河北省新能源技術(shù)推廣站王熙春

河北省規(guī)模化沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀分析

河北省新能源技術(shù)推廣站王熙春

1 引言

河北省農(nóng)村沼氣建設(shè)起步于20世紀(jì)70年代，從2003年開始，按照省政府部署，大力實(shí)施“百萬農(nóng)戶沼氣建設(shè)行動計(jì)劃”，截至2015年底，全省發(fā)展戶用沼氣267.62萬戶，建成農(nóng)村沼氣物業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)6302處，年產(chǎn)沼氣65640.88萬立方米，各類沼氣工程2922處，總池容51.3萬立方米，年產(chǎn)沼氣9888萬立方米，沼氣主要用于為農(nóng)戶供氣或企業(yè)自用、發(fā)電等，沼渣、沼液用作有機(jī)肥，有助于提高農(nóng)民生產(chǎn)生活質(zhì)量，促進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)。

2 規(guī)模化沼氣工程發(fā)展特點(diǎn)

總體看，全省規(guī)模化沼氣工程建設(shè)具有以下幾個特點(diǎn)。

2.1 工程數(shù)量快速增加

2008年以前，全省養(yǎng)殖場規(guī)模化沼氣工程僅有2處。2008以后，受益于國家政策支持，每年新增30～60處。

2.2 技術(shù)水平顯著提升

2008年以前，河北省的沼氣工程技術(shù)工藝落后、配套設(shè)備簡單、運(yùn)行效率很低。近年來建設(shè)的工程，采用國內(nèi)多種先進(jìn)技術(shù)工藝、配套設(shè)備齊全，最大單體容積達(dá)5000立方米，部分工程實(shí)現(xiàn)了自動監(jiān)控。

2.3 秸稈沼氣工程技術(shù)水平全國領(lǐng)先

2008年，滄州青縣建成我國第一座以秸稈為主要原料的沼氣工程，隨后河北省加大了技術(shù)研發(fā)和試點(diǎn)示范力度。目前，河北省的秸稈沼氣工程發(fā)酵工藝先進(jìn)，技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，對全國起到了很好的示范帶動作用。

2.4 積極推進(jìn)轉(zhuǎn)型升級

2015年農(nóng)村沼氣轉(zhuǎn)型升級以來，我省爭取生物天然氣試點(diǎn)工程4處，規(guī)?；笮驼託夤こ?2處，爭取中央資金數(shù)位居全國前四名。實(shí)現(xiàn)了由主要發(fā)展戶用沼氣向規(guī)?；託廪D(zhuǎn)變，由功能單一向功能多元化轉(zhuǎn)變，由單個環(huán)節(jié)項(xiàng)目建設(shè)向全產(chǎn)業(yè)鏈一體化統(tǒng)籌推進(jìn)轉(zhuǎn)變。在集中供氣、發(fā)電并網(wǎng)等方面取得了積極成效，正在不斷探索有價值、可復(fù)制、可推廣的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，農(nóng)村沼氣多元化發(fā)展的新格局初步形成。

3 河北省規(guī)?；託夤こ痰墓に囶愋?/h2>

規(guī)?；託夤こ碳夹g(shù)是一項(xiàng)以開發(fā)利用有機(jī)廢棄物（如養(yǎng)殖場糞污等）為對象，以獲取能源和治理環(huán)境污染為目的的農(nóng)村能源工程技術(shù)。

3.1 主要類型

按照機(jī)械化程度、技術(shù)工藝路線以及配套設(shè)備情況等分為兩種類型。

3.1.1 以地上厭氧發(fā)酵塔、儲氣柜為主體的沼氣工程

機(jī)械化程度高，技術(shù)工藝復(fù)雜，配套設(shè)備齊全。主要構(gòu)成系統(tǒng)：一般包括原料（廢水）的收集系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、消化（厭氧）系統(tǒng)、出料的后處理系統(tǒng)和沼氣凈化、儲存、利用系統(tǒng)。主要設(shè)備：鋼制格柵、水力篩網(wǎng)片、污水提升泵、厭氧發(fā)酵塔、儲氣柜、脫硫塔、沼氣凝水器、沼氣流量計(jì)、管道、閥門及配件、消火栓及消防設(shè)備、電氣設(shè)備、固液分離機(jī)等。厭氧發(fā)酵塔類型：分為完全混合式厭氧消化器（CSTR）、升流式厭氧固體反應(yīng)器（USR）、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、厭氧過濾器（AF）、厭氧流化床反應(yīng)器、厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器（EGSB）、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）等多種類型。目前，我省以CSTR、USR型反應(yīng)器居多。此類工程根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的目的不同，又分為兩種不同的模式：

