欧洲大型沼气工程技术国产化思路探讨

1欧洲大型沼气工程技术国产化方法探讨王淑宝张国栋曹曼（青岛天人环境工程有限公司，山东青岛266101）摘要：本文阐述了欧洲及我国大型沼气工程数量规模和技术特点，分析了我国在沼气产业领域的国情，通过案例展示了以国外转让指导、国内引进转化的方式实现欧洲先进沼气工程CSTR工艺技术国产化，并在项目中采用“企业自筹资金、申请国内政府资助、利用国际援助资金、引进投资和运营商”的运作模式，可以提高我国沼气工程技术效率和经济效益，促进我国沼气产业的发展。关键词：欧洲沼气工程技术国产化1、欧洲沼气工程技术现状欧洲的沼气工程技术发展较早，也是世界上沼气厂最普及的地区。欧洲的沼气厂从20世纪70年代开始建设，90年代进入快速发展期，到2000年以后欧洲的沼气产业更是得到了迅猛发展。在1997年，欧洲仅有沼气工厂767座，2004年发展到4000多座。以德国为例，在1997年拥有沼气厂500座，2000年发展到1000座，截至2006年，已经突破3500座[1]。欧洲沼气工程技术主要以高浓度有机废弃物联合消化工艺（CSTR）为主，绝大多数配备热电联产系统。CSTR工艺是先对各类畜禽粪便及其它高产气量的有机废弃物进行预处理，调整进料TS浓度8-13%范围内，进入带有机械搅拌的CSTR反应器，不同种类畜禽粪污产气率在0.25–0.5Nm3/kgVS之间[2]。沼气进入热电联产系统后，产生的电能并网外卖，热能用于加热原料。沼液COD浓度和TS浓度含量高，一般不经固液分离直接用于农田施肥。欧洲沼气工程技术具有如下特点：特点一，重视原料复配，产气率高。欧洲沼气工程原料不仅包括牛粪、猪粪、鸡粪等畜禽粪便，还有玉米、土豆等能源作物，以及屠宰场废弃物、城市餐厨垃圾、城市污泥等。通过这些原料的混合和合理复配，可以提高原料中的碳、氮含量，并调整出可使产气率最高的碳氮比。德国90%以上的农场沼气工程采用混合原料发酵[1]。特点二，工艺统一，热电联产，效益高。在德国和丹麦，90%以上沼气工程选用CSTR工艺，统一的工艺有利于制定统一的技术标准和管理办法，同时便于接管运营后续服务的开2展。热电联产指产出的沼气主要用于发电，约33%—37%的能量转换为电能[1]，在发电的过程中产生大量的余热，用于CSTR加热和农场或社区供热，提高了沼气的利用效率，增加沼气工程的经济效益。特点三，实现自动控制，运行管理便捷。利用厌氧消化系统专用的自动控制系统与软件，实现沼气工程的自动化管理和远程监控，节省大量人力的同时又提高了工程生产效率。比如国内一万头牧场大型沼气工程，操作管理人员达30人之多，而同等规模工程在欧洲利用远程监控系统只需1-2人。2、我国沼气工程技术现状我国沼气产业始于70年代，经历了两落三起，现在处于第三个高峰发展期。据统计，至1998年，我国已有大中型沼气工程748处，年处理废弃物1990万吨[3]。到2005年底，已建养殖场沼气工程3500处，年可处理畜禽粪便等废弃物8700万吨。至2010年，国家支持新建大中型沼气工程4000处左右（不包括地方政府支持和大型养殖场自主建设的项目）[4]。我国大型沼气工程技术包括USR、UASB和HCF工艺，应用较多的是USR工艺，小部分采用HCF，UASB工艺多用于高浓度有机废水的处理。USR工艺是先对各类畜禽粪便和其它有机物进行预处理，除去大颗粒和粗纤维物质（进料TS浓度3-6%）后，进入USR反应器，USR反应器采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，在中温条件下，视原料不同产气率在0.3-0.8之间。