【正文】 45 7% 清除干物質(zhì) 水量 602 清除干物質(zhì)耗水量 牛糞含水量 尿及沖洗 水量 輸出水量 厭氧反應(yīng) 厭氧反應(yīng)消耗量 % 厭氧反應(yīng)輸出量 固液分離 固液分離輸入水量 固液分離輸出水量 579 沼液儲存 沼液含水量 579 % 沼渣儲存 沼渣含水量 % 圖 62 水量平衡圖 本項(xiàng)目水、物料（ TS）總平 衡關(guān)系見表 24。 沼液產(chǎn)量為 t/d，其中含水量為 579 t/d，含干物質(zhì)量為 t/d，含固率為 %。 沼渣 預(yù)處理 t/d 厭氧罐 固液分離 沼液池 579 t/d t/d t/d 579 t/d t/d t/d t/d 602 t/d 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 19 表 64 水量、物料（ TS）總平衡關(guān)系 項(xiàng)目 水量（ t/d） 干物質(zhì)（ t/d） 合計(jì) 處理單元 輸入量 602 45 647 單元輸出量 3 預(yù)處理單元 厭氧過程 固液分離 沼渣儲存 579 沼液儲存 輸出量合計(jì) 602 45 647 沼氣 工藝流程 的確定 沼氣工程工藝選擇 一、 沼氣工程工藝 流程 本沼氣工程工藝 流程 如圖 63 所示。 圖 63 大豐市海豐奶牛場 沼氣工程工藝流程 二、 工藝流程說明 沼 氣 發(fā)電上網(wǎng) 混合糞污 勻漿 水解池 厭氧反應(yīng)器 CSTR 固液 分離機(jī) 固態(tài)有機(jī)肥 用作農(nóng)作物、果園、 飼料地等液態(tài)有機(jī)肥 生物脫硫 貯氣柜 發(fā)電機(jī) 余熱利用 后發(fā)酵池 沼液池 氧化塘 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 20 發(fā)酵原料牛糞 、尿和沖洗水等 統(tǒng)一收集 ，然后進(jìn)入勻漿水解池，經(jīng)過進(jìn)一步水解和沉砂之后進(jìn)入?yún)捬豕薨l(fā)酵。本工程擬采用 全混合式鋼結(jié)構(gòu)厭氧發(fā)酵罐 。 產(chǎn)生的沼氣經(jīng) 生物脫硫、脫水凈化 后 進(jìn)入 熱電聯(lián)產(chǎn)的沼氣發(fā)電機(jī)組 ，產(chǎn)生的 電 能上網(wǎng)，發(fā)電機(jī)余熱回收利用，用于厭氧罐增溫和沼渣干燥。 厭氧發(fā)酵 后的發(fā)酵液經(jīng)過固液分離，沼渣生產(chǎn)固態(tài)有機(jī)肥料，沼 液 用于果園、飼料地和無公害蔬菜基地的有機(jī)肥料 ，在非用肥季節(jié)，沼液進(jìn)入 氧化塘凈化處理達(dá)到畜禽廢水排放標(biāo)準(zhǔn)后排放 。 預(yù)處理工藝 混合糞污 進(jìn)入 勻漿水解池，在此進(jìn)一步勻漿水解，去除泥 砂 等雜質(zhì)。在勻漿水解池內(nèi)將料液增溫至 30℃，再用螺桿 泵泵入?yún)捬豕迌?nèi)。 厭氧消化工藝 厭氧消化工藝包括進(jìn)料單元、厭氧消化單元 、沼氣貯存 等構(gòu)成。 （ 1）進(jìn)料方式 糞污 經(jīng) 由 螺桿泵 泵 入 厭氧消化單元 ， 分批間歇進(jìn)料。 （ 2）厭氧反應(yīng)器工藝 本工程采用 完全混合厭氧反應(yīng)器 。 完全混合厭氧反應(yīng)器（ CSTR）適用于畜禽糞污發(fā)酵工藝。它在 沼氣 發(fā)酵罐內(nèi)采用攪拌和加溫技術(shù)，這是 沼氣 發(fā)酵工藝中的一項(xiàng)重要技術(shù)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(yīng)器也被稱為高速沼氣發(fā)酵罐。其特點(diǎn)是：固體濃度高， TS 6~12%，可使畜禽糞便污水全部進(jìn)行沼氣發(fā)酵處理。優(yōu)點(diǎn)是處理量大，產(chǎn)沼氣量多，便于管理，易啟動，運(yùn)行費(fèi)用低。一般適宜于以產(chǎn)沼氣為主，有使用液態(tài)有機(jī)肥（水肥）習(xí)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(jī)廢棄物，具有其他高效沼氣發(fā)酵工藝無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在歐洲 等沼氣工程發(fā)達(dá)地區(qū)廣泛采用。因此，選擇完全混合厭氧反應(yīng)器（ CSTR）是較為合適的，有利于 節(jié)省 投資；較長的水力停留時(shí)間也有利于奶牛糞污的 充分 分解與消化，沼氣的產(chǎn)量也相對穩(wěn)定，同時(shí)，更有利于項(xiàng)目的順利實(shí)施與運(yùn)行管理。 （ 3）厭氧罐配置 每座厭氧反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置攪拌器，使進(jìn)料均勻分布并充分與厭氧微生物接觸，并使厭氧罐內(nèi)料液溫度均勻，有利于提高產(chǎn)氣率。而且，還可以破除浮渣，防止結(jié)殼。 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。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 21 （ 4）保溫與增溫 厭氧消化反應(yīng)過程受溫度影響很大，如圖 64 所示。本項(xiàng)目厭氧處理單元設(shè) 計(jì)為中溫，其最佳溫度范圍為 35~38℃ 。 為了保證厭氧反應(yīng)在冬季仍可正常運(yùn)行，必須對系統(tǒng)實(shí)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(jìn)行強(qiáng)化保溫。 b. 增溫 增溫主要是在預(yù)處理勻漿水解池 和 厭氧罐 內(nèi)同時(shí)進(jìn)行 。 增溫的熱源來自熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的余熱；在罐體內(nèi)設(shè)置加熱管，發(fā)電機(jī)余熱經(jīng)交換管交換熱量，實(shí)現(xiàn)對罐體的增溫。發(fā)電機(jī)余熱給厭氧消化罐進(jìn)行增溫后，熱交換后的水再回到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。 固液分離及沼渣處理工藝 厭氧發(fā)酵后的出 水中含有大量的固體物質(zhì)，必須進(jìn)行固液分離。固液分離選擇復(fù)合式螺旋擠壓固液分離機(jī)。固液分離出水（沼液）溢流進(jìn)入沼液儲池，固液分離機(jī)可以使沼渣含水率降至 70%以下 運(yùn)送至有機(jī)肥 堆場 貯存，供農(nóng)田和飼料地使用 。 沼液處理工藝 本工程設(shè)計(jì) 沼液池 和氧化塘 。 沼液用途：沼液 經(jīng)管網(wǎng) 至 青貯玉米 飼料地、果園、苗圃等施肥用地，作為液態(tài)有機(jī)肥使用 。同時(shí)配套氧化塘，非用肥季節(jié)沼液進(jìn)入氧化塘凈化處理并達(dá)到畜禽廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。 沼氣凈化與貯存工藝 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，除含有氣體燃料 CH4和圖 64 溫度對厭氧中溫發(fā)酵產(chǎn)氣率的影響 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 22 CO2外，還含有 H2S 和懸浮的顆粒狀雜質(zhì)。 H2S 不僅有毒，而且有很強(qiáng)的腐蝕性。過量的 H2S 和雜質(zhì)會危及發(fā)電機(jī)組的壽命，因此需進(jìn)行脫硫等凈化處理。 對于牛糞廢水產(chǎn)生的沼氣，其中 H2S 氣體含量約為 1200 ppm，而沼氣發(fā)電機(jī)組要求沼氣中含 H2S 氣體含量 低 于 300 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(jìn)行脫硫處理。 生物脫硫法是利用無色硫細(xì)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(zhì)硫或亞硫酸。這種脫硫方法已在歐洲 廣泛使用，在國內(nèi)某些工程已有采用，其優(yōu)點(diǎn)是：不需要催化劑、不需處理化學(xué)污泥，產(chǎn)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，脫硫成本每 立方米沼氣 元，比化學(xué)脫硫法成本降低 70%。 沼氣儲存工藝 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(nèi)層膜組成，外層膜構(gòu)成貯氣柜外部球體形狀，內(nèi)層膜與底部圍成內(nèi)腔以貯存沼氣。貯氣柜設(shè)有防爆風(fēng)機(jī)，防爆風(fēng)機(jī)自動按要求調(diào)節(jié)氣體的輸送量至沼氣發(fā)電機(jī)，以保持貯氣柜內(nèi)氣壓的穩(wěn)定。外層膜設(shè)有一道上下走向的 軟管，由上述防爆風(fēng)機(jī)把外面空氣經(jīng)此軟管輸送進(jìn)外層膜與內(nèi)層膜之間的空間，使外層膜保持球體形狀并同時(shí)把沼氣壓送出去。