CN102583930A - 禽畜粪便沼气发电方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种禽畜粪便沼气发电方法及其系统。所述的禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，首先将禽畜粪便进行除砂，除砂后的禽畜粪便经发酵产生沼气，产生的沼气先进行脱硫，再除尘脱水，经增压后进入沼气发电机组发电，电能并入国家电网，发电机组余热通过余热回收装置收集，用于水解、发酵装置的供热。所述的禽畜粪便沼气发电系统，其特征在于，包括相互连通的搅拌沉砂池、水解沉砂池、厌氧发酵罐、生物脱硫塔、储气柜、沼气预处理系统和沼气发电机组组，沼气发电机组组通过余热回收装置连接到厌氧发酵罐和水解沉砂池。本发明可使畜禽粪便沼气发电工程能够顺利运转，获取良好的收益。

Description

禽畜粪便沼气发电方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种禽畜粪便沼气发电方法及其系统。
背景技术
以禽畜粪便为原料的沼气工程一般存在以下几个问题：1、含砂量高，使厌氧罐中沉砂严重，长期积累会影响正常的产气；2、碳氮比不平衡，使发酵液中氨氮含量高，抑制细菌的生长；3、纤维类难降解的物质多，造成厌氧罐中浮渣严重。这些问题都制约着以禽畜粪便为原料的沼气发电工程的建设及发展。同时大型沼气工程前期高额的投资使得项目的收益较慢，投资回收期相对较长，这使得之前项目无法实现良好的经济效益。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种可以克服上述缺陷，真正实用的禽畜粪便沼气发电方法及其系统，使畜禽粪便沼气发电工程能够顺利运转，获取良好的收益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，首先将禽畜粪便进行除砂，除砂后的禽畜粪便经发酵产生沼气，产生的沼气先进行脱硫，再除尘脱水，经增压后进入沼气发电机组发电，电能并入国家电网，发电机组余热通过余热回收装置收集，用于水解、发酵装置的供热。
所述的除砂为二级除砂，即首先在搅拌沉砂池内对禽畜粪便进行稀释并搅拌除砂，经搅拌沉砂后的禽畜粪便再进入水解沉砂池进行水解除砂。
所述的脱硫为生物脱硫，即利用硫细菌的生物氧化作用将沼气中的硫化氢氧化成单质硫，进一步氧化成亚硫酸和硫酸，将硫从沼气中脱除，使沼气中硫化氢的浓度小于200ppm。，满足发电机组的要求。
所述的除尘脱水主要通过过滤的方式来实现过滤沼气中的粒径大于3um的杂质。过滤可分为初级过滤和精密过滤。初级过滤用于过滤沼气中粒径超过50um的杂质，精密过滤用于过滤沼气中粒径超过3um的杂质，采用不同型号的过滤器完成过滤要求。
所述的增压为罗茨风机增压。增压是为了保证沼气在进入发电机机组时有一定的流量，避免供气不足，同时满足发电机组对进气压力的要求。
所述的发电机组余热通过余热回收装置收集，用于水解、发酵装置的供热。水解温度保持在20～30℃，发酵温度保持在35～38℃。水解温度指的是水解沉砂池的温度，发酵温度指发酵罐的温度，用以保证水解沉砂池内水解酸化菌和发酵罐内甲烷菌的适宜温度环境。
一种禽畜粪便沼气发电系统，其特征在于，包括相互连通的搅拌沉砂池和水解沉砂池，水解沉砂池通过进料管道连接到厌氧发酵罐，厌氧发酵罐通过沼气管道连接到生物脱硫塔，生物脱硫塔通过沼气管道连接到储气柜，储气柜通过沼气管道连接到沼气预处理系统，沼气预处理系统通过沼气管道连接到沼气发电机组组，沼气发电机组组通过余热回收装置连接到厌氧发酵罐和水解沉砂池。搅拌沉砂池可操作实现禽畜粪便与水的均匀混合，达到调节进料浓度的目的，并可通过搅拌的方式去除禽畜粪便中较大粒径的砂子；水解沉砂池可设两个，并呈一定的梯度，可通过水解酸化的方式将难溶的大分子有机物降解为可溶的小分子有机物，同时分离沉淀出其中小粒径的砂子。
