四川省新村低能耗沼氣集中供氣工程實例

樊戰輝， 孫家賓， 陳光年， 彭朝暉， 鄭 丹

(1.成都市農林科學院， 四川 成都 611130; 2.農業部沼氣科學研究所， 四川 成都 610041)

四川省新村低能耗沼氣集中供氣工程實例

樊戰輝1， 孫家賓1， 陳光年1， 彭朝暉1， 鄭 丹2

(1.成都市農林科學院， 四川 成都 611130; 2.農業部沼氣科學研究所， 四川 成都 610041)

為解決沒有配套天然氣的新村聚居農戶的生活用能問題，四川省開展了新村沼氣集中供氣工程建設。文章詳細介紹了四川成都某低能耗沼氣集中供氣工程的工藝路線、建設規模、供氣戶數以及工程調試情況，并對工程后續管理維護、建設成效進行了分析，對四川省乃至全國農村沼氣建設都有一定的借鑒意義。

沼氣； 供氣； 工程實例

四川省成都市某村現有居民70戶，常住人口150人左右，年人均收入 1.06萬元，炊事用能大部分為蜂窩煤和液化石油氣，群眾對新能源開發利用積極性高，項目區有商品豬養殖場1處，常年存欄600頭，沼氣發酵原料充足，具備建設沼氣集中供氣的客觀條件，且附近周圍有農田面積1000畝，主要種植水果、蔬菜等經濟作物，有利于沼液、沼渣的資源化利用。

1 工程介紹

1.1 工程概況

該沼氣集中供氣工程總投資34.60萬元，其中省財政補貼20萬元，地方財政、農戶自籌14.60萬元。于2013年4月開始建設，發酵原料為生豬養殖場糞污，采用低能耗地下塞流式厭氧發酵工藝(PFR)，建設發酵池200 m3，濕式氣柜20 m3，調節池20 m3，沼液暫存池150 m3，鋪設管道1000多m，并于當年8月開始調試，到10月份完全正常運行，項目集中供氣用戶為39戶，最遠供氣距離600 m，目前已連續供氣近3年3個月，項目常年運行，冬季正常供氣，情況良好。

1.2 工藝設計

處理工藝為低能耗厭氧生態能源模式，按照最低日容積產氣率0.2 m3·m-3，設計發酵池容積200 m3，每戶日用沼氣1 m3，滿足39戶農戶用能需要。考慮到該項目建成后運行管護主要靠當地沼氣協會，要求簡單方便，周邊有1個養殖場可提供豬糞便污水，工程設計采用幾乎不耗能的地下塞流式厭氧發酵工藝，養殖場糞污通過格柵自流進入調節池，混合勻漿后一起投入發酵池，沼氣進入濕式儲氣柜，脫水脫硫后輸送到農戶家中能用，沼渣沼液供周邊農田肥用。

項目所在地常年氣溫較高，屬川內較暖和地區，年平均氣溫14.9℃～16.7℃，冬季最冷溫度約2℃左右，采用常溫厭氧發酵，為了保證冬季產氣滿足農戶需要，在發酵池上建陽光大棚。沼氣集中供氣工藝流程圖見圖1。

圖1 沼氣集中供氣工藝流程圖

1.3 主要建設內容

該沼氣集中供氣工程總投資為34.6萬元，建設內容包括原料預處理系統、沼氣發酵系統、沼氣儲存單元、沼氣凈化設施、沼氣輸送單元及安全防護設施等。詳見表1和表 2。項目建成后主要設施見圖2～圖7。

