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一、技术概述

(一)项目基本情况

河北安平县总面积505平方公里,耕地面积47万亩,是一个农业大县、生猪养殖大县,2018年出栏生猪82万头,年产黄杆总量15万吨、畜禽粪污102万吨。农业生产过程中产生的大量农作物秸秆和畜禽粪污,是重要的具有巨大潜力的生物质资源。

河北京安生物能源科技股份有限公司通过畜禽粪污沼气发电、秸秆沼气提纯生物天然气项目、沼渣沼液生产有机肥项目、生物质热电联产项目,按照废弃物+清洁能源+有机肥料三位一体的技术路线,可对安平县畜禽养殖废弃物实现整县推进,农作物秸秆进行全量化利用。将养殖、沼气、沼渣、沼液和种植技术进行优化结合,做到资源多级利用,物质良性循环,形成没有污染的可持续发展的循环农业生态系统厌氧发酵制沼气,生物质直燃发电,城市集中供热,有机肥生产等产业,形成了完整的气电热肥联产模式。

   


1 厂区航拍图

京安模式不仅能够提高畜禽养殖者经济收入、变废为宝,满足养殖户用能、用肥的需求,实现畜禽粪污的资源化和农作物秸秆全量化利用,提升畜禽养殖者、种植户积极性,而且能够促进农业和农村经济可持续发展,是贯彻落实生态文明建设、绿色发展理念的具体有效措施。

(二)技术基本情况

1、畜禽粪污低浓度粪水高效产沼气技术。自主研发了“一种能够提高低浓度物料厌氧发酵效率的厌氧发酵系统”的专利技术,厌氧发酵菌捕捉回收,可有效解决低浓度的粪污制备沼气给养殖场带来的“投资成本高、产气效率低、维护费用高、运行天数少”的难题。沼气容积产气率可达到1.13Nm3/m3.d,经过净化增压后通过内燃机进行发电上网,发电效率42%以上,余热利用效率43%以上,项目的总体热效率达到了85%以上。

2、农作物秸秆资源化利用VPF技术。竖向推流式秸秆厌氧消化技术采用中高温连续发酵工艺,原料一般为纯秸秆、稻草、植物茎叶等生物质,先经机械粉碎投入搅拌池配料,然后用泵打入发酵罐发酵,罐内物料浓度可达15%以上,池容产气率高。采用上进料下出料工艺,罐内无须设置机械搅拌,工艺能耗少。能使1公斤干秸秆产出0.4立方米沼气,池容产气率可达2m3/md),原料利用率高。

(三)技术示范推广情况

低浓度粪水高效产沼气技术应用于河北省安平县河北京安生物能源科技股份有限公司年出栏20万头猪场粪污综合治理2MW沼气发电工程项目, 该项目被农业部、财政部列入“畜禽粪污等农业农村废弃物综合利用试点项目”。

(四)提质增效情况

沼气发电工程。年处理畜禽粪污30万吨,年发电1512kWh,全部并入国家电网,实现发电收入1134万元。解决了年存栏10万头猪场粪污资源化利用问题。年可减少CO2排放10.8万吨;沼气发电剩余沼液沼渣做为基质,可制备多种配方有机肥料,根据不同季节,不同植物,不同生长期进行肥料调整,形成多样性多元化多用途功能肥料,投资2000万元建设的养农有机肥厂投产运行,年产生物有机肥固肥5万吨,液体肥20万吨,年有机肥销售收入1300万元。

提纯生物天然气项目。建设厌氧发酵罐6座,共30000 m3,通过利用畜禽粪污和秸秆进行混合厌氧发酵,生产沼气提纯成生物天然气,可实现秸秆和畜禽粪便综合治理利用。该项目配套建设青储50000m3,年可消纳玉米秸秆7万吨,可处理畜禽粪污10万吨,年可生产沼气1152万立方米,提纯生物天然气6360000 m3,铺设中低压输气管网182KM,可供周边8595户居民取暖和炊用,即可覆盖供气范围内所有工商业用户。

生物质热电联产项目。项目于20168月开工建设,20178月份投产运行,年可发电2.4亿度,供热55万吉焦,年耗秸秆约28万吨,年替代标煤10万吨/年,全年可减少CO2排放约26万吨。生物质直燃发电厂以废弃秸杆、废弃果树枝等为原料,实现发电并网,余热供应县城居民供热,已取得政府特许经营许可,供应面积为130万平方米,发电产生的草木灰,应用有有机肥厂生产生物有机肥。项目持续盈利。

(五)技术获奖情况

1. 低浓度粪水高效产沼气技术。应用于大型养殖场粪污治理工程,该项目获得了国家科技进步奖三等奖。随着热电气肥联产生态循环模式的实施推广,粪污将得到有效治理,畜禽场周围的环境卫生将因此得到很大程度的提高,农村环境得到改善,减轻雾霾污染。通过沼气发电厂的运行,将可靠先进的高效厌氧沼气发电和余热回收技术,广泛应用于农业废弃物资源化利用项目中。

