PDF《寒冷地区能量自给型沼-电-热泵系统模式探索》

2009 年新增中央预算内投资计划的某农村 沼气建设项目中应用.该项目在某种畜场内实施,总 投资

452 万元,其中申请国家专项补助

150 万元,地 方配套资金

40 万元.种畜场现存栏奶牛

1000 头,占地80000m2,有畜舍

12 幢,每幢 1070m2,畜舍总面 积12840m2,青贮窖四处,还有 350m2 的二层办公楼 一座.该大型沼气工程建在种畜场东部郊区,总占地 面积 3951.6m2,主要包括 1000m3 的CSTR 反应器一 座,输气工程一处,2500m3 的贮液池一座,辅助用房 及配套脱硫、脱水等设施;

500m3 储气柜一座用于发 电.项目投产后,日处理粪便

24 吨,CSTR 厌氧反应 器维持反应温度 35℃,日生产沼气 864m3,年产沼气 31.54 万m3,年发电 35.48 万kWh,年产沼渣

1577 吨,沼液

14190 吨.

2 寒区沼气工艺存在的问题 寒区主要指我国西北、华北和东北的寒冷地区, 冬季寒冷干燥,漫长寒冷的冬季造成地温偏低,使普 通水压式沼气池池温只能维持在 8~15℃之间,达不到 最佳发酵温度. 由温度过低导致的沼气难题可归纳为: 运行时间短,效益差;

沼气池温低,产气少;

降解效 果差、肥效低;

发酵周期长,负荷小. 在寒冷地区,由于冬季气温低,普遍存在池容产 气率低、出料困难,无法产气,甚至出现冻裂沼气池 的现象.据调查,我国北方户用沼气池全年产气率平 均为 0.1 m3/(m3d),沼气利用率约 50%左右,原料分 解率不足 30%,沼气利用时间只有

3 个月.这种状况 在一定程度上限制了寒冷地区沼气利用技术的发展. 以黑龙江省为例,地面以下 50cm 的温度在最寒 冷的 1~3 月份平均在-5℃,4 月份和

12 月份平均为 0℃,5 月份和

11 月份平均为 5℃,6 月份和

10 月份 平均为 12℃,7 月份和

8 月份平均可达 15℃.由于沼 气池内温度达到 12℃以上才能基本保证沼气的正常 发酵,所以在黑龙江省有长达

8 个月的时间里,半米 以下的沼气池温度无法达到沼气发酵所要求的基本温 度.普通户用沼气池在 2~4 月份池内温度为 8℃左右, 发酵周期长达

120 天. 沼气池池温在 8~15℃之间变化 时,产气率为 0.07~0.1m3/(m3d),产气量微弱. 与发达国家相比,欧洲沼气工程几乎全部采用中 高温发酵, 单位容积产气率在 1~6m3/(m3d)[1-3],而我 国绝大多数沼气工程采用常温或中温发酵,单位容积 产气率一般小于 1m3/(m3d).池温过低严重制约了大 中型沼气工程在我国寒冷地区的发展与应用. 目前,解决寒区沼气池池温过低的方法主要有: (1)驯化耐低温微生物菌群.目前进展缓慢,未 见成熟应用. (2) 太阳能集热增温措施. 其最大优点就是不消 耗矿物能源和沼气.缺点是造价比普通沼气池增加近

3 倍,难于推广.并且由于没有辅助热源,在气象条 件不利的情况下,仍然不满足冬季沼气发酵需求. (3)燃煤锅炉增温措施.其优点是安全可靠,可 保证全年全天候正常运行,但由于消耗燃煤,环保与 节能效果大打折扣,甚至 入不敷出 . (4) 沼气锅炉增温措施. 其优点是不消耗矿物能 源, 但由于消耗了大量沼气, 使得系统的 实际产气率 降低了 70%以上,甚至 得不偿失 . (5) 沼气发电余热增温措施. 其优点是不消耗矿 物能源,也不影响实际产气效益.但是发电余热的连 续性不符合沼气池进料增温的集中性,因此难以单独 应用.而且我国沼气发电机组的烟气余热利用和电机 冷却余热利用均很不成熟.