新能源技術(shù)結(jié)課論文

1、學(xué) 號(hào) 08750111新能源技術(shù)結(jié)課論文熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用學(xué)生姓名李海月班級(jí)08電氣1班系別電子與信息工程系成績(jī) 2011 年 5 月 16 日熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用摘要:隨著國(guó)際能源局勢(shì)的日益嚴(yán)峻,尋找新的能源利用途徑越發(fā)重要和緊迫,在眾多新形式能源利用中,沼氣的熱電聯(lián)產(chǎn)是集環(huán)保與效益的一種可行性極好的方式,尤其針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀,可在一定程度上減輕能源與環(huán)境負(fù)擔(dān)，又可增加農(nóng)業(yè)上的收益，間接緩解了發(fā)展過(guò)程中的“三農(nóng)”問(wèn)題。關(guān)鍵詞:沼氣,熱電聯(lián)產(chǎn)。一、前言 沼氣，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)常看到，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來(lái)，如果我們劃著火柴，可把它點(diǎn)燃，這

2、就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機(jī)物質(zhì)，在隔絕空氣（還原條件），并必在適宜的溫度、濕度下，經(jīng)過(guò)微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。     沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由5080甲烷(CH4)、2040二氧化碳(CO4)、05氮?dú)?N2)、小于1的氫氣(H2)、小于04的氧氣(O2)與0.13硫化氫(H2S)等氣體組成。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.620.8（按體積計(jì)）的沼氣時(shí),就會(huì)形成爆炸性的混合氣體。     沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無(wú)色無(wú)

3、味，與適量空氣混合后即能燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱最為34000焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為2080023600焦耳，即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無(wú)煙煤提供的熱量。與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機(jī)的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。     世界上第一個(gè)沼氣發(fā)生器（又稱自動(dòng)凈化器）是由法國(guó)L.穆拉于1860年將簡(jiǎn)易沉淀池改進(jìn)而成的。1925年在德國(guó)、19

4、26年在美國(guó)分別建造了備有加熱設(shè)施及集氣裝置的消化池，這是現(xiàn)代大、中型沼氣發(fā)生裝置的原型。第二次世界大戰(zhàn)后，沼氣發(fā)酵技術(shù)曾在西歐一些國(guó)家得到發(fā)展，但由于廉價(jià)的石油大量涌入市場(chǎng)而受到影響后隨著世界性能源危機(jī)的出現(xiàn)，沼氣又重新引起人們重視。隨著新的沼氣發(fā)酵工藝流程高速率厭氧IC工藝產(chǎn)生，它突破了傳統(tǒng)的工藝流程，使單位池容積產(chǎn)氣量(即產(chǎn)氣率)在中溫下由每天1立方米容積產(chǎn)生0.71.5立方米沼氣，提高到1012立方米沼氣，滯留時(shí)間由15天或更長(zhǎng)的時(shí)間縮短到幾天甚至幾個(gè)小時(shí)。     本文新設(shè)計(jì)的高速率厭氧IC工藝生產(chǎn)裝置產(chǎn)氣率已經(jīng)超越外國(guó)的技術(shù)。目前，該高速率厭

5、氧IC工藝生產(chǎn)裝置已在國(guó)內(nèi)十二家工廠使用。沼氣的主要原料是生物質(zhì)，養(yǎng)殖場(chǎng)、食品廠、釀酒企業(yè)、污水處理廠、垃圾處理廠等企業(yè)均有大量的沼氣資源可以利用。生物質(zhì)能是來(lái)源于太陽(yáng)能的一種可再生能源，具有資源豐富、含碳量低的特點(diǎn)，來(lái)自生物質(zhì)能的沼氣是一種高熱值、潔凈的寶貴資源。沼氣的綜合利用有助于減輕溫室效應(yīng)和生態(tài)良性循環(huán)，可替代部分石油、煤炭等能源。目前我國(guó)已建成的大中型沼氣工程有1000多處，年產(chǎn)沼氣量約26000萬(wàn)立方米。     2006年國(guó)家發(fā)改委制定了可再生能源法及相關(guān)實(shí)施辦法，明確提出鼓勵(lì)使用沼氣、太陽(yáng)能等“綠色電力”。利用沼氣發(fā)電上網(wǎng)，電力部門優(yōu)先收

