纯秸秆连续发酵沼气集中供气技术

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以秸秆为原料生产沼气，原料来源充足、分布广泛，不受时间和空间限制，不产生沼液、焦油、废水和废气等污染物，可实现秸秆的完全生态循环和高效利用。它不仅可以解决我国大量秸秆的环境污染问题，还可为我国的沼气生产开辟新的大宗原料来源，为更大规模和更大范围推广沼气提供原料保障，为正在深入发展的社会主义新农村建设服务，具有十分广阔的推广应用前景。

一、推广和发展秸秆沼气的必要性和适用性

大量废弃秸秆导致日益严重的环境污染问题，迫切需要寻求新的出路。我国是世界上最大的农业生产国，种植业在农业生产中占据着十分重要的位置。种植业每年产生各类作物秸秆约7亿吨，其中有约50%未得到有效的处理和利用。这不但浪费了资源，而且由于大量秸秆的露天焚烧，导致严重的大气污染，并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全。秸秆的处理与利用是我国农村面临的主要的资源环境问题之一，因此迫切需要寻找新的利用途径。为此早在2007年，农业部把秸秆沼气生产技术列为我国农业和农村“十大节能减排技术”之首。

农村沼气生产遇到原料供给瓶颈，需要开辟利用秸秆资源。在农村沼气方面。目前全国已建成户用沼气池2200多万口，建成畜禽养殖场大中型沼气工程2000多处，年产沼气70多亿m3。目前我国沼气生产主要利用的是畜禽粪便，但畜禽粪便无法、也不足以保证原料的供给和上述目标的实现。首先，养殖场呈“点”分布，而用户呈“面”分布，同时受养殖市场波动的影响也很大。在没有养殖场的地方，就没有了原料来源，也就无法生产沼气。其次，可收集的畜禽粪便的产量不足以生产如此巨大数量的沼气。而秸秆分布在我国广大的种植区域，呈“面”分布，来源广泛，数量巨大，不存在原料来源问题，适用性强，可就地获得、就地建厂和就地服务于民。因此，在我国广大的农村大规模推广秸秆沼气。实现沼气生产目标，就必须开辟和利用秸秆资源。

二、秸秆利用现状

现有技术存在不足，需要研发新的秸秆能源转化技术。目前，秸秆在农村能源方面的应用主要有直接燃烧、致密成型燃料、热解气化、燃烧发电、生产燃料乙醇等。其中，秸秆致密成型燃料和热解气化技术（也就是通常所说的“气化”）在我国推广较普遍，是目前秸秆能源化利用的主要途径，其他技术尚未在农村推广应用。秸秆致密成型燃料易于储存和运输，可以取代煤、燃气等作为民用燃料进行炊事、取暖等，也可用于供热、发电等，是解决秸秆资源浪费和污染的一项重要技术手段。

对秸秆热解气化技术，我国从1990年初就已开始大力推广，并已有大规模的应用。但在推广过程中发现许多问题。如需在高温下进行，投入能量大，能效比低；产生焦油，二次污染严重；产生的可燃气热值低，可利用效率低；投资较大、管理和运行费用高等（大部分以玉米芯为原料）。因此近年来，各地已陆续限制该技术的推广。可见，现有技术不是本身存在问题，就是处理能力有限，不足以用于消化如此数量的秸秆。

因此开发推广适用农村能源的秸秆转化技术，就成为迫切需求。

三、秸秆沼气的先进性

1、与常用的生产原料-畜禽粪便发酵沼气相比

秸秆分布广泛，原料充足，可彻底解决沼气生产原料问题。秸秆发酵沼气只产生沼渣，直接作为有机肥料使用。沼液循环利用，完全没有沼液的排放，用水量很少，是符合循环经济要求的清洁生产过程。而畜禽粪便含水率高，用水量很大，产生的沼渣、沼液难以处理和利用，常未经处理就排放了，对环境造成二次污染，因而不能从根本上解决环境污染问题。秸秆沼气用水量很少，能耗少，运营成本低，秸秆可长期贮存，运输方便，价格较便宜。而畜禽粪便沼气用水量很大，能耗也大，很难达到成本运营，畜禽粪便不便于、也不能长期存放，运输不方便。

