趙明梅遼寧北方環(huán)境保護(hù)有限公司，遼寧沈陽　110116

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大型沼氣工程新型成套設(shè)備的研發(fā)探索

趙明梅
遼寧北方環(huán)境保護(hù)有限公司，遼寧沈陽110116

摘要本文根據(jù)沼氣工程技術(shù)特點(diǎn)將沼氣工程設(shè)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(duì)各單元設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行專題研究，而后運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的原理和系統(tǒng)集成方法將各單元設(shè)備進(jìn)行系列化分類和標(biāo)準(zhǔn)化匹配，研制出高效的標(biāo)準(zhǔn)系列化厭氧發(fā)酵成套設(shè)備，并進(jìn)行工程應(yīng)用。

關(guān)鍵詞大型沼氣成套設(shè)備；新型

目前，我國(guó)大力發(fā)展沼氣工程，尤其是針對(duì)大型養(yǎng)殖企業(yè)而建設(shè)的大型沼氣工程也蓬勃發(fā)展。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有大中型沼氣工程的調(diào)查結(jié)果，我國(guó)大型沼氣工程主要存在如下突出問題：1）我國(guó)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(shè)備化低，經(jīng)濟(jì)效益低，運(yùn)行困難；2）我國(guó)對(duì)沼氣工程產(chǎn)品的補(bǔ)貼政策不到位，造成工藝設(shè)備工業(yè)化程度低；3）我國(guó)南北方溫差較大，南北方對(duì)沼氣工程的關(guān)注點(diǎn)不同，造成產(chǎn)品利用率低；4）隨著我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)集約化程度越來越高，大型牧場(chǎng)和養(yǎng)殖區(qū)逐漸建立，大型沼氣工程將是一個(gè)發(fā)展方向，沼肥利用是亟待解決的問題；5）目前國(guó)內(nèi)沼氣工程設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和產(chǎn)業(yè)化程度低，普遍采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)加工安裝的方式，手動(dòng)操作管理，生產(chǎn)方式落后，沒有實(shí)現(xiàn)工程的設(shè)備化和產(chǎn)業(yè)化，工期長(zhǎng)，難維護(hù)，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(shù)特點(diǎn)將沼氣工程設(shè)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(duì)各單元設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行專題研究，而后運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的原理和系統(tǒng)集成方法將各單元設(shè)備進(jìn)行系列化分類和標(biāo)準(zhǔn)化匹配，研制出高效的標(biāo)準(zhǔn)系列化厭氧發(fā)酵成套設(shè)備，并進(jìn)行工程應(yīng)用。

1　新型大型沼氣工程成套設(shè)備主體

1.1吸納單元（Admit-Unit）

吸納單元設(shè)備承擔(dān)著大型沼氣工程原料的預(yù)處理工作，其性能好壞直接影響整個(gè)沼氣工程系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與否。本設(shè)備在分析典型預(yù)處理裝置利弊的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)處理設(shè)備的工作機(jī)理進(jìn)行研究，改進(jìn)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)一種適用于大型沼氣工程用的發(fā)酵原料預(yù)處理一體化設(shè)備。本設(shè)備可以同時(shí)處理畜禽糞便、秸稈、農(nóng)村生活垃圾、雜草等有機(jī)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(shí)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(yīng)器結(jié)殼的問題，并利于秸稈類物料快速消解。該預(yù)處理設(shè)備具有占地面積小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，維修方便，操作彈性大，溫度控制靈活，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，處理負(fù)荷高、TS濃度大等優(yōu)點(diǎn)，處理物料的干物質(zhì)含量可達(dá)8%～15%，提高厭氧反應(yīng)器容積產(chǎn)氣率10%～15%，保證消化單元厭氧反應(yīng)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(shè)備，其構(gòu)造的先進(jìn)性直接影響整個(gè)沼氣工程運(yùn)行的品質(zhì)。本專題研究擬通過對(duì)傳統(tǒng)立式厭氧反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，開發(fā)一種高效厭氧固體反應(yīng)器，重點(diǎn)針對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、內(nèi)置熱能轉(zhuǎn)化機(jī)、節(jié)能攪拌機(jī)、正負(fù)壓保護(hù)器進(jìn)行專項(xiàng)研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使厭氧消化配套設(shè)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(shè)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(duì)沼氣、沼肥的不同特點(diǎn)，通過優(yōu)化組合匹配沼氣質(zhì)能轉(zhuǎn)化機(jī)、沼肥固液功能機(jī)等新型設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效完全利用消化單元產(chǎn)出品，達(dá)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(jī)供給消化單元自身熱量外，大部分根據(jù)不同用戶對(duì)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(jī)完成從沼氣化學(xué)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(jī)肥料，可根據(jù)用戶的不同需要，或者直接作為有機(jī)肥施入農(nóng)田，或者通過沼肥固液功能機(jī)將沼肥分離成沼液和沼渣。沼渣制成固體有機(jī)肥，沼液作為液態(tài)有機(jī)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(shí)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(shè)備是沼氣工程不可或缺的組成部分，集成了系統(tǒng)設(shè)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(tái)，實(shí)現(xiàn)沼氣生產(chǎn)的自動(dòng)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(shù)特點(diǎn)

1）根據(jù)沼氣工程技術(shù)特點(diǎn)，創(chuàng)新的將沼氣工程設(shè)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(yīng)器結(jié)構(gòu)、進(jìn)料方式、運(yùn)行方式、

能量供給等方面進(jìn)行了優(yōu)化，形成了Tank大型沼氣工程成套設(shè)備。

2）吸納單元預(yù)處理一體機(jī)可以同時(shí)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(jī)、浮渣分選機(jī)、懸浮切割機(jī)等實(shí)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(shè)集于一體的內(nèi)置熱能轉(zhuǎn)化機(jī)、節(jié)能攪拌機(jī)和正負(fù)壓保護(hù)器，解決了發(fā)酵液面的結(jié)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(jìn)料器的研制解決了進(jìn)料管路堵塞和冬季凍結(jié)問題。

4）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的原理和系統(tǒng)集成方法，通過設(shè)備型號(hào)、技術(shù)條件、接口和零部件等的標(biāo)準(zhǔn)化定制，實(shí)現(xiàn)了核心部件模塊化專業(yè)制造，形成標(biāo)準(zhǔn)化的系列設(shè)備。

3　工程實(shí)例及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

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

本新型大型沼氣工程成套設(shè)備應(yīng)用于沈陽軍區(qū)某大型養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污沼氣項(xiàng)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(cè)算其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［3，4］；

1）容積產(chǎn)氣率可達(dá)1.5m3/m3*d；2）可發(fā)酵物降解率超過70%；3）厭氧反應(yīng)器發(fā)酵溫度全年保持在35℃左右；4）反應(yīng)器COD容積負(fù)荷最高可達(dá)5kgCOD/d*m3；5）預(yù)處理和反應(yīng)器進(jìn)料濃度高達(dá)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(xiàn)

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

［2］柏景方.污水處理技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)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(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

中圖分類號(hào)S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）165-0187-01

作者簡(jiǎn)介：趙明梅，遼寧北方環(huán)境保護(hù)有限公司。