沼渣沼液COD浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般用于农田施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型工艺。我国沼气工程技术具有如下特点：特点一，工艺类型多，效率普遍不高。我国在发展沼气工程的过程中，在户用沼气方面取得较大成就，到2005年底，全国户用沼气达到1800万户，大中型沼气工程由于缺乏行业权威组织统一的技术指导，南北方地区差异较大，各地分别用土法建沼气工程，发酵温度低，缺搅拌，沼气产气率低。特点二，产品利用率低，经济效益差。我国建大中型沼气工程开始以处理废弃物和生产能源为出发点，而不是以充分利用资源为出发点，在工艺设计中对产品的应用重视不够，包括有机肥的生产、沼气发电余热的利用等。在产品产量低、使用率低的情况下，工程的经济效益自然就差，这也是我国沼气工程发展缓慢、运行困难的根本原因。3特点三，工程设备化低，生产方式落后。受限于技术水平和成本控制，普遍采用传统的现场加工安装的方式，没有实现工程的设备化和标准化，传统安装方式工期长，难维护，不便于检修，质量难保障。同时进出料方式落后，手动操作管理，不但需要人工较多，而且外观不佳，影响厂区整体环境。3、欧洲沼气工程技术国产化方法3．1选择适合中国国情的先进技术欧洲沼气工程技术已发展相对成熟，并有成功的发展模式，而我国沼气工程依然存在较多问题，借鉴欧洲成功经验，找到适合我国沼气产业发展的工艺技术和发展模式，是很有必要的。在发展沼气产业方面，我国具有与欧洲不同的国情。首先，我国废弃物种类繁多又较为分散，这是由于我国线性经济发展模式以及养殖业集约化程度不高等因素造成的；其次，我国对沼气工程产品的补贴政策不到位，之前我国主要偏重沼气工程的数量和规模的扶持；再者，我国南北方温差较大，南北方对沼气工程的关注点不同，北方关注保温，南方则关注沼肥的利用。欧洲CSTR工艺技术原料适应性广泛，要求较高的进料浓度，适合多种原料混合发酵；该工艺中采用搅拌技术和热电联产技术，热输出能满足原料升温要求，产气率高，池容产气率可达1.0-5.0，热能的回收利用可保障工程在寒冷地区正常运行。在沼液、沼渣的利用上，欧洲选择直接施肥的生态模式，原因是欧洲农场主拥有大片土地，且无需繁杂的手续。我国土地所有权分散，大中型沼气工程的沼肥利用基本选择生态还田的利用模式，随着我国养殖业集约化程度越来越高，特大型牧场和养殖区逐渐建立，特大型沼气工程将是一个发展方向，沼肥利用是待要解决的问题。鉴于此，我国应引进欧洲先进的CSTR工艺，并在原来热电联产的基础上增加有机肥的生产，即CSTR热电肥联产技术是适合中国国情的沼气工程技术。3.2选择有效的技术引进和运作模式如果照搬欧洲CSTR沼气工程技术将带来一系列问题。第一，进口设备投资高出国内设备投资1-2倍，项目总投资将比国内同类项目投资超出50%-100%，超出国内的承受能力；第二，欧洲采用的设计标准和规范同我国现行的设计标准和规范有很多冲突之处，如设计和4验收标准不一致等；第三，设备和维修服务不及时。如果采用国外公司作为技术咨询和指导方，国内有设计能力、工程建设经验和有相应资质的公司进行技术引进的模式，既有效的引进了国外先进技术，又解决了设计标准不统一等问题，在技术国产转化的过程中开发出性价比高的国产设备。整个建设过程由国内技术引进单位对项目统一负责，国外技术转让单位对国内技术引进单位的技术负全责，责权利明确，效率提高，风险降低，是一种切实可行的适合中国国情的技术引进模式。