徐中华

(上海华电闵行能源有限公司，上海 201108)

1 工程背景

当前，全世界都面临着资源和环境的严峻挑战，化石能源储备量日益减少，油荒、煤荒让人们清醒地认识到能源的多元化势在必行。生物质能源开发利用是生物质热化学转化技术中最具实用性的一种，将低品位的固态生物质转化为高品位的可燃气体，可用于多种用途。而将生物质用于发电，是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系，突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《可再生能源中长期发展规划》中确定了生物质能发展的重点是生物质能开发利用。

中国华电集团公司上海分公司紧紧把握上海市能源发展“十二五”规划等政策方针，以“安全、清洁、高效”的清洁能源为主要发展方向，全力推进天然气、风电、太阳能、生物质能等能源项目。2010年年底，为实现在生物质能项目上的突破，配合崇明县创建“绿色能源示范县”工作，中国华电集团公司上海分公司提出了科学的、有针对性的、可操作的可再生能源项目发展规划。2011年2月，中国华电集团公司上海分公司与上海市崇明县人民政府签署了《合作框架协议》，确定在崇明县开发建设各类可再生能源发电项目。2011年5月，中国华电集团公司上海分公司完成了崇明县生物质能发电项目物料平衡研究及项目建设方案规划设计。方案拟建设上海崇明岛农业废弃物综合处理利用中心，进行秸秆、禽畜粪便制气发电。

虽然我国在生物质能源开发方面也取得了巨大成就，但是技术水平与发达国家相比仍有差距。投资回报率低，运行成本高，难以形成规模效益;缺少技术规范，未形成系列产品，难以获得市场认可;自动化程度低，效率低，这些都是产业化过程中亟须解决的问题。中国华电集团公司把生物发电技术作为重要课题，进行大量的实践、试验，致力于不断提高生物质发电技术。

2 技术方案

2．1 技术路线选择

沼气是各种有机物质隔绝空气(厌氧)后在适宜的温度、湿度下，经过微生物发酵产生的一种可燃烧气体。

沼气厌氧发酵工艺一般可采用湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵2种，根据崇明县农业和养殖业的特点，该期沼气集中供气及发电工程推荐采用湿式中温厌氧发酵技术，并充分考虑沼渣、沼液的综合利用，以达到绿色、环保的目的。

2．2 工程规模选择

2．2．1 崇明县生物质能资源条件及利用现状

该工程主要以禽畜粪便和农作物秸秆为原料生产沼气。在以农业和养殖业为主的崇明县，可利用的禽畜粪便和农作物秸秆资源非常丰富，规模化养殖场主要是将粪便进行简易发酵做成低氮有机肥还田，一般散养户基本不处理。

2．2．2 沼气集中供气及发电工程规模选择

根据现场物料平衡调查，该工程选址于崇明县中西部。站址附近规模化的养殖场相对集中，周边15 km范围内主要有种畜场、奶牛场、农场等。

生物质制沼气系统主要原料为禽畜粪便，辅助原料为秸秆，禽畜粪便输送距离不宜过大。秸秆经过粉碎、压缩后较便于运输，所以沼气集中供气及发电工程规模的选择主要是考虑周边养殖场的禽畜粪便产量。经过计算，将站址附近的禽畜粪便处理后并辅以少量秸秆，每年所产沼气可满足2×1MW沼气发电机组的用气需求。

综合考虑可利用资源，拟建设一座2×1MW的沼气集中供气及发电站，该站每天处理禽畜粪便及秸秆，可有效缓解禽畜粪便对环境的污染。

2×1MW沼气集中供气及发电站每年生产的含水率为10%的沼渣肥和含水率为95%的液体肥，能够满足周边耕地或果林的有机肥需求。

2．3 工艺流程

将收集来的禽畜粪便倒入配料池，与已粉碎成一定粒度的农作物秸秆配成料浆，然后泵入厌氧反应罐，产生的沼气经脱水、脱硫后通过管道输送至前卫村供给村民使用，多余的沼气可用于发电;沼渣经压滤脱水、堆化、造粒、包装外售;沼液可用于周边农业的灌溉、施肥。沼气制备、集中供气及发电工艺流程如图1所示。

整个系统主要由原料储存系统、原料预处理系统、厌氧消化处理系统、固/液分离及储存系统、沼气收集净化储存系统、沼气发电系统、沼渣脱水制肥系统、沼液综合利用和事故处理系统、厌氧消化罐保温增温系统、电气控制系统和其他附属系统组成。

