沼气新技术论文.docx

沼气新技术论文.docx

《沼气新技术论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沼气新技术论文.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

沼气新技术论文

沼气新技术

摘要：

详细阐述了发展沼气的重要意义，提出了几种利用沼气的新技术，包括沼气发电技术、沼气生态农业技术、家用沼气池输配导流改装新技术、“超IC”沼气新技术等，并展望了农村沼气的发展前景。

关键词：

可再生；能源；沼气；新技术；环境

NewTechnologyofBiogas

Abstract：

Thisarticleelaboratedtheimportanceofbiogas,broughtupkindsofnewtechnologyofbiogas,suchasgeneratingelectricitywithbiogas,biogaseco-agriculturaltechnology,biomassconversiontechnology,“Super-IC”biogasnewtechnologyandsoon,.andforecastedtheprospectofthebiogastechnology.

Keywords：

renewable；energy；biogas；newtechnology；environment

1.概述

能源是人类赖以生存的基础，也是人类从事生产和社会活动的基础。

能源的开发利用程度标志着人类社会的进化和发展的程度。

随着现代社会的发展和人民生活水平的提高，人类的能源消耗迅速增长，能耗的增长速度大大超过了人口增长速度。

据能源专家预测，以目前的消耗速度，地球上已探明的储藏，每大约还能维持200年，石油大约40年，天然气约60年。

而且全世界的石油产量，很可能在2010年左右即达到峰值，并从此以后开始下降。

传统的化石能源不仅数量有限，而且已经造成严重的生态失衡和环境污染。

人类不能无节制地向自然索取，只有合理地开发和利用能源，与自然和谐相处，才能从根本上解决能源问题。

我国的现代化建设，在很大程度上取决于能源的充分供应和有效利用。

开发无污染、可再生的新能源与能源转换技术是科技界的当务之急。

根据来源的不同，可以将能源分为来自太阳的辐射能量、地球内部固有的能量、地球与其他天体互相作用产生的能量共三大类。

见表1.1。

表1.1能源的分类

可再生能源

不可再生能源

第一类能源

（直接或间接来自太阳辐射）

太阳能、风能、水力能、海浪能、海流能、海水温差能、生物质能

煤、石油、天然气、油页岩、可燃冰

第二类能源

（地球内部带来的能量）

地热能、火山、地震、海啸

核燃料（铀、钍等）

第三类能源

（地球—天体相互作用能）

潮汐能

其中生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源,具有资源丰富、含碳量低的特点,加之在其生长过程中吸收大气中的C02,因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环,而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料,成为解决能源与环境问题的重要途径。

沼气是一种具有较高热值的可燃气体,与其它燃气相比,其抗爆性能较好,

是一种很好的清洁燃料,传统上大多利用沼气进行取暖、炊事和照明,随着沼气产量的不断增加,如何更高效地利用沼气,成为摆在我们面前的一项课题。

2.沼气发电前景广阔

沼气发电工程本身是提供清洁能源,解决环境问题的工程,它的运行不仅解决沼气工程中的一些主要环境问题,而且由于其产生大量电能和热能,又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景。

2.1有助于减少温室气体的排放

通过沼气发电工程可以减少CH4的排放,每减少1吨CH4的排放,相当于减少25吨C02的排放,对缓和温室效应有利。

2.2有利于变废为宝,提高沼气工程的综合效益

我们以沼电在酒厂中的的综合效益为例：

四川荣县进行了120kW沼气发电的生产和示范。

用酒糟废水经厌氧消化产生沼气,发电效率为1.69kWh/m3,当年成本为0.0465元/kWh。

沼电能够基本满足该厂的生产用电。

山东昌乐酒厂安装2台120kW的沼气发电机组,170m3酒糟日产沼气4800m3,发电8640kWh,全年能源节约开支29万元,工程运行一年即收回全部成本。

杭州天子岭填埋场发电工程在运行过程中,在平均电价为0.438元/kWh的条件下,投资回报率可达14.8%。

2.3可减少对周围环境的污染

由于综合利用手段单一,很多沼气工程产生的沼气大量排入大气中,不仅严重污染周围的环境,也对工作人员的安全和健康产生了极大的威胁,沼气发电则为沼气找到了一条合理利用的途径。

