樊戰(zhàn)輝， 孫家賓， 陳光年， 彭朝暉， 鄭 丹

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院， 四川 成都 611130; 2.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 四川 成都 610041)

四川省新村低能耗沼氣集中供氣工程實(shí)例

樊戰(zhàn)輝1， 孫家賓1， 陳光年1， 彭朝暉1， 鄭 丹2

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院， 四川 成都 611130; 2.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 四川 成都 610041)

為解決沒有配套天然氣的新村聚居農(nóng)戶的生活用能問題，四川省開展了新村沼氣集中供氣工程建設(shè)。文章詳細(xì)介紹了四川成都某低能耗沼氣集中供氣工程的工藝路線、建設(shè)規(guī)模、供氣戶數(shù)以及工程調(diào)試情況，并對工程后續(xù)管理維護(hù)、建設(shè)成效進(jìn)行了分析，對四川省乃至全國農(nóng)村沼氣建設(shè)都有一定的借鑒意義。

沼氣； 供氣； 工程實(shí)例

四川省成都市某村現(xiàn)有居民70戶，常住人口150人左右，年人均收入 1.06萬元，炊事用能大部分為蜂窩煤和液化石油氣，群眾對新能源開發(fā)利用積極性高，項(xiàng)目區(qū)有商品豬養(yǎng)殖場1處，常年存欄600頭，沼氣發(fā)酵原料充足，具備建設(shè)沼氣集中供氣的客觀條件，且附近周圍有農(nóng)田面積1000畝，主要種植水果、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物，有利于沼液、沼渣的資源化利用。

1 工程介紹

1.1 工程概況

該沼氣集中供氣工程總投資34.60萬元，其中省財(cái)政補(bǔ)貼20萬元，地方財(cái)政、農(nóng)戶自籌14.60萬元。于2013年4月開始建設(shè)，發(fā)酵原料為生豬養(yǎng)殖場糞污，采用低能耗地下塞流式厭氧發(fā)酵工藝(PFR)，建設(shè)發(fā)酵池200 m3，濕式氣柜20 m3，調(diào)節(jié)池20 m3，沼液暫存池150 m3，鋪設(shè)管道1000多m，并于當(dāng)年8月開始調(diào)試，到10月份完全正常運(yùn)行，項(xiàng)目集中供氣用戶為39戶，最遠(yuǎn)供氣距離600 m，目前已連續(xù)供氣近3年3個(gè)月，項(xiàng)目常年運(yùn)行，冬季正常供氣，情況良好。

1.2 工藝設(shè)計(jì)

處理工藝為低能耗厭氧生態(tài)能源模式，按照最低日容積產(chǎn)氣率0.2 m3·m-3，設(shè)計(jì)發(fā)酵池容積200 m3，每戶日用沼氣1 m3，滿足39戶農(nóng)戶用能需要。考慮到該項(xiàng)目建成后運(yùn)行管護(hù)主要靠當(dāng)?shù)卣託鈪f(xié)會，要求簡單方便，周邊有1個(gè)養(yǎng)殖場可提供豬糞便污水，工程設(shè)計(jì)采用幾乎不耗能的地下塞流式厭氧發(fā)酵工藝，養(yǎng)殖場糞污通過格柵自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，混合勻漿后一起投入發(fā)酵池，沼氣進(jìn)入濕式儲氣柜，脫水脫硫后輸送到農(nóng)戶家中能用，沼渣沼液供周邊農(nóng)田肥用。

項(xiàng)目所在地常年氣溫較高，屬川內(nèi)較暖和地區(qū)，年平均氣溫14.9℃～16.7℃，冬季最冷溫度約2℃左右，采用常溫厭氧發(fā)酵，為了保證冬季產(chǎn)氣滿足農(nóng)戶需要，在發(fā)酵池上建陽光大棚。沼氣集中供氣工藝流程圖見圖1。

圖1 沼氣集中供氣工藝流程圖

1.3 主要建設(shè)內(nèi)容

該沼氣集中供氣工程總投資為34.6萬元，建設(shè)內(nèi)容包括原料預(yù)處理系統(tǒng)、沼氣發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣儲存單元、沼氣凈化設(shè)施、沼氣輸送單元及安全防護(hù)設(shè)施等。詳見表1和表 2。項(xiàng)目建成后主要設(shè)施見圖2～圖7。

表1 工程主要構(gòu)筑物

表2 工程主要設(shè)備

圖2 濕式儲氣柜及管理房

圖3 沼氣發(fā)酵池陽光大棚外觀

圖4 陽光大棚內(nèi)沼氣發(fā)酵池及儲液池

1.4 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

圖5 脫硫脫水裝置

圖6 沼氣輸氣管道及凝水器

圖7 入戶脫硫設(shè)施及灶具

(1)工程采用低能耗地下塞流式厭氧發(fā)酵工藝(PFR)，其特點(diǎn)是易于管理，不需要攪拌，不耗能，池形結(jié)構(gòu)簡單，適用于高SS廢水的處理，運(yùn)行方便，故障少，穩(wěn)定性高。

