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1、秸秆沼气工程技术探索与研究 摘要：本文通过河北省青县新能源系统研发纯秸秆制取沼气技术历程的总结，重点阐述了利用纯秸秆采取中高温高浓度发酵工艺制取沼气工艺技术的发源、发展，通过实例对该工艺技术应用于实体工程中的运行情况进行了详细的介绍，分析了秸秆沼气工程的运行成本、经济、社会和生态环境效益。同时对秸秆气化、户用沼气、天然气、煤炭与秸秆沼气等能源利用进行了对比分析，给出了发展秸秆沼气工程的优势，指出了发展秸秆沼气的重大意义，同时提出了建设运行过程中存在问题和改进建议。这一研发应用实践和新技术对我国发展秸秆沼气工程建设具有很强的指导意义。关键词：新能源；纯秸秆；中高温高浓度；沼气 6 纯秸秆沼气工程
2、优越于户用沼气、秸秆气化工程 在我们地区，大型秸秆沼气工程与户用沼气、秸秆气化相比具有一定的发展优势。6.1 户用沼气池的不足 就户用沼气而言，户用沼气技术已经十分成熟，不存在技术缺陷，但是存在一些发展瓶颈因素。一是户用沼气物业服务体系滞后。在全国上下大力发展户用沼气池的同时，我县户用沼气建设也得到了一定的发展，但因沼气物业服务体系相对滞后，影响到户用沼气池的使用效果，从而影响到农户建设沼气的积极性。二是农村庭院较小。青县地处平原地区，地势平坦，村庄集中，村内户挨户房连房，除个别农村宅基地较宽松外，多数村户院落较小，不适宜户用沼气建设的发展。三是发酵原料不足。青县实行了畜牧养殖外迁，户用沼气池
3、原料不足，村内不太适宜建设户沼气池。四是经济发达地区不适宜发展户用沼气池。因一家一户建沼气池后，每天都需要有人管护，不然就影响到使用效果。而经济相对发达的地区，农民因打工或做生意，几乎没有时间进行管护，而且管护也非常麻烦，相对成本较高，与其建沼气池，不如买液化气或是用电了。而在经济欠发达地区或是山区还是比较适宜发展户用沼气。6.2 秸秆气化的缺陷 秸秆气化装置产生的气体为秸秆气，也可以说是人工煤气。秸秆气化发展多年来，技术已经十分成熟，但是秸秆气化存在本质的缺陷，因此制约了进一步发展空间。青县耿官屯秸秆气化站 2005 年到 2008 年无故障运行三年，是无故障运行时间最长的秸秆气化站。经过近
4、些年的调查了解河北、辽宁、黑龙江、山东等省秸秆气化站建成不少，但存在一些缺陷：一是秸秆气化中除焦油技术没真正过关。通过调查除焦油技术多数是通过增加输气管网的直径来达到增加使用寿命的目的，不仅增加了成本，而且除焦技术仍然不理想；二是安全系数低。秸秆气主要成分是 CO，有毒性，其实农村每年冬季采暖炉中煤气的农民，就是 CO 中毒。秸秆气一旦渗漏后果不堪设想；三是热值低。从青县 3 年使用效果看，秸秆气因热值低，造成火软，炒菜效果不佳，适宜熬粥、炖肉等不需要爆火的烹调；四是基本不能实现循环经济。秸秆经过不完全燃烧后，产生了秸秆气，剩余物为微量的灰分，而灰分中除了含有少量的钾肥外，没有其他养分，秸秆内
5、多数物质不能循环利用；五是生产成本较高。据调查，多年来秸秆气化工程多数为福利工程，不能靠自身进行自负盈亏自我发展。6.3 秸秆沼气工程的优点 一是原料易得。青县农作物秸秆年产量达 60 万 t，如果全部通过秸秆沼气工程转化成沼气，年可产沼气 3 亿 m3，既能大幅度的缓解地方能源紧张的情况，还保护环境。二是实现了工厂化生产。建造了大型沼气工程，几个人管理，就可生产出全村使用的沼气，实现了集中供气，并且一年四季都能用。避免了每家每户都要有人管理，户用沼气池才能正常使用的情况，极大地解放了农村妇女劳动力，让家庭主妇告别了烟熏火燎。三是生产成本低，效益高。利用秸秆采取中高温高浓度发酵工艺技术生产沼气
