中糧集團江蘇金東臺大型豬糞沼氣工程運行分析

何煉 陳智遠

摘要 以中糧集團江蘇金東臺豬場糞污沼氣工程為例，介紹工程對豬糞糞污和病死豬無害化處理產沼氣及其脫硫凈化的工藝和工程實際運行情況，為今后類似養殖廠的沼氣工程建設和運行提供參考依據。

關鍵詞 豬糞糞污；病死豬無害化；沼氣工程

中圖分類號 S141.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05332-02

中糧肉食（江蘇）有限公司金東臺農場大型沼氣工程坐落于江蘇省東臺市新曹鎮金東臺農場，養殖場商品豬年出欄量30萬頭，沼氣工程于2011年1月開工建設，2011年10月投入運行。該養殖場采用水泡糞的清糞工藝，沼氣工程設計處理糞污1 284 t/d（TS濃度5.5%）和養殖場內經過無害化處理的病死豬，日產生沼氣17 000 m3/d，發電34 000 kW·h/d，減排溫室氣體（CO2當量）6×104t/d，相當于節約標準煤4 700 t/a，目前是全國最大的豬糞沼氣發電工程[1]。該項目所產沼液全部用于周邊萬畝鹽堿地的灌溉與改良、水產養殖和水稻種植等。

1 工藝流程及技術參數

1.1 工藝流程 該項目的工藝流程如圖1所示。養殖場糞污通過明渠進入勻漿池，經過無害化處理后的病死豬料液通過管道和泵，泵入勻漿池；勻漿池物料經過螺桿進料泵入厭氧發酵罐，厭氧發酵為38 ℃恒溫發酵；發酵產生的沼氣通過生物脫硫系統去除H2S進入沼氣儲氣柜，物料發酵完后進入固液分離機處理，最終產生的沼渣用作固體有機肥，沼液用于周邊農業灌溉和鹽堿地改良。沼氣主要用于上網發電，多余沼氣用作鍋爐燃燒，發電機產生的余熱和沼氣鍋爐產生的熱水收集在熱水儲罐，熱水用作勻漿池和厭氧發酵物料的增溫，產生的蒸汽用于病死豬無害化處理。

1.2 勻漿池 勻漿池2座（總容積1 800 m3），用于收集豬糞污水，均質均量。每座池設有4臺潛水攪拌機，兩座池串聯使用，并通過螺桿泵將物料泵入發酵罐。

1.3 厭氧消化 該罐采用碳鋼焊接技術，為地上構筑物，發酵罐4座（總容積2×104 m3），物料停留時間16 d；厭氧罐外壁設置增溫盤管，利用發電機余熱產生的熱水對罐體進行增溫，并在增溫盤管外采用150 mm厚的聚苯乙烯保溫材料進行保溫，以實現常年38 ℃中溫厭氧發酵。

厭氧罐采用低轉速節能中心攪拌機，單位物料耗能3.7 W/m3，較傳統攪拌機節能50%以上。同時還專門安裝有破殼攪拌器，加強頂層物料的局部攪拌，以防止厭氧罐內結殼問題。

厭氧罐頂安裝有正負壓保護器，設計正常承壓為2.0 kPa，最大承壓為3.0 kPa，以確保厭氧罐的安全。

生物脫硫系統 采用生物脫硫工藝對沼氣中的H2S進行去除，通過控制溫度、pH、溶氧量、空氣量和營養物，使脫硫細菌將H2S轉化為單質硫或者亞硫酸[2]。該單元設有2座脫硫塔，并聯運行，單塔處理能力500 m3/h。處理前豬糞原料發酵產生的沼氣中H2S含量約0.30%～0.45%，生物脫硫工藝處理后沼氣中的硫化氫含量可降至0.005%～0.010%，H2S去除率大于96%。該方法的運行成本較傳統的干法化學脫硫低70%左右。

1.5 雙膜干式貯氣柜 氣柜容積為2 150 m3，采用低壓雙膜干式貯氣柜對凈化后的沼氣進行貯存；雙膜分為外膜和內膜，內膜收集并貯存沼氣，外膜起保護和維持貯氣柜結構的作用。通過支撐鼓風機向內外膜之間的夾層進行鼓氣，維持一定壓力（1.2～1.5 kPa），能夠承載設計范圍內的風、雨、雪等荷載，同時將內膜內的沼氣送入輸氣管道；外膜的頂端安裝有紅外探測器，通過電腦程序設計計算可以實時監測貯氣柜內的氣體量。