(2)工程在地下發(fā)酵池頂部采用陽光大棚冬季保溫，造價(jià)低廉，冬季大棚保溫蓄熱效果較好，后期使用維護(hù)成本較低，有利于提高冬季產(chǎn)氣量，保證用戶冬季用氣。

(3)工程采用濕式儲氣柜保證氣壓穩(wěn)定，地下塞流式厭氧發(fā)酵池自身本來就有儲氣間，但是考慮到用氣戶數(shù)多，用氣時(shí)間上比較集中，濕式儲氣柜可以有效平衡產(chǎn)氣和用氣穩(wěn)定性。

(4)工程供氣采用電腦智能控制，用戶采用IC卡充值用氣，用戶多用多充少用少充，不用上門抄表收費(fèi)，節(jié)約人力物力，有效解決收費(fèi)難的問題。

2 調(diào)試啟動、運(yùn)行情況與運(yùn)行管理

2.1 調(diào)試啟動

沼氣集中供氣工程土建、設(shè)備安裝完成后，對施工安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，并進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。沼氣池注滿清水，增壓到4～6 KPa，經(jīng)24 h檢查壓力表數(shù)值沒有變化，檢驗(yàn)合格；儲氣柜用增壓泵加壓至一定高度并做標(biāo)記，經(jīng)24 h檢查標(biāo)記高度沒有變化，檢驗(yàn)合格；管道、閥門按照相應(yīng)承壓用清水承壓檢驗(yàn)合格。

表3 沼氣集中供氣工程運(yùn)行1年產(chǎn)氣狀況

沼氣集中供氣工程試車合格后進(jìn)行了發(fā)酵啟動，采用連續(xù)培養(yǎng)法，試車后保留沼氣池內(nèi)有一定量清水，投入養(yǎng)豬場排水溝內(nèi)的污泥200 kg左右，并開始每日5 m3連續(xù)進(jìn)料，TS 6%～8%，1個(gè)月左右基本達(dá)到正常發(fā)酵。

2.2 運(yùn)行情況

該沼氣集中供氣工程自2013年8月進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行階段，10月中旬進(jìn)入正常運(yùn)行階段，從2013年10月至2014年10月運(yùn)行1年的產(chǎn)氣狀況見表3。

從表3統(tǒng)計(jì)情況看，2013年10月～2014年10月1年總產(chǎn)氣量14893.5 m3，日均產(chǎn)氣量40.8 m3，可滿足39戶正常用氣。日均產(chǎn)氣量最高月份出現(xiàn)在8月，日產(chǎn)沼氣47.4 m3；最低出現(xiàn)在2月，受氣溫影響產(chǎn)氣量僅為33 m3·d-1，可能存在不能正常供氣，但實(shí)際入戶調(diào)查發(fā)現(xiàn)有8戶已經(jīng)搬離，在冬季也可以滿足現(xiàn)有用戶正常使用。

圖8 沼氣集中供氣工程產(chǎn)氣率年變化圖

從圖8可見，沼氣集中供氣工程產(chǎn)氣率在1年中不斷變化，主要原因是產(chǎn)甲烷菌受溫度變化影響較大，在冬季溫度比較低，產(chǎn)甲烷菌活性低，產(chǎn)氣率最低出現(xiàn)在2月，產(chǎn)氣率為0.165 m3· m-3d-1左右；隨著氣溫升高產(chǎn)氣率也不斷升高，最高月份出現(xiàn)在8月達(dá)到0.237 m3· m-3d-1。

根據(jù)該沼氣集中供氣工程實(shí)際運(yùn)行情況，在這種類型工程設(shè)計(jì)上可以根據(jù)極低月份產(chǎn)氣率和供氣戶數(shù)，適當(dāng)加大沼氣池有效發(fā)酵容積以達(dá)到冬季正常供氣的需求。

2.3 運(yùn)行管理

(1)營運(yùn)主體。當(dāng)?shù)乜h級沼氣協(xié)會，負(fù)責(zé)該沼氣集中供氣工程的建設(shè)及運(yùn)營，具有沼氣專業(yè)技術(shù)人員5人，主要從事技術(shù)交流，普及沼氣科學(xué)知識，開展科技咨詢服務(wù)，興辦經(jīng)濟(jì)實(shí)體等相關(guān)業(yè)務(wù)。

(2)能耗分析。該集中供氣工程2013～2014年產(chǎn)沼氣14893.5 m3，能源品種只有電，主要照明和沼液輸送泵(用于從沼液暫存池提升到地面)，單位產(chǎn)品綜合能耗詳見表4。