（1）能源生態(tài)型。以用肥和用能為目的，是全國最典型的模式。畜禽糞便污水經(jīng)過厭氧消化處理后，沼氣用作能源或發(fā)電，沼渣、沼液作為有機(jī)肥用于種植業(yè)，沒有排放到自然環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了零排放、減量化、無害化和資源化。如果直接排放，仍然是嚴(yán)重的富營養(yǎng)化，會對環(huán)境造成二次污染。我省養(yǎng)殖場規(guī)?；託夤こ袒緸槟茉瓷鷳B(tài)型。

（2）能源環(huán)保。以實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放和用能為目的。有機(jī)廢水經(jīng)過厭氧發(fā)酵后，再經(jīng)過好氧處理（如曝氣）、沉淀、過濾等，排放水能達(dá)到國家規(guī)定的有關(guān)環(huán)保要求。該模式投資非常高，占地面積大，從農(nóng)村能源行業(yè)看，實(shí)際應(yīng)用較少，我省目前還沒有此類工程。

3.1.2 地下塞流式沼氣工程

50～100立方米地下塞流式沼氣工程拱頂做儲氣室或配套建立儲氣柜，具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于增溫保溫、運(yùn)行管理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，通過地上配套建陽光板采暖溫室，較好地解決了冬季受氣溫影響不能正常運(yùn)行的問題，無須更多動力費(fèi)用，比較適合小規(guī)模養(yǎng)殖場的糞污處理。河北省已制訂發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)《畜禽養(yǎng)殖廠用塞流式水壓沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集》。

3.2 主要工藝模式

我省規(guī)?；託夤こ讨饕扇⊥耆旌鲜健⑷魇?、升流式三種工藝，現(xiàn)對常用工藝進(jìn)行簡要介紹并進(jìn)行比較。

3.2.1 完全混合式工藝

先對各類畜禽糞便及其他有機(jī)物進(jìn)行粉碎處理，調(diào)整進(jìn)料TS濃度8～13%范圍內(nèi)，進(jìn)入CSTR反應(yīng)器，CSTR反應(yīng)器采用上進(jìn)料下出料方式，并帶有機(jī)械攪拌，產(chǎn)氣率視原料和溫度不同在1.0～15.0之間。沼渣沼液COD濃度和TS濃度含量高，一般不經(jīng)固液分離即可直接用于農(nóng)田施肥，是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。采用CSTR工藝產(chǎn)生的沼氣如進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），熱能輸出部分可滿足大部分北方地區(qū)冬季的原料加熱要求，不需外來能源加熱。

3.2.2 塞流式工藝

消化器為長方形非完全混合式，原料從一端進(jìn)入，呈活塞式推移狀態(tài)從另一端流出。由于消化器內(nèi)沼氣的產(chǎn)生，呈現(xiàn)垂直的攪拌作用，而縱向攪拌作用甚微。在進(jìn)料端呈現(xiàn)較強(qiáng)的水解酸化作用，甲烷的產(chǎn)生隨著向出料方向的流動而增強(qiáng)。

由于該體系進(jìn)料端缺乏接種物，所以要進(jìn)行固體的回流。

3.2.3 升流式工藝

先對各類畜禽糞便及其他有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理，除去大顆粒和粗纖維物質(zhì)（進(jìn)料TS濃度3～5%）后，進(jìn)入USR反應(yīng)器，USR反應(yīng)器采用上流式污泥床原理，不使用機(jī)械攪拌，產(chǎn)氣率視溫度不同在0.4～1.2之間。沼渣沼液COD濃度含量很高，不適宜好氧處理達(dá)標(biāo)排放，一般用于農(nóng)電施肥進(jìn)行生態(tài)化處理，是典型的能源生態(tài)型沼氣工程工藝。采用USR工藝產(chǎn)生的沼氣如進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），熱能輸出部分可滿足20℃左右溫度條件下原料的升溫要求，在我國北方地區(qū)的冬季，自身熱量無法滿足運(yùn)行要求，需要使用鍋爐或其他能量進(jìn)行加熱。

經(jīng)過以上對比分析可以看出幾種工藝各有所長，升流式工藝作為國內(nèi)較成熟的工藝，尤其適用于我省中部和南部養(yǎng)豬場糞污處理和集中供氣沼氣工程，在北方地區(qū)冬季運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益不佳；塞流式工藝適合各類中小型糞污處理沼氣工程，有一定的應(yīng)用空間；完全混合式工藝應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，效益高，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 存在的問題

