如何做好万头猪场沼气工程设计及资源化利用

[ 2017/12/25 ]


一般我们所提到的万头猪场,指的是出栏量在1万头左右的养猪场,其实际存栏量一般在5000~6000头。万头猪场的粪便及污水的排放量比较大,对周边环境影响较严重,因此对固废的再利用和合理的排放尤为重要,一般情况我们都采用建设沼气工程,以达到粪便和污水的合理再利用,且产生的“三沼”也是有利资源。

一、万头猪场组成和周期情况

万头猪场组成和数量如下:

·妊娠母猪数=周配母猪数×15周;

·临产母猪数=周分娩母猪数×单元产栏数;

·哺乳母猪数=周分娩母猪数×3周;

·空怀断奶母猪数=周断奶母猪数+超期未配及妊检空怀母猪数(周断奶母猪数的1/2);

·后备母猪数=(成年母猪数×30%÷12个月)×4个月;

·成年公猪数=周配母猪数×3÷2.5(公猪周使用次数)+1~2(3次本交计算)

·仔猪数=周分娩胎数×4 周×10/胎;

·保育猪=周断奶数×4周;

·中大猪=周保育成活数×16周;

·年上市肉猪数=周分娩胎数×52 周×9.1/(仔猪7 周龄上市)

配种分娩率85%,胎均产活仔9.5头以上,胎均上市9.3头,成年母猪年淘汰(更新)率30%,成年母猪年产胎数2.20头,年均提供上市仔猪数20.46头。

                          万头猪场实际存栏情况

组成

数量

妊娠母

360

临产母

20

哺乳母

60

空怀断奶母

30

后备母

48

成年公

30

后备公

6

仔猪

800

保育猪

760

中大猪

2949

合计

5063

(其中基础母猪为470

在以上基础上才可以达到万头猪场的年上市肉猪数1万头以上。

二、万头猪场产粪量、尿液及污水量计算

1 产粪量

·母猪总数为518头,母猪日产粪量约为3.6斤,每天产粪1.86t

·公猪总数为36头,公猪日产粪量约为2.6斤,每天产粪0.09t

·仔猪总数为800头,仔猪日产粪量约为1斤,每天产粪0.8t

·保育猪和大中猪总数为3709头,保育猪和大中猪日产粪量约为1.75斤,每天产粪6.5t

万头猪场平均日产粪量约为9.25t,平均每头猪的产粪量约为1.83斤。

2 尿液量和污水量

由于区域环境的不同以及季节的变化,猪场的产尿量和污水用量差异比较大,在这里我们还是取平均值,一般每头猪的尿液量为3.5kg/天,污水量为20kg/天;因此按照平均值计算,日产尿液量大概在17.72t,冲洗污水量大概在101.26t

三、沼气工程规模及选型确定

1 反应器容积规模确定

CSTR工艺

采用CSTR工艺,进料浓度一般为8%HRT24天,猪粪的含水量为82%,要达到8%的进料浓度,9.25t鲜粪需要添加11.56t的尿液和冲洗污水,因此,每天的进料量为20.81t,平均滞留时间为24天,厌氧反应器的容积至少在500m3,如果考虑反应器的容积率,一般在85%,反应器容积就要考虑扩大到600m3规模。

USR工艺

采用USR工艺,进料浓度可以控制在3-5%,那么每天的进料量就将增加到41.65t;因为USR反应器的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)比水力滞留期高得多的,从而提高了固体有机物的分解率和反应器的效率。所以采用USR工艺可以适当缩短HRT,一般控制在15天-18天比较适宜,由此可以得出,采用USR工艺反应器的容积可以选择在600m3-750m3的规模范围内。

因此,一个万头猪场如果采用CSTR工艺,需要建500-600m3规模的反应器;若采用USR工艺,需要建600-750m3规模的反应器。不过根据各地气候条件和业主的需要也可以在满足原料充足的条件下适当的调整规模大小。

建议

养殖业主和设计单位在设计大中型沼气工程的时候,一定要结合养殖场实际粪源量的情况来设计反应装置的容积规模,不能随意扩大或缩小;如果设计规模小于养殖场实际原料的处理量,就会造成多余无法处理或者进入反应器后造成容积负荷增大,影响反应效果和产气率。如果设计规模大于养殖场实际原料的处理量,就会造成反应器容积率降低,滞留时间延长,降低产气率的同时也增加了污泥的沉淀几率,会造成大量污泥堆积无法排除,影响整个反应器的正常运行。

2 储气装置规模确定

根据反应器的规模,基本可以确定储气规模,我们按照常温发酵1:1的容积产气率来计算,一般储气柜的容积确定为反应器容积的50%~60%,如果主要用于发电,则储气柜的容积确定为反应器容积的40%;储气装置和沼气利用都必须严格按照反应器规模来量身定做,储气装置的规模只要按照比例来确定就比较简单,在这里我们主要谈沼气利用装置的选择。

3 增温加热装置规模确定

一般在北方,沼气工程多用于锅炉供暖。据有关资料,一个15立方米的沼气池能够保证50平方米的房屋进行利用沼气采暖。按照有关数据计算,单位面积供暖热指标为81.5-104.5w/㎡;农户住宅热负荷:Q=单位面积供暖热指标×建筑面积,供暖时间:8h/d,燃烧器热负荷:Q=3Q总,按100w/=360kJ/h/㎡计,取面积100/户,360kJ/h/ ×100=36MJ/h=1.7m3沼气,采暖8小时,需要沼气>13.6m3;因此600m3规模的沼气工程可以供44户农户的供暖需要。

而在南方沼气工程多用于供气和沼气发电,按照每户每天用气2m3计算,一个600m3规模的沼气工程可以满足300户的用气需求。

4 沼气发电装置规模确定

用于发电的沼气,其组分中甲烷含量应大于60%,硫化氢含量应小于0.03%,供气压力不低于2-6kPa。农村以3-10kW沼气机和沼气发电机组为主。酒厂、糖厂、畜牧场、污水处理厂的大中型环保能源工程,主要以单机容量为50-200kW的沼气发电机组为主。20-600kW纯燃沼气发电机组系列产品,气耗率0.6-0.8m3/kW·h(沼气热值>21MJ/m3)

以柴油机改装为全燃沼气的奥托机时,因为沼气中含二氧化碳,在不改变原发动机容积的情况下,由于不能增加混合气的热值,所以沼气发动机热效率一般在25%-30%范围。发动机的热效率为35%,发电机的热效率为90%时,则每立方米沼气可发电约1.5-2度。

    因此,600m3规模的沼气站发电机组规格应为:
    日沼气产量÷24h×1.5kWh/m3
    即600m24h×1.5kWh/m3=37.5kWh/h,选择35kW50kW发电机组较适宜。

根据以上情况的分析,可知:一个万头猪场可以选择建设600m3规模CSTR工艺反应器,也可以选择建设600-750m3规模的USR工艺反应器;在北方可以供44户居民取暖需要,在南方可以供300户居民生活用气需要;可以安装35kW50kW发电机组,供应养殖场和周边用电需要。



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