2.4小沼电为农村地区能源利用开辟新途径

我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电,如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难,而这些地区却有着丰富的生物质原料。

因地制宜地发展小沼电,犹如建造微型“坑口电站”,可取长补短就地供电。

3.沼气发电技术进展状况

沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能,是有效利用沼气的一种重要方式。

目前用于沼气发电的设备主要有内燃机和汽轮机。

我国开展沼气发电领域的研究始于八十年代初,1998年全国沼气发电量为1055160kWh。

在此期间,先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高

热效率方面的研究工作。

我国的沼气发动机主要为两类,即双燃料式和全烧式。

目前,对“沼气一柴油”双燃料发动机的研究开发工作较多。

如：

中国农机研究院与四川绵阳新华内燃机厂共同研制开发的S195—1型双燃料发动机；上海新中动力机厂研制的20/27G双燃料机等。

成都科技大学等单位还对双燃料机的调速、供气系统以及提高热效率等方面进行过研究。

潍坊柴油机厂研制出功率为120kW的6160A-3型全烧式沼气发动机；贵州柴油机厂和四川农业机械研究所共同开发出60kW的6135AD（Q）型全烧沼气发动机发电机组。

此外,还有重庆、上海、南通等一些机构进行过这方面的研究、研制工作。

可以说,目前我国在沼气发电方面的研究工作主要集中在内燃机系列上。

4.沼气生态农业技术

图1农村沼气池

沼气生态农业,通俗地说,就是通过建沼气池,利用人畜粪便、生活污水及农业废弃物等入池发酵,产生的沼气、沼液和沼渣用于日常生活和农业生产,从而形成生活———沼气发酵———生态农业的良性发展体系。

4.1沼气生态农业的特点

沼气生态农业技术是农村经济发展的菜篮子工程,家庭收入的重要组成部分,是农民致富奔小康的好途径,这种地位和作用是其自身的特点和优势决定的。

4.1.1有利于生物质的综合利用

沼气生态农业技术充分利用太阳能,使太阳能转化为热能,又转化为生物能,使沼气和沼气肥达到合理利用,使生物质相互转化,多级利用,使生物质利用达到良性循环,是农业的可持续发展必由之路。

如北方模式,一方面,通过沼气发酵,获得的沼气可解决农户的生活用能,产生的沼气肥是一种优质的无污染的肥料,施用于蔬菜地（大中型沼气工程的沼气肥有的也用于大田作物）,不但可代替化肥和减少农药的使用量,而且使土壤增加了有机质,提高土壤肥力,促进沃土工程的发展。

另一方面,猪呼吸排出的二氧化碳通过内山墙的通气孔流进日光温室,使温室内二氧化碳含量从0.1‰增加到1.2‰,有利于蔬菜生长。

而日光温室内蔬菜通过光合作用呼出氧气,通过气孔流进到猪舍,有利于猪的生长。

4.1.2有利于多业结合

沼气生态农业技术的推广,把种植业、养殖业、能源、农业环保连在一起,达到生态农业的良性循环,形成无污染和无废料的农业。

养殖业和种植业通过以沼气为纽带,紧密联系在一起,形成一个完整的循环体系,使之达到多业结合,集约经营,这种循环体系采用先进的生产技术,达到高度利用有限的土地、劳力、时间、资金等,以获得高效益的增加。

4.1.3有利于合理利用资源

沼气生态农业技术的推广,对于可利用的资源,根据当地的自然条件,达到科学地合理的开发和利用,如土地、时间、资金等有限的资源通过太阳能转换,可达到高效率的利用,可促使农业生产向大农业转化,有利于“两高一优”农业的发展,达到少投入,多产出的目的,同时对土地和环境做到有效保护。

