沼气发电技术工艺及余热利用技术探讨

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时间：2016-06-15 22:52:25

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沼气发电技术工艺及余热利用技术探讨　　1引言　　人类对沼气的研究起源于十八世纪，1776年，意大利科学家沃尔塔通过分析，测定沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳;1781年，法国科学家穆

　　1引言

　　人类对沼气的研究起源于十八世纪，1776年，意大利科学家沃尔塔通过分析，测定沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳;1781年，法国科学家穆拉发明了人工沼气发生器，之后，沼气逐渐被人们利用。中国于上世纪20～30年代左右出现了沼气生产装置，近几十年来，沼气发酵技术已广泛用于处理农业、工业以及人类生活中的各种有机废弃物并制取沼气，为人类生产和生活提供了丰富的可再生能源。到2005年底，我国已建成各类大中型沼气工程3764处，总池容172万m3，年处理1.2亿吨废弃物，年产沼气3.4亿m3，利用沼气发电4000万kWH，供气138万户。其中处理农业废弃物的沼气工程运行数量为3556处，总池容100万m3，废弃物处理量8710吨，年产沼气2.3亿m3，供气用户数近132万户。

　　我国的大中型沼气工程的技术工艺日趋成熟，配套设备已达到或接近国际水平。在沼气工程的成套技术方面，可根据猪粪、鸡粪、牛粪等原料特殊性的差异，进行包括预处理、厌氧、沼气输配、制肥、消化液后处理的全部设计;在配套设备方面，我国已成功研制了纯燃沼气发电机组，制罐、自动控制、脱硫脱水、固液分离等装置已形成系列化成熟产品。

　　目前，我国大中型沼气发电工程普遍存在的问题是：沼气发酵原料转化率低、产气率低，运行稳定性差、经济效益低;进料浓度低、量大，厌氧发酵后的深度处理问题;沼气内燃机发电效率低，余热利用率低，导致热电联产机组的总热效率低。

　　2沼气发电技术

　　2.1制沼原料及产气量

　　沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体，主要原料包括人畜禽粪便、秸秆、农业有机废弃物、农副产品加工的有机肥水、工业废水、城市污水和垃圾、水生植物和藻类等有机物质。可燃气体的主要成分是甲烷和二氧化碳。

　　制沼原料的产气量通常根据原料中的总固体(TS)、挥发性固体(VS)、生化需氧量(BOD-是指微生物将溶液中的有机质分解所消耗氧的量)、化学需氧量(COD-是指在一定条件下，溶液中有机质与强氧化剂重铬酸钾作用所消耗氧的量)四项主要指标来判别，结合实际的发酵工艺及原理，可以近似得出不同制沼原料的产气量。

　　2.2制沼技术工艺发展

　　随着发酵技术工艺的发展，厌氧干式发酵技术是当前国际前沿的有机废弃物处理技术。厌氧发酵和传统的湿发酵工艺最大的区别是：采用干发酵工艺时，发酵原料的干物质含量为20%～50%。而湿发酵原料的干物质含量一般在5%左右。厌氧干发酵技术的特点是在固体有机废物厌氧发酵生产沼气后，发酵剩余物为固体有机肥料，处理过程中没有污水产生;厌氧干发酵系统运行时自身能耗低，冬季仅耗用滋生生产能量的10%～15%。这种技术特别适合于固体废物量大、污水少的情况下废弃物资源化利用。

　德国的制沼工艺技术走在了世界的前列。制沼原料主要是动物粪便、能源作物、生物垃圾以及工业和农业残渣等，针对不同的制沼原料，采取不同的制沼工艺，保证合理的沼气产量及稳定。德国传统的畜禽粪便沼气制备工艺为畜禽的粪便以及冲洗水和尿全部进一套厌氧反应罐，厌氧反应罐的温度可以调节，既可以采取中温发酵，也可以采取高温发酵，德国制沼工艺的先进性保证了沼气的高产量以及沼气产量的高稳定性。

　　我国有关沼气工程发酵工艺的原创性研究结果较少，由此导致我国沼气工程的发酵率低。欧洲尤其是德国在沼气行业发展速较快，制沼工艺较为先进。其沼气工程普遍采用高浓度发酵，进料浓度一般在20%TS以上(TS为含固率)，我国基本上在6%TS以下。发酵浓度高，装置产气率就高。欧洲沼气工程几乎全部采用中高温发酵，容积产气率在1～6m3/m3?d，而我国绝大多数沼气工程采用常温或中温发酵，容积产气率一般小于1m3/m3?d，发酵效率低严重制约了大中型沼气工程的发展。