東北寒地冬季沼氣正常生產(chǎn)技術(shù)與策略實(shí)踐攻關(guān)

摘要：在我國北方高寒地區(qū)，沼氣池產(chǎn)半年，閑半年是一個(gè)普遍現(xiàn)象。在能源日趨緊張及生態(tài)環(huán)境不斷惡化的情況下，廣泛利用清潔的可再生的沼氣能源已經(jīng)成為未來發(fā)展方向，如何使沼氣在我國北方高寒地區(qū)冬季正常生產(chǎn)成為首要解決的問題。課題組結(jié)合本單位教學(xué)、科研、生產(chǎn)的實(shí)際情況及現(xiàn)實(shí)需要，運(yùn)用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，經(jīng)過深入研究后提出了可以使我國北方高寒地區(qū)冬季沼氣正常生產(chǎn)的“六為一體綜合控溫中溫恒溫發(fā)酵技術(shù)與策略”，并用此技術(shù)與策略作為指導(dǎo)在高寒地區(qū)實(shí)地建造沼氣池來驗(yàn)證理論的可行性，最終取得了滿意的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：東北寒地；沼氣池；中溫恒溫發(fā)酵

1 課題的提出背景

在我國農(nóng)業(yè)地區(qū)，沼氣能源絕大部分是以戶用沼氣池為紐帶，采用多種能源生態(tài)模式工程（如北方“四位一體”、南方“豬沼果”和西北“五配套”等能源生態(tài)模式），同生態(tài)家園建設(shè)、社會主義新農(nóng)村建設(shè)、農(nóng)田基本建設(shè)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)相結(jié)合才得以利用的，沼氣能源的利用改善了我國農(nóng)業(yè)地區(qū)生產(chǎn)生活條件，優(yōu)化我國農(nóng)業(yè)地區(qū)能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和生態(tài)良性循環(huán)，推進(jìn)農(nóng)村小康建設(shè)和農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，在我國北方高寒地區(qū)，由于有著明顯的氣候特點(diǎn)，現(xiàn)有的沼氣生產(chǎn)技術(shù)仍無法與之相適應(yīng)。課題組結(jié)合本單位教學(xué)、科研、生產(chǎn)的實(shí)際條件及現(xiàn)實(shí)需要，提出了探索我國北方高寒地區(qū)冬季沼氣池正常生產(chǎn)的技術(shù)與策略這一工作。

2 理論提出的依據(jù)

通過對影響沼氣池在我國東北高寒地區(qū)冬季超低氣溫環(huán)境下不能正常產(chǎn)氣的關(guān)鍵要素--溫度--的研究分析，發(fā)現(xiàn)了如果能很好的控制沼氣池內(nèi)熱能的流失，盡量增大沼氣池有效余氣量 (即除去一切必要的和不必要的沼氣消耗所剩下的可以被人們完全利用到生產(chǎn)生活中的那部分對人們來說真正有意義的沼氣)，完全可以實(shí)現(xiàn)沼氣池在我國北方高寒地區(qū)冬季正常產(chǎn)氣。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 理論研究結(jié)果

課題組通過理論研究與分析后提出了“六為一體綜合控溫中溫恒溫發(fā)酵技術(shù)與策略”，即綜合運(yùn)用沼氣池地下池體近身保溫技術(shù)、地面溫舍保溫技術(shù)、特殊擴(kuò)展水壓間控壓增溫技術(shù)、原料發(fā)酵補(bǔ)熱技術(shù)、濾渣留液節(jié)能保溫技術(shù)、沼氣回燃補(bǔ)熱等六項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可控中溫恒溫發(fā)酵制，使沼氣池在北方高寒地區(qū)冬季正常產(chǎn)氣。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在“六為一體綜合控溫中溫恒溫發(fā)酵技術(shù)與策略”的指導(dǎo)下，實(shí)地建造了北方高寒地區(qū)冬季正常產(chǎn)氣的沼氣池，并于冬季先后進(jìn)行了低溫啟動、常溫發(fā)酵、近中溫發(fā)酵、中溫恒溫發(fā)酵等相關(guān)實(shí)驗(yàn)，測定了不同狀態(tài)中各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和沼氣產(chǎn)量關(guān)系并對結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)分析。