1.6 發電機組及余熱鍋爐 發電機采用GE Jenbacher發電機，裝機容量1 800 kW，該發電機電效率42%，熱效率40%，總效率達到82%。發電機燃燒沼氣產生的煙氣通過余熱回收鍋爐換熱，以蒸汽的形式回收，供給熱水罐和勻漿池物料的增溫及病死豬無害化處理。發電機缸套水余熱以熱水的形式貯存在熱水罐內，并通過管道泵送入對厭氧罐外壁的盤管循環以進行增溫。

1.7 病死豬無害化處理工藝 該工藝段包括，病死豬粉碎階段，高溫蒸煮階段和排放處理階段[3]。核心工藝在于蒸煮段的無害化處理，在溫度120 ℃，壓力0.14 MPa條件下蒸煮3～4 h，處理完后，將物料泵入勻漿池，由進料螺桿泵泵入發酵罐進行厭氧產沼氣。

2 工程實際運行狀況

2.1 厭氧發酵系統運行狀況 該工程厭氧發酵系統于2011年10月開始調試并運行，經過2個月的調試后產氣量逐步提升，工藝運行穩定；工程自動化程度高，操作管理方便。圖2是2011年12月～2012年3月調試階段的日進料量和日產氣量的趨勢圖。由圖2可知，在調試初期，進料量、進料TS均低于設計值，故使得日產氣量低于設計值，但從單位固體物質的產氣量來說，達到了設計要求值（TS產氣率370 m3/t干物質）。

2.2 生物脫硫系統運行狀況 生物脫硫系統于2011年11月中旬全部開啟運行。豬糞沼氣中初始H2S濃度約在0.30%～0.45%之間。調試初期脫硫塔出口沼氣H2S濃度在0.035%左右，后續經過調整通空氣量，循環液的溶解氧、pH、溫度，添加營養物以及加強操作管理等方法后，H2S濃度逐漸降至0.010%以下，后續生產穩定時H2S 濃度低于0.005%（圖3）。該系統的脫硫效率高達96%以上，達到了設計指標。

3 效益分析

3.1 能源經濟效益 該項目投資4 982萬元，日產沼氣17 000 m3/d，發電34 000 kW·h/d，電價以國家補貼后的0.65元/kW·h計，每年發電收入為800×104元/a；沼肥收益80×104元/a；年減排溫室氣體（CO2當量）6×104t，具有良好的能源經濟效益。

3.2 環境社會效益 該工程運行后，將養殖場內產生的所有糞污以及經過無害化處理的病死豬完全消納，避免了其對周邊地下水環境、大氣環境、土壤環境以及生態環境的破壞與污染，促進了當地農業產業化和養殖行業的穩定發展，吸納當地剩余勞動力，實現了“三農”的穩步增收與可持續發展。

3.3 循環經濟 該項目是開放式農業廢棄物綜合利用循環工程：用農作物加工飼料，飼料喂養生豬，生豬產生的糞污以及病死豬通過無害化處理進行生物厭氧發酵產沼氣和沼液沼渣，沼液還田用于周邊萬畝鹽堿地的改良，沼渣制成有機肥料，沼氣用于發電，所發電并入國家電網，突顯了循環經濟的發展思想，形成了生態的良性循環和企業的可持續發展模式。

4 結論

該工程運行穩定高效，采用熱電聯產及循環經濟發展模式，在處理豬糞糞污與病死豬方面取得了突破與創新；利用沼液改良周邊鹽堿地、水產養殖和林業灌溉；已成功應用于蹲門千畝水產養殖，金東臺萬畝水稻和蔬菜種植。中科院東臺灘涂研究院堿地海蓬子種植，使用后產量明顯提高，品質明顯提升，促進了當地農業的增產增收及生態的可持續發展，具有廣泛推廣應用的價值。

參考文獻

[1] 王長青. 中糧金東臺豬場沼氣治理工程創多項全國第一[N]. 中國畜牧獸醫報，2013-07-15（9）.

[2] 陳智遠，蔡昌達. 大型熱電聯產沼氣發電工程分析[J]. 能源工程，2009（6）：30-40.

[3] 徐胥，喬金亮. 無害化處理變廢為寶——中糧生豬養殖基地見聞[N]. 經濟日報，2013-06-26（11）.安徽農業科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5334-5335責任編輯 夏靜 責任校對 李巖