1、生物質發(fā)電成套設備國家工程實驗室生物質發(fā)電成套設備國家工程實驗室 2019.10 2019.10 楊世關楊世關主要內容主要內容 一、生物質轉化為氣體燃料的技術途徑一、生物質轉化為氣體燃料的技術途徑 二、生物質厭氧發(fā)酵產沼氣技術二、生物質厭氧發(fā)酵產沼氣技術 三、生物質熱化學氣化技術三、生物質熱化學氣化技術一、生物質轉化為氣體燃料的技術途徑一、生物質轉化為氣體燃料的技術途徑 二、生物質厭氧發(fā)酵產沼氣技術二、生物質厭氧發(fā)酵產沼氣技術1 1、沼氣技術概述、沼氣技術概述 由由CH4 、CO2、H2 和和H2S組成的可燃性氣體組成的可燃性氣體 1.1 沼氣的組成及熱值沼氣的組成及熱值 屬于中熱值氣體，屬于

2、中熱值氣體，20MJ/m3 左右左右1.2 沼氣技術的特點沼氣技術的特點1原料來源具有廣泛性原料來源具有廣泛性畜禽糞便：各種動物糞便農作物秸稈：玉米秸稈、小麥秸稈等高濃度有機廢水：酒精廢水、啤酒廢水、味精廢水等水生生物：水葫蘆、藍藻等有機渣滓：渣滓填埋氣食品加工廢棄物：屠宰加工廢棄物等 我國目前禽畜糞便總排放量約為我國目前禽畜糞便總排放量約為2121億噸，這些糞便每年可產沼億噸，這些糞便每年可產沼氣氣400400多億立方米，發(fā)電約多億立方米，發(fā)電約800800億度，裝機容量可達億度，裝機容量可達10001000萬千瓦。根萬千瓦。根據畜牧業(yè)開展規(guī)劃，據畜牧業(yè)開展規(guī)劃，20202020年，中國畜禽

3、糞便量將到達年，中國畜禽糞便量將到達4040億噸。中國億噸。中國沼氣資源潛力將進一步添加，估計裝機容量可達沼氣資源潛力將進一步添加，估計裝機容量可達20002000萬千瓦以上。萬千瓦以上。1.2 沼氣技術的特點沼氣技術的特點2 能量轉化具有高效性能量轉化具有高效性 同樣的土地面積消費的生物質轉化為生物乙醇、生物柴油、生物質液體燃料和沼氣這些不同方式的燃料相比，轉化為沼氣獲取的能量最多。1.2 沼氣技術的特點沼氣技術的特點3 能源、環(huán)境與生態(tài)友好性能源、環(huán)境與生態(tài)友好性沼氣發(fā)酵強化了自然界中物質的循環(huán)利用。發(fā)酵過程不僅產出了能量，而且發(fā)酵剩余物還具有很好的肥料價值，此外，沼氣利用過程可以實現二氧

4、化碳零排放。因此，沼氣技術的運用可以促進環(huán)境維護和生態(tài)農業(yè)的開展。1.2 沼氣技術的特點沼氣技術的特點4 與現有天然氣利用設備之間易于銜接性與現有天然氣利用設備之間易于銜接性沼氣的主要可燃成分和天然氣一樣都是甲烷。因此，經過物理或化學吸附方法脫除沼氣所含的二氧化碳后就可制成生物天然氣，生物天然氣完全可替代天然氣進展運用，因此天然氣的一些成熟的運用設備，如儲氣罐、熄滅器、輸氣管網等均可被生物天然氣運用。這一特性使降低了該技術推行的本錢。1.2 沼氣技術的特點沼氣技術的特點5與生物質適度規(guī)?；玫钠ヅ湫耘c生物質適度規(guī)?；玫钠ヅ湫?生物質資源的分散性決議了其能源化開發(fā)應該走“適度規(guī)?；?。

5、沼氣技術以其規(guī)模適度、能實現物質和能量的梯級開發(fā)利用而成為生物質開發(fā)利用的一個重要開展方向。2 2、沼氣發(fā)酵原理與工藝、沼氣發(fā)酵原理與工藝2.1 沼氣發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵原理(3)產甲烷發(fā)酵復雜有機化合物碳水化合物、蛋白質、脂類等簡單有機化合物單糖和雙糖、氨基酸、肽等揮發(fā)性脂肪酸和醇丙酸、丁酸和乙醇等H2 + CO2乙酸CH4 + CO22 2、沼氣發(fā)酵原理與工藝、沼氣發(fā)酵原理與工藝2.2 沼氣發(fā)酵工藝沼氣發(fā)酵工藝1 工藝流程工藝流程2 2、沼氣發(fā)酵原理與工藝、沼氣發(fā)酵原理與工藝2.2 沼氣發(fā)酵工藝沼氣發(fā)酵工藝工藝類型溫度中溫發(fā)酵常溫發(fā)酵高溫發(fā)酵進出料方式批量發(fā)酵延續(xù)發(fā)酵半延續(xù)發(fā)酵料液濃度濕發(fā)酵干

