新技术的利用和开发

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浅 析 大 型 养 殖 场 沼 气 发 电

———以山东民和养殖场沼气发电工程为例

周 强

(北京时代桃源环境科技有限公司 , 北京 100085)

中图分类号 : S216. 4 文献标识码 : B 文章编号 : 1000 - 1166 ( 2010) 01 - 0034 - 03 随着对环境的日益重视 ,人们开始利用各种方

式来减少工农业生产对环境的破坏 。近十几年来 , 在各级政府有关部门和企业的帮助协调下 ,用于处 理畜禽粪的大中型沼气工程纷纷上马。但是 ,相对 于国外发达国家 ,我国利用沼气的发电工程还很少 , 据统计 , 3 % 。 而德国近 3000 , 其中 98 % ,

气池加热 。

,起步较晚 ,但是 目前国家和企业已经对沼气发电加以重视并进行了 研究。国内的一些大型养殖场如山东民和 、北京德 清源、内蒙的蒙牛等 ,都建设了沼气发电工程 ,有的 项目已经投产运营。

本文以山东民和养殖场沼气发电工程为例 ,简 要介绍了该项目的工艺流程和投资收益情况 。

量 3. 75万 m(一 ,二期工程合计 3. 75 万 m) ,日发

电 7. 5 万 kW h, 配套 4 台 1063 kW 的国外发电机 , 产生的电上网销售。 112 工艺流程

民和畜禽养殖场粪污处理大型沼气工程及资源 化利用流程如图 1。

3

3

图 1 民和畜禽养殖场粪污处理大型沼气发电工程工艺流程

该项目由于沼气量过大 ,所以采用 8个 3200 m 储气罐来进行收集 ,并保持恒定的压力。

113 沼气净化 由于厌氧发酵产生的沼气硫化氢

3

1 民和养殖场沼气发电工程简介

111 基本情况 民和牧业公司是一家畜牧养殖一

条龙企业 ,主

要以饲养肉种鸡为主 ,目前肉种鸡的规模在全国最 大 ,肉雏鸡苗的销售价格在全国最高 ,具有明显的品 牌效应。

民和养殖场沼气发电项目是目前国内规模最大 的畜禽养殖场沼气发电工程 ,同时还是国内第一个 畜禽养殖场粪污处理大型沼气工程及资源化利用

CDM 项目 ,该 CDM 项目于 2009 年 4 月 27 日在联 合国注册成功 ,并于 6 月投产 。运行状况良好。

目前 ,该项目利用鸡粪便和污水发酵产生沼气 ,

3

一期工程日产沼气量 3 万 m, 沼气含量 55 %左右 (范围 50 % ～60 % ) , 日发电 6 万 kW h, 配套 3 台 1063 kW 的国外发电机 ; 二期工程上满后日产沼气

含量大 ,未经

处理的沼气不符合发动机气体品质的要求 ,沼气直 接进入发动机会对后端的设备产生腐蚀作用 ;同时 , 其水分、含尘量、压力、温度等均不符合机组要求 ,会 引起机组功率波动、机组敲缸 、停机甚至爆炸。

以山西某瓦斯发电厂的情况为例 ,该厂的气体 只是做了简单的处理 ,水分、含尘量 、压力 、温度等均 不符合机组要求。结果由于积水导致了凝结水在管

道内大量聚集 ,机组的可用率和发电功率大幅度下

降 ;含尘量过高导致压力损耗过大 ,且机组内部缸体 损耗严重 ;压力、温度等不符合机组要求 ,机组频繁 跳机 ,可用率大幅下降且增加了检修维护 、成本 。而 气体经过预处理改造后 ,系统机组的发电量增加了 70 % 。所以 ,气体品质处理的效果如何 ,直接影响到 最终的机组工作效率 ,从而影响收益。

收稿日期 : 2009 210 229 修回日期 : 2009 212 211

作者简介 : 周 强 ( 1980 - ) ,男 ,本科 ,主要从事瓦斯处理与利用的研究工作。

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民和沼气发电工程选用了国内最好的预处理设 备对沼气进行了脱硫除湿、除杂 、稳压、恒温等等一 系列处理 。除要求沼气处理系统满足机组的技术要 求之外 ,还要考虑前端气体的收集情况 。对发动机 影响最大的就是气体的热值和压力波动 ,由于沼气 属于易燃易爆的气体 ,安全应作为设计的第一原则 , 同时兼顾系统的可靠性、经济性 。为了保证系统的 长期、稳定运行 ,沼气处理系统需达到如下功能 :

( 1 )自动增压和超压保护功能 , 稳定系统气体

表 1 山东民和养殖场沼气发电工程投资收益

(含 CDM 收入和电价补贴 )

