中粮集团江苏金东台大型猪粪沼气工程运行分析

何炼 陈智远

摘要 以中粮集团江苏金东台猪场粪污沼气工程为例，介绍工程对猪粪粪污和病死猪无害化处理产沼气及其脱硫净化的工艺和工程实际运行情况，为今后类似养殖厂的沼气工程建设和运行提供参考依据。

关键词 猪粪粪污；病死猪无害化；沼气工程

中图分类号 S141.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05332-02

中粮肉食（江苏）有限公司金东台农场大型沼气工程坐落于江苏省东台市新曹镇金东台农场，养殖场商品猪年出栏量30万头，沼气工程于2011年1月开工建设，2011年10月投入运行。该养殖场采用水泡粪的清粪工艺，沼气工程设计处理粪污1 284 t/d（TS浓度5.5%）和养殖场内经过无害化处理的病死猪，日产生沼气17 000 m3/d，发电34 000 kW·h/d，减排温室气体（CO2当量）6×104t/d，相当于节约标准煤4 700 t/a，目前是全国最大的猪粪沼气发电工程[1]。该项目所产沼液全部用于周边万亩盐碱地的灌溉与改良、水产养殖和水稻种植等。

1 工艺流程及技术参数

1.1 工艺流程 该项目的工艺流程如图1所示。养殖场粪污通过明渠进入匀浆池，经过无害化处理后的病死猪料液通过管道和泵，泵入匀浆池；匀浆池物料经过螺杆进料泵入厌氧发酵罐，厌氧发酵为38 ℃恒温发酵；发酵产生的沼气通过生物脱硫系统去除H2S进入沼气储气柜，物料发酵完后进入固液分离机处理，最终产生的沼渣用作固体有机肥，沼液用于周边农业灌溉和盐碱地改良。沼气主要用于上网发电，多余沼气用作锅炉燃烧，发电机产生的余热和沼气锅炉产生的热水收集在热水储罐，热水用作匀浆池和厌氧发酵物料的增温，产生的蒸汽用于病死猪无害化处理。

1.2 匀浆池 匀浆池2座（总容积1 800 m3），用于收集猪粪污水，均质均量。每座池设有4台潜水搅拌机，两座池串联使用，并通过螺杆泵将物料泵入发酵罐。

1.3 厌氧消化 该罐采用碳钢焊接技术，为地上构筑物，发酵罐4座（总容积2×104 m3），物料停留时间16 d；厌氧罐外壁设置增温盘管，利用发电机余热产生的热水对罐体进行增温，并在增温盘管外采用150 mm厚的聚苯乙烯保温材料进行保温，以实现常年38 ℃中温厌氧发酵。

厌氧罐采用低转速节能中心搅拌机，单位物料耗能3.7 W/m3，较传统搅拌机节能50%以上。同时还专门安装有破壳搅拌器，加强顶层物料的局部搅拌，以防止厌氧罐内结壳问题。

厌氧罐顶安装有正负压保护器，设计正常承压为2.0 kPa，最大承压为3.0 kPa，以确保厌氧罐的安全。

生物脱硫系统 采用生物脱硫工艺对沼气中的H2S进行去除，通过控制温度、pH、溶氧量、空气量和营养物，使脱硫细菌将H2S转化为单质硫或者亚硫酸[2]。该单元设有2座脱硫塔，并联运行，单塔处理能力500 m3/h。处理前猪粪原料发酵产生的沼气中H2S含量约0.30%～0.45%，生物脱硫工艺处理后沼气中的硫化氢含量可降至0.005%～0.010%，H2S去除率大于96%。该方法的运行成本较传统的干法化学脱硫低70%左右。

1.5 双膜干式贮气柜 气柜容积为2 150 m3，采用低压双膜干式贮气柜对净化后的沼气进行贮存；双膜分为外膜和内膜，内膜收集并贮存沼气，外膜起保护和维持贮气柜结构的作用。通过支撑鼓风机向内外膜之间的夹层进行鼓气，维持一定压力（1.2～1.5 kPa），能够承载设计范围内的风、雨、雪等荷载，同时将内膜内的沼气送入输气管道；外膜的顶端安装有红外探测器，通过电脑程序设计计算可以实时监测贮气柜内的气体量。