表1 工程主要構筑物

表2 工程主要設備

圖2 濕式儲氣柜及管理房

圖3 沼氣發酵池陽光大棚外觀

圖4 陽光大棚內沼氣發酵池及儲液池

1.4 工程設計特點

圖5 脫硫脫水裝置

圖6 沼氣輸氣管道及凝水器

圖7 入戶脫硫設施及灶具

(1)工程采用低能耗地下塞流式厭氧發酵工藝(PFR)，其特點是易于管理，不需要攪拌，不耗能，池形結構簡單，適用于高SS廢水的處理，運行方便，故障少，穩定性高。

(2)工程在地下發酵池頂部采用陽光大棚冬季保溫，造價低廉，冬季大棚保溫蓄熱效果較好，后期使用維護成本較低，有利于提高冬季產氣量，保證用戶冬季用氣。

(3)工程采用濕式儲氣柜保證氣壓穩定，地下塞流式厭氧發酵池自身本來就有儲氣間，但是考慮到用氣戶數多，用氣時間上比較集中，濕式儲氣柜可以有效平衡產氣和用氣穩定性。

(4)工程供氣采用電腦智能控制，用戶采用IC卡充值用氣，用戶多用多充少用少充，不用上門抄表收費，節約人力物力，有效解決收費難的問題。

2 調試啟動、運行情況與運行管理

2.1 調試啟動

沼氣集中供氣工程土建、設備安裝完成后，對施工安裝質量進行檢查，并進行氣密性試驗。沼氣池注滿清水，增壓到4～6 KPa，經24 h檢查壓力表數值沒有變化，檢驗合格；儲氣柜用增壓泵加壓至一定高度并做標記，經24 h檢查標記高度沒有變化，檢驗合格；管道、閥門按照相應承壓用清水承壓檢驗合格。

表3 沼氣集中供氣工程運行1年產氣狀況

沼氣集中供氣工程試車合格后進行了發酵啟動，采用連續培養法，試車后保留沼氣池內有一定量清水，投入養豬場排水溝內的污泥200 kg左右，并開始每日5 m3連續進料，TS 6%～8%，1個月左右基本達到正常發酵。

2.2 運行情況

該沼氣集中供氣工程自2013年8月進入調試運行階段，10月中旬進入正常運行階段，從2013年10月至2014年10月運行1年的產氣狀況見表3。

從表3統計情況看，2013年10月～2014年10月1年總產氣量14893.5 m3，日均產氣量40.8 m3，可滿足39戶正常用氣。日均產氣量最高月份出現在8月，日產沼氣47.4 m3；最低出現在2月，受氣溫影響產氣量僅為33 m3·d-1，可能存在不能正常供氣，但實際入戶調查發現有8戶已經搬離，在冬季也可以滿足現有用戶正常使用。

圖8 沼氣集中供氣工程產氣率年變化圖

從圖8可見，沼氣集中供氣工程產氣率在1年中不斷變化，主要原因是產甲烷菌受溫度變化影響較大，在冬季溫度比較低，產甲烷菌活性低，產氣率最低出現在2月，產氣率為0.165 m3· m-3d-1左右；隨著氣溫升高產氣率也不斷升高，最高月份出現在8月達到0.237 m3· m-3d-1。

根據該沼氣集中供氣工程實際運行情況，在這種類型工程設計上可以根據極低月份產氣率和供氣戶數，適當加大沼氣池有效發酵容積以達到冬季正常供氣的需求。

2.3 運行管理

(1)營運主體。當地縣級沼氣協會，負責該沼氣集中供氣工程的建設及運營，具有沼氣專業技術人員5人，主要從事技術交流，普及沼氣科學知識，開展科技咨詢服務，興辦經濟實體等相關業務。

(2)能耗分析。該集中供氣工程2013～2014年產沼氣14893.5 m3，能源品種只有電，主要照明和沼液輸送泵(用于從沼液暫存池提升到地面)，單位產品綜合能耗詳見表4。

表4 2013～2014年沼氣集中供氣工程單位產品綜合能耗

該項目屬于低能耗集中供氣工程，單位產品綜合能耗僅為0.0037 kg標煤·m-3沼氣，低于沈其林[2]等人研究報道的浙江省用太陽能板增溫的集中供氣工程，其單位產品綜合能耗0.0070 kg標煤·m-3沼氣；遠低于川內常見的地上式沼氣工程的單位產品綜合能耗(筆者調查一般地上式沼氣工程單位產品綜合能耗0.01～0.02 kg標煤·m-3沼氣，如樂至縣鴻福農牧科技發展有限公司沼氣工程單位產品綜合能耗0.0175 kg標煤·m-3沼氣，四川省馬氏牛肉有限公司肉牛養殖場大型沼氣工程單位產品綜合能耗0.0185 kg標煤·m-3沼氣，四川玉泉養殖有限公司豬場糞污處理沼氣工程單位產品綜合能耗0.0148 kg標煤·m-3沼氣)。

