河北省規模化沼氣工程發展現狀分析

河北省新能源技術推廣站王熙春

河北省規模化沼氣工程發展現狀分析

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1 引言

河北省農村沼氣建設起步于20世紀70年代，從2003年開始，按照省政府部署，大力實施“百萬農戶沼氣建設行動計劃”，截至2015年底，全省發展戶用沼氣267.62萬戶，建成農村沼氣物業服務網點6302處，年產沼氣65640.88萬立方米，各類沼氣工程2922處，總池容51.3萬立方米，年產沼氣9888萬立方米，沼氣主要用于為農戶供氣或企業自用、發電等，沼渣、沼液用作有機肥，有助于提高農民生產生活質量，促進美麗鄉村建設和現代農業建設。

2 規模化沼氣工程發展特點

總體看，全省規模化沼氣工程建設具有以下幾個特點。

2.1 工程數量快速增加

2008年以前，全省養殖場規模化沼氣工程僅有2處。2008以后，受益于國家政策支持，每年新增30～60處。

2.2 技術水平顯著提升

2008年以前，河北省的沼氣工程技術工藝落后、配套設備簡單、運行效率很低。近年來建設的工程，采用國內多種先進技術工藝、配套設備齊全，最大單體容積達5000立方米，部分工程實現了自動監控。

2.3 秸稈沼氣工程技術水平全國領先

2008年，滄州青縣建成我國第一座以秸稈為主要原料的沼氣工程，隨后河北省加大了技術研發和試點示范力度。目前，河北省的秸稈沼氣工程發酵工藝先進，技術成熟，運行穩定，對全國起到了很好的示范帶動作用。

2.4 積極推進轉型升級

2015年農村沼氣轉型升級以來，我省爭取生物天然氣試點工程4處，規模化大型沼氣工程12處，爭取中央資金數位居全國前四名。實現了由主要發展戶用沼氣向規模化沼氣轉變，由功能單一向功能多元化轉變，由單個環節項目建設向全產業鏈一體化統籌推進轉變。在集中供氣、發電并網等方面取得了積極成效，正在不斷探索有價值、可復制、可推廣的實踐經驗，農村沼氣多元化發展的新格局初步形成。

3 河北省規模化沼氣工程的工藝類型

規模化沼氣工程技術是一項以開發利用有機廢棄物（如養殖場糞污等）為對象，以獲取能源和治理環境污染為目的的農村能源工程技術。

3.1 主要類型

按照機械化程度、技術工藝路線以及配套設備情況等分為兩種類型。

3.1.1 以地上厭氧發酵塔、儲氣柜為主體的沼氣工程

機械化程度高，技術工藝復雜，配套設備齊全。主要構成系統：一般包括原料（廢水）的收集系統、預處理系統、消化（厭氧）系統、出料的后處理系統和沼氣凈化、儲存、利用系統。主要設備：鋼制格柵、水力篩網片、污水提升泵、厭氧發酵塔、儲氣柜、脫硫塔、沼氣凝水器、沼氣流量計、管道、閥門及配件、消火栓及消防設備、電氣設備、固液分離機等。厭氧發酵塔類型：分為完全混合式厭氧消化器（CSTR）、升流式厭氧固體反應器（USR）、上流式厭氧污泥床反應器（UASB）、厭氧過濾器（AF）、厭氧流化床反應器、厭氧顆粒污泥膨脹床反應器（EGSB）、厭氧內循環反應器（IC）等多種類型。目前，我省以CSTR、USR型反應器居多。此類工程根據所要實現的目的不同，又分為兩種不同的模式：

（1）能源生態型。以用肥和用能為目的，是全國最典型的模式。畜禽糞便污水經過厭氧消化處理后，沼氣用作能源或發電，沼渣、沼液作為有機肥用于種植業，沒有排放到自然環境中，實現了零排放、減量化、無害化和資源化。如果直接排放，仍然是嚴重的富營養化，會對環境造成二次污染。我省養殖場規模化沼氣工程基本為能源生態型。

（2）能源環保。以實現廢水達標排放和用能為目的。有機廢水經過厭氧發酵后，再經過好氧處理（如曝氣）、沉淀、過濾等，排放水能達到國家規定的有關環保要求。該模式投資非常高，占地面積大，從農村能源行業看，實際應用較少，我省目前還沒有此類工程。

3.1.2 地下塞流式沼氣工程

50～100立方米地下塞流式沼氣工程拱頂做儲氣室或配套建立儲氣柜，具有結構簡單、投資少、易于增溫保溫、運行管理費用低等優點，通過地上配套建陽光板采暖溫室，較好地解決了冬季受氣溫影響不能正常運行的問題，無須更多動力費用，比較適合小規模養殖場的糞污處理。河北省已制訂發布了地方標準《畜禽養殖廠用塞流式水壓沼氣池標準圖集》。

3.2 主要工藝模式

我省規模化沼氣工程主要采取完全混合式、塞流式、升流式三種工藝，現對常用工藝進行簡要介紹并進行比較。

3.2.1 完全混合式工藝

先對各類畜禽糞便及其他有機物進行粉碎處理，調整進料TS濃度8～13%范圍內，進入CSTR反應器，CSTR反應器采用上進料下出料方式，并帶有機械攪拌，產氣率視原料和溫度不同在1.0～15.0之間。沼渣沼液COD濃度和TS濃度含量高，一般不經固液分離即可直接用于農田施肥，是典型的能源生態型沼氣工程工藝。采用CSTR工藝產生的沼氣如進行熱電聯產（CHP），熱能輸出部分可滿足大部分北方地區冬季的原料加熱要求，不需外來能源加熱。

