畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣發(fā)電工程運(yùn)行模式研究

金鑫　徐華勒

摘要：畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)存在相當(dāng)大的污染問(wèn)題，該產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展造成的廢水和糞便的污染量增大，若能將畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)生的大量的廢水和糞便污染物進(jìn)行有效利用，提高節(jié)能減排，對(duì)環(huán)境保護(hù)會(huì)起到積極作用?？梢詫?duì)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行沼氣工程的實(shí)施，并通過(guò)沼氣工程運(yùn)行產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行脫硫凈化后用于發(fā)電。

關(guān)鍵詞：沼氣工程；沼氣發(fā)電；沼氣利用模式；畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)；環(huán)境污染 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：S216 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0083-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.040

畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中大量的廢水與糞便的堆積對(duì)環(huán)境造成了很大的影響，而且在之前畜禽糞便除了被用于農(nóng)業(yè)施肥外并無(wú)其他用處。隨著科技的發(fā)展，沼氣工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)和使用，畜禽糞便的價(jià)值翻了好幾番，變廢為寶。沼氣工程的運(yùn)行在節(jié)能減排、降低環(huán)境污染方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。在利用先進(jìn)技術(shù)，選對(duì)合適的技術(shù)路線，并在使設(shè)施有效運(yùn)行與得到良好維護(hù)的前提下，在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行沼氣項(xiàng)目的運(yùn)行，以達(dá)到沼氣工程最終在大型的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保、可再生資源與綠色投資優(yōu)選的目標(biāo)項(xiàng)目。

1 國(guó)內(nèi)外沼氣發(fā)電現(xiàn)狀

目前，利用沼氣進(jìn)行發(fā)電在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)被廣泛推廣并得到重視，比如在美國(guó)有能源農(nóng)場(chǎng)、德國(guó)頒布可再生能源促進(jìn)法、荷蘭的綠色能源等。利用生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)在西歐許多國(guó)家，比如德國(guó)、芬蘭、法國(guó)等占據(jù)能源總量的10%左右，而且在持續(xù)增加的狀態(tài)?，F(xiàn)階段，沼氣工程發(fā)展最成功的國(guó)家之一就有德國(guó)，在德國(guó)沼氣工程基本上都可以發(fā)電上網(wǎng)。

在我國(guó)，沼氣發(fā)電工程的開(kāi)發(fā)利用比較晚，所以較發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。我國(guó)四川省首先對(duì)沼氣發(fā)電進(jìn)行研究，然后有許多科研機(jī)構(gòu)對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)在改裝與熱效率的提高方面展開(kāi)了研究。當(dāng)下我國(guó)推廣的沼氣發(fā)電機(jī)組實(shí)施發(fā)電上網(wǎng)與并網(wǎng)有些問(wèn)題存在：（1）養(yǎng)殖企業(yè)的發(fā)展在我國(guó)并不平衡，具備規(guī)?；恼託獍l(fā)電工程擁有規(guī)模小與分散性強(qiáng)的特點(diǎn)，許多沼氣工程的平均年產(chǎn)值在十幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)立方米之間不等，建造的沼氣發(fā)電站裝機(jī)卻只有幾十到幾百千瓦。若想通過(guò)每天只能提供有限量電力的沼氣發(fā)電經(jīng)電網(wǎng)、公用事業(yè)或者企業(yè)直接傳輸給消費(fèi)者使用，會(huì)造成這些電力公司出現(xiàn)負(fù)荷匹配與安全運(yùn)行等管理的問(wèn)題；（2）與火電相對(duì)比，沼氣發(fā)電的成本遠(yuǎn)高于火力發(fā)電，因此電網(wǎng)企業(yè)只能用超出常規(guī)能源的電價(jià)對(duì)沼電進(jìn)行收購(gòu)，沼氣發(fā)電才可以有贏利，但是若沒(méi)有強(qiáng)制的政策或者優(yōu)惠補(bǔ)貼，電網(wǎng)企業(yè)更愿意收購(gòu)價(jià)格低的電力。因此不難看出，沼氣發(fā)電并沒(méi)有太大的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，也導(dǎo)致對(duì)沼氣發(fā)電工程進(jìn)行投資的人非常少。（3）在我國(guó)，沼氣發(fā)電一般只用于柴油機(jī)與汽油機(jī)的淺層次改裝，沒(méi)有深入地對(duì)發(fā)電機(jī)熱工性能進(jìn)行研究，所以產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)運(yùn)行中很容易出現(xiàn)問(wèn)題。

