大型沼气工程新型成套设备的研发探索

赵明梅辽宁北方环境保护有限公司，辽宁沈阳　110116



大型沼气工程新型成套设备的研发探索

赵明梅
辽宁北方环境保护有限公司，辽宁沈阳110116

摘要本文根据沼气工程技术特点将沼气工程设备分成吸纳单元、消化单元、转化单元和辅助单元4部分，对各单元设备的关键技术进行专题研究，而后运用标准化的原理和系统集成方法将各单元设备进行系列化分类和标准化匹配，研制出高效的标准系列化厌氧发酵成套设备，并进行工程应用。

关键词大型沼气成套设备；新型

目前，我国大力发展沼气工程，尤其是针对大型养殖企业而建设的大型沼气工程也蓬勃发展。根据对现有大中型沼气工程的调查结果，我国大型沼气工程主要存在如下突出问题：1）我国废弃物种类繁多又较为分散，造成工艺类型多，效率普遍不高，产品利用率低，工程设备化低，经济效益低，运行困难；2）我国对沼气工程产品的补贴政策不到位，造成工艺设备工业化程度低；3）我国南北方温差较大，南北方对沼气工程的关注点不同，造成产品利用率低；4）随着我国养殖业集约化程度越来越高，大型牧场和养殖区逐渐建立，大型沼气工程将是一个发展方向，沼肥利用是亟待解决的问题；5）目前国内沼气工程设备标准化、系列化和产业化程度低，普遍采用传统的现场加工安装的方式，手动操作管理，生产方式落后，没有实现工程的设备化和产业化，工期长，难维护，不便于检修，质量难保障［1，2］。

根据以上问题，本研究首先根据沼气工程技术特点将沼气工程设备分成吸纳单元、消化单元、转化单元和辅助单元四部分，对各单元设备的关键技术进行专题研究，而后运用标准化的原理和系统集成方法将各单元设备进行系列化分类和标准化匹配，研制出高效的标准系列化厌氧发酵成套设备，并进行工程应用。

1　新型大型沼气工程成套设备主体

1.1吸纳单元（Admit-Unit）

吸纳单元设备承担着大型沼气工程原料的预处理工作，其性能好坏直接影响整个沼气工程系统运行的稳定与否。本设备在分析典型预处理装置利弊的基础上，对预处理设备的工作机理进行研究，改进和优化结构设计，开发一种适用于大型沼气工程用的发酵原料预处理一体化设备。本设备可以同时处理畜禽粪便、秸秆、农村生活垃圾、杂草等有机废弃物以及污水厂污泥等可发酵物，有效去除各种物料中的泥沙、金属、塑料、玻璃等不可发酵物，同时将秸秆等低密度物料彻底粉碎，与中密度物料完全混合，避免堵塞管道及厌氧反应器结壳的问题，并利于秸秆类物料快速消解。该预处理设备具有占地面积小，运行稳定可靠，操作简单，维修方便，操作弹性大，温度控制灵活，投资和运行费用低，处理负荷高、TS浓度大等优点，处理物料的干物质含量可达8%～15%，提高厌氧反应器容积产气率10%～15%，保证消化单元厌氧反应器的产气效率和产气稳定性。

1.2消化单元（Digestion-Unit）

消化单元是沼气工程的主体，厌氧消化器作为消化单元的核心设备，其构造的先进性直接影响整个沼气工程运行的品质。本专题研究拟通过对传统立式厌氧反应器进行改进和优化，开发一种高效厌氧固体反应器，重点针对反应器结构、内置热能转化机、节能搅拌机、正负压保护器进行专项研究，优化结构设计，使厌氧消化配套设备产业化生产成为可能。

1.3转化单元（Transform-Unit）

转化单元设备的主要功能是将消化单元产出的沼气及沼肥有效利用。本文研究拟针对沼气、沼肥的不同特点，通过优化组合匹配沼气质能转化机、沼肥固液功能机等新型设备实现高效完全利用消化单元产出品，达到沼气工程整套系统的零排放。消化单元产生的沼气除一部分通过内置热能转换机供给消化单元自身热量外，大部分根据不同用户对沼气照明、发电、供暖等的不同需求，通过沼气质能转化机完成从沼气化学能到电能、热能等的转化。消化单元产出的沼肥是良好的有机肥料，可根据用户的不同需要，或者直接作为有机肥施入农田，或者通过沼肥固液功能机将沼肥分离成沼液和沼渣。沼渣制成固体有机肥，沼液作为液态有机肥料喷施、滴灌或养鱼、喂猪等，或通过管线回流到吸纳单元的收纳器作为配料稀释水，实现再一次的物质循环和余热利用。

1.4辅助单元（Sub-Unit）

辅助单元设备是沼气工程不可或缺的组成部分，集成了系统设备控制、辅助能量供给等重要装置。本专题研究开发基于PLC和组态软件的系统自控平台，实现沼气生产的自动控制，提高沼气生产的工业化水平；研制以太阳能集热器为主的辅助清洁能源供给利用系统，保证高寒地区的沼气工程冬季增温能量供给。

2　技术特点

1）根据沼气工程技术特点，创新的将沼气工程设备分为吸纳、消化、转化、辅助四大处理单元，并从原料配料系统、厌氧反应器结构、进料方式、运行方式、

能量供给等方面进行了优化，形成了Tank大型沼气工程成套设备。

2）吸纳单元预处理一体机可以同时处理多种可发酵物，拓宽了沼气工程发酵原料的来源，通过环流混合器、剥离混合机、浮渣分选机、悬浮切割机等实现了发酵料液的多次环流粉碎，提高了物料的使用效率。

3）消化单元厌氧消化器内增设集于一体的内置热能转化机、节能搅拌机和正负压保护器，解决了发酵液面的结壳问题，物料的传质传热问题，满足了消化单元的系统增温要求；消化单元自卸料进料器的研制解决了进料管路堵塞和冬季冻结问题。

4）根据标准化的原理和系统集成方法，通过设备型号、技术条件、接口和零部件等的标准化定制，实现了核心部件模块化专业制造，形成标准化的系列设备。

3　工程实例及技术经济指标

本新型大型沼气工程成套设备具有占地面积小，操作简单，维修方便，运行稳定可靠，操作弹性大，投资和运行费用低，温度控制灵活，处理负荷高、TS浓度大等优点，处理物料的干物质含量可达8%～15%，提高厌氧反应器容积产气率10%～15%。

本新型大型沼气工程成套设备应用于沈阳军区某大型养殖场畜禽粪污沼气项目，日处理鲜粪、污泥、农业可发酵物、秸秆杂草等7.1t/d，尿及冲洗水10.6t/d，日产气量约为504m3，年生产沼气约18.4万m3，年产沼液约6099.2t，年产沼渣约361.4t。并测算其主要技术经济指标［3，4］；

1）容积产气率可达1.5m3/m3*d；2）可发酵物降解率超过70%；3）厌氧反应器发酵温度全年保持在35℃左右；4）反应器COD容积负荷最高可达5kgCOD/d*m3；5）预处理和反应器进料浓度高达12%；6）整套系统全年系统能量消耗与全年系统能量输出比低于40%；7）系统冬季产气率不低于平均率的70%。

参考文献

［1］周孟津.沼气生产利用技术［M］.北京：中国农业大学出版社，1999.

［2］柏景方.污水处理技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，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］赵立欣，董保成.田宜水大中型沼气工程技术［M］.北京：化学工业出版社，2008.

中图分类号S-3

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）165-0187-01

作者简介：赵明梅，辽宁北方环境保护有限公司。