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时间:2021-01-19 00:16  编辑:诸暨农业局

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中粮(张北)一期20万头生猪养殖

沼气综合利用项目

可行性研究报告

建设地点:河北张家口张北县

编制单位:

编写时间:2015年3月

目录

第1章概述1

1.1项目摘要1

1.2编制依据2

第2章项目建设背景3

2.1项目建设的必要性和可行性3

2.2项目建设目的和意义5

第3章项目建设单位基本情况8

3.1项目建设单位基本情况8

3.2技术依托单位情况简介8

第4章产品方案和市场分析10

4.1产品方案10

4.2市场分析11

第5章项目地点选择分析13

5.1项目选址原则13

5.2自然环境13

5.3交通及运输14

5.4厂址选择15

第6章工艺技术方案分析17

6.1项目的指导原则17

6.2沼气工程工艺设计18

第7章工艺单元设计与设备选型26

7.1预处理系统26

7.2厌氧消化及后处理部分26

7.3沼气脱硫脱水净化、贮存30

7.4沼气发电及余热利用系统32

7.5附属设施33

第8章建筑、结构、电气与节能减排35

8.1设计原则35

8.2建筑与结构设计35

8.3电气设计36

8.4控制及仪表38

8.5机械设备设计38

8.6总图设计39

第9章环境影响分析41

9.1环境影响41

9.2工程建设期对外部环境的影响41

9.3工程建设完成后对外部环境的影响与对策42

第10章项目组织管理与运行43

10.1项目筹建时期的组织与管理43

10.2项目运行时期的组织与管理43

10.3劳动定员和人员培训43

第11章项目建设期限和进度安排44

第12章投资估算与资金筹措45

12.1投资估算依据及范围45

12.2固定资产投资总额45

12.3资金筹措46

第13章效益分析与风险评估50

13.1生产成本和销售收入估算50

13.4工程项目环境效益分析52

13.6综合评价53

第14章结论和建议54

第1章概述1.1项目摘要

1.1.1项目名称

中粮(张北)20万头生猪养殖沼气综合利用项目

1.1.2项目建设单位

中粮家佳康(张北)有限公司

1.1.3项目拟建地点

河北省张家口市张北县公会镇

1.1.4建设目标

通过厌氧发酵、沼气综合利用工程的建设,处理张北20万头生猪养殖场产生的粪污,生产清洁能源,减少养猪场环境污染,减排温室气体。厌氧发酵每天生产沼气50000m3,死猪无害化处理和职工炊厨燃料日耗沼气400m3,夏秋两季厌氧发酵自身增温2400m3,其余尚有5600m3用于发电,发电机装机容量300kw(100+200),日发电8960kW·h,春冬两季厌氧发酵自身增温5600m³,其余2400m³用于发电,日发电3840kW·h,发电并网不上网,电能用于沼气站和猪场,发酵后的沼液作为优质有机肥,用于周边草场和农田,促进畜牧业和农业的发展,有效利用了资源,改善了环境,实现养殖业的可持续发展。

1.1.5建设期限

2015年6月—2016年10月

1.1.6项目工艺技术方案

该项目在工艺选择和方案设计中,采用热电肥联产模式和高浓度全混合(CSTR)中温厌氧工艺。项目所生产的沼气全部用来发电,并网不上网,电能自用;利用发电机余热为厌氧反应器供热;厌氧发酵后的发酵液是好的液体有机肥,施用于周边的牧场和农地。

1.1.7建设内容及规模

项目处理中粮家佳康(张北)有限公司20万头生猪养殖粪污,日处理量700吨。本项目建设地点为河北省张家口市张北县公会许清坊村。

本项目建设用地300亩,新建匀浆池700m3×2座、厌氧反应器7000m3×2座、独立双膜干式贮气柜1500m3×1座,沼液暂存池50000m3×3座、发电机房292.5m2、管理房150m2,以及相应的配套室外工程和管道及工艺设施;100kW、200kw国产发电机及余热利用系统各1套(或压缩提纯做锅炉燃料)。

项目投产后,日生产沼气7800m3,年发电2188800kW·h。年产沼液21.60万吨,减排温室气体约3.7万吨CO2。

1.1.8投资估算和资金筹措

项目总投资3309.65万元人民币,其中土建投资1192.93万元、设备及输送管道投资1915.8万元,工程税金111.92万元。项目投资主要资金来源由中粮肉食投资有限公司承担。

1.1.9市场预测及效益分析

根据确定的产品方案和建设规模及预测的产品价格,达产期内年均销售收入116万元。

1.2编制依据

(1)《中华人民共和国可再生能源法》及相关配套法规

(2)国家《可再生能源中长期发展规划纲要》

(3)《投资项目可行性研究指南》

(4)国家发改委、建设部《建设项目评价方法和参数》(第三版)

(5)国家环保部《畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)》

(6)国家环保部《畜禽养殖业污染防治技术规范(HJ/T81-2001)》

(7)国家发改委《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》

(8)国家农业部、发改委《农业部办公厅、国家发改委办公厅关于做好养殖业大中型沼气工程可行性研究报告和初步设计文件编制及审核工作的通知》

第2章项目建设背景2.1项目建设的必要性和可行性

2.1.1项目建设的必要性

本项目的建设的必要性具体体现在以下几方面:

一、发展可再生能源、改善能源结构的需要

能源是现代社会经济发展的支柱,全球工业化对能源的急剧消耗使能源危机日益凸现并导致一系列世界性环境问题,世界各国正在大力开发新型可再生替代能源。石油、天然气和煤炭等化石能源供应着世界85%以上的一次能源消费,但储量有限,不可再生,地球上剩余可采年限分别仅为约40、60和230年。我国人口众多,能源危机尤其严峻,石油、煤炭和天然气人均剩余可采储量分别仅约2.6吨、90吨和1000立方米。目前我国已成为第二大能源消费国,2008年我国石油的对外依存度超过50%,且逐年增大,供需矛盾突出,能源短缺将是一个长期的过程。化石燃料的生产和使用带来温室效应、酸雨、破坏臭氧层等一系列世界性环境问题,我国SO2和CO2排放居世界前两位。进入21世纪,基于对环境保护、经济可持续发展和国家安全的考虑,许多国家对开发利用可再生能源由理性呼吁发展到制订国家战略的高度。2006年我国《可再生能源法》开始施行,将可再生能源的发展提高到前所未有的高度;“十一五”规划提出构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系,加快发展可再生能源,建设资源节约型、环境友好型社会;近几年的中央一号文件都明确提出我国将加快发展农村清洁能源产业,大力推进新农村建设。国务院领导在北京国际可再生能源大会上指出2020年我国可再生能源占能源供应的比重将达到15%,《2006中国新能源产业年度报告》提出2050达到30%,任重道远。本项目的成功实施可规模化生产沼气可再生能源,为我国的能源安全提供支撑。