2 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程運(yùn)行介紹

第一，工程采用西門(mén)子PLC系統(tǒng)，用WINCC進(jìn)行組態(tài)。圖1是畜禽糞便發(fā)酵，沼氣生成工藝畫(huà)面。

第二，厭氧罐進(jìn)出料自動(dòng)控制。如圖2所示：

其中厭氧罐進(jìn)出料自動(dòng)控制包括如下三種方式：（1）單次進(jìn)料。2個(gè)厭氧罐先后進(jìn)一次料，進(jìn)完料后自動(dòng)停止。2個(gè)罐的進(jìn)料時(shí)間長(zhǎng)短可以單獨(dú)設(shè)置。（2）單次出料。2個(gè)厭氧罐先后出一次料，出完料后自動(dòng)停止。2個(gè)罐的出料時(shí)間長(zhǎng)短可以單獨(dú)設(shè)置。（3）連續(xù)進(jìn)出料。第一步，第一個(gè)罐先出料。時(shí)間到達(dá)設(shè)定的進(jìn)出料時(shí)間片長(zhǎng)度后進(jìn)入下一步；第二步，第一個(gè)罐進(jìn)料，第二個(gè)罐出料。時(shí)間到達(dá)設(shè)定的進(jìn)出料時(shí)間片長(zhǎng)度后進(jìn)入下一步；第三步，第一個(gè)罐結(jié)束進(jìn)料，第二個(gè)罐進(jìn)料。時(shí)間到達(dá)設(shè)定的進(jìn)出料時(shí)間片長(zhǎng)度后進(jìn)入下一步；第四步，第二個(gè)罐進(jìn)料完成。等待兩次進(jìn)料之間的時(shí)間間隔到達(dá)后再次進(jìn)料。以上步驟循環(huán)執(zhí)行，直至達(dá)到設(shè)定的自動(dòng)進(jìn)出料次數(shù)后自動(dòng)停止工作。

3 沼氣工程將畜禽糞便變廢為寶并用沼氣發(fā)電形成經(jīng)濟(jì)循環(huán)

第一，在我國(guó)農(nóng)業(yè)源的污染當(dāng)中，畜禽的糞便是最為嚴(yán)重的污染物。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的快速發(fā)展帶來(lái)了大量的廢物和污水的出現(xiàn)，比如某大型蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)中如果年產(chǎn)到5億顆雞蛋，那么隨之而產(chǎn)生的廢物和污水就分別會(huì)達(dá)到8萬(wàn)噸和12萬(wàn)噸，假如這些污染物不能馬上清理干凈，那么養(yǎng)殖場(chǎng)的周邊就會(huì)有臭氣飄浮，造成環(huán)境污染，影響人們的正常生活。所以利用這些污染物進(jìn)行沼氣工程的運(yùn)行，并對(duì)產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行脫硫凈化發(fā)電，轉(zhuǎn)成新能源，解決了污染問(wèn)題的同時(shí)達(dá)到了節(jié)能減排的效果，還可以用此來(lái)增加收入。不僅大的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)可以搞牛糞以及畜禽糞便的發(fā)電項(xiàng)目，小的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)也可以操作。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)中沖洗產(chǎn)生的廢水和畜禽糞便經(jīng)儲(chǔ)肥池、預(yù)混池稀釋以后進(jìn)行加工成漿，然后進(jìn)入發(fā)酵罐，產(chǎn)生沼氣，沼氣再經(jīng)氣水分離器以及脫硫器等裝置進(jìn)入發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在沼氣發(fā)電技術(shù)被引進(jìn)后，不僅可以使養(yǎng)殖場(chǎng)的電力自給得以實(shí)現(xiàn)，另外還可以在牧場(chǎng)內(nèi)發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)。其中沼氣脫硫凈化工藝畫(huà)面如圖3所示。生成的沼氣經(jīng)脫硫、冷干后存儲(chǔ)，用于發(fā)電。這里大多設(shè)備是定時(shí)控制的，只有MBV0401采用自動(dòng)控制，控制AT0402氧含量。按控制按鈕，彈出畫(huà)面如圖4所示：

若要調(diào)節(jié)MBV0401電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，先要給設(shè)備通電。

