大中型沼气工程建设及运行管理--李倩

杭州能源环境工程有限公司 大中型沼气工程建设及运行管理 蔡昌达 李倩 杭州能源环境工程有限公司 2009. 12.15 杭州能源环境工程有限公司 主要内容 一、引言 二、发酵原料 三、技术特点 四、 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 选择 五、运行管理 六、典型案例 七、前景展望 主要内容 2 杭州能源环境工程有限公司 引言 3 一、引言 能源利用形态的转变： 固态（煤炭） 液态（石油） 气态（天然气/沼气） 高碳燃料 低碳高氢燃料 燃料种类 煤炭 汽油 甲烷 碳氢比 4:1 1:2 1:4 杭州能源环境工程有限公司 引言 3 一、引言 大中型 沼气工程 开发 清洁能源 应对 气候变化 发展 循环经济 治理 环境污染 利用畜禽粪便、农作物秸 秆和有机垃圾等生物质废 弃物为原料生产沼气，建 设大中型沼气工程，具有 双向清洁功能，越来越受 到世界各国的重视。 杭州能源环境工程有限公司 发酵原料 3 1、畜禽粪便 （1）猪粪尿排放量 项目 日龄/d 粪便排放量 /kg/头 TS /% 尿排放量 /kg/头 TS /% 粪尿排放总量 /kg/头 TS排放量 /kg/头 母猪 270 3.6 20 4.5 2.5 8.1 0.83 公猪 270 2.6 20 5.2 2.5 7.8 0.65 商品猪 135 1-1.75 （1.38） 20 1.5-2.75 （2.12） 2.5 3.5 0.33 二、发酵原料 杭州能源环境工程有限公司 4 （2）牛粪尿排放量 一头成年奶牛日排粪量为25 kg~30 kg，排尿量为30 kg 一头成年肉牛日排粪量为20 kg，排尿量为25 kg （3）鸡粪排放量 每羽肉鸡日排粪量为： 0.05~0.1 kg/羽·d 存栏蛋鸡的日排粪量为： 0.11 kg/羽·d 二、发酵原料 发酵原料 1、畜禽粪便 杭州能源环境工程有限公司 a. 根据COD计算: 1 kg COD相当于0.35 m3甲烷 b. 根据TS（总固体）计算 种类 TS /% oTS /%TS 产气量 CH4含量 /%m3/t鲜粪 m3/t oTS 牛粪 18~20 68~76 40~50 210~300 ≥60 猪粪 20~25 75~80 55~65 270~450 ≥60 鸡粪 30~32 63~80 70~90 250~450 ≥60 7发酵原料 （4）产气量计算 二、发酵原料 1、畜禽粪便 杭州能源环境工程有限公司 发酵原料 6 0 100 200 300 400 500 600 700 香蕉叶（TS36.7%） 菠萝叶（TS 36%） 甘蔗叶（TS 87%） 厨余（TS 25%） 烟草茎（TS 88%） 木薯茎（TS 38%） 麦草（TS 85%） 稻草（TS 86%） 玉米秸秆（TS 88%） 不同原料的产气潜力（m3/t） 38℃，60 d 原料产气率（m3/t） 二、发酵原料 2、秸秆等农业废弃物 杭州能源环境工程有限公司 三、技术特点 技术特点 9 1. 技术模式：热、电、肥联产，零排放模式 - 冬季发电机余热增温，中温发酵，无需外加热源。 TS 8%： 冬季余热80%用于增温； TS 10%：冬季余热60%用于增温； TS 12%：冬季余热40%用于增温。 多余热量还可用于蔬菜大棚的供暖。 - 夏季利用余热烘干沼渣； - 沼液、沼渣全部用于有机肥料，实现零排放。 杭州能源环境工程有限公司 10技术特点 1. 技术模式：热、电、肥联产，零排放模式 三、技术特点 热电联产沼气发电机组 能量平衡图 杭州能源环境工程有限公司 11 2. 发酵工艺：高浓度、全混合、中温发酵、有搅拌 TS 8–12% ，节省投资、节约增温能源、降低运输能耗、产气 率高，池容产气率可达到1 – 1.5m3/m3·d。 有搅拌装置，解决含固率高，物料不均，易结壳的问题。 3. 装置结构： 大型沼气工程，宜采用分体式厌氧罐和双膜干式贮气装置； 中小型沼气工程，宜采用发酵、贮气一体化沼气装置。 技术特点 三、技术特点 杭州能源环境工程有限公司 12 4. 