二、减少温室气体排放的需要

近年来,日益严重的全球变暖趋势受到世界各国的重视,温室气体减排越来越紧迫。1997年12月,联合国在日本京都召开了防止地球温暖化京都会议,《京都预定书》规定各国在2008-2012年间要将温室气体的排放总量在1990年的基础上削减5.2%。在印尼巴厘岛召开的联合国气候变化大会和2009年4月的G20峰会都把减少化石能源消耗、发展可再生能源、保护人类共同的地球作为首要任务。甲烷的温室气体效应是CO2气体的21倍,温室气体效应20%来自甲烷。如有机废弃物得不到有效利用,产生的沼气就会成为造成温室效应的元凶。

本项目的实施,每日产生沼气7800m3,每年可产沼气28.08万m3,每年减排温室气体量相当于约3.7万吨CO2,对实现我国节能减排目标,推动我国可持续发展和构建和谐社会具有重要意义。

三、保护生态环境的需要

我国是农业大国,每年产生大量的有机废弃物。目前这些废弃物大部分尚未得到妥善处理和利用,造成严重污染。尤其是养殖业的污染问题。我国畜禽养殖业经过20余年的发展已成为我国农业和农村经济中一个重要的支柱产业,其总产值超过1万亿元,占农业总产值的30%以上,有的省和地区达60%以上。但是,我国畜禽养殖带来的环境污染问题却日益严重,畜禽粪便和废水的产生量都很大。有关资料显示,养殖业废弃物每年的总量约为25亿吨。我国规模化畜禽养殖场粪水污染问题已到了非解决不可的地步,应尽快推进畜禽养殖场粪水污染处理,加速能源环境工程规模化、商业化进程。

厌氧发酵技术将有机废弃物转化为清洁能源,为循环经济的发展提供有力支持。有机废弃物厌氧消化生产清洁生物燃气的过程能有效控制病原微生物的扩散和传播,发酵残余物是优质的有机肥,可替代化肥的使用,改善土壤理化性状,为农作物生长提供良好的土壤环境。据2009年全国农村可再生能源统计资料,截至2008年底,大型沼气工程数量2761处(其中2008年新增1192处),总池容178.5万立方米,产气2.73亿立方米,约产生有机肥200万吨。沼气工程的建设既可以解决污染问题、保护环境,又可提供能源和肥料,有利于生态系统的良性循环和农业可持续发展。

2.1.2.项目建设的可行性

2.1.2.1政策的可行性

《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》明确将沼气等农林生物质综合开发利用列入国家重点发展领域。根据《可再生能源中长期发展规划》,到2010年,建成规模化畜禽养殖场沼气工程4,700座、工业有机废水沼气工程1,600座,大中型沼气工程年产沼气约40亿立方米,沼气发电达到100万千瓦。到2020年,建成大型畜禽养殖场沼气工程10,000座、工业有机废水沼气工程6,000座,年产沼气约140亿立方米,沼气发电达到300万千瓦。

2006年颁布实施的《可再生能源法》明确指出,“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”。《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》明确了可再生能源发电电价补贴政策,可再生能源发电电价在当地标杆电价的基础上增加0.25元/度的补贴。

上述一系列政策和法规为本项目顺利实施提供了政策保障。

2.1.2.2企业条件的可行性

中粮家佳康(张北)有限公司20万头养猪场每天产生粪污700立方米,为本项目的建设提供了充足的原料保障。其母公司中粮肉食投资有限公司已经在江苏省东台市建设了多座沼气综合利用项目,从企业内部的实力、人力及管理水平上来说完成此项目建设是完全可行的。

另外,公司为建设本项目已组建了专业机构,并多次对该项目进行考察和论证,为本项目的建设做了大量的前期准备工作。

2.2项目建设目的和意义

2.2.1项目建设目的

本项目建设的目的主要有:

一、发展可再生能源,实现循环经济。将养殖场的粪便和污水等废弃物利用起来,一方面发展沼气可再生能源,实现废弃物的资源化利用,另一方面避免了污染物的排放。通过项目的实施,实现沼气工程的双向清洁功能。

二、实现清洁生产、保护生态环境,根据可持续发展战略和《全国生态环境建设规划》,畜禽养殖粪便污染严重问题必须得到彻底治理。本项目有效解决畜禽养殖场固体、液体废弃物以及气体恶臭等环境污染问题。

三、发挥项目示范作用,在自身取得环境效益和经济效益的同时,不断提高企业的技术水平,发挥示范带动作用,引导整个区域的良性发展。

四、带动种植与养殖的协调发展,通过该工程的建设,沼渣、沼液可使种植增产增收,可实现安全粮食和绿色食品的生产。同时也可为养殖提供足够的饲料来源,确保养殖业的规模化良性发展。

总之,通过该工程的建设,可使企业实现清洁生产,资源多层次利用;使企业提升形象,增加经济收入,实现快速发展,并带动周边产业的良性循环。

2.2.2项目建设的意义

集约化畜禽养殖场开展能源环境示范工程规划是在国民经济发展新阶段的背景下提出的。我国20多年来经济和社会的快速发展,已给生态环境造成了严重的破坏。随着国家经济发展第一阶段战略目标的实现和人民生活水平的提高,人们普遍要求治理污染,改善生态环境。近年来,农业污染治理已列入重要议事日程。畜禽粪便是导致农业污染的主要因素之一,因此加强畜禽养殖业环境管理,实施能源环境工程,对于治理农业污染、改善生态环境质量、实现可持续发展具有重要意义。

尤其是加入WTO以后,我国的肉、蛋、奶、果、菜等农副产品多次遭遇绿色壁垒,使我们本来并不宽广的农产品出口道路变得更窄。造成这种现象的原因是方方面面的,其中主要原因之一就是我们的养殖环境条件太差和果菜栽培施肥不当。要想彻底地攻克这个关系着我国农业发展有没有后劲的大问题,就必须从源头遏制住养殖企业的粪污乱弃漫流等严重的污染现象。

畜禽粪便、污水既是污染源,又是宝贵的资源。只有对畜禽粪便、污水进行无害化处理,资源化综合利用,即大力发展以沼气工程为纽带的生态工程,才能真正做到既减少污染,保护农业生态环境,又可实现资源的再生利用,从而达到社会、经济、生态三效益的统一。具体表现在以下几个方面:

一、治理畜禽粪便污染是实施农业可持续发展战略的要求。

实施可持续发展战略是我国的基本国策,可持续发展要求在经济发展的同时,治理环境污染,改善和提高环境质量。我国规模化养殖业的快速发展是以牺牲环境为代价的,这种发展模式是不可持续的,不符合可持续发展战略的要求。通过该项目工程建设,在治理环境污染的同时,促进畜禽粪便的资源化利用,既解决污染问题,确保资源合理利用,又改善土壤质量,提高土壤肥力,从而达到农业可持续发展的目标。

二、畜禽养殖能源环境工程建设是《全国生态环境建设规划》的一个组成部分。

根据《全国生态环境建设规划》的总体安排,环境保护部制定了《国家环境保护“十一五”计划》,相关各部门都要对本行业在发展中出现的环境问题提出规划,分步实施,逐步加以解决。针对畜禽粪便污染对环境造成的严重危害,在全国规模化养殖发展较为集中的地区,建设示范工程项目,提供技术和信息服务,以点带面,为加强畜禽养殖环境管理,提供有效解决污染问题,促进畜禽粪便资源化利用的有效途径。