2．3．1 物料收集系统

原料主要来源是当地养殖场的禽畜粪便及农场的秸秆。物料收集系统主要是运输车辆与仓库，原料由运输车辆运送到沼气站料场仓库。

2．3．2 物料储存系统

建(构)筑物包括原料储存场，可以存储1周的原料量。

2．3．3 预处理系统

建(构)筑物包括预处理车间、调浆软化池、均质进料池、物料提升泵房等。预处理车间主要进行原料的粉碎打浆;将粉碎后的物料暂存于调浆软化池，加入水或者沼液进行调节;将浆料投入均质进料池，2个进料池轮流进料。

预处理系统的设备包括切割机、粉碎机、搅拌机、换热器、物料提升泵等。

2．3．4 沼气生产系统

建(构)筑物包括厌氧反应器、操作间等。浆料在反应器中进行厌氧消化，这是产生沼气的核心装置，配备搅拌器;操作间内集中放置反应器和各种设备的电源开关及操作工具。

沼气生产系统的设备包括搅拌器、工艺管路以及配套钢结构，采用机械搅拌。

目前，厌氧产沼气过程中成熟的工艺设备包括完全混合厌氧工艺反应器、厌氧接触工艺反应器、上流式厌氧污泥床反应器及升流式厌氧固体反应器，各种类型的厌氧工艺各有其优、缺点和适用范围，在一定的条件下选择合适的工艺形式是厌氧消化工艺的关键所在。最适合该工程的工艺设备为完全混合厌氧反应器。

2．3．5 沼气净化系统

从厌氧发酵系统收集来的沼气，经过预处理后能达到居民用气及发电机设备用气要求，系统压力的稳定通过自控系统和风机连锁调节来实现。建(构)筑物包括沼气净化间和控制间，设备包括风机、化学脱硫塔、脱水器、凝水器等。

2．3．6 沼气储存及供气系统

沼气储存装置主要有钢质耐压储罐和干式双膜气袋，其安全性均较好。考虑到该工程需对前卫村集中供气，对气源气压稳定性要求较高，故采用钢质耐压储罐。

图1 沼气制备、集中供气及发电工艺流程

2．3．7 沼气发电并网系统

建(构)筑物包括沼气加压机房、沼气发电机房、并网机房、控制机房等。

沼气发电设备包括沼气加压机、沼气发电机、电力并网设备、控制设备等，发电机组为核心设备。

纯进口发电机组虽然性能稳定，但单机价格非常昂贵，为了提高我国沼气机组的技术水平，降低机组的投入成本，该工程可以考虑引进进口发动机。发动机具有米勒循环、稀薄燃烧及空燃比控制系统，配套国内制造技术较成熟的发电机、冷却系统、可编程控制器(PLC)整机控制系统及相关辅助配套设施，国产化程度达到40%左右。

2．3．8 热能利用系统

总的热能利用方案是将生物质沼气发电系统所产生的余热充分加以回收利用，发电机组在发电的同时还供应大量热能，这部分热能能否有效利用是节能的关键。该方案是将回收的这部分余热供给发酵罐中物料进行增温及保温，从而达到降低能耗的目的。

2．3．9 电气控制系统

电气控制系统包括全厂供电和控制系统、厌氧反应监控系统、气体预处理控制系统等。2．3．10 沼渣、沼液储存系统

沼渣、沼液排出之后，部分沼液回流到均质进料池中，部分沼液暂存于沼液池，沼液和沼渣经过固、液分离之后，分别暂存于沼液池和沼渣池中。沼渣作为肥料可以直接用于农田，也可以进行工业加工，制作工业有机肥。沼液不仅可以作为有机肥料和饲料添加剂，还具有抗病杀虫、防冻抗冻等多重功效。

3 结束语

项目建成后，必将有效利用崇明县的生物资源，缓解禽畜粪便对环境的污染，解决秸秆焚烧与粗放式利用的问题，有效改善环境质量;同时，可有效结合国家产业政策，实现节能降耗的目的，促进当地经济可持续发展。通过原料收购及加工，增加项目区域居民收入，有利于崇明县绿色能源县项目的建设，加快崇明县实现现代化生态岛区的进程。

生物质制气发电技术是一项较新的技术，目前还不很成熟，还有许多方面需要完善。利用现有技术，研究开发经济上可行、效率较高的生物质气化发电系统是我国今后能否有效利用生物质的关键，需要政府给予政策扶持和资金优惠，促进生物质发电企业可持续发展，加快生物质发电商业化进程。

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［2］孙立，张晓东．生物质发电产业化技术［M］．北京:化学工业出版社，2011．

［3］于永合．生物质能电厂开发、建设及运营［M］．武汉:武汉大学出版社，2012．

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