4.1.4有利于环境的保护

过去养猪,猪粪污染环境,粪便中含有大量的病原体,它可通过多种途径污染水体、大气、土壤和植物,直接或间接地影响人体健康。

推广沼气生态农业技术后,猪粪便直接流进沼气池。

一是防治粪便污染环境。

二是猪粪便经过沼气发酵后,沼气肥达到无害化效果,以北京地区为例,钩虫卵、蛔虫卵30天被杀灭,沙门氏菌6天被杀灭,痢疾杆菌40天被杀灭。

三是减少了对土壤的污染。

四是消灭了蚊蝇滋生场所,切断病原体的传播途径。

因此,沼气发酵处理粪便,净化了环境,减少了疾病,大大改善了农村的卫生面貌,提高了农民的健康水平。

多年来调查表明,北京地区,普及沼气的村,农民的肠道传染病发病率减少50%～90%,如大兴县留民营村1980年普及沼气后,基本消灭了肠道传染病；畜牧传染病菌明显下降,一般猪减少72%,鸡减少52%。

4.2沼气生态农业技术的综合效益

4.2.1能源环境效益

实例：

北京市为例,首先是一户在333～1000m2菜地庭院内,一次性投资1000～1500元,建一个8～10m3沼气池,年养猪10余头,正常运行一年,基本上解决了一家3～5口人的炊事用能,每年可节约煤炭1～2吨。

（每吨按500元计）可节约500元左右。

在山区减少了薪柴、林木的砍伐量,保护了森林资源,提高了森林的覆盖率,防止了水土流失,促进了退耕造林种草,加快恢复了绿色植被建设步伐。

因此,推广沼气生态农业技术是改善生态环境是加快农村小康社会建设的重要措施之一,而农村沼气生态农业技术对于维护和改善农业生产条件,增强农业发展后劲,实现农业生态良性循环,也具有重要作用。

其次是减排二氧化硫、二氧化碳,一口沼气池一年可减排13千克二氧化硫,1.5吨二氧化碳,净化了空气质量。

第三是沼气发酵可以杀灭蚊蝇、虫卵、传染病菌等,防止疫病的传播,有效地改善了农村环境卫生状况,保护了农民的身体健康。

4.2.2经济效益

一是增加产量、改善品质。

沼液和沼渣中含有18种氨基酸、生产激素、抗生素和微量元素,是高效优质的有机肥。

施在果树上可增产10%左右,蔬菜上增产15%左右,同时减少了化肥和农药的用量,使农产品真正体现出无公害绿色优势。

二是,节支增收。

沼气生态农业技术大棚养猪比一般圈养节约成本20%左右,并将人畜粪便进行沼气发酵,产生的沼气解决生活燃料的投资,能极大地减少农户做饭、烧水等费用,尤其是当前农村用煤每吨高达500多元,其经济效益很可观了。

以北京3口之家建一口8～l0m3的沼气池,约需投资2000元左右,利用这口沼气池在当前煤涨价的情况下,农户年可节省燃料和电费500多元,减少化肥和农药使用量,节支200多元,一口沼气池带来的直接效益在700多元。

如果把沼气综合利用与农业生产活动直接联系起来,又将成为发展庭院经济、发展生态农业,增加农民收入的重要手段。

沼液浸种使粮食每亩增产3%～5%,养鱼每增产5%,养猪可提前出栏1个月；将沼气用于贮粮,不但减少了化学农药的消耗和粮食损失,还消除了粮食贮存中的污染；将沼气用于水果保鲜,保持了水果的品质,延长了供应时间,提高了经济价值；沼液用于果树、农作物叶面施肥,增强强了抗病性和防冻能力；沼渣用于施肥、栽培食用菌,提高了土壤肥力,增加了无公害蔬菜产量,其效益会更大。

又如北方模式,即太阳能（塑料大棚）、沼气、种植、养殖业四位一体,与普通大棚相比较,冬季黄瓜、番茄和茄子等每亩可增产15%左右,而且都是无污染的优质产品；生猪在冬季仍可增重出栏；又由于自产能源和肥料,大大节省支出。

