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1、 学 号 0R75M11 _ 新能源技术结课论文 热电联产沼气工程在农业上的应用 学 班 系 成 名 级 别 绩 李海月 08电气1班 电子与信息工程系 2011 年 5 月 16 0 热电联产沼气工程在农业上的应用 摘要:随着国际能源局势的日益严峻，寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫，在 众多新形式能源利用中，沼气的热电联产是集环保与效益的一种可行性极好的方 式尤其针对我国农业现状可在一定程度上减轻能源与环境负担，又可增加农业 上的收益，间接缓解了发展过程中的三农”问题。关键词:沼气，热电联产。一、前言 沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪 池里，有气泡冒出来，
2、如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生 的沼气。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气(还原条件儿 并必在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分是甲烷。沼气由 50%80%甲烷(CH4)、20%40%二氧 化碳(CO4)、0%5%氮气(N2)、小于 1%的氢气(H2).小于 0.4%的氧气(02)与 04%3%硫化氢(H?S)等气体组成。山于沼气含有少量硫化氢，所以略带 臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有 8.620.8%(按体积计)的沼气 时，就会形成爆炸性的混合气体。沼气的主要成分中烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合 后即能燃
3、烧。每立方米纯屮烷的发热最为 34000 焦耳，每立方米沼气的发热量 约为20800 23600 焦耳，即 1 立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于 0.7 千克无烟煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁 燃料。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可 作内燃机的燃料以及生产屮醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发 酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。世界上第一个沼气发生器(乂称自动净化器)是由法国 L穆拉于 1860 年 将简易沉淀池改进而成的。1925 年在德国、1926 年在美国分别建造了备有加 热设施及集气
4、装置的消化池，这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世 界大战后，沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展，但山于廉价的石油大量涌 入市场而受到影响后随着世界性能源危机的出现，沼气乂重新引起人们重视。随 着新的沼气发酵工艺流程一高速率厌氧 IC 工艺产生，它突破了传统的工艺流 程，使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天 i立方米容积产生 0.7 1.5 立方米沼气，提高到 10-12 立方米沼气，滞留时间 111 15 天或更长的时间 缩短到儿天甚至儿个小时。本文新设讣的高速率厌氧 IC 工艺生产装置产气率已经超越外国的技术。U 前，该高速率厌氧 IC 工艺生产装置已在国内十二家工厂使用
5、。沼气的主要原料 是生物质，养殖场、食品厂、酿酒企业、污水处理厂、垃圾处理厂等企业均有大 量的沼气资源可以利用。生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源 丰富、含碳量低的特点，来自生物质能的沼气是一种高热值、洁净的宝贵资源。沼气的综合利用有助于减轻温室效应和生态良性循环，可替代部分石油、煤灰等 能源。前我国已建成的大中型沼气工程有 1000 多处，年产沼气量约 26000 万立方米。2006 年国家发改委制定了可再生能源法及相关实施办法，明确提出鼓 励使月热电联产沼气工程在农业上的应用摘要随着国际能源局势的日益严峻寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫在众多新形式能源利用中沼气的热电联产是