1.6 发电机组及余热锅炉 发电机采用GE Jenbacher发电机，装机容量1 800 kW，该发电机电效率42%，热效率40%，总效率达到82%。发电机燃烧沼气产生的烟气通过余热回收锅炉换热，以蒸汽的形式回收，供给热水罐和匀浆池物料的增温及病死猪无害化处理。发电机缸套水余热以热水的形式贮存在热水罐内，并通过管道泵送入对厌氧罐外壁的盘管循环以进行增温。

1.7 病死猪无害化处理工艺 该工藝段包括，病死猪粉碎阶段，高温蒸煮阶段和排放处理阶段[3]。核心工艺在于蒸煮段的无害化处理，在温度120 ℃，压力0.14 MPa条件下蒸煮3～4 h，处理完后，将物料泵入匀浆池，由进料螺杆泵泵入发酵罐进行厌氧产沼气。

2 工程实际运行状况

2.1 厌氧发酵系统运行状况 该工程厌氧发酵系统于2011年10月开始调试并运行，经过2个月的调试后产气量逐步提升，工艺运行稳定；工程自动化程度高，操作管理方便。图2是2011年12月～2012年3月调试阶段的日进料量和日产气量的趋势图。由图2可知，在调试初期，进料量、进料TS均低于设计值，故使得日产气量低于设计值，但从单位固体物质的产气量来说，达到了设计要求值（TS产气率370 m3/t干物质）。

2.2 生物脱硫系统运行状况 生物脱硫系统于2011年11月中旬全部开启运行。猪粪沼气中初始H2S浓度约在0.30%～0.45%之间。调试初期脱硫塔出口沼气H2S浓度在0.035%左右，后续经过调整通空气量，循环液的溶解氧、pH、温度，添加营养物以及加强操作管理等方法后，H2S浓度逐渐降至0.010%以下，后续生产稳定时H2S 浓度低于0.005%（图3）。该系统的脱硫效率高达96%以上，达到了设计指标。

3 效益分析

3.1 能源经济效益 该项目投资4 982万元，日产沼气17 000 m3/d，发电34 000 kW·h/d，电价以国家补贴后的0.65元/kW·h计，每年发电收入为800×104元/a；沼肥收益80×104元/a；年减排温室气体（CO2当量）6×104t，具有良好的能源经济效益。

3.2 环境社会效益 该工程运行后，将养殖场内产生的所有粪污以及经过无害化处理的病死猪完全消纳，避免了其对周边地下水环境、大气环境、土壤环境以及生态环境的破坏与污染，促进了当地农业产业化和养殖行业的稳定发展，吸纳当地剩余劳动力，实现了“三农”的稳步增收与可持续发展。

3.3 循环经济 该项目是开放式农业废弃物综合利用循环工程：用农作物加工饲料，饲料喂养生猪，生猪产生的粪污以及病死猪通过无害化处理进行生物厌氧发酵产沼气和沼液沼渣，沼液还田用于周边万亩盐碱地的改良，沼渣制成有机肥料，沼气用于发电，所发电并入国家电网，突显了循环经济的发展思想，形成了生态的良性循环和企业的可持续发展模式。

4 结论

该工程运行稳定高效，采用热电联产及循环经济发展模式，在处理猪粪粪污与病死猪方面取得了突破与创新；利用沼液改良周边盐碱地、水产养殖和林业灌溉；已成功应用于蹲门千亩水产养殖，金东台万亩水稻和蔬菜种植。中科院东台滩涂研究院碱地海蓬子种植，使用后产量明显提高，品质明显提升，促进了当地农业的增产增收及生态的可持续发展，具有广泛推广应用的价值。

参考文献

[1] 王长青. 中粮金东台猪场沼气治理工程创多项全国第一[N]. 中国畜牧兽医报，2013-07-15（9）.

[2] 陈智远，蔡昌达. 大型热电联产沼气发电工程分析[J]. 能源工程，2009（6）：30-40.

[3] 徐胥，乔金亮. 无害化处理变废为宝——中粮生猪养殖基地见闻[N]. 经济日报，2013-06-26（11）.安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5334-5335责任编辑 夏静 责任校对 李岩