6、發(fā)酵反響器類型CSTRUASBASBR2 工藝類型工藝類型2.3 影響沼氣發(fā)酵的工藝要素影響沼氣發(fā)酵的工藝要素1 溫度1常溫發(fā)酵，指在自然氣溫或水溫條件下的沼氣發(fā)酵工藝，適宜的溫度范圍為1030。2中溫發(fā)酵，指發(fā)酵溫度在3040條件下的沼氣發(fā)酵工藝，適宜溫度為3538。3高溫發(fā)酵，指發(fā)酵溫度在5060條件下的沼氣發(fā)酵工藝，適宜溫度為5255。2 C/N厭氧發(fā)酵微生物適宜的C/N范圍為2030:13pH值 厭氧處置過程中，水解菌和產酸菌對pH的順應范圍相對較廣，大多數該類細菌可以在5.08.5的pH范圍內正常生長繁衍。但對于產甲烷菌，適宜其生長的pH范圍相對較窄，在6.57.8之間，這也是通常情

7、況下厭氧處置過程所應采用的pH值范圍。4接種污泥 活性污泥對厭氧發(fā)酵過程的影響突出表如今兩個方面，其一是它的活性，常用污泥比產甲烷活性表示，其二是其沉淀性能，它是影響反響器內污泥濃度的最為重要的要素。5容積負荷 反響器單位有效容積在單位時間內接納的有機物量，稱為容積負荷率，單位常用kgCOD/m3d或kgBOD/m3d表示。6攪拌 攪拌的主要作用：添加微生物與有機物的接觸，消除反響器內存在的濃度梯度和溫度梯度，從而加快發(fā)酵速度，提高產氣量。此外還可起到破壞浮渣層，便于氣體排出的目的。攪拌強度要根據反響器的實踐運轉效果來確定，適度的攪拌有利于提高反響器運轉效率和沼氣產率，而猛烈的攪拌那么會產生相

8、反的效果。3 3、厭氧反響器、厭氧反響器三個廢油桶做成的沼氣池三個廢油桶做成的沼氣池3.1 全混厭氧反響器(CSTR)3 3、厭氧反響器、厭氧反響器600m3一體化氣柜進料安裝攪拌安裝u能很好的順應固含率原料發(fā)酵的需求 由于經過強迫攪拌來實現發(fā)酵原料與微生物的混合，因此，CSTR可以很好的順應秸稈、糞便類原料厭氧發(fā)酵的需求。u抗負荷沖擊才干強，順應半延續(xù)發(fā)酵的需求 攪拌作用可以將進入的原料很快與反響器內的發(fā)酵液進展均勻的混合，因此改工藝具有很強的抗沖擊負荷的才干。u全混合降低了發(fā)酵效率 由于混合降低了發(fā)酵液的濃度，從而降低了厭氧發(fā)酵生化反響的推進力。uCSTR反響器的特點：3.2 塞流式反響器

9、HCPF)特點：進料TS濃度高 由于畜禽糞便與配兌污水不需“預處置而分別直接參與沼氣池，可人為控制進料TS濃度的提高。沒有浮渣去除的難題 由于進料TS濃度高，懸浮物難以上浮構成浮渣；即使有少量浮渣也會被不斷旋轉的葉片將其破碎且壓入發(fā)酵液中而被消化去除。能量輸出率高 高濃度發(fā)酵節(jié)約了加熱能耗假設采用“熱電聯產其工程能量輸出率可達60。由于進料總量減少一半以上，故沼液外運的能耗大為降低。3.3 升流式固體床反響器USR特點：不需攪拌，節(jié)省了運轉能耗 與CSTR相比，USR沒有攪拌安裝，因此不僅使反響器構造得以簡化，而且運轉能耗也較低?？课勰嗟淖灾叵鲁?，添加了污泥滯留時間 未消化的生物質固體顆粒和沼

10、氣發(fā)酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期(SRT)和微生物滯留期(MRT)，從而提高了固體有機物的分解率和消化器的效率。3.4 上流式厭氧污泥床反響器UASB進料安裝三相分別器3.5 內循環(huán)厭氧反響器IC)回流管出水集氣管沼氣氣水分離室二級分離器沼氣提升管一級分離器進水精處理區(qū)污泥膨脹床3.6 膨脹顆粒污泥床反響器EGSB)沼氣出水沉淀區(qū)反射板污泥床進水Biobed EGSBBiothane UASB分別器為三層折流板分別器專利技術分別器為三層折流板分別器專利技術分別器為二層折流板分別器專利技術分別器為二層折流板分別器專利技術布水

11、系統(tǒng)采用直管布水布水系統(tǒng)采用直管布水布水系統(tǒng)采用蛛網狀管網布水布水系統(tǒng)采用蛛網狀管網布水氣體設計上升流速為氣體設計上升流速為10m3/m2h氣體設計上升流速為氣體設計上升流速為1.5m3/m2h液體設計上升流速為液體設計上升流速為10m3/m2h液體設計上升流速為液體設計上升流速為1.5m3/m2h平均設計平均設計COD容積負荷為容積負荷為30kg/ m3d平均設計平均設計COD容積負荷為容積負荷為15kg/ m3d液體回流比率為液體回流比率為10:1液體回流比率為液體回流比率為3:1有機負荷回流比率為有機負荷回流比率為10:1有機負荷回流比率為有機負荷回流比率為3:1Biothane公司的U