农户年人均纯收入超千元。

5.家用沼气池输配导流改装新技术

实践证明，家用沼气池是成功的，但用户往往达不到理想的使用效果，主要原因是沼气输配导流中存在问题。

为此，针对这个问题，我们加以突破。

5.1改变导气短管内径和材质

目前国内的沼气导气短管没有一种能和输气管道内径一致，这样在沼气输配系统的第一关带来了一大压力损失。

为了达到材质要好、内径一致的要求，我们最终选用10mm的聚氯乙稀硬管，选取长25cm的硬管一段为导气管，但硬管是圆的，不易同混凝土牢固结合，为此，我们在导气管一端距端部2cm处，粘了半只通过机械加工的硬三通，起挂脚作用，这样就制造成一只材质与管道相同，内径与管道一致，无压力损失的导气短管。

5.2合理改装导气管的位置

目前，硬管安装是采用胶粘的，一经安装便固定不变，如按照国家规范安装在沼气池天窗的活动盖上，则大换料时就要锯断输气管道，才能启盖，这样既麻烦又浪费材料，为此，我们将导气管改装在沼气池蓄水圈外的池顶壳上，这样一劳永逸，并在导气管的端部安装了l只硬三通，顶端安装l只变径，平时同一段透明软管粘死一端，套在上面，使其密封，使自制的导气管性能更加完善，并具有5大性能：

①可以进行打气试压和管道气密性试验；②能够测试池压变化；③可捅通导气管堵塞；④可以观察探查沼气池内液面结壳变化，收集资料；⑤减少压损。

5.3及时排除管内积水

由于沼气池内外温差所致，在输配管道中形成冷凝水，给输配气带来水阻现象，如不及时排除，严重影响用气效果。

国内只有与软管配套的集水瓶，还没有与硬管配套的集水瓶，如果按照《规范》中安装集水瓶，则要在管道中加上变径和软管，这样就增加了局部压力降（所谓局部压力降，是指沼气流过管道附件形成的压力损失）而只安装1只集水瓶也远远不能全部排除管道中的积水要求，只能排除室外部分管道中的积水，室内管道中的积水同样会造成输气水阻，影响用气。

我们通过反复调查、探索，发现水阻严重部位在室外平行管与上墙的垂直管交角处的灶具前端的弯角处，为减少局部压力降，又便于排除管道中的冷凝水，我们设计制造了软管加开关的新型排水装置，在室外平行管与垂直管交角处安装1只三通，下端接上一段透明管加l只开关，放在集水坑中，形成一只方便理想的排水装置，平时有少量的冷凝水会按水往低处流的自然规律流进集水软管，当检查到集水软管的冷凝水已快满时，只要利用沼气池有气压的时候，打开集水软管端部的开关，冷凝水即可排压，效果很理想，在灶具的弯角处安装了1只同样的排水装置，减少了水阻50%以上。

这样排水装置能自动收集管道中的冷凝水，而且排除冷凝水不需象《规范》中那样折断管道，只要打开开关放水即可。

5.4减少系统的压力损失

系统的压力损失太大是当前所有沼气供气系统普遍存在的严重问题。

经调查，池内沼气压力往往高达700～800mmH2O。

由于压力损失大，燃烧皿的火焰微弱，不能满足炊事要求;若池子好，产气也高，但由于管道系统压力损失太大，有气出不来，同样达不到正常使用的目的。

我们通过反复对照试验，在主管路选用同一管径的管道和配件用胶粘结法，采取一定的坡度，低的一端走向排水装置，得到理想的效果，硬管道比软管道输气压损失大大降低，管道越长，效果越显著。

在同一只沼气池上安装一组采用输配系统新技术安装的管道，再安装一组采用原老式安装法安装的管道，可明显看出，采用新技术安装的灶具易燃、火焰大，而且可以同时点燃2灶1灯，毫无影响，而原安装法安装的灶具火焰小，往往只能同时点燃1灶1灯，或只能点燃2灶。

同1只沼气池，输气管道超过40m时，池压有170mmH2O左右，采用新技术安装的管道，使用池内沼气，还能正常点燃灶具，而原方法安装的管道则不能点燃灶具，池内有气不能用。

5.5经济效益

将家用沼气池输配系统改装新技术推广应用后，取得良好的效益，家用沼气池输配系统改装后使用寿命长，是原使用寿命的3倍以上，仅这一项每池可节省费用35元，南城县已推广应用万余只，可节省费用40万元；同时沼气的使用率提高了20%以上，每年每池可多用气80m3，折木柴300kg，按全县万只沼气池全部采用新技术改装输配系统，每年可多用气80万m3，节省木柴300万kg，折人民币20万元。

