【導讀】可行性研究報告編制依據(jù)·····································································2. 第2章項目建設背景·················································································4. 項目建設的必要性和可行性··································································4. 項目目的和意義················································&#1

　　

【正文】 47 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 發(fā)酵原料牛糞 、尿和沖洗水等 統(tǒng)一收集 ，然后進入勻漿水解池，經(jīng)過進一步水解和沉砂之后進入?yún)捬豕薨l(fā)酵。本工程擬采用 全混 合式鋼結構厭氧發(fā)酵罐 。 產(chǎn)生的沼氣經(jīng) 生物脫硫、脫水凈化 后 進入 熱電聯(lián)產(chǎn)的沼氣發(fā)電機組 ，產(chǎn)生的 電 能上網(wǎng)，發(fā)電機余熱回收利用，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)有機肥料，沼液 用于果園、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 氧化塘凈化處理達到畜禽廢水排放標準后排放 。 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。在勻漿水解池內將料液增溫至 30℃，再用螺桿 泵泵入?yún)捬豕迌取? 厭氧消化工藝 沼氣 發(fā)電上網(wǎng) 混合糞污 勻漿 水解池 厭氧反應器 CSTR 固液 分離機 固態(tài)有機肥 用作農(nóng)作物、果園、 飼料地等液態(tài)有機肥 生物脫硫 貯氣柜 發(fā)電機 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 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 21 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(jīng) 由 螺桿泵 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(chǎn)沼氣量多，便于管理，易啟動，運行費用低。一般適宜于以產(chǎn)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(chǎn)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 每座厭氧反應 器內設置攪拌器，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(chǎn)氣率。而且，還可以破除浮渣，防止結殼。 反應器上部設出料系統(tǒng)，溢流進入下一個處理單元。 （ 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 35~38℃ 。 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 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 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 22 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。 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(chǎn)生的余熱；在罐體內設置加熱管，發(fā)電機余熱經(jīng)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)。 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，必須進行固液分離。固液分離選擇復合式螺旋擠壓固液分離機。固液分離出水（沼液）溢流進入沼液儲池，固液分離機可以使沼渣含水率降至 70%以下 運送至有機肥 堆場 貯存，供農(nóng)田和飼料地使用 。 沼液處理工藝 本工程設 計 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)有機肥使用 。同時配套氧化塘，非用肥季節(jié)沼液進入氧化塘凈化處理并達到畜禽廢水排放標準。 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行脫硫處理。 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(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 立方米大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 23 沼氣 元，比化學脫硫法成本降低 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(jīng)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 熱電聯(lián)供發(fā)電機配置方案選擇 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)質的生物氣體能源。在標準狀態(tài)下（ 0℃ ， kPa），每立方米沼氣可產(chǎn)生熱量約為 MJ，理論上相當于電量 kWh（ 1 kWh= MJ）。 目前，國產(chǎn)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%。如采用進口發(fā)電機組，發(fā)電機效率可達到 38%，熱效率 42%，總效率可達 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 。 本 工程本工程 擬 選用 1064 kW GE Jenbacher 進口 發(fā)電機組 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 熱電聯(lián)供發(fā)電機能量轉換計算 本工程設計糞污量為 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)電機組，進行熱電聯(lián)產(chǎn)。機組產(chǎn)生的余熱作為熱源，冬季用于厭氧進料 和厭氧罐體 的增溫。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 24 （ 1） 電能轉換計算 該系統(tǒng)每天產(chǎn)沼氣 10,800 m3。按實際運行發(fā)電轉換率計算，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） 熱能轉換計算 發(fā)電機組每天可利用熱能總量為： 216004 2%/38%=85945 MJ/d。 （ 3） 熱能供需平衡計算 物料增溫是中溫厭氧消化的重要條件，為保證消化池在 35℃ 條件下正常運行，需要對物料進行升溫。每天有 647 t 混合糞污 。 