三、起着治理污染、保护环境的示范作用

畜禽粪便虽然是严重的污染源,但却又是可开发的宝贵资源。通过科学的处理和加工,便可转化为有价值的生物能源和有机肥料资源。在大中型畜禽养殖场中建设能源环境及综合利用工程,可以从根本上解决粪污的污染问题。沼渣、沼液可作肥料使用,从而使项目区域的污染得到治理,根本上改善了生态环境。本项目将借鉴国内外成功的经验,吸取失败的教训,优化、集成、先进、实用的技术,形成一个以沼气发酵、沼气发电和沼肥利用于一体的先进工艺的典型工程,起到推广示范的目的。

沼气发电是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气,利用发电机组发电,并充分利用发电机组余热,使综合效率达80%-85%,从而达到开发可再生能源和节能减排的目的。

建设本项目,可以很好地形成社会、环境,企业经济、形象的双重结合。此项目首先是一个能源环保项目,生产清洁能源大大缓解项目所在地区的环保压力,改善环境状况,促进人们的生产生活质量。又是一个未来企业甚至是国家经济的一个新增长点。项目所产生的大量电能可减少社会发展对石油等化石能源的依赖。沼渣、沼液可消除化肥对土壤的污染。而且,可减少因粪污产生的大量甲烷对大气中的排放,甲烷的温室效应是二氧化碳的21倍,实施该项目对温室气体的减排也有着一定的作用。因此,项目对实现高效生态循环经济型企业,对环境治理、农业生产、温室气体的减排都有着重要的意义。

第3章项目建设单位基本情况3.1项目建设单位基本情况为实现中粮集团提出打造“全产业链的食品企业、全服务链的城市综合体”的战略目标,集团从自身行业特点出发,提出了“精心打造肉食产业链,奉献安全绿色肉食品”的目标。肉食品产业链是指以消费需求为导向,控制从田间到餐桌需要经过的饲料、种苗、商品猪、肉食品加工、肉制品深加工配送等每一个环节,确保产品质量可追溯,打造“安全、放心、健康”的肉食品产业链。而生猪产业链将采取分步实施,区域布局,逐步扩大规模的方式,计划从2009年开始,用5-10年的时间在全国形成集种猪、饲料、商品猪、屠宰、深加工年1000万头生猪产业链目标,可以有效缓解我国安全猪肉供需矛盾,为广大的消费者提供安全可靠的猪肉食品。按照打造“全产业链的食品企业”的新战略,提出以向市场提供安全、优质的猪肉产品为目标,力争为国家农业产业化的发展、促进农业结构调整,提高市民生活水平做出贡献。

中粮肉食投资有限公司是集团旗下致力于打造肉食产业链、奉献安全绿色肉食品的企业,近几年已在江苏东台、湖北武汉、天津宝坻建成3座大型生猪养殖区。2012年已形成出栏95万头的生猪生产能力。公司在发展肉食产业链的同时,注重环境保护工作将环境保护工作放在与公司发展的同等地位,在建设养猪厂的同时,大力投入资金建设环保设施,由于猪粪本身的可挥发性有机物固体含量较高,可以在猪粪处理的同时采用厌氧发酵的方法,回收沼气进行发电和产热,从而在保护环境的同时,也可以产生再生能源,同时经过厌氧发酵后的沼渣,仍然还有丰富的氮磷钾等有机物,对张北草场和沙地都有一定滋养作用,该沼气项目的效果可谓一举多得。

3.2技术情况简介

本项目采用英国沼气技术公司的先进沼气工程的技术和设备,达到国际最领先水平。

第4章产品方案和市场分析

建设该项目生产沼气,沼气用于热电联供机组、电能自用(并网不上网)。热量回收用于厌氧发酵装置增温,实现38℃中高温发酵,提高产气率。经厌氧消化的沼渣和沼液中不仅保留了有机物分解后所生成的各种养分,富含N、P、K、Ca、Mo、Zn、Fe、Mn等元素,还含有生长素、维生素、有机酸、氨基酸等多种活性物质,适宜用作农用灌溉及农业肥料。由于其不含任何有害化学物质,并且在沼气发酵过程中绝大多数的有害生物被杀灭,所以沼渣沼液可成为生产绿色食品和安全粮食的有机肥料。

4.1产品方案

4.1.1沼气发电

随着常规能源(煤、石油、天然气)的日益减少以及环境问题的日趋严重,新能源的开发利用(尤其是可再生能源的开发和综合利用)越来越受到人们的重视。我国《可再生能源法》的颁布和实施,推动了沼气工程的快速发展。同时,国家出台了生物质能源发电上网电价补贴等激励政策支持,为沼气工程的发展营造了良好的市场环境。

沼气的主要成分是甲烷(CH4),通常占总体积的55%~60%;其次是二氧化碳,约占总体积的25%~40%;其余硫化氢、氮、氢和一氧化碳等气体约占总体积的5%左右。

甲烷的发热值很高,其热值约为35.9MJ左右。甲烷完全燃烧时仅生成二氧化碳和水,并释放出热能,是一种清洁能源,可替代天然气、煤、油等常规燃料使用。沼气是本项目的前端产品,设计产能为每年生产沼气约306.6万m3,采用国产发电机组,1立方米沼气可发1.6度电,电能自用,发电机装机容量300kW(100+200),发电产生的余热49718MJ/d,将充分利用在沼气发酵系统中的原料加热和罐体增温使用。

4.1.2有机肥

沼渣沼液中含有丰富的氮、磷、钾以及各种微量元素,还含有多种生物活性物质,是一种优质的有机肥料。利用沼渣沼液作为农作物的基肥和追肥,减少化肥用量,减低生产成本,提高作物产量和品质,实现安全粮食和绿色蔬果的生产。本项目年产有机沼液25.5万吨。

4.2市场分析

本项目生产沼气用的原料全部来自企业内部产生的养殖粪便和污水,不需要依赖外部市场。因此,本项目涉及的市场环境主要包括沼气发电市场及沼渣肥料市场两个方面。

4.2.1沼气利用方案

本工程日产沼气7800m3,死猪无害化处理和职工炊厨燃料耗用400m3,夏秋两季厌氧发酵自身增温2400m3,其余尚有5600m3用于发电,发电机装机容量300kw(100+200),日发电8960kW·h,春冬两季厌氧发酵自身增温5600m³,其余2400m³用于发电,日发电3840kW·h,详见下图。

沼气发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,采用热电联产机组,生产电能和热能,是有效利用沼气的一种重要方式。电力供应是国家能源体系的重要组成部分,连续多年出现用电紧张的局面,同时能源结构比例失调。在现有的电力供应中,来自于可再生能源的绿色电力不足3%。我国在国民经济中期发展规划中,已提出在2020年将绿色电力的比例提高到10%以上的目标。

4.2.2沼液消纳方案

沼液是好的液体有机肥,富含氮、磷、钾和有机质。20万头猪场周边有近20000亩坡地、荒地、草地和农田,可以沼液直接还田,既肥润草地、牧场和农田,又促进农牧业发展,和农牧民增产增收。

