大型沼氣工程新型成套設備的研發(fā)探索

趙明梅遼寧北方環(huán)境保護有限公司，遼寧沈陽　110116

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大型沼氣工程新型成套設備的研發(fā)探索

趙明梅
遼寧北方環(huán)境保護有限公司，遼寧沈陽110116

摘要本文根據(jù)沼氣工程技術特點將沼氣工程設備分成吸納單元、消化單元、轉(zhuǎn)化單元和輔助單元4部分，對各單元設備的關鍵技術進行專題研究，而后運用標準化的原理和系統(tǒng)集成方法將各單元設備進行系列化分類和標準化匹配，研制出高效的標準系列化厭氧發(fā)酵成套設備，并進行工程應用。

關鍵詞大型沼氣成套設備；新型

目前，我國大力發(fā)展沼氣工程，尤其是針對大型養(yǎng)殖企業(yè)而建設的大型沼氣工程也蓬勃發(fā)展。根據(jù)對現(xiàn)有大中型沼氣工程的調(diào)查結果，我國大型沼氣工程主要存在如下突出問題：1）我國廢棄物種類繁多又較為分散，造成工藝類型多，效率普遍不高，產(chǎn)品利用率低，工程設備化低，經(jīng)濟效益低，運行困難；2）我國對沼氣工程產(chǎn)品的補貼政策不到位，造成工藝設備工業(yè)化程度低；3）我國南北方溫差較大，南北方對沼氣工程的關注點不同，造成產(chǎn)品利用率低；4）隨著我國養(yǎng)殖業(yè)集約化程度越來越高，大型牧場和養(yǎng)殖區(qū)逐漸建立，大型沼氣工程將是一個發(fā)展方向，沼肥利用是亟待解決的問題；5）目前國內(nèi)沼氣工程設備標準化、系列化和產(chǎn)業(yè)化程度低，普遍采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場加工安裝的方式，手動操作管理，生產(chǎn)方式落后，沒有實現(xiàn)工程的設備化和產(chǎn)業(yè)化，工期長，難維護，不便于檢修，質(zhì)量難保障［1，2］。

根據(jù)以上問題，本研究首先根據(jù)沼氣工程技術特點將沼氣工程設備分成吸納單元、消化單元、轉(zhuǎn)化單元和輔助單元四部分，對各單元設備的關鍵技術進行專題研究，而后運用標準化的原理和系統(tǒng)集成方法將各單元設備進行系列化分類和標準化匹配，研制出高效的標準系列化厭氧發(fā)酵成套設備，并進行工程應用。

1　新型大型沼氣工程成套設備主體

1.1吸納單元（Admit-Unit）

吸納單元設備承擔著大型沼氣工程原料的預處理工作，其性能好壞直接影響整個沼氣工程系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與否。本設備在分析典型預處理裝置利弊的基礎上，對預處理設備的工作機理進行研究，改進和優(yōu)化結構設計，開發(fā)一種適用于大型沼氣工程用的發(fā)酵原料預處理一體化設備。本設備可以同時處理畜禽糞便、秸稈、農(nóng)村生活垃圾、雜草等有機廢棄物以及污水廠污泥等可發(fā)酵物，有效去除各種物料中的泥沙、金屬、塑料、玻璃等不可發(fā)酵物，同時將秸稈等低密度物料徹底粉碎，與中密度物料完全混合，避免堵塞管道及厭氧反應器結殼的問題，并利于秸稈類物料快速消解。該預處理設備具有占地面積小，運行穩(wěn)定可靠，操作簡單，維修方便，操作彈性大，溫度控制靈活，投資和運行費用低，處理負荷高、TS濃度大等優(yōu)點，處理物料的干物質(zhì)含量可達8%～15%，提高厭氧反應器容積產(chǎn)氣率10%～15%，保證消化單元厭氧反應器的產(chǎn)氣效率和產(chǎn)氣穩(wěn)定性。

1.2消化單元（Digestion-Unit）

消化單元是沼氣工程的主體，厭氧消化器作為消化單元的核心設備，其構造的先進性直接影響整個沼氣工程運行的品質(zhì)。本專題研究擬通過對傳統(tǒng)立式厭氧反應器進行改進和優(yōu)化，開發(fā)一種高效厭氧固體反應器，重點針對反應器結構、內(nèi)置熱能轉(zhuǎn)化機、節(jié)能攪拌機、正負壓保護器進行專項研究，優(yōu)化結構設計，使厭氧消化配套設備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成為可能。

