四川省新村低能耗沼气集中供气工程实例

樊战辉， 孙家宾， 陈光年， 彭朝晖， 郑 丹

(1.成都市农林科学院， 四川 成都 611130; 2.农业部沼气科学研究所， 四川 成都 610041)

四川省新村低能耗沼气集中供气工程实例

樊战辉1， 孙家宾1， 陈光年1， 彭朝晖1， 郑 丹2

(1.成都市农林科学院， 四川 成都 611130; 2.农业部沼气科学研究所， 四川 成都 610041)

为解决没有配套天然气的新村聚居农户的生活用能问题，四川省开展了新村沼气集中供气工程建设。文章详细介绍了四川成都某低能耗沼气集中供气工程的工艺路线、建设规模、供气户数以及工程调试情况，并对工程后续管理维护、建设成效进行了分析，对四川省乃至全国农村沼气建设都有一定的借鉴意义。

沼气； 供气； 工程实例

四川省成都市某村现有居民70户，常住人口150人左右，年人均收入 1.06万元，炊事用能大部分为蜂窝煤和液化石油气，群众对新能源开发利用积极性高，项目区有商品猪养殖场1处，常年存栏600头，沼气发酵原料充足，具备建设沼气集中供气的客观条件，且附近周围有农田面积1000亩，主要种植水果、蔬菜等经济作物，有利于沼液、沼渣的资源化利用。

1 工程介绍

1.1 工程概况

该沼气集中供气工程总投资34.60万元，其中省财政补贴20万元，地方财政、农户自筹14.60万元。于2013年4月开始建设，发酵原料为生猪养殖场粪污，采用低能耗地下塞流式厌氧发酵工艺(PFR)，建设发酵池200 m3，湿式气柜20 m3，调节池20 m3，沼液暂存池150 m3，铺设管道1000多m，并于当年8月开始调试，到10月份完全正常运行，项目集中供气用户为39户，最远供气距离600 m，目前已连续供气近3年3个月，项目常年运行，冬季正常供气，情况良好。

1.2 工艺设计

处理工艺为低能耗厌氧生态能源模式，按照最低日容积产气率0.2 m3·m-3，设计发酵池容积200 m3，每户日用沼气1 m3，满足39户农户用能需要。考虑到该项目建成后运行管护主要靠当地沼气协会，要求简单方便，周边有1个养殖场可提供猪粪便污水，工程设计采用几乎不耗能的地下塞流式厌氧发酵工艺，养殖场粪污通过格栅自流进入调节池，混合匀浆后一起投入发酵池，沼气进入湿式储气柜，脱水脱硫后输送到农户家中能用，沼渣沼液供周边农田肥用。

项目所在地常年气温较高，属川内较暖和地区，年平均气温14.9℃～16.7℃，冬季最冷温度约2℃左右，采用常温厌氧发酵，为了保证冬季产气满足农户需要，在发酵池上建阳光大棚。沼气集中供气工艺流程图见图1。

图1 沼气集中供气工艺流程图

1.3 主要建设内容

该沼气集中供气工程总投资为34.6万元，建设内容包括原料预处理系统、沼气发酵系统、沼气储存单元、沼气净化设施、沼气输送单元及安全防护设施等。详见表1和表 2。项目建成后主要设施见图2～图7。

表1 工程主要构筑物

表2 工程主要设备

图2 湿式储气柜及管理房

图3 沼气发酵池阳光大棚外观

图4 阳光大棚内沼气发酵池及储液池

1.4 工程设计特点

图5 脱硫脱水装置

图6 沼气输气管道及凝水器

图7 入户脱硫设施及灶具

(1)工程采用低能耗地下塞流式厌氧发酵工艺(PFR)，其特点是易于管理，不需要搅拌，不耗能，池形结构简单，适用于高SS废水的处理，运行方便，故障少，稳定性高。

(2)工程在地下发酵池顶部采用阳光大棚冬季保温，造价低廉，冬季大棚保温蓄热效果较好，后期使用维护成本较低，有利于提高冬季产气量，保证用户冬季用气。

(3)工程采用湿式储气柜保证气压稳定，地下塞流式厌氧发酵池自身本来就有储气间，但是考虑到用气户数多，用气时间上比较集中，湿式储气柜可以有效平衡产气和用气稳定性。

(4)工程供气采用电脑智能控制，用户采用IC卡充值用气，用户多用多充少用少充，不用上门抄表收费，节约人力物力，有效解决收费难的问题。

2 调试启动、运行情况与运行管理

2.1 调试启动

沼气集中供气工程土建、设备安装完成后，对施工安装质量进行检查，并进行气密性试验。沼气池注满清水，增压到4～6 KPa，经24 h检查压力表数值没有变化，检验合格；储气柜用增压泵加压至一定高度并做标记，经24 h检查标记高度没有变化，检验合格；管道、阀门按照相应承压用清水承压检验合格。

表3 沼气集中供气工程运行1年产气状况

沼气集中供气工程试车合格后进行了发酵启动，采用连续培养法，试车后保留沼气池内有一定量清水，投入养猪场排水沟内的污泥200 kg左右，并开始每日5 m3连续进料，TS 6%～8%，1个月左右基本达到正常发酵。

2.2 运行情况

该沼气集中供气工程自2013年8月进入调试运行阶段，10月中旬进入正常运行阶段，从2013年10月至2014年10月运行1年的产气状况见表3。

从表3统计情况看，2013年10月～2014年10月1年总产气量14893.5 m3，日均产气量40.8 m3，可满足39户正常用气。日均产气量最高月份出现在8月，日产沼气47.4 m3；最低出现在2月，受气温影响产气量仅为33 m3·d-1，可能存在不能正常供气，但实际入户调查发现有8户已经搬离，在冬季也可以满足现有用户正常使用。