第5章项目地点选择分析5.1项目选址原则5.2自然环境

5.2.1中粮家佳康(张北)有限公司20万头猪场位于张北县公会镇。张北县位于河北省张家口市的坝上地区。地处北纬40°57′-41°34′,东经114°10′-115°27′之间。全县总面积4185平方公里,境域东西109公里,南北67公里,县境地形呈高原丘陵景观,大致分为东南坝头区、西部丘陵区和中部平原区三个类型。桦皮岭为全县最高点,海拔2128米;公会镇为最低点,海拔1300米。

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)和《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),张北县地震设防烈度为7度,拟建物可照7度设防,设计地震分组为第二组,设计基本地震加速度值为0.10g,学校、医院等生命线工程基本地震加速度为0.15g,建筑的场地类别为丙类(三类),属可进行建设的一般地段。

张北县境内有河流25条,总长793公里,流域面积3826平方公里,较大的河流有13条,水系主要是内陆河水系,分安固里淖、九连城和西盐淖三个流域。其中安固里淖是华北最大的内陆湖(由于近年来天气干旱,大降雨量次数减少,再加上各地筑坝截流,蓄水减少,2004年安固里淖干涸);安固里河等10条主要河流多年平均水量7261万m3。

5.2.2气象条件

拟建设地气象条件如下:

光照充足,雨热同季,昼夜温差大,干旱、多风、少雨、无霜期短是主要的气候特征。

1、气温低,无霜期短。年均气温3.6℃,年均最高气温10.1℃,年均最低气温-2.2℃;1月份为最冷月,历年月均气温-14.6℃;7月为最热月,历年月均气温19.2℃;极端最高气温36.1℃,极端最低气温-34.1℃;最大冻土深度175厘米。

2、降水量少,风大风多。根据1981—2010年气候统计资料,30年平均降水量为383.8毫米,最高值为548.6毫米(1978年),最低值245.2毫米(1997年),其中6—8月份降水量占全年降水量的69%。2013年降水量为336.5毫米,6—8月份降水量占全年降水量的81.7%。历年年平均风速4.6米/秒。2013年年均风速3.1米/秒,年最大风速16.7米/秒,极大风速26.7米/秒。

3、光照充足。张北县是河北省日照条件最好的县之一,年平均日照时数2897.8小时,全年活动积温2448℃,年平均7级以上大风日数30天左右。全年无霜期90-110天。2013年日照时数2859.2小时。2013年,全年蒸发量1520.1毫米,无沙尘暴,扬沙出现2次,雷暴出现日数36日,初霜冻出现在8月31日。

5.3交通及运输

张北地处坝首,背靠内蒙,面临京津,雄居要冲,扼南北交通之咽喉,自古是兵家必争之地,四通八达之埠。这里曾是“北方丝绸之路”张库大道(张家口至库伦)的必经之地,俗有“旱码头”之称。张北区位优越,公路四通八达。县城距北京215公里,距石家庄560公里。目前,国道207线纵贯全境,张尚、张化、东商、张沽等省级公路干线聚集辐射,构成了以县城为枢纽,连接内蒙、辐射京津的交通运输网络。截止到2012年底,全县境内公路总里程达到2618.572公里,通车总里程达到2568.864公里,其中高速公路56.12公里,一级公路11.307公里,二级公路208.319公里,三级公路333.398公里,四级公路1963.073公里,等外路46.355公里。高速公路2条。境内张石高速56.1公里,在建张承高速9公里;国道1条、省道5条共201.822公里。分别为:国道207线一级公路8.391公里,二级公路43.701公里;省道张尚线二级公路31.438公里;省道张化线二级公路59.247公里;省道张康线三级公路3.081公里;省道东商线二级公路24.802公里;省道张沽线三级公路31.162公里。县道7条段。共298.429公里(其中,通油路里程为266.397公里,未通油路里程32.032公里)。具体为:后(号)洗(马林)线 55.481公里,其中17.107公里为二级油路,38.374公里为三级油路;三(号)馒(头营)线65.424公里,全线为三级油路;张(北镇)下(四杆旗)线16.775公里四级砂石路;大(囫囵)朝(天洼)线10.993公里三级油路;宇(宙营)一(分场)线11.147公里,全线为三级油路;白(旗)郭(磊庄)线19.674公里,其中三级油路3.513公里,四级砂石路12.614公里,无路面等外路3.479公里。2007年实现了全县18个乡镇乡乡通油路目标,乡道22条段966.254公里,其中,通油路里程为40.55公里,通水泥路里程492.034公里,简易铺装84.974公里,无铺装砂石路面为348.696公里。2009年实现了366个行政村100%通水泥路目标,通村公路357条1092.794公里,其中,四级油(水泥)路721.302公里,简易铺装42.675公里,无铺装砂石路328.817公里。

客运。张北客运站为中转站,始发车辆168辆,过往车辆190余辆,日发班次480个,日均发送旅客3000多人次。其中农村客运班车92辆,总客位1013座,客运班线63条,日发班次150个,辐射18个乡镇366个行政村,运营总里程达5608公里,农村客运全部实行公司化经营。货运。全县货运车辆拥有量为3766辆,其中大货1910辆,中货173辆,小货1683辆。公交。全县共有两家公交公司,拥有中型公交车28辆,小型公交车54辆。出租车。全县共有三家出租车公司,出租车300辆。其中,华恒公司于2008年成立,拥有出租车120辆,车型为大众捷达;宏昊、鸿泰公司于2011年3月份成立,各拥有出租车90辆,车型为现代伊兰特。

5.4厂址选择

根据项目选址原则,项目所在地农村经济、种植业、畜牧业等发展现状,结合20万头猪场建设的实际情况,项目建设地点选择在距离三个养猪场10公里内。确定理由如下:

(1)项目建设点所在地区位置优越,交通便利;

(2)项目建设地点水电充足,可保证项目用水、用电;

(3)项目建设用地是中粮张北生猪养殖场沼气工程预留建设用地,并且周围有大量的农田和饲料地,保证了该沼气工程产生的沼渣、沼液有充足的种养结合的有机肥利用面积。

(平面布置图和相对位置图详见下图)

沼气站平面布置图

第6章工艺技术方案分析6.1项目的指导原则

以“整体、协调、循环、再生”为总的指导思想,按照“减量化、无害化、资源化、生态化”的原则,建设沼气发电示范项目典型。

项目将以沼气工程为纽带,把能源环境建设和资源循环利用有机的结合为一体,真正实现猪粪、污水的资源化利用,形成没有污染的可持续发展的农业生态循环经济体系。

6.1.1实现场区内污染零排放

通过建设该项目,可使场区内实现清洁生产和粪污治理的开发利用,并可实现场区内污染零排放的目标。采用科学合理的先进的沼气工艺,使粪便、污水经过发酵后产生沼气,沼渣、沼液可直接作肥使用,实现场区内污染物的零排放,并使这些粪污变成资源。通过对沼气的有效利用,减少温室气体排放,积极应对气候变化。