1.3轉(zhuǎn)化單元（Transform-Unit）

轉(zhuǎn)化單元設備的主要功能是將消化單元產(chǎn)出的沼氣及沼肥有效利用。本文研究擬針對沼氣、沼肥的不同特點，通過優(yōu)化組合匹配沼氣質(zhì)能轉(zhuǎn)化機、沼肥固液功能機等新型設備實現(xiàn)高效完全利用消化單元產(chǎn)出品，達到沼氣工程整套系統(tǒng)的零排放。消化單元產(chǎn)生的沼氣除一部分通過內(nèi)置熱能轉(zhuǎn)換機供給消化單元自身熱量外，大部分根據(jù)不同用戶對沼氣照明、發(fā)電、供暖等的不同需求，通過沼氣質(zhì)能轉(zhuǎn)化機完成從沼氣化學能到電能、熱能等的轉(zhuǎn)化。消化單元產(chǎn)出的沼肥是良好的有機肥料，可根據(jù)用戶的不同需要，或者直接作為有機肥施入農(nóng)田，或者通過沼肥固液功能機將沼肥分離成沼液和沼渣。沼渣制成固體有機肥，沼液作為液態(tài)有機肥料噴施、滴灌或養(yǎng)魚、喂豬等，或通過管線回流到吸納單元的收納器作為配料稀釋水，實現(xiàn)再一次的物質(zhì)循環(huán)和余熱利用。

1.4輔助單元（Sub-Unit）

輔助單元設備是沼氣工程不可或缺的組成部分，集成了系統(tǒng)設備控制、輔助能量供給等重要裝置。本專題研究開發(fā)基于PLC和組態(tài)軟件的系統(tǒng)自控平臺，實現(xiàn)沼氣生產(chǎn)的自動控制，提高沼氣生產(chǎn)的工業(yè)化水平；研制以太陽能集熱器為主的輔助清潔能源供給利用系統(tǒng)，保證高寒地區(qū)的沼氣工程冬季增溫能量供給。

2　技術特點

1）根據(jù)沼氣工程技術特點，創(chuàng)新的將沼氣工程設備分為吸納、消化、轉(zhuǎn)化、輔助四大處理單元，并從原料配料系統(tǒng)、厭氧反應器結構、進料方式、運行方式、

能量供給等方面進行了優(yōu)化，形成了Tank大型沼氣工程成套設備。

2）吸納單元預處理一體機可以同時處理多種可發(fā)酵物，拓寬了沼氣工程發(fā)酵原料的來源，通過環(huán)流混合器、剝離混合機、浮渣分選機、懸浮切割機等實現(xiàn)了發(fā)酵料液的多次環(huán)流粉碎，提高了物料的使用效率。

3）消化單元厭氧消化器內(nèi)增設集于一體的內(nèi)置熱能轉(zhuǎn)化機、節(jié)能攪拌機和正負壓保護器，解決了發(fā)酵液面的結殼問題，物料的傳質(zhì)傳熱問題，滿足了消化單元的系統(tǒng)增溫要求；消化單元自卸料進料器的研制解決了進料管路堵塞和冬季凍結問題。

4）根據(jù)標準化的原理和系統(tǒng)集成方法，通過設備型號、技術條件、接口和零部件等的標準化定制，實現(xiàn)了核心部件模塊化專業(yè)制造，形成標準化的系列設備。

3　工程實例及技術經(jīng)濟指標

本新型大型沼氣工程成套設備具有占地面積小，操作簡單，維修方便，運行穩(wěn)定可靠，操作彈性大，投資和運行費用低，溫度控制靈活，處理負荷高、TS濃度大等優(yōu)點，處理物料的干物質(zhì)含量可達8%～15%，提高厭氧反應器容積產(chǎn)氣率10%～15%。

本新型大型沼氣工程成套設備應用于沈陽軍區(qū)某大型養(yǎng)殖場畜禽糞污沼氣項目，日處理鮮糞、污泥、農(nóng)業(yè)可發(fā)酵物、秸稈雜草等7.1t/d，尿及沖洗水10.6t/d，日產(chǎn)氣量約為504m3，年生產(chǎn)沼氣約18.4萬m3，年產(chǎn)沼液約6099.2t，年產(chǎn)沼渣約361.4t。并測算其主要技術經(jīng)濟指標［3，4］；

1）容積產(chǎn)氣率可達1.5m3/m3*d；2）可發(fā)酵物降解率超過70%；3）厭氧反應器發(fā)酵溫度全年保持在35℃左右；4）反應器COD容積負荷最高可達5kgCOD/d*m3；5）預處理和反應器進料濃度高達12%；6）整套系統(tǒng)全年系統(tǒng)能量消耗與全年系統(tǒng)能量輸出比低于40%；7）系統(tǒng)冬季產(chǎn)氣率不低于平均率的70%。

參考文獻

［1］周孟津.沼氣生產(chǎn)利用技術［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，1999.

［2］柏景方.污水處理技術［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006.

［3］Wetland P，Rieger C，Ehrmann T.Evaluation of the newestbiogas plants in Germ any with respect to renewableenergy production，greenhouse gas reduction an dnutrientmanagement［G］//Proceedings ofThe future of biogas inEurope-II.Denmark Esbjerg：University of SouthernDenm ark，2003.

［4］趙立欣，董保成.田宜水大中型沼氣工程技術［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

中圖分類號S-3

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0187-01

作者簡介：趙明梅，遼寧北方環(huán)境保護有限公司。