关键设备 技术特点 三、技术特点 预处理 进料 设备 匀浆搅拌 设备 水解除砂 设备 厌氧发酵 高效厌氧 装置 厌氧搅拌 设备 增温换热 设备 净化贮存 生物脱硫 设备 干式贮气 设备 脱水过滤 设备 沼气发电 机组 沼气提纯 设备 沼气压缩 设备 沼气利用 固液分离 设备 沼肥深施 设备 高值利用 设备 沼肥利用 杭州能源环境工程有限公司 四、工艺选择 工艺选择 13 1. 大型沼气工程（分体式装置） 杭州能源环境工程有限公司 14 蛋鸡粪中砂含量8%，分离 难度大。通过中温水解工艺除 砂后可去除80~90%的砂，避免 贝壳粉和砂在厌氧罐和管道内 的沉积、堵塞，保证后续工艺 正常运行。 螺旋除砂装置 工艺选择 （1）预处理水解除砂工艺 四、工艺选择 1.大型沼气工程（分体式装置） 杭州能源环境工程有限公司 15 完全混合厌氧反应器 （Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR） 高浓度发酵原料：TS 8~12% 有搅拌装置 发酵原料和微生物完全混合 处理量大，停留时间长，产沼气多 a. 厌氧发酵罐 （2）发酵工艺 工艺选择 四、工艺选择 1.大型沼气工程（分体式装置） 杭州能源环境工程有限公司 16 (2) 发酵工艺 b. 进料浓度 大中型沼气工程进料TS浓度较高，在8~12%之间： ① 可以提高装置利用率和产气率； ② 减少反应器容积，节省工程投资； ③ 减少冬季增温能耗； ④ 减少沼液、沼渣的运输量，降低运输成本。 c. 停留时间 中温发酵为20~25 d，高温发酵10~15 d。 工艺选择 1.大型沼气工程（分体式装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 17 (2) 发酵工艺 d. 发酵温度 ① 高温发酵 最佳温度范围50~55℃； ② 中温发酵 目前最常见的发酵方式，其 温度范围为32~42℃。发酵温度 每升高10℃，厌氧反应速度约增 加1倍。 工艺选择 1.大型沼气工程（分体式装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 18 采用生物脱硫工艺，可使沼气中 的H2S含量降至200 ppm以下，脱 硫效率95%。脱硫成本0.03元/m3， 比传统化学脱硫降低70%。 生物脱硫原理： H2S + 1/2O2 → S + H2O H2S + 3/2O2 → H2SO3沼气生物脱硫装置 (3) 沼气生物脱硫技术 工艺选择 1.大型沼气工程（分体式装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 19 双层膜干式贮气柜由外膜、内 膜和底膜组成，外膜构成贮气柜 外部球体形状，内膜与底膜围成 内腔贮存沼气。 贮气柜可抵抗强风、积雪、 冰冻等恶劣天气的影响，在寒冷 地区冬季也能安全运行。 (4) 双膜干式贮气柜 工艺选择 四、工艺选择 1.大型沼气工程（分体式装置） 杭州能源环境工程有限公司 20工艺选择 2. 中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 21 主要优势： - 适合于各种高浓度发酵原料； - 占地面积小，节省占地面积30%； - 节省工程造价15%； - 建设工期短，缩短工期50%； - 寒冷地区冬季也能正常运行； - 产气率高：1.0 - 1.5m3/m3·d； - 安全可靠， 检修 外浮顶储罐检修方案皮带检修培训教材1变电设备检修规程sf6断路器检修维护检修规程柴油发电机 维护方便。沼气发酵、贮气一体化反应器 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 22 结构特点： - 装置下部为发酵部分，上部贮气。 - 罐体常用常用径高比为2:1-3:1。 - 中温发酵，常年稳定运行 - 罐内安装侧搅拌器或斜搅拌器 - 生物脱硫 - 罐底和罐壁上安装增温管 工艺选择 沼气发酵、贮气一体化反应器 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 23 工作原理： 通过支撑鼓风机的充气，调整并 维持内外膜之间夹层的空气压力， 以保护维持贮气柜的结构，并将 内膜内的沼气送入输气管道。 