6.1.2循环经济理念

循环经济就是按照生态规律,利用自然资源和环境容量,实现经济活动的生态化转向。循环经济倡导的是一种物质不断循环再生利用的经济发展模式,即:“资源-产品-消费-再生资源”,在生产和消费中,追求资源和能源利用效率的最大化和废物产量的最小化,从而根本解决长期以来环境与发展之间的尖锐冲突。把循环经济理念应用于农业系统,在农业生产过程中和产品生命周期中减少资源、物质的投入量和减少废物的产生排放量,实现农业经济和生态环境效益“双赢”。

6.1.3种植、养殖、加工的协调发展

通过种植、养殖、加工业的有效结合,实现废弃物的回收利用,每年可消化掉场区所产生的所有牛粪和高浓度有机废水。沼气是优质的可再生能源,沼气发电、供热联产又为各项产业提供高品位的能源与动力保障,而沼渣和沼液直接作肥,可以促进当地种植业的发展,种植为养殖提供饲料,养殖为种植提供肥料,形成一个以生物燃气为纽带的种植、养殖、加工于一体的良性循环经济模式。

6.2沼气工程工艺设计

6.2.1工程规模设计

中粮家佳康(张北)有限公司年出栏生猪20万头。

一、资源量

根据猪粪便排放量资料统计,

猪粪、尿及冲洗污水混和后进入沼气工程,见表6-1。

表6-1猪粪、尿及污水计算

项目

排放量(t/d)

TS含量

TS量(t/d)

含水量(t/d)

猪粪

240

5%

12

228

猪尿

375

0.8%

3

372

冲洗水

85

--

--

85

混合粪污

700

2.15%

15

685

二、处理后沼液、沼渣的量

1、物料(TS)平衡及沼渣产量计算

物料(TS)全天输入总量为15t,预处理阶段减少量为0.5t,包括泥砂、矿物质以及少量粪渣,该部分消耗将作为堆肥外运利用。厌氧阶段消耗量为14.5t,该部分TS消耗是生物质能转化、沼气生产的主体。厌氧阶段TS的输出量为7.71t,另外部分进入沼液池中。物料(TS)平衡计算见表6-2。

表6-2物料(TS)平衡计算表

工艺阶段

处理单元

投入量(t/d)

消耗系数

消耗量(t/d)

预处理阶段

匀浆池

15

2.3%

0.5

厌氧阶段

厌氧罐

14.5

46.8%

6.79

暂存阶段

沼液储存单元

7.71

--

7.71

图6-1物料(TS)平衡图

2、水量平衡及沼液产量计算

表6-3水量平衡计算表

处理单元

项目

数量(t/d)

含固率

沉砂、匀浆

干物质

15

2.15%

清除干物质

0.5

水量

83

清除干物质耗水量

2.0

猪粪含水量

240

尿及冲洗水量

375

输出水量

698

厌氧反应

厌氧反应消耗量

1

5.9%

厌氧反应输出量

697

无固液分离

固液分离输入水量

0

固液分离输出水量

0

沼液储存

沼液含水量

697

1.1%

图6-2水量平衡图

表6-4水量、物料(TS)总平衡关系

项目

水量(t/d)

干物质(t/d)

合计

处理单元

输入量

685

15

700

单元输出量

2.0

0.5

2.5

预处理单元

1

7.71

9

厌氧过程

683

7.71

690.71

沼液储存

输出量合计

6.2.2沼气工艺流程的确定

6.2.2.1沼气工程工艺选择

一、沼气工程工艺流程

本沼气工程工艺流程如图6-3所示。

图6-3中粮(张北)20万头养殖粪污处理沼气综合利用项目工艺流程

二、工艺流程说明

发酵原料猪粪、尿和冲洗水等统一收集,然后进入匀浆水解池,经过进一步水解和沉砂之后进入厌氧罐发酵。本工程拟采用全混合式混凝土结构环套环型厌氧发酵罐。产生的沼气经生物预脱硫和化学脱硫、脱水净化后进入热电联产的沼气发电机组,产生的电能上网,发电机余热回收利用,用于厌氧罐增温。厌氧发酵后的发酵液送入沼液储存池,储存180天之后,由泵在施肥期内(一个月),沼液送到附近的农场,草场和果园、饲料地和无公害蔬菜基地的有机肥料,在非用肥季节,沼液进入沼液存储池进行存储。

1、预处理工艺

混合粪污进入匀浆水解池,在此进一步匀浆水解,去除泥砂等杂质,再用中心离心泵泵入厌氧罐内。

2、厌氧消化工艺

厌氧消化工艺包括进料单元、厌氧消化单元、沼气贮存等构成。

(1)进料方式

粪污经由中心离心泵泵入厌氧消化单元,分批间歇进料。

(2)厌氧反应器工艺

本工程采用完全混合厌氧反应器。完全混合厌氧反应器(CSTR)适用于畜禽粪污发酵工艺。它在沼气发酵罐内采用搅拌和加温技术,这是沼气发酵工艺中的一项重要技术突破。搅拌和加热,使沼气发酵速率大大提高,完全混合式厌氧反应器也被称为高速沼气发酵罐。其特点是:固体浓度高,TS6~12%,可使畜禽粪便污水全部进行沼气发酵处理。优点是处理量大,产沼气量多,便于管理,易启动,运行费用低。一般适宜于以产沼气为主,有使用液态有机肥(水肥)习惯的地区。由于这种工艺适宜处理含悬浮物高的畜禽粪污和有机废弃物,具有其他高效沼气发酵工艺无可比拟的优点,现在欧洲等沼气工程发达地区广泛采用。因此,选择完全混合厌氧反应器(CSTR)是较为合适的,有利于节省投资;较长的水力停留时间也有利于奶牛粪污的充分分解与消化,沼气的产量也相对稳定,同时,更有利于项目的顺利实施与运行管理。

(3)厌氧罐配置

每座一段厌氧反应器内设置推流搅拌机,一段厌氧发酵罐为环廊式结构,外壁内壁为混凝土结构,带有混凝土池底和混凝土池顶,推流搅拌机通过服务平台安装在发酵罐内部。使进料均匀分布并充分与厌氧微生物接触,并使厌氧罐内料液温度均匀,有利于提高产气率。而且,还可以破除浮渣,防止结壳。

反应器底部设出料系统,由中心离心泵间歇泵入二段厌氧发酵罐,内环发酵罐。

内环发酵罐为全池混合式发酵罐,外壁和底板顶板与外环同时浇注而成,内环同样设置有推流搅拌机,推流搅拌机通过服务平台安装在发酵罐内部使进料均匀分布并充分与厌氧微生物接触,并使厌氧罐内料液温度均匀,有利于提高产气率。

内环反应器底部设出料系统,由中心离心泵间歇泵入下一步处理工艺

(4)保温与增温

厌氧消化反应过程受温度影响很大,如图6-4所示。本项目厌氧处理单元设计为中温,其最佳温度范围为38-40℃。为了保证厌氧反应在冬季仍可正常运行,必须对系统实施增温和整体保温措施。

a.保温

系统整体保温包括管道、阀门保温;厌氧消化罐体的保温。对厌氧消化罐采用高密度挤塑板等材料进行强化保温,保温层厚度100mm。

b.增温

增温主要是在预处理匀浆水解池和厌氧罐内同时进行。

增温的热源来自热电联供发电机组产生的余热;在罐体内设置加热管,发电机余热经交换管交换热量,实现对罐体的增温。发电机余热给厌氧消化罐进行增温后,热交换后的水再回到发电机系统。