6.“超IC”沼气新技术

自动内循环（IternalCirculation,IC）是荷兰研究开发的一种新型超高效厌氧反应器，IC反应器去除有机物的能力远远超出目前已经成功应用的UASB、AF等厌氧反应器，可以称得上是目前世界上处理效能最高的厌氧反应器，被认为是第三代厌氧反应器代表工艺之一。

在学习研究“IC”技术基础上创造出适合我国国情的沼气反应器“超IC”，内循环自动力更大，构造更简单可靠，效率更高。

“超lC”包括三大高新技术：

“超IC”大中型处理污水特高效陀螺厌氧生化反应器、“超IC”太阳能中高温沼气池、超IC”四自动于发酵沼气池。

超“IC”与“IC”相比，有9点创新提高：

1.“IC”自循环内动力只有一个，“超IC”有两个；

2.“IC”高要求在16～25m，自循环才能形成正常工作，“超IC”高不到lm也能形成理想的循环（高点更好）；

3.“IC”只适合液体料发酵，“超IC”适合不同浓度的各种原料发酵产气；

4.“IC”只适合大中型污水处理，不适合农户小沼气，“超IC”不单适合大中型污水处理也特别适合农户小沼气；

5.“IC”启动要20～50%接种量，得几十天才能正常运转，“超IC”天然菌种不器另加，满装料干发酵工艺自身产生离温，头天装料封盖好第二天即可做饭使用；

6.“IC”先进复杂昂贵群众不易接受，“超IC”每家农户都可做一个；

7.“IC”大中型污水处理、净化能力还不够强，“超IC”每家农户都可做一个；

8.“IC”运行时间长了易堵塞，“超IC”新料循环不短路没有死角，旧液沉渣即时自动溢出运行畅通；

9.“IC”池装料有效容积不足80%，“超IC”满装料全封闭运行，池有效容积大于95%。

双动力自循环超“IC”厌氧反应器的机构示意图如图2所示。

图2双动力自循环超“IC”厌氧反应器的机构示意图

图3为农村20m3“超IC”户用沼气池。

图320m3“超IC”户用沼气池

7.我国沼气综合利用前景

通过对沼气技术综合利用的总结、分析发现,沼气技术在我国具有巨大的发展潜力。

从2006年起,国家每年拿出25亿元国债巨资用于农村沼气建设,它将使我国农村生态家园富民行动步入一个快速发展的时期。

国家“十一·五”沼气建设目标是：

稳步扩大农村户用沼气池建设规模,2010年达到2700万户以上,占总农户数的10%以上（每年新增440万户）。

按全国适宜建池农户1.5亿户计算,除开目前己建成的2200万户外,每年以400~500万户的建设速度,要实现农村沼气化还需要20~30年时间。

我国是一个典型的农业大国,近80%的人口集中在农村,沼气技术综合利用能有效优化农村产业结构,激活农副产品加工业,促进农村经济的发展,改善农村环境卫生,解决部分农村人口的就业问题,更重要的是沼气技术的综合利用的发展,有利于农业可持续发展,有利于绿色经济的发展,促进“绿色—立体经济”的建立。

参考文献

[1]李书境.中国沼气发电发展现状与前景展望[J].吉林农业，2008/06.

[2]蔺金印.推广沼气生态农业新技术加快农村小康社会进步[J].北京农业，

2007/22.

[3]张小平.家用沼气池输配导流改装新技术[J].现代园艺，2008/02.

[4]超“IC”沼气新技术[P].中国乡镇企业技术市场，2005/07.

[5]王钢,我国沼气技术的利用现状与前景展望[J].应用能源技术,2007/12.

[6]可再生资源的开发与利用[M].

[7]康恒德.双动力自循环超“IC”厌氧反应器[J].太阳能，2009/02.

[8]过了冬的沼气如何过春[J].农民科技培训，2009/4.

[9]康恒德.沼气新技术_超IC_厌氧污水处理工艺[J].太阳能，2006/05.