6、，是多年来新能源行业的一个科研课题，青县成功制取沼气并实现大规模集中供气，填补了国内外空白。生产成本在 1.2 元/m3左右，能产生经济效益，并实现自负盈亏，自我发展。四是实现了循环经济和节能减排，是CDM 的好项目。秸秆发酵产生沼气后，剩余产物是沼液和沼渣，沼液、沼渣是无公害有机肥，用于农业生产中，生产出无公害有机食品，同时又生产出植物秸秆。而植物秸秆又用于生产沼气，实现物质和能量的良性循环，真正实现了循环经济和节能减排，同时也是 CDM的好项目。经过以上分析，对于秸秆沼气工程的运行管理，可以采取商业化运作模式运行，由公司或个人负责沼气工程的整体运营。其经济、社会、生态效益相当显著，前景非常
7、广阔，它的发明和发展对我国甚至全世界有着极其重要的历史意义。7 存在问题与建议 7.1 存在的问题 7.1.1 资金制约。以发酵罐容积 1000m3设计供气能力 1000 户为例估算投资近 600 万元。按目前国家已经取消了项目补贴标准，如用户均为平房还要增加几十万元的投资。如果建设资金全由农户承担，户均投资 6000 元。7.1.2 土地问题。建设沼气站必然涉及到占地问题，沼气站占地是按照农业用地还是工业用地不能明确，农村土地问题敏感，土地审批难。7.1.3 规划制约。秸秆沼气建设必须与新农村规划、新民居建设结合，以利于铺设管网，目前多数村庄户间分散，不利于集中供气。7.1.4 规模制约。以
8、村为单位申报秸秆沼气，真正达到 1000 户以上的村很少，总户数少，再加上有的户使用电、秸秆等其他能源而不用或少用沼气，用户少就意味着效益低，不能充分发挥工程的最大效益，影响运行。7.1.5 秸秆补贴难争取。2008 年财政部印发了秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法，要求一是企业注册资本金在 1000 万元以上；二是企业秸秆能源化利用符合本地区秸秆综合利用规划；三是企业年消耗秸秆量在 1 万 t 以上（含 1 万 t）；四是企业秸秆能源产品已实现销售并拥有稳定的用户。真正符合以上条件太难，因此很难争取的秸秆补贴资金。7.1.6 天燃气制约。目前我县天燃气已经进入县城和部分村庄，部分用户安装了天
9、燃气，天燃气收费为每立方米 2.75 元，比沼气优惠（每立方米天燃气相当于 2m3沼气）。7.2秸秆沼气工程发展建议 根据青县多年工程建设和运行管理的经验，提出如下建议：一是采用纯秸秆中高温高浓度发酵工艺制取沼气技术。2009、2010 年农业部在全国选择 48 处试点，由国内知名专家教授们分别采用不同的秸秆处理工艺制取沼气，实践证明青县的纯秸秆沼气工艺技术是成熟的、稳定的。二是工程采用钢板焊接的青县模式建设。这优于砖混、混凝土及其他材料建设模式。该工艺施工快、强度高、耐腐蚀、密封性好、容易维修和改造等。不推荐砖混结构。目前在户用沼气池中不支持用该材料，由于青县 2005 年建成使用的砖混结构