3、沼液处理工艺

本工程设计沼液池

沼液用途:沼液经管网至青贮玉米饲料地、果园、苗圃等施肥用地,作为液态有机肥使用。

6.2.3沼气净化与贮存工艺

6.2.3.1沼气净化工艺

厌氧发酵罐刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体,除含有气体燃料CH4和CO2外,还含有H2S和悬浮的颗粒状杂质。H2S不仅有毒,而且有很强的腐蚀性。过量的H2S和杂质会危及发电机组的寿命,因此需进行脱硫等净化处理。

对于猪粪废水产生的沼气,其中H2S气体含量约为3000ppm,而沼气发电机组要求沼气中含H2S气体含量低于200ppm,沼气的脱硫净化处理是必须的。

本工程拟采用生物脱硫法对沼气进行脱硫处理和化学法进行精处理

生物脱硫法是利用无色硫细菌,如氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等,在微氧条件下将H2S氧化成单质硫或亚硫酸。这种脱硫方法已在欧洲广泛使用,在国内某些工程已有采用,其优点是:不需要催化剂、不需处理化学污泥,产生很少生物污泥、耗能低、H2S去除率为90%,去除效率高。脱硫效率稳定,脱硫成本每立方米沼气0.04元,比化学脱硫法成本降低70%。

化学方法主要使用氧化铁作为接触药剂,当沼气H2S由于季节变化增高时,采用化学脱硫与生物脱硫相结合,保证发电机正常运行。

6.2.3.2沼气储存工艺

本工程选择双膜干式贮气柜贮存沼气。

双膜干式沼气贮气柜由外层膜和内层膜组成,外层膜构成贮气柜外部球体形状,内层膜与底部围成内腔以贮存沼气。贮气柜设有防爆风机,防爆风机自动按要求调节气体的输送量至沼气发电机,以保持贮气柜内气压的稳定。外层膜设有一道上下走向的软管,由上述防爆风机把外面空气经此软管输送进外层膜与内层膜之间的空间,使外层膜保持球体形状并同时把沼气压送出去。并配有超声波测距仪,自动调节和控制沼气的贮存量。

6.2.4热电联供沼气发电机配置

6.2.4.1热电联供发电机配置方案选择

本工程选择沼气用于发电上网。

由猪粪污水厌氧消化处理后所产生的沼气是一种优质的生物气体能源。在标准状态下(0℃,101.325kPa),每立方米沼气可产生热量约为23.1MJ,理论上相当于电量6.4kW·h(1kW·h=3.6MJ)。

目前,国产沼气发电机可把沼气中总含能量的30%左右的能量转化成电能,40%左右可以以余热的形式回收,对沼气的能源利用效率为70%。余热可以用于厌氧发酵罐的增温。

本工程拟选用100kW、200kw国产发电机组各1台。发电机组由发电机主机、余热回收装置、消音设备、软化水设备等部分组成。

图6-5沼气利用效率

6.2.4.2热电联供发电机能量转换计算

本工程设计粪污量为700m3/d,TS为2.15%,经中温厌氧消化可日产沼气8400m3,采用热电联供沼气发电机组,进行热电联产。机组产生的余热作为热源,冬季用于厌氧进料和厌氧罐体的增温。

(1)电能转换计算

该系统每天产沼气8400m3,死猪无害化处理和职工炊厨燃料日耗沼气400m3,夏秋两季厌氧发酵自身增温2400m3,其余尚有5600m3用于发电,发电机装机容量300kw(100+200),日发电8960kW·h,春冬两季厌氧发酵自身增温5600m³,其余2400m³用于发电,日发电3840kW·h。按实际运行发电转换率计算,每m3沼气可产生电能约1.6kW·h,则每天可发电总量为:

夏秋季:5600×1.6=8960kW·h/d

春冬季:2120×1.6=3840kW·h/d

(2)热能转换计算

发电机组每天可利用热能总量为:5600×1.6×41%/38%×3.6=34802.5MJ/d(夏秋季)

2400×1.6×41%/38%×3.6=14915.4MJ/d(春冬季)

(3)热能供需平衡计算

物料增温是中温厌氧消化的重要条件,为保证消化池在38℃条件下正常运行,需要对物料进行升温。每天有700t混合粪污。

根据当地冬季最冷月气温情况,混合粪污温度取10℃。假设粪水比热容和清水相当,上述物料需增温至38℃,环境温度最低-20℃,热平衡计算表如下:

表6-5余热平衡计算表

基本

条件

每天需增温物料量

混合粪污:700t/d;

目标温度

38℃

38℃

设冬季物料温度

10℃

15℃

每天增温至目标温度所需热量

3484MJ/h

2400MJ/h

可利用热能

可利用的总热量

1107MJ/h

热水形式的热量

设换热效率80%

3484=x×21.8×0.8+(460.4-x)/0.5×3.6

X=116m3/h

结论

寒冷气候条件下,沼气发电机组的余热能不足于使每日700吨混合粪污增温至38℃以上,发电机余热不能满足加热需要,还需要沼气锅炉进行供热,沼气消耗量为116m3/h,2400m3/天

第7章工艺单元设计与设备选型7.1预处理系统

7.1.1匀浆水解池

功能:水解匀浆,沉淀泥砂。

容积:700m3

池数:2座

构造形式:地上钢砼结构

主要设备:

匀浆池搅拌机

功能:将池内粪与水充分搅拌。

功率:18.5kW

数量:2台

匀浆池操作服务平台

功能:维护搅拌机,观察匀浆池工作状态,产气,安全阀等

功率:0

数量:2座

7.2厌氧消化及后处理部分

7.2.1泵房

面积:100m2

构造形式:半地下钢砼结构(与匀浆池和发酵罐共用隔墙)

数量:1间

主要设备:

匀浆池到外环厌氧罐中心泵

功能:负责物料输送

功率:18.5kW

型号:UTSZPS4000ESS

数量:2台,

功能:向厌氧消化反应器进料。

进料泵类型:离心泵

流量:3m3/min

运行时间:14分钟

外环厌氧罐到内环厌氧罐中心泵及负责输送内环物料到沼液池

功能:负责物料输送

功率:22kW

型号:UTSZPS4000ESS

数量:2台,

功能:向厌氧消化反应器进料。

进料泵类型:离心泵

流量:3m3/min

运行时间:14分钟

空气压缩机

功能:驱动气动阀门

容积:0.15m3/min

数量:1台

固定式沼气分析仪

功能:分析沼气中H2S,CO2,CH4含量,控制鼓风机,远程数据传输

数量:1台

沼液回流泵

功能:负责沼液回流

功率:5.5kW

型号:螺杆泵

数量:1台,

7.2.2厌氧反应器

功能:厌氧消化反应器。

数量:2座

尺寸:Φ10m×20m

总容积:1500m3×2座

停留时间:2d

发酵温度:中温38℃

装置产气率:1.5m3/m3·d

结构形式:碳钢+防腐结构。

主要设备(每座发酵罐):