6、購(gòu)，并且每度電給予0.25元政府補(bǔ)貼；同時(shí)利用余熱回收裝置回收發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，沼氣綜合利用效率可達(dá)70以上。利用沼氣發(fā)電，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，一舉兩得！一是減少環(huán)境污染，有利于環(huán)保，減少溫室氣體排放；二是沼氣發(fā)電可以緩解電力供求矛盾，降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)增加效益，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。  圖1-1高效益沼氣發(fā)電及余熱綜合利用示意圖 本項(xiàng)目應(yīng)用沼氣技術(shù)對(duì)該養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便進(jìn)行資源化開(kāi)發(fā)和多層次利用，既制取了優(yōu)質(zhì)氣體燃料，又可開(kāi)發(fā)再生飼料和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，同時(shí)治理了污染，凈化了環(huán)境。通過(guò)沼氣這個(gè)紐帶，多層次循環(huán)利用有機(jī)物資源，把養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和加工業(yè)各項(xiàng)生產(chǎn)中的能量轉(zhuǎn)換和物

7、質(zhì)循環(huán)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提高了能源和資源的利用率，形成協(xié)調(diào)、轉(zhuǎn)化、再生、增殖的良性循環(huán)。二、技術(shù)方法1、工藝流程熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程流程框圖,如圖2-1-1。圖2-1-1 豬糞熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣工程工藝流程2 、沼氣工程主要建設(shè)內(nèi)容本工程包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵與沼氣貯存系統(tǒng)、沼液貯存、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)等。2.1 預(yù)處理系統(tǒng): 勻漿池一座: 100m32.2 厭氧發(fā)酵與沼氣貯存系統(tǒng): 產(chǎn)氣貯氣一體化厭氧發(fā)酵罐一座: 1000m3（厭氧罐）300m3（貯氣柜）2.3 沼液貯存: 沼液貯池一座: 700m32.4 沼氣凈化系統(tǒng): 罐內(nèi)脫硫系統(tǒng)一套2.5 沼氣發(fā)電及余熱利用系統(tǒng): 沼氣發(fā)

8、電機(jī)組一臺(tái)：80kW，余熱回收增溫系統(tǒng)一套3 、工藝特點(diǎn)3.1 厭氧進(jìn)料濃度采用目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的熱電肥聯(lián)產(chǎn)沼氣技術(shù)，要求厭氧進(jìn)料的濃度較高，TS濃度不能低于于8%。鮮豬糞濃度一般TS在20左右，污水調(diào)配勻漿后TS濃度為10%。3.2 酵溫度與停留時(shí)間考慮到能量的平衡和目前國(guó)內(nèi)沼氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率與余熱回收利用效率，本沼氣工程厭氧發(fā)酵溫度采用中溫3538，這樣發(fā)電機(jī)組回收熱量能夠使厭氧物料達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。為了提升厭氧發(fā)酵的衛(wèi)生效果，有利于對(duì)人畜共患病菌的消毒和滅活雜草種子，本工程厭氧發(fā)酵HRT為25天。3.3 厭氧發(fā)酵工藝3.3.1厭氧反應(yīng)器的工藝3.3.2 厭氧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式 本工程采用產(chǎn)

9、氣貯氣一體化厭氧罐，厭氧罐罐體采用lipp結(jié)構(gòu)，罐頂采用了雙層膜結(jié)構(gòu)代替密封頂，同時(shí)又作為貯氣柜使用。既節(jié)約了材料，節(jié)省了占地面積，又縮短了施工周期。采用罐體熱交換方式利用發(fā)電機(jī)組余熱增溫，高分子擠塑保溫材料進(jìn)行強(qiáng)化保溫。新型、高效、實(shí)用的一體化沼氣工程具有可靠性、安全性、低成本和適應(yīng)寒冷地區(qū)冬季正常運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)。罐頂雙層膜式貯氣柜由兩層膜組成。外膜用于保護(hù)和調(diào)控貯氣壓力，材料抗紫外線抗老化。內(nèi)膜用于貯存沼氣并使沼氣能夠穩(wěn)量穩(wěn)壓輸出，材料抗腐蝕。3.3.3 攪拌完全混合厭氧反應(yīng)器（CS TR）需有攪拌裝置，豬糞含有高濃度有機(jī)污染物和高濃度固態(tài)懸浮物，本工程厭氧罐總?cè)莘e為1000m3，容積較小。根