2、与热解气化技术相比

秸秆沼气技术是生物学过程，反应条件温和，可在常温下发酵，最高发酵温度也不会超过55～C。能源投入产出效益高，便于生产管理，更适于实际生产应用。而热解气化是一个热化学反应过程，至少需要在400℃以上温度进行，高温投入能量大，能效比低，也不容易控制和进行管理，在农村应用难度较大。秸秆沼气是环境友好的清洁生产过程。秸秆沼气的产物是清洁能源一沼气和有机肥料，不产生任何有害副产品（如热解气化产生的焦油等），可实现废弃物的零排放。秸秆沼气技术是资源高效利用技术。通过秸秆沼气可获得可再生能源一沼气，产生的沼渣可用来生产有机肥料，从而实现秸秆的完全资源化转化和资源的高效利用。秸秆沼气产生的沼气热值高、品位好。热解气化产生的可燃气热值只有1200大卡，而秸秆沼气的热值为5500大卡以上。

因此，利用秸秆为原料生产沼气是实现秸秆高效、清洁利用的有效途径。

四、大中型纯秸秆沼气连续发酵集中供气技术

1、项目建设的意义和必要性

开发秸秆生产沼气是解决未来农村能源需求和环境问题的一条重要出路，开发利用可再生能源是调整能源结构、保障能源安全、保护环境和实现可持续发展的需要。项目的实施是推进可再生能源特别是生物质能源科研和实际应用的需要。项目有利于推广、应用可再生能源特别是农村农业废弃物一秸秆作为生物质能源产品。可再生能源特别是生物质能源产品的实用性、可靠性和安全性对新农村建设具有推动作用，发展秸秆生产沼气是促进农村经济发展、建设社会主义新农村的重要举措。

2、秸秆发酵工艺制取沼气工艺的可行性

纯秸秆沼气是变废为宝的高效转换技术，在农村大力推广具有显著的综合效益。秸秆是世界上能为人类提供物质和燃料的可持续发展资源，取之不尽，用之不竭。但是秸秆纤维素的降解和经济高效转化研究既是一项涉及多学科的系统工程，也是一个世界性难题。现有的技术基本是投入高、成本高、效益低，但是采用纯秸秆发酵工艺制取沼气技术能使2kg秸秆发酵产生1m3沼气，每立方成本仅为1.2元左右，秸秆降解率达90%以上，秸秆发酵后的沼渣是优良的活性生物肥，是效益极高的农家肥，真正实现秸秆变肥还田，改良土壤，该工艺流程操作管理简单，运行成本低。户均2亩以上的种植面积的农村都可推广使用。

3、工艺简述

该成果采用高速发酵罐和秸杆连续发酵新工艺，原料为纯秸秆、稻草、植物茎叶等生物质，先经机械粉碎投入搅拌池配料，然后用泵打入高速发酵罐发酵，能使2kg秸秆产出1m3沼气（甲烷含量≥55%），降解率达90%以上，池容出气率≥1.1。头天投料第二天就能出气（每天连续投料和出料连续出气），不受季节影响。有的秸秆沼气技术只投秸秆难降解易酸化或降解率太低。只能达到20～50%左右的降解率，有的需要做预处理，能量损失大，不能达到理想的原料产气率，有的还需掺粪，实际应用价值低，这一难题困扰了人们尽半个世纪之久。另外该成果采用“地上高速发酵罐”技术能连续投料和出料不用大换料，好护理，并且出气量大，效益高。从造价上，护理上，效益上人们很容易接受，再采用集中供气后真正做到了方便、干净、省时省力和高效益。

4、工艺说明

原料完全采用农作物秸秆进行细粉碎，加温水或回流液、土和添加剂配料，按比例拌和均匀，用机械泵将料压入发酵罐，第二天就能产气，发酵周期设计为3个月左右，秸秆降解达到90%，能够达到2kg左右秸秆出1m3沼气。进料采用机械泵从顶端打入，出料经自压排泄从底部放料，储气采用常压气囊与0.8MPa铁罐相结合法储存。输气系统采用二级调压，管道为专用燃气PE管，由专业队伍设计、安装，采用中压储气罐，低压供农户法。主干管道设计为0.05MPa，户用设计为0.004MPa。

5、该工艺的应用案例

2008年3月份于高平市北诗镇东吴庄村建成一座DZ500型高速发酵罐纯秸杆沼气示范工程，运营非常好，每天投放750kg秸秆产出300～400m3沼气，满足一座450户自然村炊事。

