大型沼氣工程新型成套設備的研發探索

趙明梅遼寧北方環境保護有限公司，遼寧沈陽　110116

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大型沼氣工程新型成套設備的研發探索

趙明梅
遼寧北方環境保護有限公司，遼寧沈陽110116

摘要本文根據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，我國大力發展沼氣工程，尤其是針對大型養殖企業而建設的大型沼氣工程也蓬勃發展。根據對現有大中型沼氣工程的調查結果，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，產品利用率低，工程設備化低，經濟效益低，運行困難；2）我國對沼氣工程產品的補貼政策不到位，造成工藝設備工業化程度低；3）我國南北方溫差較大，南北方對沼氣工程的關注點不同，造成產品利用率低；4）隨著我國養殖業集約化程度越來越高，大型牧場和養殖區逐漸建立，大型沼氣工程將是一個發展方向，沼肥利用是亟待解決的問題；5）目前國內沼氣工程設備標準化、系列化和產業化程度低，普遍采用傳統的現場加工安裝的方式，手動操作管理，生產方式落后，沒有實現工程的設備化和產業化，工期長，難維護，不便于檢修，質量難保障［1，2］。

根據以上問題，本研究首先根據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運行的穩定與否。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，改進和優化結構設計，開發一種適用于大型沼氣工程用的發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、農村生活垃圾、雜草等有機廢棄物以及污水廠污泥等可發酵物，有效去除各種物料中的泥沙、金屬、塑料、玻璃等不可發酵物，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濃度大等優點，處理物料的干物質含量可達8%～15%，提高厭氧反應器容積產氣率10%～15%，保證消化單元厭氧反應器的產氣效率和產氣穩定性。

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。本專題研究擬通過對傳統立式厭氧反應器進行改進和優化，開發一種高效厭氧固體反應器，重點針對反應器結構、內置熱能轉化機、節能攪拌機、正負壓保護器進行專項研究，優化結構設計，使厭氧消化配套設備產業化生產成為可能。

1.3轉化單元（Transform-Unit）

轉化單元設備的主要功能是將消化單元產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，通過優化組合匹配沼氣質能轉化機、沼肥固液功能機等新型設備實現高效完全利用消化單元產出品，達到沼氣工程整套系統的零排放。消化單元產生的沼氣除一部分通過內置熱能轉換機供給消化單元自身熱量外，大部分根據不同用戶對沼氣照明、發電、供暖等的不同需求，通過沼氣質能轉化機完成從沼氣化學能到電能、熱能等的轉化。消化單元產出的沼肥是良好的有機肥料，可根據用戶的不同需要，或者直接作為有機肥施入農田，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，沼液作為液態有機肥料噴施、滴灌或養魚、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，實現再一次的物質循環和余熱利用。

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，集成了系統設備控制、輔助能量供給等重要裝置。本專題研究開發基于PLC和組態軟件的系統自控平臺，實現沼氣生產的自動控制，提高沼氣生產的工業化水平；研制以太陽能集熱器為主的輔助清潔能源供給利用系統，保證高寒地區的沼氣工程冬季增溫能量供給。

2　技術特點

1）根據沼氣工程技術特點，創新的將沼氣工程設備分為吸納、消化、轉化、輔助四大處理單元，并從原料配料系統、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酵物，拓寬了沼氣工程發酵原料的來源，通過環流混合器、剝離混合機、浮渣分選機、懸浮切割機等實現了發酵料液的多次環流粉碎，提高了物料的使用效率。

3）消化單元厭氧消化器內增設集于一體的內置熱能轉化機、節能攪拌機和正負壓保護器，解決了發酵液面的結殼問題，物料的傳質傳熱問題，滿足了消化單元的系統增溫要求；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）根據標準化的原理和系統集成方法，通過設備型號、技術條件、接口和零部件等的標準化定制，實現了核心部件模塊化專業制造，形成標準化的系列設備。

3　工程實例及技術經濟指標

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濃度大等優點，處理物料的干物質含量可達8%～15%，提高厭氧反應器容積產氣率10%～15%。

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

1）容積產氣率可達1.5m3/m3*d；2）可發酵物降解率超過70%；3）厭氧反應器發酵溫度全年保持在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）整套系統全年系統能量消耗與全年系統能量輸出比低于40%；7）系統冬季產氣率不低于平均率的70%。

參考文獻

［1］周孟津.沼氣生產利用技術［M］.北京：中國農業大學出版社，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，遼寧北方環境保護有限公司。