表4 2013～2014年沼氣集中供氣工程單位產(chǎn)品綜合能耗

該項(xiàng)目屬于低能耗集中供氣工程，單位產(chǎn)品綜合能耗僅為0.0037 kg標(biāo)煤·m-3沼氣，低于沈其林[2]等人研究報(bào)道的浙江省用太陽能板增溫的集中供氣工程，其單位產(chǎn)品綜合能耗0.0070 kg標(biāo)煤·m-3沼氣；遠(yuǎn)低于川內(nèi)常見的地上式沼氣工程的單位產(chǎn)品綜合能耗(筆者調(diào)查一般地上式沼氣工程單位產(chǎn)品綜合能耗0.01～0.02 kg標(biāo)煤·m-3沼氣，如樂至縣鴻福農(nóng)牧科技發(fā)展有限公司沼氣工程單位產(chǎn)品綜合能耗0.0175 kg標(biāo)煤·m-3沼氣，四川省馬氏牛肉有限公司肉牛養(yǎng)殖場大型沼氣工程單位產(chǎn)品綜合能耗0.0185 kg標(biāo)煤·m-3沼氣，四川玉泉養(yǎng)殖有限公司豬場糞污處理沼氣工程單位產(chǎn)品綜合能耗0.0148 kg標(biāo)煤·m-3沼氣)。

(3)運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)?shù)卣託鈪f(xié)會委托養(yǎng)殖場業(yè)主負(fù)責(zé)現(xiàn)場管理，經(jīng)培訓(xùn)后持證上崗，運(yùn)行費(fèi)用主要是人員工資、維護(hù)維修材料費(fèi)、電費(fèi)，發(fā)酵原料由養(yǎng)殖場免費(fèi)提供，總運(yùn)行費(fèi)用約為每年2.93萬元，詳見表5。

表5 工程運(yùn)行費(fèi)用

(4)收入情況。收入來源主要是沼氣，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格1.89元·m-3的60%，即1.10元·m-3，近3年實(shí)際收入在每年1.40萬元左右。

3 效益分析

3.1 社會效益

沼氣集中供氣工程的建設(shè)，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)村生活用能，提高農(nóng)民生產(chǎn)生活水平。通過本項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)行，為周邊農(nóng)戶提供方便的清潔能源，特別是在當(dāng)?shù)剞r(nóng)村中基本是老年人和兒童的狀況下，沼氣輸送到戶尤為方便，同時(shí)營養(yǎng)物質(zhì)還田利用可減少化肥施用，增加土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展，使以沼氣工程為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)真正達(dá)到社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的高度統(tǒng)一。

3.2 環(huán)境效益

沼氣集中供氣工程建成后，有效改善了養(yǎng)殖場周邊環(huán)境。年處理畜禽糞污300多噸(TS10%)，COD去除率>70%,BOD5去除率>75%，減排溫室氣體約20噸CO2當(dāng)量，節(jié)約氮肥2噸，磷肥4噸，鉀肥1噸。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

該沼氣集中供氣工程年實(shí)際收入大約在1.40 萬元左右，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用年約2.93萬元，不足部分由當(dāng)?shù)卣託鈪f(xié)會支出，目前不能實(shí)現(xiàn)盈利。

4 結(jié)論與建議

該沼氣集中供氣工程的建設(shè)，生產(chǎn)的可再生能源—沼氣，可以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的生活用能，延長了物質(zhì)循環(huán)鏈，有效改善養(yǎng)殖場周邊生態(tài)環(huán)境，提高了人民群眾的生活水平，盡管目前不盈利，但是在四川省內(nèi)有部分市縣已將沼液商品化，田間售價(jià)每立方米20～40元，筆者認(rèn)為隨著政策導(dǎo)向(2017年6月國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》(國發(fā)辦【2017】48號)、土地流轉(zhuǎn)、種植業(yè)規(guī)模化、有機(jī)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展以及國外建設(shè)沼氣工程主要動力是發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，該沼氣集中供氣工程終將實(shí)現(xiàn)盈利。

從可持續(xù)發(fā)展角度，該沼氣集中供氣工程模式可以在四川省內(nèi)天然氣未輸送到的農(nóng)村區(qū)域全面推廣。

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AVillageLevelConcentratedBiogasSupplyEngineeringwithLow-energyConsumptioninSichuanProvince

FANZhan-hui1,SUNJia-bin1,CHENGuang-nian1,PENGZhao-hui1,ZHENGDan2

(1.ChengduAcademyofAgricultureandForestrySciences,Chengdu611130,China; 2.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture(BIOMA),Chengdu610041,China)

To solve the household energy consumption problem of populated farmers in villages without natural gas, numerous concentrated biogas supply engineering have been constructed in Sichuan province.In this paper, a concentrated biogas supply engineering in Chengdu of Sichuan was introduced in detail,including the technologic route, the construction scale, the number of biogas supply households, and the engineering debugging.Additionally, the subsequent management and maintenance as well as the system effectiveness were analyzed.And it may be used for reference in future rural biogas construction

biogas； concentrated biogas supply； project case

2017-01-22

2017-06-19

項(xiàng)目來源： 農(nóng)業(yè)工程集成創(chuàng)新技術(shù)研究與示范項(xiàng)目(2016-XT00-00007-NC)

樊戰(zhàn)輝( 1980- ) ，男，陜西韓城人，碩士，主要從事農(nóng)村能源與環(huán)境方面的研究與應(yīng)用工作，E-mail: van4226@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)06-0070-05