10、存在很多问题，据此我们不推广此种类型的沼气工程。不推荐钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构沼气工程成本相对低些，但是施工难度大、周期长，在主体工程中添加的连接管、设备等因与混凝土的膨胀系数不一致，很难保证不出现渗漏情况的发生。不推荐搪瓷钢板秸秆沼气工程。经过多方考察，搪瓷钢板沼气工程多用于污水处理厂、养殖场沼气工程，对于这两类沼气工程的运行情况不很理想。如果采用搪瓷钢板制作秸秆沼气工程，存在以下缺点：一是目前工程建设用搪瓷钢板厚度，为 3mm-6mm，较薄，强度欠缺，耐压低；二是钢板上的搪瓷是在搪瓷厂进行搪瓷，而后运到施工现场进行施工，运输过了利用纯秸秆采取中高温高浓度发酵工艺制取沼气工艺技术的发源
11、发展通过实例对该工艺技术应用于实体工程中的运行情况进行了详细的介绍分析了秸秆沼气工程的运行成本经济社会和生态环境效益同时对秸秆气化户用沼气天然气提出了建设运行过程中存在问题和改进建议这一研发应用实践和新技术对我国发展秸秆沼气工程建设具有很强的指导意义关键词新能源纯秸秆中高温高浓度沼气纯秸秆沼气工程优越于户用沼气秸秆气化工程在我们区大型秸秆沼气工存在技术缺陷但是存在一些发展瓶颈因素一是户用沼气物业服务体系滞后在全国上下大力发展户用沼气池的同时我县户用沼气建设也得到了一定的发展但因沼气物业服务体系相对滞后影响到户用沼气池的使用效果从而影响到农户建程很容易造成搪瓷的破损，即使是很微小的裂痕都是日后的
12、隐患。在工程现场施工人员根据施工图纸在搪瓷钢板上进行现场开孔，这样就把搪瓷给破坏了，当然会采取补救措施，但是效果欠佳；三是搪瓷钢板沼气工程为分块组装，一般采用搭接，用有无数的孔用铆钉将相邻的搪瓷钢板连接，每个小孔和铆钉都是将来工程运行后渗漏的隐患；四是搪瓷钢板制作的发酵罐不是全密闭的，而是如同一个倒置扣在地上的一个水杯，通过胶垫或其他材料将搪瓷钢板发酵罐和混凝土底座连接在一起成为一个相对密闭的发酵罐，这样发酵罐是由搪瓷钢板和混凝土组成，搪瓷钢板和混凝土的膨胀系数不一样，二者结合处容易出现渗漏，并且钢筋混凝土地面密封处理不好也会出现渗漏，后果严重。如果用户采用搪瓷钢板制作发酵罐，改进建议：一是不
13、要用搪瓷钢板只制作筒体，而不制作筒底，可用搪瓷钢板制作一个密闭的大发酵罐，而所有连接管道、设备安装完毕后，再进行现场搪瓷这样效果会比现在的制作工艺要好；二是制作搪瓷钢板拼装块时，不采用搭接而采用弯曲咬合连接，尽可能做大些，尽可能减少搪瓷钢板上的铆钉数量；三是搪瓷钢板尽可能少开孔，减少渗漏的隐患。电泳钢板、利浦钢板比搪瓷钢板要好些。三是集中建站，联村（中心村）供气。适宜经济较发达且户数 500 户以上的大村。否则，平均投资太大，且用气量不稳定。在农村，虽然说用沼气方便、卫生等优点，但是得花钱买气，农民自有秸秆，不用花钱就可以烧水、做饭；同时老人有睡火炕的习惯；也有的就喜欢烧大锅做饭；另外农村电气
14、普及率逐年提高，有部分农民使用电器。从而有一部分户不用气或少用气，造成平均每户用气量达不到 1m3/天。集中供气系统工程原则上不低于 1000户，否则户均相对成本较高。可以 35 个村甚至更多的村集中建设一处沼气工程，通过铺设管网给各村供气。四是沼气工程要独立运营，自负盈亏。秸秆沼气集中供气工程由村集体运营成本相对较高，甚至会亏损。同时，因目前农村班子变动频繁，如果集体运营，一旦更换班子后，后任班子不认可，会直接影响到工程的运营。因此，适宜由沼气公司、合作社、实体或个人投资建设，自负盈亏自我运营，这样能产生效益并能自我发展，承建单位要终身负责跟踪维修和服务，以避免工程因管理原因导致瘫痪。五是适