所述的厌氧发酵罐包括依次连接的一级厌氧发酵罐、二级厌氧发酵罐和后发酵罐。一级厌氧发酵罐为直接进料的发酵罐，一级厌氧发酵罐中的料液经溢流进入二级厌氧发酵罐。两级厌氧罐的设置延长了发酵液在罐内的停留时间，提高了发酵的彻底性。后发酵罐起暂时存储沼液和沼渣的作用，同时收集剩余的产气，沼液和沼渣可用于制作液态肥和固态肥。
所述的生物脱硫塔包括相互连通的喷淋塔和循环水箱。可操作脱除沼气中的硫化氢。
所述的储气柜经沼气管道连接到沼气预处理系统，储气柜为双膜干式储气柜。储气柜起暂时储存经脱硫后的沼气的作用。沼气预处理系统可操作对沼气进行除尘脱水，并增压，其装置包括相互配合使用的冷干机、过滤器和罗茨风机。
沼气发电机组为多台沼气发电机，可操作利用沼气发电。余热回收装置可为锅炉和热水罐，可操作用于冷却发电机组，并回收热源。
本发明所具有的有益效果是：1、将物料预处理技术、厌氧发酵技术、生物脱硫技术、双膜干式贮气柜贮气法、高效率热电联产发电机组、余热回收技术有机地组合应用于沼气工程中，有效地解决了以禽畜粪便为原料的沼气工程中的各项技术难题，实现了大型沼气工程的全年稳定运行。
2、发电机组余热通过余热回收装置收集，用于水解和发酵装置的供热，在保证发酵效果的同时也节约了能源。
3、沼液是鸡粪发酵后的产物，富含利于作物吸收的氮磷钾等营养元素，可直接作为液态有机肥料，在减少废物排放的同时，也实现了经济收益。
4、利用沼气发电实现收益的同时也实现了温室气体减排，可注册申请清洁发展机制(CDM)。CDM项目的申请可为工程带来额外的收入，实现经济效益的最大化。
5、本发明在利用沼气发电工程中融入了发电机组余热回收，有机肥制造，温室气体减排等三个项目，探索开发出一种“热、电、肥、温室气体减排四联产”的模式，极大地拓宽了资金收入的渠道，增加了经济效益。
图1是禽畜粪便沼气发电方法的方框原理图，
图2是禽畜粪便沼气发电系统的结构示意图；
图中：1、搅拌沉砂池；2、水解沉砂池；3、一级厌氧发酵罐；4、二级厌氧发酵罐；5、后发酵罐；6、生物脱硫塔；7、储气柜；8、沼气预处理系统；9、沼气发电机组；10、余热回收装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1所示的禽畜粪便沼气发电方法，首先将禽畜粪便通过搅拌和水解的方式进行除砂，除砂后的禽畜粪便进入厌氧发酵罐发酵，发酵罐的类型为全混式厌氧发酵罐(CSTR)，发酵温度为中温发酵，控制在35～38℃。发酵产生的沼气进入生物脱硫塔进行脱硫，脱硫的有效菌群主要为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌两种嗜酸好氧型细菌，经生物脱硫后的沼气中硫化氢的浓度小于200ppm，以满足发电机组的要求。脱硫后的沼气经储存柜暂时储存，然后进入预处理环节，此环节包括对沼气脱水、除尘和增压，脱水和除尘主要是通过过滤的方式来实现，增压则依靠罗茨风机来实现。预处理后的沼气进入发电机进行发电，电能并入国家电网。发电机组的余热经余热锅炉收集，用于水解沉砂池和发酵罐的供热。发酵产生的沼液作为液态有机肥施用。
如图2所示的禽畜粪便沼气发电系统，包括相互连通的搅拌沉砂池1和水解沉砂池2，水解沉砂池2通过进料管道连接到厌氧发酵罐，厌氧发酵罐通过沼气管道连接到生物脱硫塔6，生物脱硫塔6通过沼气管道连接到储气柜7，储气柜7通过沼气管道连接到沼气预处理系统8，沼气预处理系统8通过沼气管道连接到沼气发电机组9，沼气发电机组9通过废气管连接到余热回收装置10，余热回收装置10通过蒸汽管道连接到厌氧发酵罐和水解沉砂池2。搅拌沉砂池1可操作实现鸡粪与水的均匀混合，达到调节进料浓度的目的，并可通过搅拌的方式去除鸡粪中较大粒径的砂子；水解沉砂池2设有两个，并呈一定的梯度，可通过水解酸化的方式将难溶的大分子有机物降解为可溶的小分子有机物，同时分离沉淀出其中小粒径的砂子。
厌氧发酵罐包括依次连接的一级厌氧发酵罐3、二级厌氧发酵罐4和后发酵罐5。一级厌氧发酵罐3为直接进料的发酵罐，一级厌氧发酵罐3中的料液经溢流进入二级厌氧发酵罐4。两级厌氧罐的设置延长了发酵液在罐内的停留时间，提高了发酵的彻底性。后发酵罐5起暂时存储沼液和沼渣的作用，同时收集剩余的产气。