图8 沼气集中供气工程产气率年变化图

从图8可见，沼气集中供气工程产气率在1年中不断变化，主要原因是产甲烷菌受温度变化影响较大，在冬季温度比较低，产甲烷菌活性低，产气率最低出现在2月，产气率为0.165 m3· m-3d-1左右；随着气温升高产气率也不断升高，最高月份出现在8月达到0.237 m3· m-3d-1。

根据该沼气集中供气工程实际运行情况，在这种类型工程设计上可以根据极低月份产气率和供气户数，适当加大沼气池有效发酵容积以达到冬季正常供气的需求。

2.3 运行管理

(1)营运主体。当地县级沼气协会，负责该沼气集中供气工程的建设及运营，具有沼气专业技术人员5人，主要从事技术交流，普及沼气科学知识，开展科技咨询服务，兴办经济实体等相关业务。

(2)能耗分析。该集中供气工程2013～2014年产沼气14893.5 m3，能源品种只有电，主要照明和沼液输送泵(用于从沼液暂存池提升到地面)，单位产品综合能耗详见表4。

表4 2013～2014年沼气集中供气工程单位产品综合能耗

该项目属于低能耗集中供气工程，单位产品综合能耗仅为0.0037 kg标煤·m-3沼气，低于沈其林[2]等人研究报道的浙江省用太阳能板增温的集中供气工程，其单位产品综合能耗0.0070 kg标煤·m-3沼气；远低于川内常见的地上式沼气工程的单位产品综合能耗(笔者调查一般地上式沼气工程单位产品综合能耗0.01～0.02 kg标煤·m-3沼气，如乐至县鸿福农牧科技发展有限公司沼气工程单位产品综合能耗0.0175 kg标煤·m-3沼气，四川省马氏牛肉有限公司肉牛养殖场大型沼气工程单位产品综合能耗0.0185 kg标煤·m-3沼气，四川玉泉养殖有限公司猪场粪污处理沼气工程单位产品综合能耗0.0148 kg标煤·m-3沼气)。

(3)运行费用。当地沼气协会委托养殖场业主负责现场管理，经培训后持证上岗，运行费用主要是人员工资、维护维修材料费、电费，发酵原料由养殖场免费提供，总运行费用约为每年2.93万元，详见表5。

表5 工程运行费用

(4)收入情况。收入来源主要是沼气，收费标准根据当地天然气价格1.89元·m-3的60%，即1.10元·m-3，近3年实际收入在每年1.40万元左右。

3 效益分析

3.1 社会效益

沼气集中供气工程的建设，改善当地农村生活用能，提高农民生产生活水平。通过本项目的建设运行，为周边农户提供方便的清洁能源，特别是在当地农村中基本是老年人和儿童的状况下，沼气输送到户尤为方便，同时营养物质还田利用可减少化肥施用，增加土壤肥力，促进农业生态环境良性循环和可持续发展，使以沼气工程为纽带的生态农业真正达到社会、经济、生态效益的高度统一。

3.2 环境效益

沼气集中供气工程建成后，有效改善了养殖场周边环境。年处理畜禽粪污300多吨(TS10%)，COD去除率>70%,BOD5去除率>75%，减排温室气体约20吨CO2当量，节约氮肥2吨，磷肥4吨，钾肥1吨。

3.3 经济效益

该沼气集中供气工程年实际收入大约在1.40 万元左右，实际运行费用年约2.93万元，不足部分由当地沼气协会支出，目前不能实现盈利。

4 结论与建议

该沼气集中供气工程的建设，生产的可再生能源—沼气，可以满足当地农户的生活用能，延长了物质循环链，有效改善养殖场周边生态环境，提高了人民群众的生活水平，尽管目前不盈利，但是在四川省内有部分市县已将沼液商品化，田间售价每立方米20～40元，笔者认为随着政策导向(2017年6月国务院发布《关于加快畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》(国发办【2017】48号)、土地流转、种植业规模化、有机农业的进一步发展以及国外建设沼气工程主要动力是发展有机农业等农业发展趋势，该沼气集中供气工程终将实现盈利。

从可持续发展角度，该沼气集中供气工程模式可以在四川省内天然气未输送到的农村区域全面推广。

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AVillageLevelConcentratedBiogasSupplyEngineeringwithLow-energyConsumptioninSichuanProvince

FANZhan-hui1,SUNJia-bin1,CHENGuang-nian1,PENGZhao-hui1,ZHENGDan2

(1.ChengduAcademyofAgricultureandForestrySciences,Chengdu611130,China; 2.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture(BIOMA),Chengdu610041,China)

To solve the household energy consumption problem of populated farmers in villages without natural gas, numerous concentrated biogas supply engineering have been constructed in Sichuan province.In this paper, a concentrated biogas supply engineering in Chengdu of Sichuan was introduced in detail,including the technologic route, the construction scale, the number of biogas supply households, and the engineering debugging.Additionally, the subsequent management and maintenance as well as the system effectiveness were analyzed.And it may be used for reference in future rural biogas construction

biogas； concentrated biogas supply； project case

2017-01-22

2017-06-19

项目来源： 农业工程集成创新技术研究与示范项目(2016-XT00-00007-NC)

樊战辉( 1980- ) ，男，陕西韩城人，硕士，主要从事农村能源与环境方面的研究与应用工作，E-mail: van4226@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)06-0070-05