15、宜城镇建设。县城或镇区居民较集中，同时也有许多楼房小区。居民没有秸秆资源，不用液化气就用电或是煤炭，这样沼气用量稳定。六是联户沼气项目审批简单化。一是沼气工程土地合法化。凡是沼气工程建设用地，政府要优先解决，由国土、建设等出具合法的占地、用地相关手续。二是消防审批和验收给予放行，因没有相关的标准可以参考，消防手续一直难以出具。三是环保审批，因联户沼气项目是环保项目，建议只作环保登记备案即可。七是项目支持，政策倾斜。以前项目投资按照每户 3600 元，其中中央补贴 1800 元，地方配套 900 元，农户自筹 900 元的比例进行申报和批复。因工程标准提高，投资相对较高，实际秸秆联户沼气工程户均
16、投资在 6000 元左右。因此，建议中央补贴资金在 3000 元左右，地方配套在 1500 元左右，农户自筹在 1500 元左右。建议国家补贴标准适当提高，同时省、市、县配套资金要及时足额到位。保证沼气工程的顺利建设，使秸秆沼气事业顺利发展，才能把这一利国利民的工程做大做强。另外在政策上对建设单位在用地、用水、用电等方面给予优惠，对沼气相关企业给予税收减免，给予企业科研投入，壮大企业发展。八是降低秸秆补贴门槛。建议不论沼气站规模大小、消耗秸秆量大小、发电量大小，都需根据沼气站年消耗量、年产沼气量、年电量，由各级财政给予补贴。进而降低沼气生产成本，优惠供气价格，提高与天燃气的竞争力。九是开发新用
17、途。凡是用天然气、液化气、秸秆气及水煤气的地方都能用沼气来替代。因此，建设集中供气工程用于工业效益更大。目前，沼气用于取暖、发电可行但是多数地方从经济角度不可取，相比煤炭、电能源沼气具备社会和环保价值外，经济价值不足。了利用纯秸秆采取中高温高浓度发酵工艺制取沼气工艺技术的发源发展通过实例对该工艺技术应用于实体工程中的运行情况进行了详细的介绍分析了秸秆沼气工程的运行成本经济社会和生态环境效益同时对秸秆气化户用沼气天然气提出了建设运行过程中存在问题和改进建议这一研发应用实践和新技术对我国发展秸秆沼气工程建设具有很强的指导意义关键词新能源纯秸秆中高温高浓度沼气纯秸秆沼气工程优越于户用沼气秸秆气化工程
18、在我们区大型秸秆沼气工存在技术缺陷但是存在一些发展瓶颈因素一是户用沼气物业服务体系滞后在全国上下大力发展户用沼气池的同时我县户用沼气建设也得到了一定的发展但因沼气物业服务体系相对滞后影响到户用沼气池的使用效果从而影响到农户建 十是加强科研，完善工艺。政府部门以及企业要加大科研投入，研究新工艺，开发新用途，把新技术应用进来，提高工程的科技水平。进一步推进秸秆沼气规模化生产、企业化管理、市场化运作，探索工业应用开发。十一是加强宣传，充分利用。秸秆联户沼气项目是符合国家节能减排、低碳经济、循环经济和环保等产业政策要加大在这些方面的宣传力度，转变农民仅仅从以经济效益为衡量标准转到以经济效益、社会效益、
19、生态效益并重上来，提高全民认识，提高秸秆沼气工程利用率，促进沼气工程发展。了利用纯秸秆采取中高温高浓度发酵工艺制取沼气工艺技术的发源发展通过实例对该工艺技术应用于实体工程中的运行情况进行了详细的介绍分析了秸秆沼气工程的运行成本经济社会和生态环境效益同时对秸秆气化户用沼气天然气提出了建设运行过程中存在问题和改进建议这一研发应用实践和新技术对我国发展秸秆沼气工程建设具有很强的指导意义关键词新能源纯秸秆中高温高浓度沼气纯秸秆沼气工程优越于户用沼气秸秆气化工程在我们区大型秸秆沼气工存在技术缺陷但是存在一些发展瓶颈因素一是户用沼气物业服务体系滞后在全国上下大力发展户用沼气池的同时我县户用沼气建设也得到了一定的发展但因沼气物业服务体系相对滞后影响到户用沼气池的使用效果从而影响到农户建