畜禽養殖場沼氣發電工程運行模式研究

金鑫　徐華勒

摘要：畜禽養殖產業存在相當大的污染問題，該產業的快速發展造成的廢水和糞便的污染量增大，若能將畜禽養殖產業中產生的大量的廢水和糞便污染物進行有效利用，提高節能減排，對環境保護會起到積極作用。可以對畜禽養殖場進行沼氣工程的實施，并通過沼氣工程運行產生的沼氣進行脫硫凈化后用于發電。

關鍵詞：沼氣工程；沼氣發電；沼氣利用模式；畜禽養殖場；環境污染 文獻標識碼：A

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

畜禽養殖產業中大量的廢水與糞便的堆積對環境造成了很大的影響，而且在之前畜禽糞便除了被用于農業施肥外并無其他用處。隨著科技的發展，沼氣工程項目的開發和使用，畜禽糞便的價值翻了好幾番，變廢為寶。沼氣工程的運行在節能減排、降低環境污染方面做出了巨大的貢獻。在利用先進技術，選對合適的技術路線，并在使設施有效運行與得到良好維護的前提下，在畜禽養殖場進行沼氣項目的運行，以達到沼氣工程最終在大型的畜禽養殖場中實現低碳環保、可再生資源與綠色投資優選的目標項目。

1 國內外沼氣發電現狀

目前，利用沼氣進行發電在發達國家已經被廣泛推廣并得到重視，比如在美國有能源農場、德國頒布可再生能源促進法、荷蘭的綠色能源等。利用生物質能發電并網在西歐許多國家，比如德國、芬蘭、法國等占據能源總量的10%左右，而且在持續增加的狀態。現階段，沼氣工程發展最成功的國家之一就有德國，在德國沼氣工程基本上都可以發電上網。

在我國，沼氣發電工程的開發利用比較晚，所以較發達國家還有一定的差距。我國四川省首先對沼氣發電進行研究，然后有許多科研機構對沼氣發動機在改裝與熱效率的提高方面展開了研究。當下我國推廣的沼氣發電機組實施發電上網與并網有些問題存在：（1）養殖企業的發展在我國并不平衡，具備規模化的沼氣發電工程擁有規模小與分散性強的特點，許多沼氣工程的平均年產值在十幾萬到幾十萬立方米之間不等，建造的沼氣發電站裝機卻只有幾十到幾百千瓦。若想通過每天只能提供有限量電力的沼氣發電經電網、公用事業或者企業直接傳輸給消費者使用，會造成這些電力公司出現負荷匹配與安全運行等管理的問題；（2）與火電相對比，沼氣發電的成本遠高于火力發電，因此電網企業只能用超出常規能源的電價對沼電進行收購，沼氣發電才可以有贏利，但是若沒有強制的政策或者優惠補貼，電網企業更愿意收購價格低的電力。因此不難看出，沼氣發電并沒有太大的經濟市場，也導致對沼氣發電工程進行投資的人非常少。（3）在我國，沼氣發電一般只用于柴油機與汽油機的淺層次改裝，沒有深入地對發電機熱工性能進行研究，所以產品質量不達標運行中很容易出現問題。

2 畜禽養殖場沼氣工程運行介紹

第一，工程采用西門子PLC系統，用WINCC進行組態。圖1是畜禽糞便發酵，沼氣生成工藝畫面。

第二，厭氧罐進出料自動控制。如圖2所示：

其中厭氧罐進出料自動控制包括如下三種方式：（1）單次進料。2個厭氧罐先后進一次料，進完料后自動停止。2個罐的進料時間長短可以單獨設置。（2）單次出料。2個厭氧罐先后出一次料，出完料后自動停止。2個罐的出料時間長短可以單獨設置。（3）連續進出料。第一步，第一個罐先出料。時間到達設定的進出料時間片長度后進入下一步；第二步，第一個罐進料，第二個罐出料。時間到達設定的進出料時間片長度后進入下一步；第三步，第一個罐結束進料，第二個罐進料。時間到達設定的進出料時間片長度后進入下一步；第四步，第二個罐進料完成。等待兩次進料之間的時間間隔到達后再次進料。以上步驟循環執行，直至達到設定的自動進出料次數后自動停止工作。