并配有超聲波測距儀，自動調(diào)節(jié)和控制沼氣的貯存量。 熱電聯(lián)供沼氣發(fā)電機(jī)配置 熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)配置方案選擇 本工程選擇沼氣 用于 發(fā)電 上網(wǎng) 。 由牛糞污水厭氧消化處理后所產(chǎn)生的沼氣是一種優(yōu)質(zhì)的生物氣體能源。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（ 0℃ ， kPa），每立方米沼氣可產(chǎn)生熱量約為 MJ，理論上相當(dāng)于電量 kWh（ 1 kWh= MJ）。 目前，國產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)可把沼 氣中總含能量的 30%左右的能量轉(zhuǎn)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%。如采用進(jìn)口發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)效率可達(dá)到 38%，熱效率 42%，總效率可達(dá) 80%（如圖 65 所示） 。 余熱可以用于厭氧發(fā)酵罐的增溫 及沼渣干燥 。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 23 本工程本工程 擬 選用 1064 kW GE Jenbacher 進(jìn)口 發(fā)電機(jī)組 1 臺 。發(fā)電機(jī)組由發(fā)電機(jī) 主機(jī)、 余熱 回收裝置、消音設(shè)備、 軟化 水設(shè)備 等 部分 組成。 圖 65 沼氣利用效率 熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換計(jì)算 本工程設(shè)計(jì)糞污量為 647 m3/d， TS 為 7%，經(jīng)中溫厭氧消化可日產(chǎn)沼氣 10,800 m3。采用熱電聯(lián)供沼氣發(fā)電機(jī)組，進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)。機(jī)組產(chǎn)生的余熱作為熱源，冬季用于厭氧進(jìn)料 和厭氧罐體 的增溫。 （ 1） 電能轉(zhuǎn)換計(jì)算 該系統(tǒng)每天產(chǎn)沼氣 10,800 m3。按實(shí)際運(yùn)行發(fā)電轉(zhuǎn)換率計(jì)算，每 m3 沼氣可產(chǎn)生電能約 2 kWh，則每天可發(fā)電總量為： 10800 2 = 21600 kWh/d （ 2） 熱能轉(zhuǎn)換計(jì)算 發(fā)電機(jī)組每天可利用熱能總量為： 216004 2%/38%=85945 MJ/d。 （ 3） 熱能供需平衡計(jì)算 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 24 物料增溫是中溫厭氧消 化的重要條件，為保證消化池在 35℃ 條件下正常運(yùn)行，需要對物料進(jìn)行升溫。每天有 647 t 混合糞污 。 根據(jù)當(dāng)?shù)?冬季最冷月 氣溫情況， 混合 糞污溫度取 5℃ 。假設(shè)糞水比熱容和清水相當(dāng)，上述物料需增溫至 35℃ ，熱 平衡計(jì)算表如 下： 表 65 余熱平衡計(jì)算表 基本 條件 每天需增溫物料量 混合糞污 ： 647 t/d； 目標(biāo)溫度 35℃ 35℃ 設(shè)冬季物料溫度 5℃ 15℃ 每天增溫至目標(biāo)溫度所需熱量 104 MJ 104 MJ 可利用熱能 可利用的總熱量 104 MJ 熱水形式的熱量 設(shè)換熱效率65% 104 MJ 65% = 104 MJ 結(jié)論 寒冷氣候條件 下 ， 沼氣發(fā)電機(jī)組的 余 熱能 不足于 使每日 647 噸混合 糞 污增溫至 35℃ 以上， 只有當(dāng)原料溫度 在 15℃ 以 上時(shí) ， 發(fā)電機(jī)組的熱水余熱才可滿足厭氧罐的增溫要求 。 因此 ，必須 在沼氣發(fā)電站內(nèi)設(shè)置沼氣熱水鍋爐 ，保證原料增溫需要 （ 在原料溫度滿足要求時(shí)可停用 ） 。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 25 第 7 章 工藝單元設(shè)計(jì)與設(shè)備選型 預(yù)處理系統(tǒng) 勻漿 水解 池 功 能： 水解 勻漿，沉淀 泥 砂 。 容 積： 1000 m3 池 數(shù)： 1 座 構(gòu)造形 式： 地上 鋼砼結(jié)構(gòu) 主要設(shè)備： 勻漿池 攪拌機(jī) 功 能：將池內(nèi)糞與水充分?jǐn)嚢?。 