厌氧罐顶外环搅拌机

功能:对物料进行搅拌,加强物料与微生物的充分接触,提高产气率。

功率:18.5kW

数量:2台

厌氧罐顶内环搅拌机

功能:对物料进行搅拌、破壳,防止浮渣层产生。

功率:18.5kW

数量:2台

厌氧罐操作服务平台(内外环)

功能:维护搅拌机,观察匀浆池工作状态,产气,安全阀等

功率:0

数量:5座

厌氧罐增温方式

增温热源:利用沼气发电机组余热并采用增温盘管增温厌氧罐至38℃。匀浆池,内外环厌氧发酵罐内壁均设有多组加热盘管。

厌氧罐保温方式

本设计发酵罐保温采用高密度挤塑板保温,总厚度为10cm,安装于罐体外壁,可保证发酵罐内温度稳定。保温层最外部用彩钢板覆盖保护。

7.2.4沼液池

功能:贮存沼液

容积:50000m3*3

结构:水工膜防渗护坡结构

停留时间:180

数量:3座

7.3沼气脱硫脱水净化、贮存

7.3.1沼气净化系统

功能:沼气净化

设计参数和主要设备参数:

(1)生物脱硫装置

脱硫效率:70%

处理能力:300m3/h

数量:1台

功率:2kW

(2)冷却除水器

型号:HZNC-50

功率:7.5kW

数量:1套

(3)干式阻火器

型号:ZHQ-B

数量:2套

(4)沼气流量计

型号:HGF-3000

数量:1台

(5)沼气成分监测仪

功能:在线监测沼气中的CH4、H2S、O2含量

型号:BIOGAS905

数量:1台

7.3.2沼气贮存系统

双膜干式贮气柜

功能:贮存净化后的沼气

容积:1,000m3

尺寸:Φ12.9m×10.2m

结构:如图7-1和图7-2所示。双膜干式贮气柜由外膜、内膜、底膜和混凝土基础组成,内膜与底膜围成的内腔用于贮存沼气,外膜和内膜之间气密。外层膜充气为球体形状。贮气柜设防爆鼓风机,风机可自动调节气体的进/出量,以保持气柜内气压稳定。内外膜和底膜均采用德国进口膜,由HF熔接工序熔接而成,材料经表面特殊处理加高强度聚酯纤维和丙烯酸脂涂层。贮气柜可抗紫外线、防泄漏,膜不与沼气发生反应或受影响,抗拉伸强度强,适用温度为-30~60℃。

配套设备有:

防爆风机1台,用于提供贮气柜压力;

安全水封1座;

进/出水管和冷凝水排水管(混凝土施工时预埋)

超声波测距仪1台,安装于外膜顶内侧,用于测量内膜高度以判断当前贮气量;

视镜1个,安装于外膜上,观察贮气柜内部。

防泄漏装置:当贮气柜内沼气贮满时,能将多余沼气送至沼气锅炉,自动点火燃烧。可有效防止沼气泄漏。

7.4沼气发电及余热利用系统

7.4.1沼气发电机组

功能:以沼气为燃料发电,热电联产。

每立方米沼气发电能力:1.8kW·h/m3沼气

发电机组每日发电时间:22.5h

装机容量:300kw(100+200,配备余热回收装置)

余热回收装置:1套

可供热能:25000MJ/d

7.4.2热水贮罐

功能:贮存发电机组余热及对厌氧罐进行增温换热。

尺寸:Φ5m×9m

容积:150m3

结构:钢结构

数量:1座

主要设备:

热水循环泵(匀浆水解池)

功能:热水循环

型号:80HG50-12.5

流量:50m3/h

扬程:12.5m

功率:3kW

数量:1台

热水循环泵(厌氧罐)

功能:用于热水循环,给厌氧罐增温。

型号:80HG50-32

流量:50m3/h

扬程:32m

功率:7.5kW

数量:2台

7.4.3沼气热水锅炉(冬季备用)

功能:利用部分沼气提供热能以用于物料增温。

额定热功率:9×105kcal/h

最大消耗沼气量:95m3/h

数量:1套

配套功率:2.2kW

7.5附属设施

7.5.1泵房

功能:放置进料中心泵等。

面积:100m2

结构:砖混结构与厌氧罐公用隔墙

数量:1间

7.5.2死猪处理间

功能:死猪无害化处理

面积:150m2

结构:砖混结构

数量:1间

7.5.3沼气净化室

功能:存放脱硫风机及气水分离器等。

面积:60m2

结构:砖混结构

数量:1间

7.5.4热水循环泵房

功能:放置热水循环泵等。

面积:54m2

结构:砖混结构

数量:1间

7.5.5锅炉房

功能:放置锅炉等。

面积:54m2

结构:砖混结构

数量:1间

7.5.6沼气发电机房与变压器间

功能:放置沼气发电机组。

面积:292.5m2

结构:砖混结构

数量:1座

7.5.7管理房

功能:电气控制、办公室。

面积:150m2

结构:砖混结构

数量:1间

第8章建筑、结构、电气与节能减排8.1设计原则

1.根据工艺流程的要求,在满足站内工艺要求、交通运输、环保、防火等前提下,使建筑物、构筑物、道路、绿化有机地结合在一起。

2.注重环境保护,使养殖场猪粪处理沼气生态工程成为环境优美的示范项目。

8.2建筑与结构设计

8.2.1工程地质情况

本沼气生态工程项目的主要构筑物厌氧发酵罐的体积较大,对不均匀沉降极为敏感,在地基处理当中要选择合适的持力层。同时避免不均匀沉降及其它不利因素。最终以钻探地质报告为准。

当场地空间开阔时,基坑可以按一定坡度进行放坡开挖。当构筑物距离很近且埋深不同时,可采用一些措施进行临时支护。对于深基坑,施工中还应考虑降水及护坡处理。

8.2.2主要构(建)筑物结构设计

(1)构筑物

a.匀浆水解池(容积700m3×2座)

钢砼结构

b.环套环厌氧罐(容积7000m3×2座)

半地下钢砼结构

d.沼液池(40000m3×3座)

水工膜防渗护坡结构

所有构筑物的抗渗问题,均以混凝土本身的密实性来满足抗渗要求。根据构筑物的重要性及水力梯度来确定其抗渗标号,混凝土强度等级一般不小于C25,抗渗等级不小于S6,水灰比不大于0.55。宜采用普通硅酸盐水泥,骨料应选择良好级配,严格控制水泥用量。为提高混凝土的抗渗能力,满足工艺使用要求,尽量减少伸缩缝。建议在混凝土中加入适量的添加剂,用以补偿混凝土的收缩变形,提高混凝土的密实度及抗渗能力。