项 目 /机容量 / kW 发电量 / kW h 电价 /元 ·度 - 1 电费 /万元 ·年 - 1

CDM 收入 /万元 ·年 - 1

数 值 8000 3000 年24000000

) 0. 6 (绿色电力每度补贴 0. 25 元

1440

594 288 300

的出口压力 、温度和流量 ;

( 2 )降低气体的露点温度 ,减少水蒸气含量 ; ( 3 )降低粉尘等固体杂质的含量 ;

( 4 )保持系统出口温度 ,符合后端发电机组要求 ; ( 5 )在线监测、报警功能 ,

自用电消耗 /万元 ·年 - 1 其他支出 /万元 ·年 总收入 /万元 ·年 - 1 年收益 /万元 ·年 - 1 总投资 /万元 投资回收期 /年 设计使用年限 /年 总收益 /万元

- 1

2034 1446

6300 4. 36 20

22620

长期运行 ;

( 6 )

程通讯的功能( 7 ) CDM 仪表

其实二者的要求是统一的 ,就是要选用发电系统效 率最大、运行时间最长 ,高效率机组和获得优良的气 体品质来确保系统的长期 、稳定运行。表 1中 ,机组 的效率分别为 30 %和 40 %时 ,发电的年收入差别约 为 400 万 , 20 年的收入差别为 8000 万 ,从投资收益 来说 ,这部分的差别是非常大的 。另外 ,根据技术和 实际经验 ,气体品质对机组的效率和运行时间起着 非常大的作用 。优良的气体品质可以最大化的保证 机组效率和运行时间。所以 ,尽可能的选用效率高、 稳定的机组和为机组服务的可保证气体品质的优秀 预处理系统 ,是整个项目收益最大化的关键。 当机组检修或气量过大时 ,直接排放的沼气不 仅不计入 CDM 收入 ,反而会因此扣除部分 。所以 , 封闭式火炬在 CDM 项目中也是必不可少的重要设 备 。表 1所示项目如果没有 CDM 的收入 ,则投资收 益分析如表 2。

表 2所示项目年收入、总收入、投资回收期、总

收益等均远低于表 1 所示。此外 ,火炬的性能关乎

到 CDM 的收益 。火炬的燃尽率 、燃烧温度、处理量 等技术指标对于能否获得 CDM 收益和获得的收益 值大小起着至关重要的作用。 当然 ,根据目前国内的项目情况来 ,看有的地方 很难获取每度 0. 25元的绿色电力电价补贴 ,则投资 收益分析见下表 3。

经过前端的气体处理 ,该项目的发电机组效率 为 40 % ,运行状态良好。产生的缸套水和高温烟气 都进行了回收再利用 ,节省了能源和成本 。 由于该

项目为 CDM 项目 ,为了保障场区安全 、 减少碳减排 、保护生态环境 ,项目采用了专业的封闭 式火炬对多余的气体进行处理 ,在机组检修期间或 者产气量过大时 ,多余的气体通过火炬进行燃烧 ,一 是保障场区的安全 ,二是减少了对大气和周围环境 的污染 ,三是获得了 CER s。封闭式火炬为内燃式不 见明火装置 ,通过对烟气温度 、甲烷 、氧量 、流量等数 据的监控进行燃烧控制 ,虽然这种简单焚烧浪费了 热能 ,但是因为甲烷的温室效应远高过二氧化碳的 ( 21 ∶1 ) ,所以 ,对于无法进行其他利用的气体进行 焚烧处理也是一种有效的降低排放的手段。

2 投资分析

山东民和养殖场沼气发电工程项目的投资收益

分析见表 1。

根据表 1 可得知 ,投资回收期 4. 36 年 ,为优质 项目。项目总收益为 2. 262 亿元 ,可获得的经济效 益还是非常可观的 。由表 1 可知 ,在电价不发生变 化的基础上 ,如果想要获得最大的经济效益 ,一是要 增加发电和 CDM 收入 ;二是要减少其他支出 。

要增加发电的收入 ,最主要的还是要选择发电 效率高、运行时间长的机组 。要增加 CDM 的收入 ,

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) 表 3 山东民和养殖场沼气发电工程 (无电价补贴

项 目

装机容量 / kW 年发电量 / kW h

( 电价 /元 ·kW h) - 1

电费 /万元 ·年 - 1 CDM 收入 /万元 ·年 - 1 自用电消耗 /万元 ·年 - 1 其他支出 /万元 ·年 - 1 总收入 /万元 ·年 - 1 年收益 /万元 ·年 - 1 总投资 /万元 投资回收期 /年 设计使用年限 /年 总收益 /万元