10、據(jù)豬糞的組成特點(diǎn)及厭氧罐的規(guī)模，選用側(cè)攪拌機(jī)。側(cè)攪拌機(jī)具有安裝維修方便，操作簡(jiǎn)單，攪拌效果好等特點(diǎn)。但側(cè)攪拌機(jī)攪拌空間有限，因此不適宜規(guī)模較大的罐體，或者粘度較大頂部易結(jié)殼的物料。3.4 沼氣凈化采用沼氣工程的脫硫技術(shù)，采用罐內(nèi)脫硫工藝（圖2-3-1）。罐內(nèi)脫硫原理是在適宜的溫度、濕度、pH和微氧條件下，通過(guò)脫硫細(xì)菌的代謝作用將H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或亞硫酸。生物脫硫既經(jīng)濟(jì)，又無(wú)污染，是化學(xué)脫硫的理想替代技術(shù)。2H2S + 3O2 2H2SO32H2S + O2 2S + 2H2O為較好的控制罐內(nèi)脫硫環(huán)境，采用SECOH空壓機(jī)，設(shè)備安裝簡(jiǎn)便，硫化氫去除率>70%，運(yùn)行成本不到化學(xué)脫硫的1/3

11、。 圖2-3-1 罐內(nèi)脫硫3.5 熱電肥聯(lián)產(chǎn)的高效模式德國(guó)、丹麥等沼氣行業(yè)較發(fā)達(dá)的歐洲國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明:大中型沼氣工程不僅具有生態(tài)、環(huán)保和社會(huì)效益，而且如果采用熱電肥聯(lián)產(chǎn)會(huì)具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，這就是生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的魅力之所在。本工程采用的就是這種以沼氣工程為核心，沼氣發(fā)電和有機(jī)肥生產(chǎn)為驅(qū)動(dòng)力的大中型沼氣工程，即熱電肥聯(lián)產(chǎn)的沼氣工程模式。以豬糞為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，采用國(guó)產(chǎn)80kW專業(yè)沼氣熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)組，不僅有效地解決了沼氣的安全方便使用的問(wèn)題，而且大大提高了沼氣能量的轉(zhuǎn)換率。目前，國(guó)產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)可把沼氣中總含能量的30%左右的能量轉(zhuǎn)化成電能，每立方米沼氣可以產(chǎn)生電能1.80

12、2.00kW.h，40%左右可以以余熱的形式回收，沼氣的利用效率達(dá)到70%。圖2-3-2為國(guó)產(chǎn)熱電聯(lián)供發(fā)電機(jī)組沼氣利用效率圖。圖2-3-2 沼氣利用效率圖沼氣發(fā)酵，不僅是一個(gè)生產(chǎn)沼氣能源的過(guò)程，也是一個(gè)造肥的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，廢棄物中95%以上的有害蟲(chóng)卵、病菌被滅除，而作物生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，基本上都保存下來(lái)。 因此，沼液是很好的有機(jī)肥料。沼液中存留了豐富的氨基酸、B族維生素和某些植物激素，可用于植物防病治蟲(chóng)。沼液輸送（管道、車輛）至飼料地、果園、苗圃、農(nóng)田等施肥用地，作為液態(tài)有機(jī)肥使用。沼渣養(yǎng)分含量較為全面，是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料。厭氧發(fā)酵后的出水中含有大量的固體物質(zhì)，經(jīng)過(guò)沉淀排渣過(guò)送

13、至堆肥曬場(chǎng)生產(chǎn)固態(tài)有機(jī)肥料。真正的做到“糞便資源化、污染減量化、治理生態(tài)化”，形成農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)。4、結(jié)語(yǔ) 綜合利用畜禽糞便發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是推進(jìn)畜禽標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)的需要，是治理畜禽養(yǎng)殖污染保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要，是改善肥料結(jié)構(gòu)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的需要，是開(kāi)發(fā)新能源提高生活質(zhì)量的需要。推廣豬場(chǎng)熱電肥聯(lián)產(chǎn)配套模式，引導(dǎo)養(yǎng)殖場(chǎng)戶發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，綜合利用畜禽糞便，可發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。參考文獻(xiàn)1周孟津，張榕林，藺金印.沼氣實(shí)用技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.2袁振宏，吳創(chuàng)之，馬隆龍，等.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.3王建，余慧鍋，葉振宇