畜禽养殖场沼气工程运行温度的确定方法

为实现沼气工程运行的净产能最大化,以万头猪场配置的500 m3发酵罐为分析对象,建立计算模型,计算净沼气产量,从而确定发酵温度。结果表明：发酵罐的能量产出效率指标k和能量输入效率指标η是发酵温度选择的决定性因素；在现有设计条件(k=55%、w=45%、发酵温度35 ℃)下运行,年增温所需沼气量为总沼气产量的42.4%,其中,冬季为65.2%,春季为42.1%,秋季为40.4%,夏季为22.3%,年平均净沼气产量为285.6 m3/d;只有当k≥55%和w≥45%时,运行净能产出最大的发酵温度为35 ℃,当k或η值随工程运行下降,降低发酵运行温度方可获得最大净能产出；结合我国沼气工程的实际工况,建议选择30 ℃作为发酵运行温度,并及时对发酵设备进行维护,以确保工程的长期运行效率。     

规模化养牛场沼气工程启动运行研究与实践

主要研究了大型沼气工程的启动运行过程。采用有效体积为1 000 m3的USR厌氧沼气发酵罐,接种来自稳定产气的沼液,在温度为(35±1)℃,pH为7.0～8.0和HRT为15 d的条件下连续运行55 d,先后经历了水力负荷提高期、有机负荷提高期及稳定运行期,成功启动运行了沼气发酵罐。启动运行完成后,COD去除率达到80%,容积产气率为1.43 m3/(m3.d),甲烷含量大于65%,VS降解率大于40%。     

户用钢制辅热式沼气发酵系统试验研究

HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统是一种新型高效全天候的沼气发酵装置,其中的燃煤沼气联合辅助加热装置解决了我国北方地区冬季户用沼气难以正常发酵的问题,可使其全天候高效生产沼气。通过试验研究了影响HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统运行的主要因素,结果表明当温度30~35℃、总固体浓度10%、投料时间间隔9d时处于最优运行工艺条件,池容产气率高达0.7658 m3·m-3d-1,并且HS01型户用钢制辅热式沼气发酵系统的益本比为2.319,净现值(NPV)为2644.17元,内部收益率(FIRR)为54.69%,动态投资回收期2.062a,具有较好的经济可行性和显著的社会环境效益,符合我国国情,适合于在我国北方地区广大农村应用。     

大中型沼气工程技术讲座(二)工艺流程设计

沼气工程的规模主要按发酵装置的容积大小和日产气量的多少来划分（表１）。大中型沼气工程，是指沼气发酵装置或其日产气量达到一定规模，即单体发酵容积≥５０m３，或多个单体发酵容积之和≥５０m３，或日产气量≥５０m３的为中型沼气工程。如果单体发酵容积大于５００m３，或多个单体发酵容积之和大于１０００m３，或日产气量大于１０００m３的，即为大型沼气工程。人们习惯把中型和大型沼气工程放到一起去评述，称之为大中型沼气工程。１工程设计目标和内容为规模化畜禽场、屠宰场或食品加工业的酒精厂、淀粉厂、柠檬酸厂等设计沼气工程…     

半连续两相厌氧发酵工艺处理蔬菜废弃物产沼气研究

通过一款自行设计的两相厌氧发酵装置,以半连续进料的方式对蔬菜垃圾产沼气情况进行研究。结果表明:在酸化相阶段,温度的升高有利于产酸反应的进行,35℃下,总挥发酸(乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸)在酸化时间第3天时获得最大产量6892 mg/L,其中乙酸含量为4589 mg/L,达到66.58%,主要为乙酸型发酵,p H值在酸化开始后不断下降至3.42,于第9天逐渐回升并保持在7.0以下。氧化还原电位(ORP)随酸化时间的延长总体趋势逐渐降低。35℃的产酸效果和停留时间均优于25℃时。甲烷相的最佳有机负荷率为3.0~3.5 kg VS/(m3·d),平均SCOD去除能力在92%以上,平均沼气产量为0.59 m3/kg VS,甲烷产量为0.36 m3/kg VS,日容积产气率最高为2.6 m3/(m3·d)。     