功 率： 11 kW 數(shù) 量： 1 臺 厭氧消化及后處理部分 泵房 面 積： 60 m2 構(gòu)造形式： 磚混 結(jié)構(gòu) 數(shù) 量： 1 間 主要設(shè)備： 破碎機(jī) 功 能：切碎 物料中 的殘余雜草 ，避免堵塞進(jìn)料泵 。 功 率： kW 型 號： M04F4 數(shù) 量： 2 臺 ，與進(jìn)料泵串聯(lián)安裝 進(jìn)料泵 功 能：向厭氧消化反應(yīng)器 進(jìn)料 。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 26 進(jìn)料泵類型：螺桿泵 型 號： NM090BY01L06V 流 量： 40 m3/h 功 率： 11 kW 數(shù) 量： 2 臺 厭氧 反應(yīng)器 功 能：厭氧消化反應(yīng)器 。 數(shù) 量： 2 座 尺 寸： Φ20 m 18m， 球冠頂總高度 20 m 總 容 積： 6,000 m3 2 座 有效液位： 17m 停留時(shí)間： 18 d 發(fā)酵溫度： 中溫 35℃ 裝置產(chǎn)氣率： m3/m3d 結(jié)構(gòu)形式： 罐體部分為鋼結(jié)構(gòu) 。 主要設(shè)備： 厭氧 罐 頂 攪拌器 功 能：對 物料 進(jìn)行攪拌 ，加強(qiáng) 物料 與 微生物的充分接觸，提高產(chǎn)氣率 。 功 率： kW 數(shù) 量： 2 臺 （每 座 罐 1 臺） 破殼 攪拌器 功 能：對 物料 進(jìn)行攪拌、破殼， 防止浮渣層產(chǎn)生 。 功 率： kW 數(shù) 量： 2 臺（每座罐 1 臺） 厭氧 回流泵（兼 排 砂 泵 ） 功 能： 循環(huán)回流厭氧罐料液，并 去除厭氧罐底部的 沉渣泥 砂 。 型 號： NM076BY01L06V 流 量： 30 m3/h 功 率： kW 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 27 數(shù) 量： 2 臺 （每 座 1 臺） 厭氧罐增溫方式 增溫?zé)嵩矗?利用 沼氣發(fā)電機(jī)組余熱 并采用增溫盤管增溫厭氧罐至 35℃ 。 厭氧罐保溫方式 本設(shè)計(jì)發(fā)酵罐保溫采用 高密度擠塑板 保溫，總厚度為 6 cm，安裝于 罐體 外壁 ，可保證發(fā)酵罐內(nèi)溫度穩(wěn)定。保溫層最外部用彩鋼板覆蓋 保護(hù) 。 后發(fā)酵池 功 能：后續(xù)厭氧消化 ， 池 頂 上面加膜收集 產(chǎn)生的尾 氣 ，防止沼氣泄 漏 。 容 積： 17,000 m3 結(jié) 構(gòu)： 鋼砼結(jié)構(gòu) 停留時(shí)間： 27 d 數(shù) 量： 1 座 主要設(shè)備： 復(fù)合式螺旋擠壓 固液分離機(jī) 功 能： 發(fā)酵液固液分離 。 功 率： 4 kW 數(shù) 量： 6 臺 沼液池 功 能：貯存沼液 容 積： 17,000 m3 結(jié) 構(gòu)：水工膜防滲 護(hù)坡 結(jié)構(gòu) 停留時(shí)間： 20 d 數(shù) 量： 1 座 氧化塘 功 能：利用好氧微生物對多余沼液進(jìn)行凈化，滿足畜禽廢水排放標(biāo)準(zhǔn) 。 容 積： 50,000 m3 結(jié) 構(gòu)： 護(hù)坡水池 停留時(shí)間： 78 d 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 28 數(shù) 量： 1 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(shè)計(jì)參數(shù)和主要設(shè)備參數(shù)： （ 1）生物脫硫 裝置 脫硫效率： 90% 處理能力 ： 500 m3/h 數(shù) 量： 1 臺 功 率： 13 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(jì) 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 CH H2S、 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 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報(bào)告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 地址：杭州市鳳起東路 118 號七層 電話 /傳真： (0571)86041861 Email: 29 尺 寸： m m 結(jié) 構(gòu)：如圖 71 和圖