【文章內容簡介】 （t/d）干物質（t/d）合計處理單元輸入量68515700單元輸出量預處理單元19厭氧過程683 沼液儲存輸出量合計一、沼氣工程工藝流程本沼氣工程工藝流程如圖63所示。沼氣電能自用糞污勻漿水解池一段厭氧反應器Triton外環(huán)沼液池1施用于農田和牧場生物脫硫貯氣柜發(fā)電機余熱利用二段發(fā)酵池Triton內環(huán)沼液池2沼液池3圖63 中糧（張北）20萬頭養(yǎng)殖糞污處理沼氣綜合利用項目工藝流程二、工藝流程說明發(fā)酵原料豬糞、尿和沖洗水等統(tǒng)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(fā)酵。本工程擬采用全混合式混凝土結構環(huán)套環(huán)型厭氧發(fā)酵罐。產生的沼氣經生物預脫硫和化學脫硫、脫水凈化后進入熱電聯(lián)產的沼氣發(fā)電機組，產生的電能上網，發(fā)電機余熱回收利用，用于厭氧罐增溫。厭氧發(fā)酵后的發(fā)酵液送入沼液儲存池，儲存180天之后，由泵在施肥期內（一個月），沼液送到附近的農場，草場和果園、飼料地和無公害蔬菜基地的有機肥料，在非用肥季節(jié)，沼液進入沼液存儲池進行存儲。 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,再用中心離心泵泵入厭氧罐內。 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）進料方式糞污經由中心離心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(fā)酵工藝。它在沼氣發(fā)酵罐內采用攪拌和加溫技術，這是沼氣發(fā)酵工藝中的一項重要技術突破。攪拌和加熱，使沼氣發(fā)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(fā)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(fā)酵處理。優(yōu)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(tài)有機肥（水肥）習慣的地區(qū)。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(fā)酵工藝無可比擬的優(yōu)點，現(xiàn)在歐洲等沼氣工程發(fā)達地區(qū)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(jié)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(wěn)定，同時，更有利于項目的順利實施與運行管理。（3）厭氧罐配置每座一段厭氧反應器內設置推流攪拌機，一段厭氧發(fā)酵罐為環(huán)廊式結構，外壁內壁為混凝土結構，帶有混凝土池底和混凝土池頂，推流攪拌機通過服務平臺安裝在發(fā)酵罐內部。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。反應器底部設出料系統(tǒng)，由中心離心泵間歇泵入二段厭氧發(fā)酵罐，內環(huán)發(fā)酵罐。內環(huán)發(fā)酵罐為全池混合式發(fā)酵罐，外壁和底板頂板與外環(huán)同時澆注而成，內環(huán)同樣設置有推流攪拌機，推流攪拌機通過服務平臺安裝在發(fā)酵罐內部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。內環(huán)反應器底部設出料系統(tǒng)，由中心離心泵間歇泵入下一步處理工藝圖64 溫度對厭氧中溫發(fā)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3840℃。為了保證厭氧反應在冬季仍可正常運行，必須對系統(tǒng)實施增溫和整體保溫措施。a. 保溫系統(tǒng)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，保溫層厚度100mm。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(lián)供發(fā)電機組產生的余熱；在罐體內設置加熱管，發(fā)電機余熱經交換管交換熱量，實現(xiàn)對罐體的增溫。發(fā)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(fā)電機系統(tǒng)。 沼液處理工藝 本工程設計沼液池 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(tài)有機肥使用。 沼氣凈化與貯存工藝厭氧發(fā)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(fā)電機組的壽命，因此需進行脫硫等凈化處理。對于豬糞廢水產生的沼氣，其中H2S氣體含量約為3000 ppm，而沼氣發(fā)電機組要求沼氣中含H2S氣體含量低于200 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和化學法進行精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(yōu)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(wěn)定，比化學脫硫法成本降低70%?；瘜W方法主要使用氧化鐵作為接觸藥劑，當沼氣H2S由于季節(jié)變化增高時，采用化學脫硫與生物脫硫相結合，保證發(fā)電機正常運行。 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(jié)氣體的輸送量至沼氣發(fā)電機，以保持貯氣柜內氣壓的穩(wěn)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(jié)和控制沼氣的貯存量。 熱電聯(lián)供沼氣發(fā)電機配置本工程選擇沼氣用于發(fā)電上網。由豬糞污水厭氧消化處理后所產生的沼氣是一種優(yōu)質的生物氣體能源。