沼气发酵、贮气一体化反应器 工艺选择 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 24 进料装置 - 进料泵 - 切碎机 - 适用于粪草混合原料的秸秆进料装置 工艺选择 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 25 发酵罐罐体 罐体材料： - 钢结构； - 钢筋混凝土结构； 结构形式： - 锥形贮气柜 - 球冠形贮气柜 工艺选择 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 26 搅拌机 侧向搅拌机 斜搅拌机（低速节能搅拌技术） 工艺选择 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 27 增温保温装置 - 钢筋混凝土罐体的增温管一 般安装在罐壁内侧的下部。 - 钢结构罐体的增温管一般安 装在罐壁外侧； 工艺选择 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 28 贮气膜 外膜：具有良好的抗紫外、 耐老化的性能，起到保护内 膜、保持结构的作用。 内膜：具有良好抗甲烷渗透 性能，防火性能良好，耐磨， 耐褶并且耐硫化氢腐蚀。 工艺选择 2.中小型沼气工程（一体化装置） 四、工艺选择 杭州能源环境工程有限公司 29运行管理 五、运行管理 1、原料管理 2、工艺运行管理 3、设备管理 4、安全管理 5、人员培训 杭州能源环境工程有限公司 30运行管理 五、运行管理 1、原料管理 应对原料实行源头控制，原料中不应含有：玻璃瓶、 布条、塑料袋、树枝、金属等大块杂物，以免对设备（进 料泵、搅拌机等）及管道构成威胁。 杭州能源环境工程有限公司 31运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （1）菌种富集 在工程建设期间，可进行 厌氧菌种的培养、富集，以加 快厌氧调试过程。 杭州能源环境工程有限公司 32运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （2）进料 a. 项目调试启动期 制定科学详尽的调试启动 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 b. 项目正常投产期 稳定进料负荷 杭州能源环境工程有限公司 33运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （3）厌氧工艺运行 a. 进料负荷 高浓度有利于冬季热量平衡； 负荷变化不宜过快。 b. 温度 每天温度变化应控制在2 ℃以内； 常年稳定运行（冬季运行尤为关键，北方寒冷 地区，建议配置备用沼气锅炉）。 杭州能源环境工程有限公司 34运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （3）厌氧工艺运行 c. 酸碱度 最佳pH范围：6.8~7.5 关注VFA的变化，因为VFA更能反映消化工艺。 d. 有毒物质（氨氮） 对于高氨氮物料，应加强氨氮浓度的 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 。 杭州能源环境工程有限公司 35运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （3）厌氧工艺运行 建议监测项目： - 进料和出料：进料量，TS，VS等； - 厌氧反应器：pH，温度，VFA，氨氮等； - 沼气产量，发电量等； - 系统自耗电量等。 杭州能源环境工程有限公司 36运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （4）沼气净化 沼气气质应满足用气单元的要求： - 沼气发电； - 沼气锅炉； - 民用燃气。 根据各地实际情况制定沼气生产及利用方案。 杭州能源环境工程有限公司 37运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （4）沼气利用 a. 沼气发电 - 供气和用气单元的匹配（气量、压力、气质等）； - 发电机组检修时，应有燃烧器或锅炉等紧急用气 单元，避免甲烷泄漏。 