當(dāng)在只采取了最佳保溫技術(shù)情況下，沼氣池?zé)崮軗p失減少90%以上。當(dāng)采用溫舍技術(shù)時(shí)使地面溫度在16℃時(shí)，在保溫技術(shù)基礎(chǔ)上沼氣池內(nèi)熱能損失可減少5-6％左右，當(dāng)?shù)孛鏈囟仍?6℃時(shí)，沼氣池內(nèi)熱能損失可減少9％左右。當(dāng)采用三級控壓增溫水壓間技術(shù)后，在前兩項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)上，當(dāng)水壓間外發(fā)酵體溫度達(dá)到平均溫度30℃時(shí)可再節(jié)省45％左右的熱能，當(dāng)達(dá)到65℃時(shí)節(jié)省幾乎100％熱能，甚至“倒灌”。這項(xiàng)技術(shù)受生物發(fā)酵技術(shù)條件影響，發(fā)酵時(shí)間長升溫速度慢，高溫時(shí)間短并且集中，在整個(gè)冬季只能使用一次，即輔助度過氣溫最低的時(shí)節(jié)。濾渣留液方法是盡可能減少料液中液體部分的流出，在進(jìn)出料過程中實(shí)施過濾操作，將出料中的固體物與液體物分離開，液體物留在池中，經(jīng)發(fā)酵后的固體沼渣過濾后出料，實(shí)行進(jìn)多少料出多少料的策略。當(dāng)采用這一技術(shù)策略量，以中溫，豬糞發(fā)酵為例，8立方沼氣池日最多可節(jié)省約5KW·h熱量，20立方沼氣池日最多可節(jié)省約16KW·h 熱量。可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省溫度，還可以更好的發(fā)酵。當(dāng)采用濾渣留液技術(shù)策略后，沼氣池在運(yùn)行過程中可以節(jié)省很多熱能，然而仍無法解決進(jìn)出料溫度差的問題，因此，當(dāng)?shù)蜏氐脑线M(jìn)入池體后，沼渣出來后，仍會影響沼氣池的熱量。所以這里采用原料發(fā)酵補(bǔ)熱技術(shù)，通過原料發(fā)酵達(dá)到50－65℃再下料，可以對池內(nèi)補(bǔ)熱在進(jìn)料前對原料進(jìn)行發(fā)酵處理，當(dāng)發(fā)酵好時(shí)溫度在可到65℃，這時(shí)進(jìn)料溫度最好，這樣補(bǔ)充沼氣池出料時(shí)的熱能損失。當(dāng)前五項(xiàng)技術(shù)策略采用后并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)后，不同容積沼氣池日熱量散失降到了4千瓦時(shí)以下，這是一個(gè)非?？捎^的效果，然而不采用取相應(yīng)措施，這樣的散熱功率很快就會使沼氣池內(nèi)的溫度降下來，即無法穩(wěn)定在中溫狀態(tài)，因此我們采用沼氣回燃技術(shù)利用產(chǎn)生的沼氣燃燒熱量回流到沼氣中加熱沼氣池補(bǔ)充這部分熱量散失，之后沼氣池單位容積有效余氣量仍在普通沼氣池正常產(chǎn)氣產(chǎn)量之上。

4 研究結(jié)論

我國北方高寒地區(qū)普通用戶冬季正常運(yùn)用清潔的沼氣能源是完全有可能，運(yùn)用“六為一體綜合控溫中溫恒溫發(fā)酵技術(shù)”可以很好的解決我國北方高寒地區(qū)沼氣池在冬季正常使用的“瓶頸”問題。

5 推廣應(yīng)用情況、前景及效益

通過本課題的研究，找到了可在以我國北方高寒地區(qū)冬季正常使用沼氣池的技術(shù)和方法。我國是能源消耗大國，我國北方冬季是能源消耗主要地區(qū)，能用上清潔可再生的生物質(zhì)能源，是未來我們國家發(fā)展方向，也是廣大百姓熱切希望的事情，可以在我國北方高寒地區(qū)冬季使用的沼氣池必定有著廣闊的市場前景，其有形的經(jīng)濟(jì)效益是可以估量的，然而為未來我們國家可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)的隱形效益是無法計(jì)算的。因此該項(xiàng)技術(shù)成果必定有著良好的應(yīng)用前景。

6 問題與思考

課題研究在理論和實(shí)踐過程中成功的找到了應(yīng)對我國北方高寒地區(qū)冬季無法正常使用沼氣能源的技術(shù)與策略，然而在研究過程中，我們也碰到一些困擾和問題，體會較深刻的是：

（1）此次沼氣池建造是水泥混凝土結(jié)構(gòu)的，這一結(jié)構(gòu)施工工藝復(fù)雜，施工技術(shù)水平要求高，在我國北方聘請這方面施工技工困難，所以施工過程要比預(yù)計(jì)困難很多。

（2）施工過程中，地下水問題的解決是一個(gè)很棘手的問題，對地下水的控制是必要的，這也啟示我們，今后如果采用這樣的施工技術(shù)，盡量選在地下水位低的地區(qū)。

（3）由于時(shí)間及本次課題研究內(nèi)容的限制，無法繼續(xù)運(yùn)用本項(xiàng)目技術(shù)理論對現(xiàn)有池型、施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)制造出預(yù)成型的沼氣池而深感遺憾。如果在預(yù)制成型沼氣池領(lǐng)域運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)即可降低成本，又可使施工簡單化，那樣我國北方高寒地區(qū)冬季正常使用沼氣池將變得更加普遍。因此期待今后可以利用這一技術(shù)在預(yù)成型沼氣池領(lǐng)域繼續(xù)展開研究。

參考文獻(xiàn)

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第一項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簡介：王洪晶，黑龍江農(nóng)墾林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，副教授。

第一通訊作者簡介：董憲軍，黑龍江農(nóng)墾林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，助理講師。