秸秆沼气发酵的能效限度分析

能源利用技术的能源转换效率是其技术评价的重要基础。秸秆沼气发酵技术一方面受到高度关注与国家政策支持,另一方面其能源转换效率研究却几乎为零。文章提出一种体现厌氧生化过程细菌能量学成果的能效分析方法,对秸秆沼气发酵进行了能效分析。通过典型秸秆主要组分厌氧降解率和厌氧过程细菌能量学分析,得出现有秸秆沼气发酵技术的最大能源转换效率低于25%的结论。     

节能差温式沼气池

多年来,人们一直采用单一发酵温度的发酵池制取沼气,为了提高这类池在冬季的池温,需要消耗较多的能量.丹麦人发明的一种高效、低能耗的连续发酵池,可以克服上述缺点.新池采用两级温度发酵法.如附图所示,池体为圆筒形,池顶为圆锥形.内池1为高温区,发酵温度为55℃;外池2为中温区,发酵温度为35℃.两区之间用环形墙3隔开.     

3MW集中式热电肥联产沼气工程设计与建设

山东民和牧业股份有限公司利用所属23家养殖场的鸡粪和污水作为沼气发酵原料,投资建设大型畜禽养殖场集中式沼气发电工程.原料经水解除砂工艺将鸡粪中的砂砾除去,保证发酵效率;采用中温(38 ℃)发酵工艺,产沼气30 000 m3/d;采用高效率低运行成本的生物脱硫工艺,将沼气中的H2S含量降至200×10-6以下;经净化的沼气在双膜干式贮气柜中贮存,供给热电联产的发电机组使用.发电量60 000 kWh/d,机组余热用于冬季发酵系统自身增温;发酵后的沼液用作周围葡萄、苹果及玉米地的有机肥料.项目实现了温室气体减排84882tCO2当量.文章介绍了该沼气发电工程的工艺特点和技术要点,为同类型沼气发电工程设计和建设提供参考.     

糖浆废水与牛粪厌氧共发酵产甲烷特性研究

以糖浆废水和牛粪为底物,采取半连续发酵工艺运行CSTR厌氧发酵系统,考察混合底物中温(35℃)厌氧共发酵产甲烷特性。结果表明:厌氧发酵系统启动后产沼气速率较快,第8 d的沼气产量为350 m L/(L·d),进入稳定期后达到620 m L/(L·d);液相发酵短链挥发性脂肪酸(VFAs)的乙酸含量高于68%。调节进料有机负荷和水力停留时间分别为3.5 g/(L·d)和40 d时,系统运行稳定性与效能最佳,沼气产量为1180 m L/(L·d),甲烷含量高于57%。运用454焦磷酸高通量测序技术分析厌氧发酵系统启动稳定期(40 d)的细菌群落结构和多样性,在细菌属分类水平存在846个OTU,ACE和Chao1分别为2 224.8和1 498.8;Firmicutes门、Proteobacteria门和Bacteroidetes门属优势细菌类群,分别占细菌总数的64.9%,18.2%和9.1%;在属分类水平上,Syntrophomonas sp.为最优势细菌类群,占总丰度的14.5%,其次是Clostridium XI sp.,占总丰度的6.9%。     

以参数评价太阳能集热器的“动力”性能

本文提出系数ψ=ΔE/Q_u和效率η_e=ψ·η,建议用η_e作为选择集热器及太阳能动力系统的一种指标。 ψ和η可分别表示为T的线性函数,因此η_e—T是一条抛物线,并存在着最大(火用)效率和相应的最佳运行温度。 由本文提供的分析计算方法,可以迅速确定最佳运行温度。     

合肥地区太阳能资源对沼气生产潜力影响初探

文章以养猪场为例,对合肥地区利用太阳能加热生产沼气进行了研究分析.合肥地区冬季寒冷,自然温度条件下沼气产量较低,沼气发酵原料存在很大浪费.采用太阳能加热方式,发酵温度存冬季可以维持在25℃,沼气产量比自然温度条件下可提高84%以上,存栏量相当于10头生猪的家庭养殖场生产的沼气可以基本满足3个家庭的日常用能需要.     