杭州能源环境工程有限公司 38运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （4）沼气利用 b. 沼气集中供气 - 根据用气时段和用气量做好贮气单元 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ； - 做好用户的安全用气教育。 杭州能源环境工程有限公司 39运行管理 五、运行管理 2、工艺运行管理 （5）沼肥利用 沼肥的利用应基于以下数据总体规划： - 不同作物对营养物（N、P、K）的需求量； - 不同原料（牛粪、猪粪、鸡粪）的沼液中营养物含量； - 周围消纳土地面积。 杭州能源环境工程有限公司 40运行管理 五、运行管理 3、设备管理 （1）日常使用 阅读设备使用说明书，熟悉设备性能及使用方法， 正确操作使用设备。 （2）定期维护保养 建立设备维护登记卡，包含以下信息： - 设备名称； - 维护保养记录（保养时间，人员）； - 部件记录。 杭州能源环境工程有限公司 41运行管理 五、运行管理 3、设备管理 （3）故障维修 发生故障时，安排专业维修人员 及时查找原因，进行设备维修。 （4）冬季特殊位置的运行 凝水器等存水设备的保温； 水封等应更换防冻液； 管道和阀门保温。 杭州能源环境工程有限公司 42运行管理 五、运行管理 4、安全生产管理 - 厂区安全管理； - 事故应急预案； 5、人员培训 - 工艺技术培训； - 设备使用培训； - 安全生产教育； 杭州能源环境工程有限公司 43 1. 鸡粪资源量：212 t/d，TS 30% 2. 工程规模：3,000 m3厌氧罐×4座。 3. 设计沼气产量：20,000 m3/d 4. 设计发电量：40,000 kW·h/ d 5. 沼肥18万吨/年，供4万亩果园、 饲料地。 6. 年减排温室气体80,000 t CO2当量。 7. 现该项目已并网发电。 典型案例 六、典型案例 1. 北京德青源健康养殖生态园 2 MW沼气发电工程（2007） 杭州能源环境工程有限公司 44 1. 鸡粪资源量：500 t/d, TS 20% 2. 工程规模：3,200 m3厌氧罐×8座 3. 设计沼气产量：30,000 m3/d 4. 设计发电量：60,000 kW·h/d 5. 年减排温室气体67,000 tCO2当量。 6. 该项目已被联合国气候变化框架 公约（UNFCCC）批准，与世界银行 CDM交易成功。 7. 该项目现已并网发电,首家获得批 准温室气体减排碳交易成功项目。 六、典型案例 典型案例 2. 山东民和牧业 3 MW 热电肥联产沼气工程（2008） 杭州能源环境工程有限公司 45 1. 牛粪资源量：280 t/d牛粪。 2. 工程规模：2,500 m3厌氧罐×4座 3. 设计沼气产量：10,000 m3/d 4. 设计发电量：20,000 kW·h/d 5. 年产有机肥：沼渣8,000吨，沼 液18万吨。 6. 年减排温室气体30,000 t CO2当量。 7. 现该项目已并网发电。 六、典型案例 典型案例 3. 内蒙古蒙牛澳亚牧场 1 MW沼气发电工程（2007） 杭州能源环境工程有限公司 46 1. 资源潜力 七、前景展望 前景展望 生物燃气可利用资源： - 畜禽粪便（ 750亿m3/年） - 农产品加工残余物（ 60亿m3/年） - 有机垃圾（ 90亿m3/年） - 作物秸秆（按1/3计，600亿m3/年） 总量：1500亿m3/年 可利用资源潜力相当于： 900 亿 m3生物天然气/年，比全 国2008年天然气消费量还多 杭州能源环境工程有限公司 47 七、 前景展望 2. 生物质沼气的高值利用 （1）沼气发电 沼气发电上网 前景展望 杭州能源环境工程有限公司 48 七、前景展望 - 沼气提纯CNG，用于车用燃气、工业用气等高值利用； - 沼气并入天然气管网； - 新农村集中供气。 前景展望 2. 生物质沼气的高值利用 （2）车用燃气、并入天然气管网 杭州能源环境工程有限公司 49 七、前景展望 - 沼液用于各种农作物、果园、饲料地的优质液态有机肥料； - 沼液用于无土栽培营养液； - 沼渣用于蔬菜大棚土壤修复剂； - 沼渣用于生产固态有机复合肥。 前景展望 3. 沼肥的高值利用 杭州能源环境工程有限公司 50 谢谢大家，敬请指正！