2008年3月份于高平市米山镇川起村建成一座DZ500型高速发酵罐纯秸杆沼气工程，运营非常好，每天投放500kg秸秆产出约240m。沼气，现供应300户炊事用气。

2009年相继建成2座3500户，1座1500户，1座1100户集中供气工程。

6、工程特征

该工程技术适用于农村以及城市小区集中供气，动力发电，汽车燃料。一年四季均可产气，寒冷的东北也没问题，因本工程发酵自产热很高，并且有加温装置和保温构造。一切植物茎叶、秸秆、杂草等富含纤维素的生物质均可利用。含木质素多的植物，如：豆秸、棉秆等，也可以利用，但出气偏少。以上植物需经风干后才容易被粉碎，粉碎细度为16mm左右。

7、秸秆沼气工程的基本参数

（1）所出的沼气热值要达到5500大卡以上。

（2）农户每户每日用气量确保达到1m3以上，全年用量350m3以上。

（3）城区用户确保每户每日供气量达到1m3。

（4）沼气气体输配系统设计标准参照天然气设计标准（灶前压力为4KPa）。

8、实施方案

（1）气站建设根据新农村建设远景的规划和城市规划，建成一座实用性、经济性、安全性的气站。

（2）各项主要工艺技术依据北京大德圣火能源科技有限公司企业标准建造施工。

（3）储气采用德国技术生产的膜式气囊，并安装在钢罐内。

（4）储气罐采用16锰板材、罐体板厚度8mm，封头厚度10mm，最高工作压力≤0.8MPa兆帕。

（5）输配系统采用中压输配表前调压，外管网采用组合式PE燃气专用管。

（6）户内设施表前管采用镀锌管DN15，表后管（地下）采用燃气专用管，阀门采用燃气专用球阀，煤气表采用燃气表专业生产厂家产品，设计安装执行标准，CJJ94-2003《城镇燃气室内工程施工验收规范》。

9、环境保护及消防措施

（1）本项目是采用农民废弃的纯秸秆做原料，所产沼肥本身就是活性生物肥，所以此项目本身就是变废为宝，改良土壤的环保项目。

（2）原材料堆放需达到消防要求，注意防火措施的健全并注意防雨。设置合乎规格的畜水池和水泵，防火材料以及灭火器。

（3）秸秆堆放，气罐，气柜的所在位置要达到消防要求。

10、社会效益及生态效益

（1）该项目建成后环境排放达标。

（2）可消耗大量的秸秆粉，因此可以减少农村中另一污染源一秸秆。

（3）由于使用沼渣还田和有机肥料利用，可少施或不施农药和化肥，可大大改善土壤的颗粒结构，从而增加了土壤的肥力，增加农作物的产量，同时农作物的产品质量也大大提高，形成生态循环系统符合可持续发展战略的需要，是一种可持续发展的良好模式。

11、总投资与经济效益分析

（1）以高平市北诗镇东吴庄村纯秸秆沼气工程项目为例：建设总投资约为268.22万元（见下表），折合到每户为6237元/户。

（2）运行费用与效益分析

以高平市北诗镇东吴庄村纯秸秆沼气工程项目为例：总体工程按照每年折旧费1万元，维护费1.5万元，水电费2.7万元，人工费3.6万元，秸秆收购0.2元/kg，每天需要750kg，全年共需要5.47万元，共需要运营费用14.27万元。

供农户时如换算成相同热量的液化石油气计算，让农户享受比液化气便宜一倍的收费，这样的话每户每年比用液化气可节省400～1000元，因此，每年全村农户可比用液化石油气节省17.2～3万元。该沼气工程每天可收入480元（按每天产气400m3，1.2元/m3计算），全年收入为17.52万元，每年可盈利3.25万元。可以达到成本运行。

经实际建设运行，测算得出单体工程供气范围1500～2500户，建设成本及运行成本最低。

该沼气工程利用秸秆制取沼气后，可产出大量的沼渣。这样老百姓减少了秸秆焚烧，通过沼渣施肥还可改良土壤，美化环境。同时，该沼气工程对于加快沼气工业化生产，应用及实现农村集中供气，改善农村环境，促进农村经济发展，缓解一次能源危机等具有极其重要的意义。通过进一步改进、完善后，可在全国各地大范围的推广，将来带来极其显著的经济、社会、生态效益。