3.2.2 塞流式工藝

消化器為長方形非完全混合式，原料從一端進入，呈活塞式推移狀態從另一端流出。由于消化器內沼氣的產生，呈現垂直的攪拌作用，而縱向攪拌作用甚微。在進料端呈現較強的水解酸化作用，甲烷的產生隨著向出料方向的流動而增強。

由于該體系進料端缺乏接種物，所以要進行固體的回流。

3.2.3 升流式工藝

先對各類畜禽糞便及其他有機物進行預處理，除去大顆粒和粗纖維物質（進料TS濃度3～5%）后，進入USR反應器，USR反應器采用上流式污泥床原理，不使用機械攪拌，產氣率視溫度不同在0.4～1.2之間。沼渣沼液COD濃度含量很高，不適宜好氧處理達標排放，一般用于農電施肥進行生態化處理，是典型的能源生態型沼氣工程工藝。采用USR工藝產生的沼氣如進行熱電聯產（CHP），熱能輸出部分可滿足20℃左右溫度條件下原料的升溫要求，在我國北方地區的冬季，自身熱量無法滿足運行要求，需要使用鍋爐或其他能量進行加熱。

經過以上對比分析可以看出幾種工藝各有所長，升流式工藝作為國內較成熟的工藝，尤其適用于我省中部和南部養豬場糞污處理和集中供氣沼氣工程，在北方地區冬季運行經濟效益不佳；塞流式工藝適合各類中小型糞污處理沼氣工程，有一定的應用空間；完全混合式工藝應用范圍廣、適應性強，效益高，有很大的發展潛力。

4 存在的問題

4.1 沼氣工程盈利能力較差

沼肥市場還未成熟，沼渣、沼液以自產自用為主，尚未形成有機肥產、供、銷產業鏈條，利用方式簡單粗放，利用規模較小，綜合效益不高。沼氣以直接使用為主，沒有進行高值轉化，收益不高。總體來看，目前最大的問題就是產業鏈條不完整，直接影響了工程的效益。

4.2 冬季運行能耗大

我省規模化沼氣工程冬季大都采用燒鍋爐為罐體增溫，部分工程通過煤、油等常規能源實現增溫，運行成本過高。

4.3 設備市場有待規范

目前規模化沼氣工程主體發酵罐材質有鋼筋混凝土、鋼結構、搪瓷拼裝罐、利浦罐等，與其配套設備種類繁多，標準化程度低，部分為非標產品，質量參差不齊，使用壽命短，可靠性差，而且造價差異很大。

4.4 日常運行管理水平急需提高

沼氣工程有一定技術含量，對管理人員的維護水平有較高的要求，有些沼氣工程管理操作人員技術水平不高，再加上缺少有效的管理制度和運行機制，使得運行效果欠佳。

5 有關建議

河北省目前規模化沼氣工程建設盡管取得了一定成效，但與發展較快的省份相比，還有相當大的差距，與河北省面臨的種植業結構調整、畜牧業轉型升級、京津冀協調發展、張家口國家可再生能源示范區建設等相比，發展速度明顯滯后。針對這些問題，現提出如下建議。

5.1 積極發展規模化沼氣工程

緊緊圍繞種植業結構調整和畜牧業發展，上連養殖業,下促種植業，堅持因地制宜、發酵原料多元化、多種模式發展，引導各種社會力量參與工程的建設和運營，推廣沼氣、沼渣、沼液全產業鏈綜合高效利用模式，提升綜合效益。探索專業化沼氣發展模式，鼓勵通過向農戶供氣、養殖場自用、發電上網、提純壓縮等多種方式開展沼氣多元化利用。支持建設沼肥儲存、加工、濃縮、運輸設施設備，拓展利用渠道，提高附加值。

5.2 試點示范以“沼氣循環”為紐帶的“1233”模式

一沼：優先利用一處沼氣現有工程；雙聯：左聯種植業、右聯畜牧業；三改善：改善農牧業生產環境、改善農民生活環境、改善農村生態環境；三促進，促進沼肥開發利用、促進一、二、三產業融合與農業園區建設，促進高端農產品生產，實現沼氣、沼渣、沼液的全價值鏈開發與循環利用。

5.3 解決冬季運行成本高的問題

規模化沼氣工程冬季避免采用常規能源進行增溫，鼓勵熱電聯產，收集發電機余熱，輔助生物質壓塊或沼氣燃燒，進行罐體增溫。有條件的地區可采用地熱或地源熱泵增溫，靠近焦化、煉鋼等企業的，可以利用廢水余熱增溫。

5.4 提高沼氣工程管理水平

督促沼氣工程業主建立長效管理運行機制，要求沼氣站內規章制度和操作規程上墻，操作人員持證上崗，每年組織沼氣站工人技術和安全操作培訓，重點講解安全操作規程，特別強調“哪些操作是必須的，哪些事情是嚴禁的”，提高操作人員技術水平，杜絕事故隱患，確保運行安全。