、脫硫和脫二氧化碳。沼氣凈化系統(tǒng)（1）沼氣脫硫提純凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明康達(dá)公司結(jié)合沼氣源的特性及沼氣發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣品質(zhì)要求，本著安全、高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)沼氣脫硫提純凈化系統(tǒng)對(duì)沼氣進(jìn)行脫水、脫硫、除塵凈化、提純、穩(wěn)壓處理以滿足沼氣發(fā)電機(jī)組的用氣需求。整套沼氣脫硫提純凈化系統(tǒng)將脫硫塔、沼氣增壓風(fēng)機(jī)、緩沖罐等設(shè)備進(jìn)行一體化的撬裝式設(shè)計(jì)，預(yù)留有系統(tǒng)的進(jìn)、出口，用戶只需將氣源出口、發(fā)電機(jī)組進(jìn)口與系統(tǒng)連接好，就可投入使用，具有運(yùn)輸移動(dòng)方便、安裝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可操作性強(qiáng)、處理效果好等特點(diǎn)。（2）沼氣脫硫提純凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)沼氣流量： 自定義CH4含量： 60%相對(duì)濕度： 100%H2S含量： 2000ppm溫度： 常溫厭氧池沼氣出口壓力： 微正壓（3）沼氣脫硫提純凈化系統(tǒng)性能指標(biāo)H2S含量： ≤200ppm溫度： 常溫壓力： 8～20kPa（4）沼氣脫硫提純凈化工藝方案1）工藝流程從厭氧沼氣池中出來(lái)的沼氣中含有大量的水氣、粉塵雜質(zhì)、硫化氫等有害氣體。沼氣經(jīng)過(guò)初步脫水除塵后然后進(jìn)入脫硫塔，利用合理的反應(yīng)條件可經(jīng)濟(jì)地將沼氣中的硫化氫脫至200ppm以下，脫硫后的沼氣進(jìn)入沼氣增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行增壓輸送，增壓后的沼氣進(jìn)入緩沖系統(tǒng)進(jìn)行緩沖，一方面進(jìn)行沼氣除雜處理，另一方面穩(wěn)定送氣壓力，以保證后續(xù)發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，緩沖穩(wěn)壓后的沼氣進(jìn)入終端用氣設(shè)備。2）沼氣處理工藝▲脫硫工藝：從厭氧沼氣池中出來(lái)的沼氣經(jīng)過(guò)初步脫水后，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。硫化氫氣體與脫硫劑接觸，由于發(fā)生氧化還原反應(yīng)而從沼氣中脫除。脫硫系統(tǒng)能為脫硫反應(yīng)提供最佳的溫度、水氣含量，脫硫劑的裝填工藝亦能為脫硫過(guò)程提供最佳的氣流通道和氣固反應(yīng)的有效接觸面積，可以極大地提高脫硫劑的利用效率以及沼氣的凈化程度。▲增壓工藝：通過(guò)脫硫后的凈化沼氣進(jìn)入沼氣增壓風(fēng)機(jī)增壓輸送，一方面克服管道、設(shè)備、管件的阻力損失，另一方面使輸送至發(fā)電機(jī)組前的沼氣壓力滿足機(jī)組的進(jìn)氣壓力要求?？紤]到沼氣是一種易燃易爆的危性氣體，本方案中選用的增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了特殊的內(nèi)部處理，以滿足防腐、防爆、防泄露的安全性要求，保證整個(gè)脫硫凈化系統(tǒng)的安全。▲脫水、除雜、緩沖工藝：增壓后的沼氣進(jìn)入緩沖罐，實(shí)現(xiàn)氣、液、固的有效分離，同時(shí)達(dá)到進(jìn)行氣體穩(wěn)壓處理，以滿足對(duì)發(fā)電機(jī)組和農(nóng)戶集中供氣的平穩(wěn)供氣，保證配氣網(wǎng)絡(luò)發(fā)電機(jī)組的安全、高效運(yùn)行。分離出來(lái)的水和微粒通過(guò)重力的作用沉降到緩沖罐底部，同時(shí)部分溶解于水中的雜質(zhì)氣體等隨水從緩沖罐底部排出。凈化后的氣體從頂部出來(lái)進(jìn)入儲(chǔ)氣柜。圖73 沼氣凈化工藝流程圖（5）設(shè)備選型：設(shè)備選用東莞市康達(dá)機(jī)電工程有限公司生產(chǎn)的KD型沼氣凈化設(shè)備2套。儲(chǔ)存系統(tǒng)項(xiàng)目采用低壓干式儲(chǔ)氣柜2套，每套儲(chǔ)氣容積200立米，總?cè)莘e400立米。設(shè)備選用成都安美固建筑工程科技有限公司生產(chǎn)的AMB型膜式沼氣儲(chǔ)氣柜。項(xiàng)目設(shè)計(jì)日產(chǎn)沼氣720立米，其中供應(yīng)農(nóng)戶374立米，剩余346立米。，可發(fā)24KW電，所以選用25KW發(fā)電機(jī)組為宜。發(fā)電系統(tǒng)選用