根據(jù)當?shù)?冬季最冷月 氣溫情況， 混合 糞污溫度取 5℃ 。假設糞水比熱容和清水相當，上述物料需增溫至 35℃ ，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 ： 647 t/d； 目標溫度 35℃ 35℃ 設冬季物料溫度 5℃ 15℃ 每天增溫至目標溫度所需熱量 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 設換熱效率65% 104 MJ 65% = 104 MJ 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 647 噸混合 糞 污增溫至 35℃ 以上， 只有當原料溫度 在 15℃ 以 上時 ， 發(fā)電機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)電站內設置 沼氣熱水鍋爐 ，保證原料增溫需要 （ 在原料溫度滿足要求時可停用 ） 。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 25 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： 1000 m3 池 數(shù)： 1 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： 11 kW 數(shù) 量： 1 臺 厭氧消化及后處理部分 泵房 面 積： 60 m2 構造形式： 磚混 結構 數(shù) 量： 1 間 主要設備 ： 破碎機 功 能：切碎 物料中 的殘余雜草 ，避免堵塞進料泵 。 功 率： kW 型 號： M04F4 數(shù) 量： 2 臺 ，與進料泵串聯(lián)安裝 進料泵 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 26 功 能：向厭氧消化反應器進料 。 進料泵類型：螺桿泵 型 號： NM090BY01L06V 流 量： 40 m3/h 功 率： 11 kW 數(shù) 量： 2 臺 厭氧 反應器 功 能：厭氧消化反應器 。 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 停留時間： 18 d 發(fā)酵溫度： 中溫 35℃ 裝置產(chǎn)氣率： m3/m3d 結構形式： 罐體部分為鋼結構 。 主要設備： 厭氧 罐 頂 攪拌器 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(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 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 27 流 量： 30 m3/h 功 率： kW 數(shù) 量： 2 臺 （每 座 1 臺） 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 35℃ 。 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 6 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 。 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 構： 鋼砼結構 停留時間： 27 d 數(shù) 量： 1 座 主要設備： 復合式螺旋擠壓 固液分離機 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 構：水工膜防滲 護坡 結構 停留時間： 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行凈化，滿足畜禽廢水排放標準 。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 28 容 積： 50,000 m3 結 構： 護坡水池 停留時間： 78 d 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 設計參數(shù)和主要設備參數(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 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 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 29 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(jīng)表面特殊處理加高強度聚酯纖維和丙烯酸脂 涂層 。貯氣柜可抗紫外線、防泄漏，膜不與 沼氣 發(fā)生反應或受影響，抗拉伸強度強 ， 適用溫度 為 30~60 ℃ 。 圖 71 雙膜干式貯氣柜外觀 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 30 配套設備有： 防爆風機 1 臺，用于提供貯氣柜壓力； 安全水封 1 座； 進 /出水管和冷凝水排水管（混凝土施工時預埋） 超聲波測距儀 1 臺，安裝于外膜頂內側，用于測量內膜高度以判斷 當前 貯氣量； 視鏡 1 個，安裝于外膜上，觀察貯氣柜內部。 防泄漏裝置：當貯氣柜內沼氣貯滿 時，能將多余沼氣送至沼氣鍋爐，自動點火燃燒。可有效防止沼氣泄漏。 沼氣發(fā)電 及余熱利用 系統(tǒng) 沼氣發(fā)電機組 功 能：以沼氣為燃料發(fā)電，熱電聯(lián)產(chǎn)。 每立方米沼氣發(fā)電能力： 2 kWh/m3 沼氣 發(fā)電機組每日發(fā)電時間： 24 h 裝機容量： 1064 kW（配備余熱回收裝置） 余熱回收裝置： 1 套 可供熱能： 85945 MJ/d 熱水貯罐 功 能：貯存發(fā)電機組余熱及對厭氧罐進行增溫換熱 。 尺 寸 ： Φ5 m 9 m 容 積： 150 m3 結 構：鋼結構 數(shù) 量： 1 座 主要設備： 熱水循環(huán)泵 （勻漿水解池） 功 能：熱水循環(huán) 圖 72 雙膜干式貯氣柜結構原理圖 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 31 型 號： 流 量： 50 m3/h 揚 程： m 功 率： 3 kW 數(shù) 量： 1 臺 熱水循環(huán)泵 （厭氧罐） 功 能：用于熱水循環(huán)，給厭氧罐增溫 。 型 號： 80HG5032 流 量： 50 m3/h 揚 程： 32 m 功 率： kW 數(shù) 量： 2 臺 沼氣熱水鍋爐 功 能：利用部分沼氣提供熱能以用于物料增溫 。 額定熱功率 ： 9 105 kcal/h 最大消耗沼氣量： 195 m3/h 數(shù) 量： 1 套 配套 功率： kW 附屬設施 泵房 功 能：放置進料泵等。 面 積： 60 m2 結 構： 磚混 結構 數(shù) 量： 1 間 厭氧操作間 功 能： 放置厭氧消化罐與沼氣貯氣 柜 間的所有管道、閥門以及配套設備。 大豐市 海豐奶牛場沼氣發(fā)電工程 可研報告 杭州能源環(huán)境工程有限公司 32 面 積： 72 m2 結 構： 輕鋼 結構 數(shù) 量： 1 間 沼氣凈化室 功 能： 存放脫硫風機及氣水分離器等 。 面 積： 60 m2 結 構： 磚混 結構 數(shù) 量： 1 間 熱水循環(huán)泵房 功 能：放置 熱水循環(huán) 泵等。 面 積： 54 m2 結 構： 磚混 結構