万头猪场沼气工程.doc

万头猪场沼气工程
引言：
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是比较大的，对周边的环境影响也比较严重，因此对于固废的再利用和合理的排放显得尤为重要，一般情况我们都采用建设沼气工程，已达到粪便和污水的合理再利用，并且产生的三沼成了很好的有力资源。如何建设好沼气工程是我们在此探讨的重点。
1 首先要谈的是万头猪场的牲畜组成和周期情况：
1.1 万头猪场牲畜组成和数量如下：
1.1.1 妊娠母猪数=周配母猪数×15 周；
1.1.2 临产母猪数=周分娩母猪数×单元产栏数；
1.1.3 哺乳母猪数=周分娩母猪数×3 周；
1.1.4 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）；
1.1.5 后备母猪数=（成年母猪数×30%÷12 个月）×4 个月；
1.1.6 成年公猪数=周配母猪数×3÷2.5(公猪周使用次数)+1-2头(按3次本交计算)；
1.1.7 仔猪数=周分娩胎数×4 周×10 头/胎；
1.1.8 保育猪=周断奶数×4 周；
1.1.9 中大猪=周保育成活数×16 周；
1.1.10 年上市肉猪数=周分娩胎数×52 周×9.1 头/胎(仔猪 7 周龄上市)；
1.1.11 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。
1.2 万头猪场实际存栏情况：
1.2.1 妊娠母猪数：360 头；
1.2.2 临产母猪数：20头；
1.2.3 哺乳母猪数：60头；
1.2.4 空怀断奶母猪数：30头；
1.2.5 后备母猪数：48头；
1.2.6 成年公猪数：30头；
1.2.7 后备公猪数：6头；
1.2.8 仔猪数：800头；
1.2.9 保育猪：760头；
1.2.10 中大猪：2949头；
合计：5063 头（其中基础母猪为 470 头）
在此基础上才可以达到万头猪场的年上市肉猪数1万头以上。
2 根据万头猪场各种猪的组成及周期计算产粪量、尿液及污水量。
2.1 根据以上数据可以计算出万头猪场每天的产粪量。
母猪总数为518头，母猪日产粪量约为3.6公斤，每天产粪1.86T；公猪总数为36头，公猪日产粪量约为2.6公斤，每天产粪0.09T；仔猪总数为800 头，仔猪日产粪量约为1公斤，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公斤，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公斤。
2.2 根据不同种类猪的组成计算尿液量和污水量。
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。
3 万头猪场建设沼气工程规模及选型的确定。
3.1 反应器容积规模的确定。
3.1.1 以CSTR工艺为例：
以CSTR工艺为例，进料浓度一般为8%，HRT为24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。
3.1.2 以USR工艺为例：
如果采用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。
因此可以得出一个结论，一个万头猪场如果采用CSTR工艺，需要建500-600m³规模的反应器；如果采用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。
3.2 储气装置规模的确定：
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。
3.3 增温加热装置规模的确定：
一般在北方，沼气工程多用于锅炉供暖。据有关资料，一个15m³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总=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=1.7 m³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户和沼气发电，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。
3.4 沼气发电装置规模的确定：
如果沼气用于沼气发电，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。“十五”期间研制出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)。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。以柴油机改装为全燃沼气的奥托机时，因为沼气中含CO2，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选择:
日沼气产量÷24小时×1.5kwh/m³，即600m³÷24h×1.5kwh/m³=37.5kwh/h，选择35KW～50KW发电机组比较适宜。
4 结论：
根据以上情况的分析，得出的结论是：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35KW～50KW发电机组，供应养殖场和周边用电需要。