中糧集團(tuán)江蘇金東臺大型豬糞沼氣工程運(yùn)行分析

何煉 陳智遠(yuǎn)

摘要 以中糧集團(tuán)江蘇金東臺豬場糞污沼氣工程為例，介紹工程對豬糞糞污和病死豬無害化處理產(chǎn)沼氣及其脫硫凈化的工藝和工程實(shí)際運(yùn)行情況，為今后類似養(yǎng)殖廠的沼氣工程建設(shè)和運(yùn)行提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 豬糞糞污；病死豬無害化；沼氣工程

中圖分類號 S141.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05332-02

中糧肉食（江蘇）有限公司金東臺農(nóng)場大型沼氣工程坐落于江蘇省東臺市新曹鎮(zhèn)金東臺農(nóng)場，養(yǎng)殖場商品豬年出欄量30萬頭，沼氣工程于2011年1月開工建設(shè)，2011年10月投入運(yùn)行。該養(yǎng)殖場采用水泡糞的清糞工藝，沼氣工程設(shè)計(jì)處理糞污1 284 t/d（TS濃度5.5%）和養(yǎng)殖場內(nèi)經(jīng)過無害化處理的病死豬，日產(chǎn)生沼氣17 000 m3/d，發(fā)電34 000 kW·h/d，減排溫室氣體（CO2當(dāng)量）6×104t/d，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4 700 t/a，目前是全國最大的豬糞沼氣發(fā)電工程[1]。該項(xiàng)目所產(chǎn)沼液全部用于周邊萬畝鹽堿地的灌溉與改良、水產(chǎn)養(yǎng)殖和水稻種植等。

1 工藝流程及技術(shù)參數(shù)

1.1 工藝流程 該項(xiàng)目的工藝流程如圖1所示。養(yǎng)殖場糞污通過明渠進(jìn)入勻漿池，經(jīng)過無害化處理后的病死豬料液通過管道和泵，泵入勻漿池；勻漿池物料經(jīng)過螺桿進(jìn)料泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐，厭氧發(fā)酵為38 ℃恒溫發(fā)酵；發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣通過生物脫硫系統(tǒng)去除H2S進(jìn)入沼氣儲氣柜，物料發(fā)酵完后進(jìn)入固液分離機(jī)處理，最終產(chǎn)生的沼渣用作固體有機(jī)肥，沼液用于周邊農(nóng)業(yè)灌溉和鹽堿地改良。沼氣主要用于上網(wǎng)發(fā)電，多余沼氣用作鍋爐燃燒，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的余熱和沼氣鍋爐產(chǎn)生的熱水收集在熱水儲罐，熱水用作勻漿池和厭氧發(fā)酵物料的增溫，產(chǎn)生的蒸汽用于病死豬無害化處理。

1.2 勻漿池 勻漿池2座（總?cè)莘e1 800 m3），用于收集豬糞污水，均質(zhì)均量。每座池設(shè)有4臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，兩座池串聯(lián)使用，并通過螺桿泵將物料泵入發(fā)酵罐。

1.3 厭氧消化 該罐采用碳鋼焊接技術(shù)，為地上構(gòu)筑物，發(fā)酵罐4座（總?cè)莘e2×104 m3），物料停留時間16 d；厭氧罐外壁設(shè)置增溫盤管，利用發(fā)電機(jī)余熱產(chǎn)生的熱水對罐體進(jìn)行增溫，并在增溫盤管外采用150 mm厚的聚苯乙烯保溫材料進(jìn)行保溫，以實(shí)現(xiàn)常年38 ℃中溫厭氧發(fā)酵。

厭氧罐采用低轉(zhuǎn)速節(jié)能中心攪拌機(jī)，單位物料耗能3.7 W/m3，較傳統(tǒng)攪拌機(jī)節(jié)能50%以上。同時還專門安裝有破殼攪拌器，加強(qiáng)頂層物料的局部攪拌，以防止厭氧罐內(nèi)結(jié)殼問題。

厭氧罐頂安裝有正負(fù)壓保護(hù)器，設(shè)計(jì)正常承壓為2.0 kPa，最大承壓為3.0 kPa，以確保厭氧罐的安全。

生物脫硫系統(tǒng) 采用生物脫硫工藝對沼氣中的H2S進(jìn)行去除，通過控制溫度、pH、溶氧量、空氣量和營養(yǎng)物，使脫硫細(xì)菌將H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或者亞硫酸[2]。該單元設(shè)有2座脫硫塔，并聯(lián)運(yùn)行，單塔處理能力500 m3/h。處理前豬糞原料發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣中H2S含量約0.30%～0.45%，生物脫硫工藝處理后沼氣中的硫化氫含量可降至0.005%～0.010%，H2S去除率大于96%。該方法的運(yùn)行成本較傳統(tǒng)的干法化學(xué)脫硫低70%左右。

1.5 雙膜干式貯氣柜 氣柜容積為2 150 m3，采用低壓雙膜干式貯氣柜對凈化后的沼氣進(jìn)行貯存；雙膜分為外膜和內(nèi)膜，內(nèi)膜收集并貯存沼氣，外膜起保護(hù)和維持貯氣柜結(jié)構(gòu)的作用。通過支撐鼓風(fēng)機(jī)向內(nèi)外膜之間的夾層進(jìn)行鼓氣，維持一定壓力（1.2～1.5 kPa），能夠承載設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的風(fēng)、雨、雪等荷載，同時將內(nèi)膜內(nèi)的沼氣送入輸氣管道；外膜的頂端安裝有紅外探測器，通過電腦程序設(shè)計(jì)計(jì)算可以實(shí)時監(jiān)測貯氣柜內(nèi)的氣體量。