大中型沼气工程具有社会公益性质，得到了国家政策的大力扶持，作为能源和环境的交叉学科，是处于农业和工业边缘的新兴行业，符合全球的可持续发展政策，可利用社会资本，如利用CDM政策，向发达国家销售二氧化碳减排配额，产生额外收益；利用国际援助资金和国际国内投资商，引进第三方资金；另外，还可以考虑将大型养殖场或养殖园区的粪污处理项目，整体交由第三方运营商建设和运营这种模式进行运作。总体而言，可采用企业自筹资金、申请国内政府资助、利用国际援助资金、引进投资和运营商的模式进行项目运作。4、案例分析以我国引进欧洲技术建设第一座大型车用燃料沼气工程为例。以当地收集的牛粪、猪粪、人粪、屠宰垃圾、厨余垃圾和生活污水处理厂的生污泥为原料，采用欧洲有机废弃物联合消化CSTR工艺，高温发酵，全自动化控制和远程监控功能，产气率2.0以上，设计日生产符合国家车用天然气规范的车用沼气约10000m3，总投资约4000万，投资回收期预计6-7年。丹麦NIRAS公司作为技术转让单位并对项目提供技术指导服务，中国天人公司作为技术引进单位对技术进行国产转化并进行EPC模式总承包，承担项目初步设计、施工图设计，建设、调试和培训工作。项目工艺流程先对原料进行粉碎处理，调整进料TS浓度10%，进入CSTR反应器高温发酵，物料进入二次发酵池进行二次发酵，产生的沼气进入净化单元净化压缩成为车用燃料，另一部分进入热电联产单元，输出电能并入当地电网，回收的热量用于原料加热，沼渣沼液作为有机肥。5该项目资金来源包括三个方面，业主自筹、国家和地方政府的资助、丹麦政府友好合作项目（PFP）的支持，该项目的运作模式符合中国国情，实现了多赢的结果。从国家层面，丹麦政府实现了其支持亚洲发展中国家的公益性技术援助，我国实现了欧洲先进沼气技术的引进，所投入的扶持资金真正起到了示范作用；从公司层面，本项目的业主以国内普通的投资获得了国际先进的技术和国内完善的服务保障，NIRAS公司成功的快速进入中国市场，天人公司获得了欧洲先进的技术和人才培养。5、结束语我国目前大力扶持大型沼气工程发展，但我国沼气工程技术工艺类型多，效率普遍不高，产品利用率低，工程设备化低，经济效益差，运行困难，发展缓慢。欧洲大型沼气工程技术资源利用率高、经济效益好，适宜引进并进行国产转化。宜采用由国外公司提供技术指导，国内有设计、建设能力的公司进行技术转化，实行总承包的模式进行项目建设。在项目运作上可采用“企业自筹资金、申请国内政府资助、利用国际援助资金、引进投资和运营商”的模式，来增加项目资金渠道、提高项目建设水平、确保项目的收益。该车用燃料沼气项目的成功实施，说明以上转化和运作模式可行，通过先进技术引进转化的方式，我国沼气产业跨越了与欧洲十多年的差距，沼气工程技术实现跳跃式发展，如能在全国范围内推广应用，必将促进我国沼气产业的大发展。6参考文献：[1]邓良纬,陈子爱.欧洲沼气工程发展现状.中国沼气,2007,25(5):23-31.[2]OleJessOlsen.,TheDevelopmentofBiogasTechnologyinDenmark:Achievements&Obstacles.[3]王锡吾.中国沼气技术发展与展望.农村能源，2000，94（6）：17-20.[4]全国农村沼气工程建设规划（2006-2010），中华人民共和国农业部，2007.附作者简介王淑宝，1982年生，女，汉族，学士，中国海洋大学环境科学专业，现为青岛天人环境工程有限公司项目经理联系方式：13792833814/0532-80996088,[e-mail]，青岛市高科技工业园科苑纬四路30号，266101