手動(dòng)時(shí)手動(dòng)輸入開(kāi)度輸入多少，實(shí)際輸出就是

多少。

自動(dòng)時(shí)MBV0401每20分鐘調(diào)節(jié)一次，手動(dòng)輸入開(kāi)度跟隨實(shí)行輸出開(kāi)度變化。

氧含量低于低限 MBV0401電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出開(kāi)度+調(diào)節(jié)量1

氧含量低于低低限 MBV0401電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出開(kāi)度+調(diào)節(jié)量1、2

氧含量高于高限 MBV0401電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出開(kāi)度-調(diào)節(jié)量1

氧含量高于高高限 MBV0401電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出開(kāi)度-調(diào)節(jié)量1、2

畜禽的糞便不只能用于發(fā)電，畜禽糞便在經(jīng)過(guò)發(fā)酵后會(huì)產(chǎn)生沼液，沼液在與秸稈混合以后產(chǎn)生沼氣，最后經(jīng)過(guò)提純壓縮轉(zhuǎn)變成生物燃?xì)夤┙o附近村民使用。這樣一來(lái)，廢棄物被有效利用并轉(zhuǎn)換成可以被廣泛應(yīng)用的能源，也因此形成了新的產(chǎn)業(yè)鏈。將其循環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行延伸，使畜禽糞便得到更好的利用及其加工。例如，作為沼氣工程中出現(xiàn)的附屬產(chǎn)品沼液需要謹(jǐn)慎處理，若對(duì)其處理不好很可能會(huì)出現(xiàn)新的污染。在畜禽中雞的腸道較短，吃進(jìn)去的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有一半以上沒(méi)有被吸收就直接被排出體外，所以雞糞在經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵之后，其中仍然含有可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)的有益物質(zhì)，再經(jīng)過(guò)壓縮提純濃縮技術(shù)，最終沼液轉(zhuǎn)換成“植物生長(zhǎng)促進(jìn)液”，此種高端肥料可以在各種蔬菜、果樹(shù)以及花卉等經(jīng)濟(jì)作物上廣泛應(yīng)用，不僅可以增加產(chǎn)量，同時(shí)還可以提高其的品質(zhì)。牛糞在經(jīng)過(guò)發(fā)酵后的沼渣可以制成有機(jī)的固體復(fù)合肥，而沼液可以經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)加工成液態(tài)肥料等。

第二，從目前我國(guó)產(chǎn)沼氣的潛力、沼氣發(fā)電水平以及政策引導(dǎo)與市場(chǎng)需求的情況來(lái)分析，不難發(fā)現(xiàn)沼氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)在以后會(huì)有很大的進(jìn)展。在沼氣工程中引入沼氣發(fā)電，不但使沼氣工程產(chǎn)業(yè)鏈得到了延長(zhǎng)，而且還使沼氣工程的整體技術(shù)水平得到提升，同時(shí)還可以利用沼氣發(fā)電進(jìn)行內(nèi)部使用而帶來(lái)不錯(cuò)的資金回報(bào)。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)通過(guò)“養(yǎng)殖→沼氣工程→功能與沼氣發(fā)電”的模式對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的污染物進(jìn)行了解決，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了變廢為寶、廢物再利用的資源化利用，使資源得到循環(huán)的利用，對(duì)生態(tài)環(huán)境起到了保護(hù)的作用，為沼氣工程技術(shù)得到很好的推廣與控制畜禽糞便污染奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

沼氣作為可再生的清潔能源，不但可以將秸稈、薪柴等原始的生物質(zhì)能源進(jìn)行替代，還可以將煤炭等商品能源代替，并且沼氣能源的效率與品質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于秸稈、柴以及煤炭等能源。中國(guó)的環(huán)境已經(jīng)不能承受重大污染的發(fā)展模式，包括農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展必須依靠新能源。（1）沼氣是重要的環(huán)節(jié)，沼氣發(fā)電，提供更多的環(huán)保電能，減輕環(huán)境污染；（2）廢物利用，充分利用沼氣，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，變廢為寶。既充分利用了資源，又保護(hù)了環(huán)境，而且創(chuàng)造出了更多更有價(jià)值的資源，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，也對(duì)緩解溫室效應(yīng)有一定的作用?？梢?jiàn)，大力發(fā)展畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣發(fā)電工程勢(shì)在必行。

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（責(zé)任編輯：王 波）