3 沼氣工程將畜禽糞便變廢為寶并用沼氣發電形成經濟循環

第一，在我國農業源的污染當中，畜禽的糞便是最為嚴重的污染物。畜禽養殖場的快速發展帶來了大量的廢物和污水的出現，比如某大型蛋雞養殖場中如果年產到5億顆雞蛋，那么隨之而產生的廢物和污水就分別會達到8萬噸和12萬噸，假如這些污染物不能馬上清理干凈，那么養殖場的周邊就會有臭氣飄浮，造成環境污染，影響人們的正常生活。所以利用這些污染物進行沼氣工程的運行，并對產生的沼氣進行脫硫凈化發電，轉成新能源，解決了污染問題的同時達到了節能減排的效果，還可以用此來增加收入。不僅大的畜禽養殖場可以搞牛糞以及畜禽糞便的發電項目，小的畜禽養殖場也可以操作。畜禽養殖場中沖洗產生的廢水和畜禽糞便經儲肥池、預混池稀釋以后進行加工成漿，然后進入發酵罐，產生沼氣，沼氣再經氣水分離器以及脫硫器等裝置進入發電機進行發電。在沼氣發電技術被引進后，不僅可以使養殖場的電力自給得以實現，另外還可以在牧場內發展低碳農業。其中沼氣脫硫凈化工藝畫面如圖3所示。生成的沼氣經脫硫、冷干后存儲，用于發電。這里大多設備是定時控制的，只有MBV0401采用自動控制，控制AT0402氧含量。按控制按鈕，彈出畫面如圖4所示：

若要調節MBV0401電動調節閥，先要給設備通電。

手動時手動輸入開度輸入多少，實際輸出就是

多少。

自動時MBV0401每20分鐘調節一次，手動輸入開度跟隨實行輸出開度變化。

氧含量低于低限 MBV0401電動調節閥輸出開度+調節量1

氧含量低于低低限 MBV0401電動調節閥輸出開度+調節量1、2

氧含量高于高限 MBV0401電動調節閥輸出開度-調節量1

氧含量高于高高限 MBV0401電動調節閥輸出開度-調節量1、2

畜禽的糞便不只能用于發電，畜禽糞便在經過發酵后會產生沼液，沼液在與秸稈混合以后產生沼氣，最后經過提純壓縮轉變成生物燃氣供給附近村民使用。這樣一來，廢棄物被有效利用并轉換成可以被廣泛應用的能源，也因此形成了新的產業鏈。將其循環的產業鏈進行延伸，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的附屬產品沼液需要謹慎處理，若對其處理不好很可能會出現新的污染。在畜禽中雞的腸道較短，吃進去的營養物質有一半以上沒有被吸收就直接被排出體外，所以雞糞在經過厭氧發酵之后，其中仍然含有可以促進植物生長的有益物質，再經過壓縮提純濃縮技術，最終沼液轉換成“植物生長促進液”，此種高端肥料可以在各種蔬菜、果樹以及花卉等經濟作物上廣泛應用，不僅可以增加產量，同時還可以提高其的品質。牛糞在經過發酵后的沼渣可以制成有機的固體復合肥，而沼液可以經過一系列技術加工成液態肥料等。

第二，從目前我國產沼氣的潛力、沼氣發電水平以及政策引導與市場需求的情況來分析，不難發現沼氣發電產業在以后會有很大的進展。在沼氣工程中引入沼氣發電，不但使沼氣工程產業鏈得到了延長，而且還使沼氣工程的整體技術水平得到提升，同時還可以利用沼氣發電進行內部使用而帶來不錯的資金回報。畜禽養殖場通過“養殖→沼氣工程→功能與沼氣發電”的模式對養殖場產生的污染物進行了解決，同時也實現了變廢為寶、廢物再利用的資源化利用，使資源得到循環的利用，對生態環境起到了保護的作用，為沼氣工程技術得到很好的推廣與控制畜禽糞便污染奠定了基礎。

4 結語

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能源進行替代，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遠遠高于秸稈、柴以及煤炭等能源。中國的環境已經不能承受重大污染的發展模式，包括農業資源、農村經濟、農業發展必須依靠新能源。（1）沼氣是重要的環節，沼氣發電，提供更多的環保電能，減輕環境污染；（2）廢物利用，充分利用沼氣，產生經濟效益，變廢為寶。既充分利用了資源，又保護了環境，而且創造出了更多更有價值的資源，產生經濟效益，也對緩解溫室效應有一定的作用。可見，大力發展畜牧養殖場沼氣發電工程勢在必行。

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（責任編輯：王 波）