畜禽养殖场沼气发电工程运行模式研究

摘要：畜禽养殖产业存在相当大的污染问题，该产业的快速发展造成的废水和粪便的污染量增大，若能将畜禽养殖产业中产生的大量的废水和粪便污染物进行有效利用，提高节能减排，对环境保护会起到积极作用。可以对畜禽养殖场进行沼气工程的实施，并通过沼气工程运行产生的沼气进行脱硫净化后用于发电。

关键词：沼气工程；沼气发电；沼气利用模式；畜禽养殖场；环境污染 文献标识码：A

中图分类号：S216 文章编号：1009-2374（2016）21-0083-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.21.040

畜禽养殖产业中大量的废水与粪便的堆积对环境造成了很大的影响，而且在之前畜禽粪便除了被用于农业施肥外并无其他用处。随着科技的发展，沼气工程项目的开发和使用，畜禽粪便的价值翻了好几番，变废为宝。沼气工程的运行在节能减排、降低环境污染方面做出了巨大的贡献。在利用先进技术，选对合适的技术路线，并在使设施有效运行与得到良好维护的前提下，在畜禽养殖场进行沼气项目的运行，以达到沼气工程最终在大型的畜禽养殖场中实现低碳环保、可再生资源与绿色投资优选的目标项目。

1 国内外沼气发电现状

目前，利用沼气进行发电在发达国家已经被广泛推广并得到重视，比如在美国有能源农场、德国颁布可再生能源促进法、荷兰的绿色能源等。利用生物质能发电并网在西欧许多国家，比如德国、芬兰、法国等占据能源总量的10%左右，而且在持续增加的状态。现阶段，沼气工程发展最成功的国家之一就有德国，在德国沼气工程基本上都可以发电上网。

在我国，沼气发电工程的开发利用比较晚，所以较发达国家还有一定的差距。我国四川省首先对沼气发电进行研究，然后有许多科研机构对沼气发动机在改装与热效率的提高方面展开了研究。当下我国推广的沼气发电机组实施发电上网与并网有些问题存在：（1）养殖企业的发展在我国并不平衡，具备规模化的沼气发电工程拥有规模小与分散性强的特点，许多沼气工程的平均年产值在十几万到几十万立方米之间不等，建造的沼气发电站装机却只有几十到几百千瓦。若想通过每天只能提供有限量电力的沼气发电经电网、公用事业或者企业直接传输给消费者使用，会造成这些电力公司出现负荷匹配与安全运行等管理的问题；（2）与火电相对比，沼气发电的成本远高于火力发电，因此电网企业只能用超出常规能源的电价对沼电进行收购，沼气发电才可以有赢利，但是若没有强制的政策或者优惠补贴，电网企业更愿意收购价格低的电力。因此不难看出，沼气发电并没有太大的经济市场，也导致对沼气发电工程进行投资的人非常少。（3）在我国，沼气发电一般只用于柴油机与汽油机的浅层次改装，没有深入地对发电机热工性能进行研究，所以产品质量不达标运行中很容易出现问题。

2 畜禽养殖场沼气工程运行介绍

第一，工程采用西门子PLC系统，用WINCC进行组态。图1是畜禽粪便发酵，沼气生成工艺画面。

第二，厌氧罐进出料自动控制。如图2所示：

其中厌氧罐进出料自动控制包括如下三种方式：（1）单次进料。2个厌氧罐先后进一次料，进完料后自动停止。2个罐的进料时间长短可以单独设置。（2）单次出料。2个厌氧罐先后出一次料，出完料后自动停止。2个罐的出料时间长短可以单独设置。（3）连续进出料。第一步，第一个罐先出料。时间到达设定的进出料时间片长度后进入下一步；第二步，第一个罐进料，第二个罐出料。时间到达设定的进出料时间片长度后进入下一步；第三步，第一个罐结束进料，第二个罐进料。时间到达设定的进出料时间片长度后进入下一步；第四步，第二个罐进料完成。等待两次进料之间的时间间隔到达后再次进料。以上步骤循环执行，直至达到设定的自动进出料次数后自动停止工作。