6、集环保与效益的一种可行性极好的方式尤其针对我国农业现状可在一定程度上名思义就是沼泽里的气体人们经常看到在沼泽地污水沟或粪池里有气泡冒出来如我们划着火柴可把它点燃这就是自然界天然发生的沼气沼气是各种有机物质在隔绝空气还原条件儿并必在适宜的温度湿度下经过微生物的发酵作用产生于沼气含有少量硫化氢所以略带臭味其特性与天然气相似空气中如含有按体积计的沼气时就会形成爆炸性的混合气体沼气的主要成分中烷是一种理想的气体燃料它无色无味与适量空气混合后即能燃烧每立方米纯屮烷的发热最为用沼用沼气、太阳能等 绿色电力役利用沼气发电上网，电力部门优先收购，并 且每度电给予 0.25 元政府补贴；同时利用余热回收装置回收
7、发动机尾气热量，实现热电联供，发展循环经济，沼气综合利用效率可达 70%以上。利用沼气发 电，发展循环经济，一举两得！一是减少环境污染，有利于环保，减少温室气体 排放；二是沼气发电可以缓解电力供求矛盾，降低生产成本，为企业增加效益,提高企业竞争力。沼乜电删 图1-1高效益沼气发电及余热综合利用示意图 本项 U 应用沼气技术对该养殖场的畜禽粪便进行资源化开发和多层次利 用，既制取了优质气体燃料，乂可开发再生饲料和优质有机肥料，同时治理了污 染，净化了环境。通过沼气这个纽带，多层次循环利用有机物资源，把养殖业、种植业和加工业各项生产中的能量转换和物质循环有机地结合起来，提高了能源 和资源的利用率，
8、形成协调、转化、再生、增殖的良性循环。二.技术方法 人工艺流程 热电肥联产沼气工程流程框图，如图 2-l-lo 月热电联产沼气工程在农业上的应用摘要随着国际能源局势的日益严峻寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫在众多新形式能源利用中沼气的热电联产是集环保与效益的一种可行性极好的方式尤其针对我国农业现状可在一定程度上名思义就是沼泽里的气体人们经常看到在沼泽地污水沟或粪池里有气泡冒出来如我们划着火柴可把它点燃这就是自然界天然发生的沼气沼气是各种有机物质在隔绝空气还原条件儿并必在适宜的温度湿度下经过微生物的发酵作用产生于沼气含有少量硫化氢所以略带臭味其特性与天然气相似空气中如含有按体积计的沼气时就会形
9、成爆炸性的混合气体沼气的主要成分中烷是一种理想的气体燃料它无色无味与适量空气混合后即能燃烧每立方米纯屮烷的发热最为用沼 图 2-1-1 猪粪热电肥联产沼气工程工艺流程 2 沼气工程主要建设内容 本工程包括预处理系统、厌氧发酵与沼气贮存系统、沼液贮存、沼气净化系 统、沼气发电及余热利用系统等。2.1 预处理系统：匀浆池一座：100m3 2.2 厌氧发酵与沼气贮存系统：产气贮气一体化厌氧发酵罐一座：1000m3（厌氧 罐）+300m3（贮气柜）2.3 沼液贮存：沼液贮池一座：700m3 2.4 沼气净化系统：罐内脱硫系统一套 2.5 沼气发电及余热利用系统：沼气发电机组一台：80kW,余热回收增温
10、系统一 套 3 工艺特点 3.1 厌氧进料浓度 采用 U 前国内外最先进的热电肥联产沼气技术，要求厌氧进料的浓度较高，TS 浓度不能低于于 8%。鲜猪粪浓度一般 TS 在 20%左右，污水调配匀浆后 TS 浓度为 10%o 3.2 酵温度与停留时间 考虑到能量的平衡和 H 前国内沼气发电机组的发电效率与余热回收利用效 率，本沼气工程厌氧发酵温度釆用中温 3538 C,这样发电机组回收热量能够使 厌氧物料达到设计温度。为了提升厌氧发酵的卫生效果，有利于对人畜共患病菌 的消毒和灭活杂草种子，本匸程厌氧发酵 HRT 为 23 天。3.3 厌氧发酵工艺 3.3.1 厌氧反应器的工艺 3.3.2 厌氧反
11、应器的结构形式 本工程釆用产气贮气一体化厌氧罐，厌氧罐罐体采用 lipp 结构，罐顶釆用了 双层膜结构代替密封顶，同时乂作为贮气柜使用。既节约了材料，节省了占地面 积，乂缩短了施工周期。釆用罐体热交换方式利用发电机组余热增温，高分子挤 塑保温材料进行强化保温。新型、高效、实用的一体化沼气工程具有可幕性、安 全性、低成本和适应寒冷地区冬季正常运行的优势。罐顶双层膜式贮气柜山两层膜组成。外膜用于保护和调控贮气压力，材料抗 紫外线抗老化。内膜用于贮存沼气并使沼气能够稳量稳压输岀，材料抗腐蚀。3.3.3 搅拌 完全混合厌氧反应器(CS TR)需有搅拌装置，猪粪含有高浓度有机污染物 和高浓月热电联产沼气
12、工程在农业上的应用摘要随着国际能源局势的日益严峻寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫在众多新形式能源利用中沼气的热电联产是集环保与效益的一种可行性极好的方式尤其针对我国农业现状可在一定程度上名思义就是沼泽里的气体人们经常看到在沼泽地污水沟或粪池里有气泡冒出来如我们划着火柴可把它点燃这就是自然界天然发生的沼气沼气是各种有机物质在隔绝空气还原条件儿并必在适宜的温度湿度下经过微生物的发酵作用产生于沼气含有少量硫化氢所以略带臭味其特性与天然气相似空气中如含有按体积计的沼气时就会形成爆炸性的混合气体沼气的主要成分中烷是一种理想的气体燃料它无色无味与适量空气混合后即能燃烧每立方米纯屮烷的发热最为用沼度固态悬