) 表 2 山东民和养殖场沼气发电工程 (无 CDM 收入

项 目 装机容量 / kW 年发电量 / kW h 电价 /元 ·( kW h) - 1 电费 /万元 ·年 - 1 CDM 收入 /万元 ·年 - 1 用电消耗 /万元 ·年 - 1 其他支出 /万元 ·年 - 1 总收入 /万元 ·年 - 1 年收益 /万元 ·年 - 1 总投资 /万元 投资回收期年 设计使用年限 /年 总收益 /万元

数 值 3000 24000000

) 0. 6 (绿色电力每度补贴 0. 25 元

1440 0 自

288

300

1440

852

数 值 3000 24000000 0. 35 840

594 168

300

1434

966

6300 7. 39 20 10740 6300

6. 52 20

13020

表 1可得出 ,

3

2000 万 ,总 产气量超过 80 亿立方米 。大中型沼气工程运行数 量超过 4000 处 ,年产沼气超过 4亿立方米。大中型

可以说 ,沼气发电的前景是非常广阔和光明的。 沼气发电工程已达 100余座 ,年发电量可达 2 亿度 。

从我国沼气生产潜力 、市场需求和可持续发展的政 根据畜牧业发展规划 , 到 2010 年、2020 年 , 中国畜

禽粪便量将分别达到 25亿吨和 40亿吨。中国沼气 策导向来看 ,可以预见今后沼气发电产业的形成势 资源潜力将进一步增加 ,预计装机容量可达 2000 万 在必行。但是由于国内此方面起步较晚、且成功案 千瓦以上 。根据国家《可再生能源发展中长期规

例较少 ,所以选择有成功经验的供应商至关重要 !

量的 10 % , 2020 年将提高到 16 % ,国家正在研究和 制定可再生能源发电配额比例、份额标准 、绿色证书

以及发电上网的优惠政策 。国家相关政策的出台将 促进沼气发电的飞速发展 。农业部发展大中型沼气 工程的具体目标是以年均新建 800 处的速度发展 , 到 2020年累计总量要超过 10000处。

(上接第 43页 )

更加理想 ,长短枝粗细适中 ,新梢增长增多 ; 花芽成 花率提高 ,果实纵径横径增大 ,果形指数提高 ; 树叶 浓绿肥厚 ;果实糖度增加 ,商品果率提高 ,枝芽质量 和果园产量 、产值都有着十分显著的提高 。

( 2 )对病虫害有较强的抑制作用 , 消灭或减少 了病虫害源 。病虫害引起的落叶和感病减轻 ,果品 的商品性提高 ,避免了施用农药对果品的影响 ,达到 了无公害水果生产的要求。

( 3 )沼液是人畜粪便和杂草发酵后的产物 , 是

一种优质高效的有机肥料 ,不仅含有丰富的有益物 [ 6 ] [ 7 ] 质 ,也含有一些有害物质 ,与农业灌溉水 相比 , 本地沼液经化验 ,氯离子含量超标最严重 ,是灌溉水 的 13 倍 , 应用后对果品内在品质会有一定的影 [ 8 ]

响 。污染物残留量的分析与化验测定工作 ,有待 今后进一步细致研究 。

参考文献 :

[ 1 ] 苑瑞华. 沼气生态农业技术 [M ]. 北京 : 中国农业出

版社. 2001. 128 - 130.

[ 2 ] 李聚芳 , 马聚卿 , 尹素彦. 沼液在苹果上的应用试验

[ J ]. 河北果树 , 2003 , ( 4) : 38 - 39.

[ 3 ] 翟洪民. 沼肥栽培果树方法介绍 [ J ]. 中国沼气 , 2005,

23 ( 2) : 50. [ 4 ] 余爱珍 ,汪桂娣 , 陈幸岗 , 等. 桑树施用沼液增产效果

试验 [ J ]. 中国沼气 , 2007, 25 ( 1) : 40.

[ 5 ] 雷友造 ,龙胜碧 , 张玉梅 , 等. 小香桔施沼肥同园对比

试验报告 [ J ]. 中国沼气 , 2007 , 25 ( 1 ) : 38 - 39. [ 6 ] 邢小强 ,陈光友 , 程艳勤 , 等. 梨树施用沼液试验初报

[ J ]. 中国沼气 , 2006 , 24 ( 2 ) : 53 - 54.

[ 7 ] 王云宝. 农业灌溉水质指标参考综述 [ J ]. 黑龙江水利

科技 , 2006 , 34 ( 1 ) : 56 - 57.

[ 8 ] 王惠霞 ,张坐生. 沼液中的化学物质及其在农业生产

上的应用 [ J ]. 陕西农业科学 , 2006 ( 3) : 89 - 91.