(3)運行費用。當地沼氣協會委托養殖場業主負責現場管理，經培訓后持證上崗，運行費用主要是人員工資、維護維修材料費、電費，發酵原料由養殖場免費提供，總運行費用約為每年2.93萬元，詳見表5。

表5 工程運行費用

(4)收入情況。收入來源主要是沼氣，收費標準根據當地天然氣價格1.89元·m-3的60%，即1.10元·m-3，近3年實際收入在每年1.40萬元左右。

3 效益分析

3.1 社會效益

沼氣集中供氣工程的建設，改善當地農村生活用能，提高農民生產生活水平。通過本項目的建設運行，為周邊農戶提供方便的清潔能源，特別是在當地農村中基本是老年人和兒童的狀況下，沼氣輸送到戶尤為方便，同時營養物質還田利用可減少化肥施用，增加土壤肥力，促進農業生態環境良性循環和可持續發展，使以沼氣工程為紐帶的生態農業真正達到社會、經濟、生態效益的高度統一。

3.2 環境效益

沼氣集中供氣工程建成后，有效改善了養殖場周邊環境。年處理畜禽糞污300多噸(TS10%)，COD去除率>70%,BOD5去除率>75%，減排溫室氣體約20噸CO2當量，節約氮肥2噸，磷肥4噸，鉀肥1噸。

3.3 經濟效益

該沼氣集中供氣工程年實際收入大約在1.40 萬元左右，實際運行費用年約2.93萬元，不足部分由當地沼氣協會支出，目前不能實現盈利。

4 結論與建議

該沼氣集中供氣工程的建設，生產的可再生能源—沼氣，可以滿足當地農戶的生活用能，延長了物質循環鏈，有效改善養殖場周邊生態環境，提高了人民群眾的生活水平，盡管目前不盈利，但是在四川省內有部分市縣已將沼液商品化，田間售價每立方米20～40元，筆者認為隨著政策導向(2017年6月國務院發布《關于加快畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》(國發辦【2017】48號)、土地流轉、種植業規模化、有機農業的進一步發展以及國外建設沼氣工程主要動力是發展有機農業等農業發展趨勢，該沼氣集中供氣工程終將實現盈利。

從可持續發展角度，該沼氣集中供氣工程模式可以在四川省內天然氣未輸送到的農村區域全面推廣。

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AVillageLevelConcentratedBiogasSupplyEngineeringwithLow-energyConsumptioninSichuanProvince

FANZhan-hui1,SUNJia-bin1,CHENGuang-nian1,PENGZhao-hui1,ZHENGDan2

(1.ChengduAcademyofAgricultureandForestrySciences,Chengdu611130,China; 2.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture(BIOMA),Chengdu610041,China)

To solve the household energy consumption problem of populated farmers in villages without natural gas, numerous concentrated biogas supply engineering have been constructed in Sichuan province.In this paper, a concentrated biogas supply engineering in Chengdu of Sichuan was introduced in detail,including the technologic route, the construction scale, the number of biogas supply households, and the engineering debugging.Additionally, the subsequent management and maintenance as well as the system effectiveness were analyzed.And it may be used for reference in future rural biogas construction

biogas； concentrated biogas supply； project case

2017-01-22

2017-06-19

項目來源： 農業工程集成創新技術研究與示范項目(2016-XT00-00007-NC)

樊戰輝( 1980- ) ，男，陜西韓城人，碩士，主要從事農村能源與環境方面的研究與應用工作，E-mail: van4226@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)06-0070-05