在標準狀態(tài)下（0℃， kPa）， MJ， kWh（1 kWh= MJ）。目前，國產沼氣發(fā)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%。余熱可以用于厭氧發(fā)酵罐的增溫。本工程擬選用100 kW、200kw國產發(fā)電機組各1臺。發(fā)電機組由發(fā)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700 m3/d，%，經中溫厭氧消化可日產沼氣8400m3，采用熱電聯(lián)供沼氣發(fā)電機組，進行熱電聯(lián)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(tǒng)每天產沼氣8400m3，死豬無害化處理和職工炊廚燃料日耗沼氣400 m3，夏秋兩季厭氧發(fā)酵自身增溫2400m3，其余尚有5600m3用于發(fā)電，發(fā)電機裝機容量300kw（100+200），日發(fā)電8960kWh，春冬兩季厭氧發(fā)酵自身增溫5600m179。，其余2400m179。用于發(fā)電，日發(fā)電3840kWh。按實際運行發(fā)電轉換率計算， kWh，則每天可發(fā)電總量為：夏秋季：5600 = 8960 kWh/d春冬季：2120 = 3840 kWh/d（2）熱能轉換計算發(fā)電機組每天可利用熱能總量為：560041%/38%=（夏秋季） 240041%/38%=（春冬季）（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38℃條件下正常運行，需要對物料進行升溫。每天有700 t混合糞污。根據當?shù)囟咀罾湓職鉁厍闆r，混合糞污溫度取10℃。假設糞水比熱容和清水相當，上述物料需增溫至38℃，環(huán)境溫度最低 20℃，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：700 t/d；目標溫度38℃38℃設冬季物料溫度10℃15℃每天增溫至目標溫度所需熱量3484MJ/h 2400MJ/h可利用熱能可利用的總熱量1107MJ/h熱水形式的熱量設換熱效率80%3484=x+()/X=116m3/h結論寒冷氣候條件下，沼氣發(fā)電機組的余熱能不足于使每日700噸混合糞污增溫至38℃以上，發(fā)電機余熱不能滿足加熱需要，還需要沼氣鍋爐進行供熱，沼氣消耗量為116m3/h, 2400m3/天第7章 工藝單元設計與設備選型 預處理系統(tǒng) 勻漿水解池功 能：水解勻漿，沉淀泥砂。容 積：700 m3池 數(shù)：2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： kW 數(shù) 量：2臺勻漿池操作服務平臺 功 能：維護攪拌機，觀察勻漿池工作狀態(tài)，產氣，安全閥等 功 率：0 數(shù) 量：2座 厭氧消化及后處理部分 泵房面 積：100 m2構造形式：半地下鋼砼結構（與勻漿池和發(fā)酵罐共用隔墻）數(shù) 量：1間主要設備：勻漿池到外環(huán)厭氧罐中心泵 功 能：負責物料輸送 功 率： 型 號： UTS ZPS4000 E SS 數(shù) 量：2臺， 功 能：向厭氧消化反應器進料。 進料泵類型：離心泵 流 量：3 m3/min 運行時間：14分鐘外環(huán)厭氧罐到內環(huán)厭氧罐中心泵及負責輸送內環(huán)物料到沼液池 功 能：負責物料輸送 功 率：22kW 型 號： UTS ZPS4000 E SS 數(shù) 量：2臺， 功 能：向厭氧消化反應器進料。 進料泵類型：離心泵 流 量：3 m3/min 運行時間：14分鐘 空氣壓縮機 功 能：驅動氣動閥門 容 積： 數(shù) 量:1 臺 固定式沼氣分析儀 功 能：分析沼氣中H2S, CO2, CH4含量，控制鼓風機，遠程數(shù)據傳輸 數(shù) 量:1 臺 沼液回流泵 功 能：負責沼液回流 功 率： 型 號：螺桿泵 數(shù) 量：1臺， 厭氧反應器功 能：厭氧消化反應器。數(shù) 量：2座尺 寸：Φ10 m 20m總 容 積：1500 m32座停留時間：2d發(fā)酵溫度：中溫38℃裝置產氣率： m3/m3d結構形式：碳鋼+防腐結構。主要設備（每座發(fā)酵罐）：厭氧罐頂外環(huán)攪拌機功 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(shù) 量：2臺厭氧罐頂內環(huán)攪拌機功 能：對物料進行攪拌、破殼，防止浮渣層產生。功 率：數(shù) 量：2臺厭氧罐操作服務平臺（內外環(huán)） 功 能：維護攪拌機，觀察勻漿池工作狀態(tài)，產氣，安全閥等 功 率：0 數(shù) 量：5座厭氧罐增溫方式增溫熱源：利用沼氣發(fā)電機組余熱并采用增溫盤管增溫厭氧罐至38℃。勻漿池，內外環(huán)厭氧發(fā)酵罐內壁均設有多組加熱盤管。厭氧罐保溫方式本設計發(fā)酵罐保溫采用高密度擠塑板保溫，總厚度為10 cm，安裝于罐體外壁，可保證發(fā)酵罐內溫度穩(wěn)定。保溫層最外部用彩鋼板覆蓋保護。 沼液池功 能：貯存沼液 容 積：50000 m3*3結 構：水工膜防滲護坡結構停留時間：180數(shù) 量：3座 沼氣脫硫脫水凈化、貯存 沼氣凈化系統(tǒng)功 能：沼氣凈化設計參數(shù)和主要設備參數(shù)：（1）生物脫硫裝置脫硫效率：70%處理能力：300 m3/h數(shù) 量：1臺功 率：2 kW （2）冷卻除水器型 號：HZNC50功 率： kW數(shù) 量：1套（3）干式阻火器型 號：ZHQB數(shù) 量：2套（4）沼氣流量計型 號：HGF3000數(shù) 量：1臺（5）沼氣成分監(jiān)測儀功 能：在線監(jiān)測沼氣中的CHH2S、O2含量型 號：BIOGAS 905數(shù) 量：1臺 沼氣貯存系統(tǒng)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(jié)氣體的進/出量，以保持氣柜內氣壓穩(wěn)定。內外膜和底膜均采用德國進口膜，由HF熔接工序熔接而成，材料經表面特殊處理加高強度聚酯纖維和丙烯