3 沼气工程将畜禽粪便变废为宝并用沼气发电形成经济循环

第一，在我国农业源的污染当中，畜禽的粪便是最为严重的污染物。畜禽养殖场的快速发展带来了大量的废物和污水的出现，比如某大型蛋鸡养殖场中如果年产到5亿颗鸡蛋，那么随之而产生的废物和污水就分别会达到8万吨和12万吨，假如这些污染物不能马上清理干净，那么养殖场的周边就会有臭气飘浮，造成环境污染，影响人们的正常生活。所以利用这些污染物进行沼气工程的运行，并对产生的沼气进行脱硫净化发电，转成新能源，解决了污染问题的同时达到了节能减排的效果，还可以用此来增加收入。不仅大的畜禽养殖场可以搞牛粪以及畜禽粪便的发电项目，小的畜禽养殖场也可以操作。畜禽养殖场中冲洗产生的废水和畜禽粪便经储肥池、预混池稀释以后进行加工成浆，然后进入发酵罐，产生沼气，沼气再经气水分离器以及脱硫器等装置进入发电机进行发电。在沼气发电技术被引进后，不仅可以使养殖场的电力自给得以实现，另外还可以在牧场内发展低碳农业。其中沼气脱硫净化工艺画面如图3所示。生成的沼气经脱硫、冷干后存储，用于发电。这里大多设备是定时控制的，只有MBV0401采用自动控制，控制AT0402氧含量。按控制按钮，弹出画面如图4所示：

若要调节MBV0401电动调节阀，先要给设备通电。

手动时手动输入开度输入多少，实际输出就是

多少。

自动时MBV0401每20分钟调节一次，手动输入开度跟随实行输出开度变化。

氧含量低于低限 MBV0401电动调节阀输出开度+调节量1

氧含量低于低低限 MBV0401电动调节阀输出开度+调节量1、2

氧含量高于高限 MBV0401电动调节阀输出开度-调节量1

氧含量高于高高限 MBV0401电动调节阀输出开度-调节量1、2

畜禽的粪便不只能用于发电，畜禽粪便在经过发酵后会产生沼液，沼液在与秸秆混合以后产生沼气，最后经过提纯压缩转变成生物燃气供给附近村民使用。这样一来，废弃物被有效利用并转换成可以被广泛应用的能源，也因此形成了新的产业链。将其循环的产业链进行延伸，使畜禽粪便得到更好的利用及其加工。例如，作为沼气工程中出现的附属产品沼液需要谨慎处理，若对其处理不好很可能会出现新的污染。在畜禽中鸡的肠道较短，吃进去的营养物质有一半以上没有被吸收就直接被排出体外，所以鸡粪在经过厌氧发酵之后，其中仍然含有可以促进植物生长的有益物质，再经过压缩提纯浓缩技术，最终沼液转换成“植物生长促进液”，此种高端肥料可以在各种蔬菜、果树以及花卉等经济作物上广泛应用，不仅可以增加产量，同时还可以提高其的品质。牛粪在经过发酵后的沼渣可以制成有机的固体复合肥，而沼液可以经过一系列技术加工成液态肥料等。

第二，从目前我国产沼气的潜力、沼气发电水平以及政策引导与市场需求的情况来分析，不难发现沼气发电产业在以后会有很大的进展。在沼气工程中引入沼气发电，不但使沼气工程产业链得到了延长，而且还使沼气工程的整体技术水平得到提升，同时还可以利用沼气发电进行内部使用而带来不错的资金回报。畜禽养殖场通过“养殖沼气工程功能与沼气发电”的模式对养殖场产生的污染物进行了解决，同时也实现了变废为宝、废物再利用的资源化利用，使资源得到循环的利用，对生态环境起到了保护的作用，为沼气工程技术得到很好的推广与控制畜禽粪便污染奠定了基础。

4 结语

沼气作为可再生的清洁能源，不但可以将秸秆、薪柴等原始的生物质能源进行替代，还可以将煤炭等商品能源代替，并且沼气能源的效率与品质远远高于秸秆、柴以及煤炭等能源。中国的环境已经不能承受重大污染的发展模式，包括农业资源、农村经济、农业发展必须依靠新能源。（1）沼气是重要的环节，沼气发电，提供更多的环保电能，减轻环境污染；（2）废物利用，充分利用沼气，产生经济效益，变废为宝。既充分利用了资源，又保护了环境，而且创造出了更多更有价值的资源，产生经济效益，也对缓解温室效应有一定的作用。可见，大力发展畜牧养殖场沼气发电工程势在必行。

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