基于PLC和组态软件构建沼气发酵控制系统

根据沼气干发酵工艺流程和控制要求,提出了基于PLC和组态软件的沼气发酵自动控制系统。该系统能够实现鄂尔多斯示范工程沼气发酵生产过程的实时监控和自动控制。系统能够利用组态软件KingView6.55在沼气发酵系统中完成数据的上传下达、组态的开发、功能的分析、监控画面的建立、计算机与PLC的通讯,实现沼气发酵过程的高产气率和设备的稳定运行。针对鄂尔多斯示范工程中有效容积为300 m3的立式厌氧发酵罐及整套工艺设备进行了调试与运行,结果表明:在该系统自动控制下,21 d后发酵过程达到了稳定状态,沼气日产气量达到360 m3,且沼气中甲烷含量达到56%以上。     

浅谈沼气中温发酵的热平衡问题

近十余年来,我国利用厌氧发酵工艺制取沼气的技术,已从一家一户的小型沼气池发展到目前的大中型集中供气工程,无论从管理手段,还是产气的稳定性来看,都有了一个质的飞跃。小型家用沼气池的发酵温度是随着季节而变化的,俗称“常温”发酵。实践证明,沼气发酵的产气能否稳定,主要决定于基质的浓度、发酵液的酸碱度及发酵罐内的温度。大中型沼气集中供气工程在工艺上都是依赖外加能源来维持中温(或高温)发酵的,因此,有许多行家对一些工程的热平衡作了计算和分析。有的学者认为,利用外加热维持中温发酵可能出现“负效应”,这是一个值得探讨的问题。 众所周知,沼气发酵可分为三个温度范围,50～65℃称高温发酵,20～45℃称中温发酵,20℃以下称低温发酵。其中中温发酵在40℃以下时,产气率随温度升高而增加,沼气产量与温度则呈“钟罩”形曲线(如图1)。在进行中温发酵时,不仅要考虑产能的多少,还应考虑为保持中温所消耗的热能多少。现以     

沼气发酵猪粪管理系统对温室气体排放的影响

基于生命周期清单分析以及清洁发展机制,引入"碳足迹"概念,对我国散养猪以及规模化养猪场引入沼气发酵系统后猪粪管理系统温室气体排放及减排进行了估算。农户散养猪粪处理系统中,12 m3沼气池厌氧发酵过程碳足迹为223.40 kg CO2e/a,沼气代替原煤燃烧减少444.33 kg CO2e/a温室气体,沼气发酵净减少220.93 kg CO2e/a温室气体,我国散养生猪产生的猪粪以此沼气池发酵可减少温室气体20 984.62 Gg CO2e/a;分析运行规模约1 000 m3大型沼气工程的碳足迹,保守估计为2 835.32 t CO2e/a,运行沼气工程替代煤炭以及减少猪粪排放的温室气体共约2 914.23 t CO2e/a,故沼气工程年减少温室气体78.91 t CO2e,该项目共可减排1 578.20 t CO2e。在猪粪管理系统中采用沼气发酵系统可以更好地促进温室气体减排的进行。     

大中型沼气工程生命周期能效评价

基于生命周期评价理论,对山东某沼气工程进行了能效评价。研究得出,该沼气工程生命周期总能耗(折合标准煤)为561 471.47 kg/a(11.54 kg/GJ),其中,化石能耗占96.62%;节能量为1 100 271.42 kg/a;生命周期综合能源利用率为61.82%;生命周期新水耗量为26 552.56 m3/a。利用Sima Pro 8.0.2软件,采用生态指数法分析得出,该沼气工程生命周期产生的环境影响为364.303 3 k Pt/a(7.480 5 Pt/GJ);通过情景分析得出,沼气工程的环境损害减弱能力为191.805 2 k Pt/a(34.49%)。针对该沼气工程存在的一些问题,提出了开发沼液综合利用技术等建议,为提高沼气工程能效、减少环境损害提供理论参考。     