1.6 發(fā)電機(jī)組及余熱鍋爐 發(fā)電機(jī)采用GE Jenbacher發(fā)電機(jī)，裝機(jī)容量1 800 kW，該發(fā)電機(jī)電效率42%，熱效率40%，總效率達(dá)到82%。發(fā)電機(jī)燃燒沼氣產(chǎn)生的煙氣通過余熱回收鍋爐換熱，以蒸汽的形式回收，供給熱水罐和勻漿池物料的增溫及病死豬無害化處理。發(fā)電機(jī)缸套水余熱以熱水的形式貯存在熱水罐內(nèi)，并通過管道泵送入對厭氧罐外壁的盤管循環(huán)以進(jìn)行增溫。

1.7 病死豬無害化處理工藝 該工藝段包括，病死豬粉碎階段，高溫蒸煮階段和排放處理階段[3]。核心工藝在于蒸煮段的無害化處理，在溫度120 ℃，壓力0.14 MPa條件下蒸煮3～4 h，處理完后，將物料泵入勻漿池，由進(jìn)料螺桿泵泵入發(fā)酵罐進(jìn)行厭氧產(chǎn)沼氣。

2 工程實(shí)際運(yùn)行狀況

2.1 厭氧發(fā)酵系統(tǒng)運(yùn)行狀況 該工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)于2011年10月開始調(diào)試并運(yùn)行，經(jīng)過2個月的調(diào)試后產(chǎn)氣量逐步提升，工藝運(yùn)行穩(wěn)定；工程自動化程度高，操作管理方便。圖2是2011年12月～2012年3月調(diào)試階段的日進(jìn)料量和日產(chǎn)氣量的趨勢圖。由圖2可知，在調(diào)試初期，進(jìn)料量、進(jìn)料TS均低于設(shè)計(jì)值，故使得日產(chǎn)氣量低于設(shè)計(jì)值，但從單位固體物質(zhì)的產(chǎn)氣量來說，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求值（TS產(chǎn)氣率370 m3/t干物質(zhì)）。

2.2 生物脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀況 生物脫硫系統(tǒng)于2011年11月中旬全部開啟運(yùn)行。豬糞沼氣中初始H2S濃度約在0.30%～0.45%之間。調(diào)試初期脫硫塔出口沼氣H2S濃度在0.035%左右，后續(xù)經(jīng)過調(diào)整通空氣量，循環(huán)液的溶解氧、pH、溫度，添加營養(yǎng)物以及加強(qiáng)操作管理等方法后，H2S濃度逐漸降至0.010%以下，后續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定時H2S 濃度低于0.005%（圖3）。該系統(tǒng)的脫硫效率高達(dá)96%以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3 效益分析

3.1 能源經(jīng)濟(jì)效益 該項(xiàng)目投資4 982萬元，日產(chǎn)沼氣17 000 m3/d，發(fā)電34 000 kW·h/d，電價以國家補(bǔ)貼后的0.65元/kW·h計(jì)，每年發(fā)電收入為800×104元/a；沼肥收益80×104元/a；年減排溫室氣體（CO2當(dāng)量）6×104t，具有良好的能源經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 環(huán)境社會效益 該工程運(yùn)行后，將養(yǎng)殖場內(nèi)產(chǎn)生的所有糞污以及經(jīng)過無害化處理的病死豬完全消納，避免了其對周邊地下水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境的破壞與污染，促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和養(yǎng)殖行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，吸納當(dāng)?shù)厥Ｓ鄤趧恿Γ瑢?shí)現(xiàn)了“三農(nóng)”的穩(wěn)步增收與可持續(xù)發(fā)展。

3.3 循環(huán)經(jīng)濟(jì) 該項(xiàng)目是開放式農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用循環(huán)工程：用農(nóng)作物加工飼料，飼料喂養(yǎng)生豬，生豬產(chǎn)生的糞污以及病死豬通過無害化處理進(jìn)行生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和沼液沼渣，沼液還田用于周邊萬畝鹽堿地的改良，沼渣制成有機(jī)肥料，沼氣用于發(fā)電，所發(fā)電并入國家電網(wǎng)，突顯了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展思想，形成了生態(tài)的良性循環(huán)和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

4 結(jié)論

該工程運(yùn)行穩(wěn)定高效，采用熱電聯(lián)產(chǎn)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，在處理豬糞糞污與病死豬方面取得了突破與創(chuàng)新；利用沼液改良周邊鹽堿地、水產(chǎn)養(yǎng)殖和林業(yè)灌溉；已成功應(yīng)用于蹲門千畝水產(chǎn)養(yǎng)殖，金東臺萬畝水稻和蔬菜種植。中科院東臺灘涂研究院堿地海蓬子種植，使用后產(chǎn)量明顯提高，品質(zhì)明顯提升，促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收及生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛推廣應(yīng)用的價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 王長青. 中糧金東臺豬場沼氣治理工程創(chuàng)多項(xiàng)全國第一[N]. 中國畜牧獸醫(yī)報，2013-07-15（9）.

[2] 陳智遠(yuǎn)，蔡昌達(dá). 大型熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣發(fā)電工程分析[J]. 能源工程，2009（6）：30-40.

[3] 徐胥，喬金亮. 無害化處理變廢為寶——中糧生豬養(yǎng)殖基地見聞[N]. 經(jīng)濟(jì)日報，2013-06-26（11）.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5334-5335責(zé)任編輯 夏靜 責(zé)任校對 李巖