4.1 沼氣工程盈利能力較差

沼肥市場還未成熟，沼渣、沼液以自產(chǎn)自用為主，尚未形成有機(jī)肥產(chǎn)、供、銷產(chǎn)業(yè)鏈條，利用方式簡單粗放，利用規(guī)模較小，綜合效益不高。沼氣以直接使用為主，沒有進(jìn)行高值轉(zhuǎn)化，收益不高?？傮w來看，目前最大的問題就是產(chǎn)業(yè)鏈條不完整，直接影響了工程的效益。

4.2 冬季運(yùn)行能耗大

我省規(guī)模化沼氣工程冬季大都采用燒鍋爐為罐體增溫，部分工程通過煤、油等常規(guī)能源實(shí)現(xiàn)增溫，運(yùn)行成本過高。

4.3 設(shè)備市場有待規(guī)范

目前規(guī)模化沼氣工程主體發(fā)酵罐材質(zhì)有鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、搪瓷拼裝罐、利浦罐等，與其配套設(shè)備種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，部分為非標(biāo)產(chǎn)品，質(zhì)量參差不齊，使用壽命短，可靠性差，而且造價差異很大。

4.4 日常運(yùn)行管理水平急需提高

沼氣工程有一定技術(shù)含量，對管理人員的維護(hù)水平有較高的要求，有些沼氣工程管理操作人員技術(shù)水平不高，再加上缺少有效的管理制度和運(yùn)行機(jī)制，使得運(yùn)行效果欠佳。

5 有關(guān)建議

河北省目前規(guī)?；託夤こ探ㄔO(shè)盡管取得了一定成效，但與發(fā)展較快的省份相比，還有相當(dāng)大的差距，與河北省面臨的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級、京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展、張家口國家可再生能源示范區(qū)建設(shè)等相比，發(fā)展速度明顯滯后。針對這些問題，現(xiàn)提出如下建議。

5.1 積極發(fā)展規(guī)?；託夤こ?/p>

緊緊圍繞種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和畜牧業(yè)發(fā)展，上連養(yǎng)殖業(yè),下促種植業(yè)，堅(jiān)持因地制宜、發(fā)酵原料多元化、多種模式發(fā)展，引導(dǎo)各種社會力量參與工程的建設(shè)和運(yùn)營，推廣沼氣、沼渣、沼液全產(chǎn)業(yè)鏈綜合高效利用模式，提升綜合效益。探索專業(yè)化沼氣發(fā)展模式，鼓勵通過向農(nóng)戶供氣、養(yǎng)殖場自用、發(fā)電上網(wǎng)、提純壓縮等多種方式開展沼氣多元化利用。支持建設(shè)沼肥儲存、加工、濃縮、運(yùn)輸設(shè)施設(shè)備，拓展利用渠道，提高附加值。

5.2 試點(diǎn)示范以“沼氣循環(huán)”為紐帶的“1233”模式

一沼：優(yōu)先利用一處沼氣現(xiàn)有工程；雙聯(lián)：左聯(lián)種植業(yè)、右聯(lián)畜牧業(yè)；三改善：改善農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、改善農(nóng)民生活環(huán)境、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境；三促進(jìn)，促進(jìn)沼肥開發(fā)利用、促進(jìn)一、二、三產(chǎn)業(yè)融合與農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)，促進(jìn)高端農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)沼氣、沼渣、沼液的全價值鏈開發(fā)與循環(huán)利用。

5.3 解決冬季運(yùn)行成本高的問題

規(guī)模化沼氣工程冬季避免采用常規(guī)能源進(jìn)行增溫，鼓勵熱電聯(lián)產(chǎn)，收集發(fā)電機(jī)余熱，輔助生物質(zhì)壓塊或沼氣燃燒，進(jìn)行罐體增溫。有條件的地區(qū)可采用地?zé)峄虻卦礋岜迷鰷?，靠近焦化、煉鋼等企業(yè)的，可以利用廢水余熱增溫。

5.4 提高沼氣工程管理水平

督促沼氣工程業(yè)主建立長效管理運(yùn)行機(jī)制，要求沼氣站內(nèi)規(guī)章制度和操作規(guī)程上墻，操作人員持證上崗，每年組織沼氣站工人技術(shù)和安全操作培訓(xùn)，重點(diǎn)講解安全操作規(guī)程，特別強(qiáng)調(diào)“哪些操作是必須的，哪些事情是嚴(yán)禁的”，提高操作人員技術(shù)水平，杜絕事故隱患，確保運(yùn)行安全。