生物脱硫塔6包括相互连通的喷淋塔和循环水箱，可操作脱除沼气中的硫化氢。
储气柜7连接沼气预处理系统8，储气柜7为双膜干式储气柜，起暂时储存经脱硫后的沼气的作用。沼气预处理系统8可操作对沼气进行脱水除尘，并增压，其装置包括相互配合使用的冷干机、过滤器和罗茨风机。发电机组9为多台沼气发电机，可操作利用沼气发电，电能并入国家电网。余热回收装置10开为锅炉和热水罐，用于冷却沼气发电机组，并回收热源。
禽畜粪便经过搅拌沉砂池1和水解沉砂池2的除砂处理后进入厌氧发酵罐发酵产生沼气，产生的沼气进入生物脱硫塔6脱除硫化氢，脱硫后的沼气在储气柜7暂时储存后进入沼气预处理系统8进行除尘脱水，除尘脱水后的沼气进入沼气燃气发电机9组用于发电。厌氧发酵产生的沼液先进入后发酵罐5，存储一段时间后，分别制成液态和固态有机肥，最大限度地提升经济效益。
以设计机组容量为3MW的沼气发电工程为例，可日处理鸡粪300～500吨，日产沼气3万m3，日可发电6万度，电能并入国家电网。沼气发电机组的余热利用余热回收装置进行了回收利用，保证了水解酸化菌及厌氧菌生存繁殖所需要的温度，达到了一年四季稳定产气的效果。另外，本工程可每年减少温室气体排放80,000吨的二氧化碳当量，在CDM项目申报注册成功后获得了可观的补偿。

Claims (9)

1.一种禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，首先将禽畜粪便进行除砂，除砂后的禽畜粪便经发酵产生沼气，产生的沼气先进行脱硫，再除尘脱水，经增压后进入沼气发电机组发电，电能并入国家电网，发电机组余热通过余热回收装置收集，用于水解、发酵装置的供热。
2.根据权利要求1所述的禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，所述的除砂为二级除砂，即首先在搅拌沉砂池内对禽畜粪便进行稀释并搅拌除砂，经搅拌沉砂后的禽畜粪便再进入水解沉砂池进行水解除砂。
3.根据权利要求1所述的禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，所述的脱硫为生物脱硫，即利用硫细菌的生物氧化作用将沼气中的硫化氢氧化成单质硫，进一步氧化成亚硫酸和硫酸，将硫从沼气中脱除，使沼气中硫化氢的浓度小于200ppm。
4.根据权利要求1所述的禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，所述的除尘脱水主要通过过滤的方式来实现，过滤沼气中的粒径大于3um的杂质。
5.根据权利要求1所述的禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，所述的增压为罗茨风机增压。
6.根据权利要求1所述的禽畜粪便沼气发电方法，其特征在于，所述的发电机组余热通过余热回收装置收集，用于水解、发酵装置的供热，水解温度保持在20～30℃，发酵温度保持在35～38℃。
7.一种禽畜粪便沼气发电系统，其特征在于，包括相互连通的搅拌沉砂池和水解沉砂池，水解沉砂池通过进料管道连接到厌氧发酵罐，厌氧发酵罐通过沼气管道连接到生物脱硫塔，生物脱硫塔通过沼气管道连接到储气柜，储气柜通过沼气管道连接到沼气预处理系统，沼气预处理系统通过沼气管道连接到沼气发电机组组，沼气发电机组组通过余热回收装置连接到厌氧发酵罐和水解沉砂池。
8.根据权利要求7所述的禽畜粪便沼气发电系统，其特征在于，所述的厌氧发酵罐包括依次连接的一级厌氧发酵罐、二级厌氧发酵罐和后发酵罐。
9.根据权利要求7所述的禽畜粪便沼气发电系统，其特征在于，所述的生物脱硫塔包括相互连通的喷淋塔和循环水箱，所述的储气柜经沼气管道连接沼气预处理系统，储气柜为双膜干式储气柜。
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