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青奎环保一体化沼气工程的设计与调试

时间:2016-1-1 点击:761次

 摘要:本文介绍了某大型猪场引进双膜一体化厌氧发酵法处理养殖粪水,并回收沼气用于发电,解决养猪场的生产生活用能,取得良好效果。

1 引言

  上海某畜牧公司位于盐城地区大丰市川东农场,存栏猪10000头,其中母猪1000头,肉猪6000头,仔猪3000头。每天产生粪便20t,猪尿及冲洗水30t。该猪场建成产气、贮气一体化沼气工程,已于2008年8月投入运行,年产沼气36.5万m3,发电54.75万kWh。周边有万亩农田,用于消纳发酵后的沼渣沼液,具有良好的示范效应。

2 工艺流程

发酵原料猪粪和尿、冲洗水分开收集,猪尿及冲洗水进入集水池,猪粪直接进入匀浆池,经过进一步水解和沉砂之后进入厌氧罐发酵。本工程采用了全混合式厌氧反应器,产生的沼气经化学脱硫、脱水净化后进入热电联产的沼气发电机组,所产电能用于厂内生产或生活,发电机余热用于厌氧罐增温。沼液沼渣用于周边农田灌溉。在非用肥季节,沼液进入氧化塘贮存。

3   主要构筑物设计

3.1 预处理系统

     养殖场猪粪、尿及部分冲洗水进入预处理系统。预处理系统包括集水池、匀浆池。粪污废水在预处理系统中除去干草、塑料袋等杂物,并混合均匀。

(1)集水池

主要用于收集尿及部分冲洗水,<=5m,H=5m,容积为100m3,集水池内设潜水排污泵一台,用于将猪尿及冲洗水泵入匀浆池,Q=10m3h-1,H=5m,N=1.1kW。

 (2)匀浆池

猪粪直接进入匀浆池,猪粪及尿、冲洗水在匀浆池进行充分的搅匀,由螺杆泵泵入厌氧发酵罐。设计尺寸为<=5m,H=4m,设计容积为80m3,匀浆池内设置螺杆泵一台,向厌氧罐进料。Q=20m3h-1,H=20m,N=5.5kW。

3.2 产气贮气一体化厌氧罐

产气、贮气一体化装置将厌氧罐与沼气贮气柜合二为一,与传统的产气、贮气分体式模式相比,减少了厌氧罐顶盖以及贮气柜(图2)。一体化装置下方为厌氧罐部分,罐体采用钢结构,容积为1200m3。一体化装置上方为贮存沼气的膜式贮气柜,采用了球冠形双膜式贮气柜。膜式贮气柜通过调整内外膜之间夹层的空气压力以保护外膜并维持贮气柜的形态和结构,将内膜内的沼气送入输气管道厌氧罐内安装搅拌装置,罐壁外侧安装增温管。

一体化厌氧罐的有效容积为1000m3,<=14m,H=8m,停留时间22d,设计消化温度为中温35℃。厌氧反应器内设置7.5kW斜入式搅拌器1台,使进料均匀分布于罐内并充分与厌氧微生物接触,并使厌氧罐内料液温度均匀,有利于提高产气率。

反应器上部设出料系统,溢流进入下一个处理单元。313 沼液处理设置沼液储存池一座,容积800m3。

4 保温增温系统设计

(1)增温

厌氧消化反应过程受温度影响很大,为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行,对系统实施了增温和整体保温措施。本工程对厌氧系统的增温主要是通过设置在厌氧罐外壁的增温盘管来实现的,采用的是扬州某管业公司PE-RT地暖管,该管正常工作温度90℃,最高可耐110℃,增温的热源来自沼气发电机组(80kW)余热。

在冬季由于温度较低,发电机余热以热水方式进行回收,在标准状态下(0℃,101.325kpa),每立方米沼气含热量约为21MJ,总能量40%左右可以以余热的形式回收,用于发酵罐增温,则发电机每天

可产生余热量为:1000×21×40%=8.4×103

MJ。

根据当地冬季最冷月份的气温情况,混合液温度取0℃。假设粪水比热容和清水相当,上述物料需增温至35℃,其中罐体散发的热量约占总热量的20%。则每天需要热量为:45x(35 0)x1000÷0.8x4.2-8.27x103MJ

从上述数据来看,可以得出这么一个结论:发电机余热足够该沼气工程最冷月份的加热需要,实际运行冬季完全可以保证厌氧反应器35℃的温度。

(2)保温

系统整体保温包括管道、阀门保温;厌氧消化罐体的保温。

本工程对厌氧消化罐采用100mm厚聚苯乙烯材料进行强化保温。该保温方式在寒冷季节且外界不增温的情况下,24小时内厌氧罐下降的温度不超过0.3℃。5 调试与运行

本工程于2008年6月开始调试,料温在20℃左右。从周边牧场取厌氧污泥30吨进入匀浆池,加入尿以及冲洗水,以及粪沟里的老污泥,搅拌驯化,待池子里产气后,用螺杆泵泵入一半进厌氧罐。然后加入新鲜猪粪到匀浆池,和池子里剩余的厌氧污泥搅拌驯化,等到产气后(一般1到2天)再泵入一半到厌氧罐内,按此方式,第二批,第三批……直到接种量约占厌氧罐体积的30%左右。以后匀浆池就可直接加新鲜猪粪,在运行过程中,监测进料TS浓度(8%~10%)、pH值(6.8~7.4)、以及产气情况,防止酸化。具体数据如表1所示。

逐步提高进料量,至满负荷。厌氧罐里的搅拌机上下午各搅拌一次,每次半小时左右。贮气罩前2次收集的沼气需要放掉,因为其混有空气,甲烷含量不纯。第三次收集的沼气的中甲烷一般含量在55%左右,通过管道输送到发电机以供发电。

通过两个月左右的调试运行,该工程达到设计进料量和产气量。每天处理猪粪20t,猪尿液及冲洗水30t,产气达到了1000m3,每天发电1500kWh。

5 经济指标

(1)动力费:日用电量800kWh,电价0.5元/度

(2)工资福利费:操作管理人员2人,平均每人每年费用15000元

(3)检修维护费:按总投资额1%计

沼气工程总投资费用243.8万元,年经营成本23.70万元,年减少沼气排放量36.5万m3,年发电量54.75万kWh,产生的沼液被用于周边的农田和蔬菜基地的灌溉,取得了良好的经济效益和社会效益。具体数据如表3所示。

6 结论本项目通过沼气工程的建设,将废弃粪便转化为沼气并发电,实现废弃物的减量化、无害化和资源化。工程采用的产气、贮气一体化厌氧发酵装置节省了工程占地面积,节约了成本,缩短了工期。此种模式沼气工程由于其可靠性、安全性、低成本以及适合寒冷地区冬季运行方面的优势,近年来得到快速发展和普及,具有很好的推广前景。

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