二、技术要点

(一)打造政府支持体系

当地政府给予粪污收集中心一定的收储运补贴。一是通过农业园区建设打通粪污资源化利用通道。二是环保倒逼生物天然气入户机制。结合政府蓝天行动,京安股份公司在安平镇、两洼乡两个乡镇实施煤改气项目,并通过补贴农户初装费及壁挂炉、灶具购置费,促进天然气入户。

(二)创新运营模式

 京安股份公司以先进的农牧业废弃物资源化利用技术为依托,通过沼气发电项目、沼渣、沼液生产生物有机肥项目、生物天然气项目及生物质热电联产项目,对京安养殖场及安平县域内畜禽粪污、废弃秸秆等农牧业废弃物进行综合治理,全量化利用,整县推进,通过发酵制沼、沼气发电,生物质直燃发电,城市集中供热,产生绿色电能、余热回收利用,沼渣沼液及草木灰生产有机肥等产业。沼液通过水肥一体化、喷灌、滴灌等农田水利工程施用于农业种植,京安公司在安平县内及周边建设98座液肥加液站(图2),覆盖11.2万亩作物;沼渣肥通过大户使用、协议利用机制实现还田;高端沼液肥通过定制开发,实现定向销售。

     

2 液肥加液站

(三)建立利益联结机制

通过承担安平县畜禽粪污资源化利用试点项目,开创粪污以质定价的先河,粪污集中处理中心采用粪污分级定价收集模式,粪污浓度(即含固率TS),干清粪需要保证在20%以上,水泡粪保证在3-8%。粪污浓度大于8%,公司按10-50/T收购;粪污浓度小于3%,养殖场支付20/T的处理费;粪污浓度3-8%,免费收集。最后交由公司粪污处理中心处理。

秸秆回收建立秸秆收储运专业队伍,打通经纪人、秸秆收储队伍、农机合作社、秸秆综合利用企业的利益联结机制,实现多方共赢。

(四)成熟技术工艺


该模式以京安养殖场及安平县域内畜禽粪污、废弃秸秆等农牧业废弃物为原料,通过厌氧发酵制沼气、沼气发电,产生绿色电能,余热回收利用,沼渣沼液生产有机肥,沼气提纯生物天然气,生物天然气供应农村清洁能源(图3)。形成了完整“气、电、热、肥”联产生态循环京安模式(图4)。

(五)利用模式

该模式现已初步形成了两种可复制可推广的技术路线:一是畜禽养殖废弃物资源化利用。在全国大力推行粪污制沼的环境下,研发总结低浓度有机废水高效厌氧发酵制取沼气以及其他涉及生产、维护、肥料制作的专利技术十余项,解决了沼气生产波动大的难题,实现了全天候持续稳定产气,成为河北省率先利用畜禽粪污发电并网的沼气发电企业。二是提纯生物天然气项目,通过畜禽粪污和青储秸秆混合发酵产生沼气,提纯生物天然气。实现了沼气发电、沼气入户、沼渣、沼液生产有机肥等多元化利用。

结合县政府“气代煤”项目,供应安平县城关镇、两洼乡共23个村,8595户居民炊用、取暖用气,以及所属范围内工商业用户、教育园区供应生物天然气,供应生物天然气价格,居民气价为2.5/立方米,非居民气价夏季2.95/立方米,冬季3.5/立方米。提纯后的生物天然气通过CNG加气站供应车用。于201810月取得了河北省住房和城乡建设厅颁发的《燃气经营许可证》

三、适宜推广区域

该模式适宜农作物秸秆资源丰富地区、养殖发达地区,比如河北省、山东省、河南省等。生物燃气生态循环农业模式的推广区域应符合当地规划和行业布局,还应考虑地域资源、区域地质、交通运输和环境保护等要素。中心纽带生物然气工程选址,要考虑原料运输半径及运输成本。最好靠近大型养殖企业。适宜农作物大面积种植区域,秸秆禁烧压力大,秸秆综合利用途径缺少地区。沼肥储存池修建靠近农田浇灌施用地附近,以利于沼肥就地使用。粪污收集要专用密封车辆,防止撒漏、臭味以及病原体交叉传染,满足生产防疫的要求。

注意事项

    “气电热肥”联产生物质能近零碳利用模式,需要建立在近养殖场5公里范围内的乡镇,可有效利用管网收集养殖场粪便,减少原料运输成本。打通县域50公里范围内农作物秸秆收储运用通道,建立收储运体系,政府支持,企业参与、经纪人主动的收储模式。



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