利用厌氧消化技术处理病死猪的工程应用

病死猪的无害化处理是大型养猪场面临的一大难题,该文以天津某生猪养殖场沼气工程为例,通过监测发酵原料中加入病死猪前后的沼气工程运行情况,探讨了利用厌氧消化技术处理病死猪的可行性问题。该工程日处理TS为3%的粪污约500 m3,处理猪场病死猪20~30头,鲜重为1.0~1.5 t。通过监测发现,病死猪作为发酵原料与猪粪污水混合后,系统运行稳定。与纯猪粪污水发酵相比:沼气日均产气量没有明显变化;沼气中甲烷含量提高约9%,达到67%左右;而沼气中硫化氢含量高出近一倍,达到0.67%左右,通过生物脱硫技术可降至0.01%左右。混合原料的发酵残渣经固液分离,沼渣中有机质含量为67.4%、总养分含量为12.6%,均高于国家有机肥标准。     

混合原料在不同发酵工况下的产气规律研究

分别在五种不同条件下进行了沼气产气对比试验。试验条件分别为:干牛粪,温度为20℃,排气方式分别为持续排气、间歇排气(每天排气4次);干牛粪,温度为35℃,排气方式分别为持续排气、间歇排气;干牛粪与小麦秸秆按质量比1∶1配比的混合物,温度为35℃,排气方式为间歇排气。将原料装入100 L自动生物发酵罐中,并控制发酵温度和压力,检测发酵过程中沼气的日产气量、料液pH及产气中甲烷体积分数。结果发现,在间歇排气条件下,干牛粪与小麦秸秆混合物与相同质量的干牛粪相比总产气量提高约20%,但日产气量降低,产气周期延长近40%。相同质量的干牛粪,在35℃时发酵与在20℃时发酵相比总产气量提高约35%,高峰产气速度提高约1倍;持续排气相比于间歇排气,日产气量提高约1倍,但甲烷平均体积分数降低约10%。     

大中型沼气工程增温及控制系统运行管理策略

针对北方地区大中型养殖场沼气工程,制定一套发酵罐体增温及控制系统的运行管理策略,它分为供暖期与非供暖期两种模式。阐述两种系统的工作原理,对系统的热负荷、发电余热回收、沼气锅炉采暖及锅炉回水余热回收进行理论计算,并进行设备选型。计算可得:发酵系统平均每日热负荷为3.26 GJ,余热锅炉每日可提供的发电尾气余热回收量为3.64 GJ,发电量为1300 k Wh/d;通过板式换热器与沼气锅炉回水换热,每日集热量为4.41 GJ,可满足维持发酵罐体正常发酵温度的要求,从而保证厌氧发酵系统的稳定运行。     

木薯酒精废醪产氢潜力的试验以及对产氢产甲烷联合发酵的研究

以木薯酒精废醪为原料,通过调节pH值至5.0,在(35±1)℃的中温条件下进行批量式沼气发酵实验,发酵料液的TS浓度设为6%。实验结果表明,氢气发酵试验的运行时间为11 d,净产气量为1615 mL,产氢潜力为92.13 mL/g(TS)、97.58 mL/g(VS),能源转换效率为1.58%。针对产氢发酵和产甲烷发酵能源转换效率低这一问题,对产氢、产甲烷联合发酵进行了分析,讨论了原料种类、接种量、温度、pH值、发酵浓度、氢气分压等参数对联合厌氧发酵的影响以及对发酵过程中动力学和菌群的探讨,并对以厌氧产氢产甲烷联合发酵的方法处理木薯酒精废醪进行了讨论。研究结果可为以后木薯酒精废醪的能源高效利用提供参考。     

地上式沼气罐罐壁热负荷分析及工程运行

分析罐壁的传热机理,提出一种负荷计算模型;以进料为600 kg/d、总固体质量含量(TS)为6%的50 m3无增温发酵罐为验证对象,监测发酵液和环境温度,对比现有和提出模型。结果表明:现有模型显示发酵液几乎为放热,与试验现象不符,总负荷为700.48 MJ,温度偏差为3.3℃,误差较大;提出模型显示先吸后放热,符合试验现象,总负荷为-53.84 MJ,与实际值(0)的偏差为现有模型的7.69%,温度偏差为0.2℃,在控制范围内;工程分析认为,冬季全部粪污混合发酵,净产能为-336.29 MJ/d,提升进料浓度,可降低增温负荷。