12、ASB和EGSB反響器設計對比3.7 厭氧濾器AF)沼氣出水回流進水沼氣出水進水回流出水進水沼氣上流式下流式平流式3.8 厭氧塘Lagoon)3.9 厭氧干發(fā)酵設備DRANCO反響器VALORGA發(fā)酵罐圓 筒 型 沼 氣 池4.1 圓筒型沼氣池曲 流 布 料 沼 氣 池B型4.2 曲流布料沼氣池特點：特點：、池底由進料口向出料口傾斜、池底由進料口向出料口傾斜,把池底部最低點設在出料間底部把池底部最低點設在出料間底部,在傾斜池底作用下構成一定的流動推力在傾斜池底作用下構成一定的流動推力,實現主發(fā)酵池進出料自流實現主發(fā)酵池進出料自流。、原料進入池內由分流板進展布料、原料進入池內由分流板進展布料,構

13、成多路曲流構成多路曲流,添加新料分散添加新料分散面面,充分發(fā)揚池容負載才干充分發(fā)揚池容負載才干,提高池容產氣率。提高池容產氣率。、擴展池墻出口、擴展池墻出口,并在內部設隔板并在內部設隔板,塞流固菌。塞流固菌。、天窗蓋下部設吊籠、天窗蓋下部設吊籠,利用內部氣壓、氣流產生攪拌作用利用內部氣壓、氣流產生攪拌作用,緩解上緩解上部料液結殼。部料液結殼。橢 圓 型 沼 氣 池4.3 卵圓形沼氣池強 回 流 沼 氣 池 設計特點是設計特點是: (1)在池型構造上在池型構造上,改長方形水壓箱為頂置式半環(huán)形水壓箱改長方形水壓箱為頂置式半環(huán)形水壓箱(草相酸化池草相酸化池),增設攪拌出料管、手動攪拌出料器和單向閥增

14、設攪拌出料管、手動攪拌出料器和單向閥; (2)在發(fā)酵工藝上在發(fā)酵工藝上,改半延續(xù)發(fā)酵為延續(xù)發(fā)酵改半延續(xù)發(fā)酵為延續(xù)發(fā)酵,改糞草混合發(fā)改糞草混合發(fā)酵為糞草兩相分別發(fā)酵。酵為糞草兩相分別發(fā)酵。 優(yōu)點：優(yōu)點： (1)容積產氣率高。容積產氣率高。 (2)處理了出料難的問題。處理了出料難的問題。 (3)全年產氣平衡穩(wěn)定。全年產氣平衡穩(wěn)定。 (4)容積小容積小,投資和占地少。投資和占地少。點 蓋 槽 式 沼 氣 池4.4 點蓋式沼氣池特點：特點：1、改大蓋為小蓋，可以防止大活動蓋笨重安放不便，密封時要、改大蓋為小蓋，可以防止大活動蓋笨重安放不便，密封時要求技術較高的弱點，而且蓋口小不僅加強了池體的整體性，求

15、技術較高的弱點，而且蓋口小不僅加強了池體的整體性，可延伸運用時間，還可限制人入池，加強了平安性，導氣管可延伸運用時間，還可限制人入池，加強了平安性，導氣管從點蓋口嵌入，可防止積水并便于檢修；從點蓋口嵌入，可防止積水并便于檢修；2、將原削球型池底改為槽式池底，以便于出料；、將原削球型池底改為槽式池底，以便于出料；3、擴展直徑，減少池子的深度，添加發(fā)酵菌種與原料的接觸面、擴展直徑，減少池子的深度，添加發(fā)酵菌種與原料的接觸面，以利于提高產氣量和減輕出料的勞動強度；，以利于提高產氣量和減輕出料的勞動強度；4、添加出料間的長度，擴展寬度，并在出料間后增設臺梯；、添加出料間的長度，擴展寬度，并在出料間后增

16、設臺梯；5、改平擋為、改平擋為“刀口型擋墻，方便提取沉渣。刀口型擋墻，方便提取沉渣。自 動 排 渣 沼 氣 池4.5 自排渣沼氣池分 離 浮 罩 沼 氣 池4.5 分別浮罩式沼氣池商品化沼氣池商品化沼氣池 5、沼氣工程平安 6、沼氣工程案例引見資料來源：德國WELTEC BIOPOWER GmbH 德國大型農場沼氣工程養(yǎng)雞場沼氣工程養(yǎng)雞場沼氣工程 中丹生物能源大型車用沼氣工程是由河南安陽貞元集團與丹麥IFU基金/CSR Capital/NIRAS結合體合資興建的國內首座大型商業(yè)化車用沼氣工程。該工程由青島天人環(huán)境股份以EPC方式總包建立，技術支持方為丹麥NIRAS公司。 位于河南省安陽市西南郊，總投資5500萬元，占地50畝。 城市有機渣滓沼氣工程投加原料投加原料公廁糞污公廁糞污原