13、浮物，本工程厌氧罐总容积为 1000iu3,容积较小。根据猪粪的组 成特点及厌氧罐的规模，选用侧搅拌机。侧搅拌机具有安装维修方便，操作简单,搅拌效果好等特点。但侧搅拌机搅拌空间有限，因此不适宜规模较大的罐体，或 者粘度较大顶部易结壳的物料。3.4 沼气净化 采用沼气工程的脱硫技术，采用罐内脱硫工艺(图 2-3-1)。罐内脱硫原理 是在适宜的温度、湿度、pH 和微氧条件下，通过脱硫细菌的代谢作用将 H2S 转化 为单质硫或亚硫酸。生物脱硫既经济，乂无污染，是化学脱硫的理想替代技术。2H2S+302-2H2SO3 2H2S+0?-2S+2H:0 为较好的控制罐内脱硫环境，采用 SEC0H 空压机，
14、设备安装简便，硫化氢去除 率70%,运行成本不到化学脱硫的 1/3。图 2-3-1 罐内脱硫 3.5 热电肥联产的高效模式 徳国、丹麦等沼气行业较发达的欧洲国家的经验表明：大中型沼气工程不仅 具有生态、环保和社会效益，而且如果采用热电肥联产会具有更好的经济效益,这就是生态农业循环经济的魅力之所在。本工程釆用的就是这种以沼气工程为核心，沼气发电和有机肥生产为驱动力 的大中型沼气工程，即热电肥联产的沼气工程模式。以猪粪为原料进行厌氧发酵,月热电联产沼气工程在农业上的应用摘要随着国际能源局势的日益严峻寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫在众多新形式能源利用中沼气的热电联产是集环保与效益的一种可行性极好
15、的方式尤其针对我国农业现状可在一定程度上名思义就是沼泽里的气体人们经常看到在沼泽地污水沟或粪池里有气泡冒出来如我们划着火柴可把它点燃这就是自然界天然发生的沼气沼气是各种有机物质在隔绝空气还原条件儿并必在适宜的温度湿度下经过微生物的发酵作用产生于沼气含有少量硫化氢所以略带臭味其特性与天然气相似空气中如含有按体积计的沼气时就会形成爆炸性的混合气体沼气的主要成分中烷是一种理想的气体燃料它无色无味与适量空气混合后即能燃烧每立方米纯屮烷的发热最为用沼产生的沼气用于发电，采用国产 80kW 专业沼气热电联供发电机组，不仅有效地解 决了沼气的安全方便使用的问题，而且大大提高了沼气能量的转换率。口前，国 产沼
16、气发电机可把沼气中总含能量的 30%左右的能量转化成电能，每立方米沼气 可以产生电能 1802.OOkW.h,40%左右可以以余热的形式回收，沼气的利用效 率达到70%。图 2-3-2为国产热电联供发电机组沼气利用效率图。*IH力 33X 图 2-3-2沼气利用效率图 沼气发酵，不仅是一个生产沼气能源的过程，也是一个造肥的过程。在这个 过程中，废弃物中 95%以上的有害虫卵、病菌被灭除，而作物生长所需的氮、磷、钾等营养元素，基本上都保存下来。因此，沼液是很好的有机肥料。沼液中存 留了丰富的氨基酸、B 族维生素和某些植物激素，可用于植物防病治虫。沼液输 送（管道、车辆）至饲料地、果园、苗圃、农田
17、等施肥用地，作为液态有机肥使 用 O 沼渣养分含量较为全面，是优质有机肥料。厌氧发酵后的出水中含有大量的 固体物质，经过沉淀排渣过送至堆肥晒场生产固态有机肥料。真正的做到“粪便 资源化、污染减量化、治理生态化”,形成农业生态良性循环。4.结语 综合利用畜禽粪便发展农业循环经济，是推进畜禽标准化养殖发展现代畜牧 业的需要，是治理畜禽养殖污染保护生态环境的需要，是改善肥料结构发展生态 农业的需要，是开发新能源提高生活质量的需要。推广猪场热电肥联产配套模 式，引导养殖场户发展标准化生产，综合利用畜禽粪便，可发展农业循环经济,实现畜牧业可持续健康发展。参考文献 1 周孟津，张榕林，蔺金印沼气实用技术
18、M 北京：化学工业出版社，2003.2 袁振宏，吴创之，马隆龙，等.生物质能利用原理与技术M.北京：化学 工业岀版社，2004.3 王建，余慧锅，叶振宇.规模化畜禽养殖场排泄物治理沼气工程注意要点J.新能源产业，2008,15:27-9.4 INSTITUT fur ENERGETIK UNA UMWELT GGMBH.Handreichung biogasgewinnung und-nutzung M Her-ausgegeben von der Fachangentur Nachwachsende Rohstoffe e V.Leipzig,2004.KftWItfe 1 0%空務也事-1
19、7T .4ft?9Ss 尙镇*23 冤 .27%有裁电*30%1v 月热电联产沼气工程在农业上的应用摘要随着国际能源局势的日益严峻寻找新的能源利用途径越发重要和紧迫在众多新形式能源利用中沼气的热电联产是集环保与效益的一种可行性极好的方式尤其针对我国农业现状可在一定程度上名思义就是沼泽里的气体人们经常看到在沼泽地污水沟或粪池里有气泡冒出来如我们划着火柴可把它点燃这就是自然界天然发生的沼气沼气是各种有机物质在隔绝空气还原条件儿并必在适宜的温度湿度下经过微生物的发酵作用产生于沼气含有少量硫化氢所以略带臭味其特性与天然气相似空气中如含有按体积计的沼气时就会形成爆炸性的混合气体沼气的主要成分中烷是一种理想的气体燃料它无色无味与适量空气混合后即能燃烧每立方米纯屮烷的发热最为用沼