(2)建筑物

主要建筑物包括:泵房、沼气净化室、热水循环泵房、锅炉房、沼气发电机房、死猪处理车间和管理房。共计910.5m2。

8.2.3抗震设计

遵照国家“建筑抗震设计规范”(GBJ11-89)及“构筑物抗震设计规范”(GB50191-93)的有关规定。

8.3电气设计

8.3.1设计依据

(1)《低压配电设计规范》GB50054-95

(2)《室外排水设计规范》GBJ14-87

(3)《建筑物防雷设计规范》GB50057-942001版

(4)《建筑设计防火规范》GBJ16-872001版

8.3.2设计范围

本沼气工程电气设计包括用电设备供电及控制设计和厌氧发酵罐防雷设计等。

8.3.3供电电源

沼气站供电电源接自总电源配电箱。

8.3.4负荷计算

沼气站所有用电设备电压等级均为380/220V,总装机容量为365.5kW,运行功率为101kW,主要用电设备总装机容量及计算负荷如表8-1所示

表8-1沼气站用电负荷计算表

项目

设备名称

装机功率

常开功率

间歇工作功率

运行

功率

数量

单机功率

装机

功率

数量

功率

数量

预计每日工作时间

折合运行功率

匀浆搅拌机

2

18.5

37

2

8

12.33

12.33

进料中心泵

2

22

44

2

8

14.67

14.67

输送中心泵

2

22

44

2

8

14.67

14.67

厌氧罐搅拌机

10

18.5

185

2

6

6

6

厌氧回流泵

2

5.5

15

2

2

1.25

1.25

生物脱硫系统

1

13

13

1

13

13.00

贮气柜风机

1

1.5

1.5

1

1.5

1.50

沼气成分监测仪

1

0.5

0.5

1

0.5

0.50

热水循环泵

1

3

3

1

3

3.00

热水循环泵

2

7.5

15

2

15

15.00

冷却除水器

1

7.5

7.5

1

7.5

7.5

合计

365.5

101.25

8.3.5供电系统

(1)电气系统

低压电源接自场内总配电箱,单路供电。0.38kV低压供电系统采用单母线分段运行。

(2)控制方式

所有工艺设备均在管理房内控制箱控制、现场控制,控制箱上设“手动----停----自动”控制转换开关。

(3)设备选择

户内电缆采用电缆沟敷设,电缆采用聚氯乙烯护套电缆。

户外电缆采用直埋敷设、桥架明敷或电缆沟,电缆采用铠装电缆。

8.3.6保护方式

(1)继电保护

低压进线总开关设过负荷长延时、短路速断保护、低压用电设备及馈线设短路及过载保护。

(2)接地保护

接地系统均利用建筑物基础采用共用接地系统,其接地电阻应小于4欧姆,低压馈线距离超过50m时,设重复接地装置,其接地电阻不大于10欧姆。同时各单体金属管道均应作为等电位联结。

(3)防雷保护

厌氧消化罐按三类防雷建筑设防,采用共用接地系统接地电阻小于4欧姆。

8.3.7启动方式

全部用电设备均采用直接启动和星三角启动。

8.3.8计量方式

在配电间场内总配电箱上设有电度表。

8.4控制及仪表

8.4.1控制系统

全场控制均采用在管理房内现场控制柜上现场控制的方式。

发电机组的控制方式为在发电机房内单独控制。

8.4.2仪表

匀浆池、厌氧消化罐上设温度计,取样站

沼气流量计1台,显示各个时间段的沼气产量。

沼气成分分析仪。

物料输送设置流量计

8.5机械设备设计

机械设备设计及选型设计原则如下:

1、各设备的选型力求经济合理满足工艺的要求,并配合土建构筑物形式的要求。

2、潜水电机的防护等级不低于IP68,其它配套电机和就地控制箱防护等级不低于IP55。

3、考虑到污水介质的特性,设备材料选用的原则是与介质接触部分采用耐腐蚀的不锈钢材料或铸铁和高强度工程塑料,其余材料可以是碳钢材料但必须重防腐处理。

8.6总图设计

8.6.1平面布置原则

沼气站平面布置应遵循以下原则:

1、功能分区明确,构筑物布置紧凑,节约用地,减少占地面积。

2、流程力求简短、顺畅,避免迂回重复。

3、建筑物应尽可能布置在南北朝向。

4、站内内绿化面积不小于35%,总平面布置满足消防的要求。

5、交通顺畅,使运行、管理方便。

8.6.2建筑单体设计

站内建筑物应本着符合工艺要求为主的原则确定,在满足功能要求的情况下,各建筑力求美观。

8.6.3道路

站内车行道路大部分设计为>4.0m宽,道路系统能满足防火及运输要求,车行道采用混凝土路面。

8.6.4绿化

大面积绿化并配有适当绿篱,绿化面积达到并超过规范标准。

8.6.5建筑物装修标准

建筑物装修按与周围环境相协调为唯一目标。

8.6.6建筑防火

整个站内建筑物防火均严格按照国家标准《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)进行设计。站内建筑物均为二级耐火等级,相互之间的防火间距应符合防火规范。各建筑物单体设计也均按照国家标准《建筑设计防火规范》进行设计。

8.6.7高程设计

沼气站内地面标高以原始地面高度为相对标高±0.00计。

8.6.8给水

沼气站内生产、生活、消防用水接自给水管网。沼气站内进水管由DN50镀锌钢管引入用水点,消防、生产、生活水管共用。

8.6.9排水

生产、生活污水经污水管道收集后排入集水池一并处理。

站内雨水经雨水管道收集后排出场外。

8.6.10运输

沼气站配备装载铲车清除泥砂杂物。

8.6.11通讯

为便于生产管理,在管理房及发电机房内设固定电话以便生产指挥及联络。

第9章环境影响分析9.1环境影响

中粮家佳康(张北)有限公司粪污处理沼气综合利用工程项目本身是治理养殖粪污污染的环保项目。项目的建设和运行,将解决20万头养猪场养殖所带来的环境污染问题,例如:

(1)20万头猪场(出栏)每年产生约25万吨的粪污将得到有效治理。使生猪养殖对周边农场带来的污染得到治理。

(2)沼气的开发利用,减少了温室气体的排放。预计每年可回收甲烷气体200万m3,相当于每年减少二氧化碳排放量3.7万吨。

(3)利用沼气发电,不但减少了有机废弃物的污染,而且减少了用煤发电等电力所造成的污染,具有双重的环境效益。

9.2工程建设期对外部环境的影响

9.2.1对周围大气的影响

项目建设过程中的土建施工,对大气的主要影响为扬尘。为防止施工期间进出车辆携带泥土以及堆料场和废料场场地由于刮风和下雨天气产生的扬尘和泥尘污染,要保证对施工现场堆料场和废料场进行覆盖,保证车辆的清洁,如在施工通道洒水、铺设塑料织品,防止扬尘和泥尘的飞扬等。

9.2.2施工噪声对周围环境的影响

为防止施工期间车辆、机械及设备生产的噪音,一是避免晚间施工,二是负责建设项目的施工单位应优先选择噪声低的设备进行施工。

9.2.3其他方面

管道施工对地形、地貌、生态环境等可能造成一定影响,需要加强管理,按按规范和要求进行施工。

由于建设点属于偏远地区,周边又大多是农田,对于诸如生态方面的影响可以忽略。

9.3工程建设完成后对外部环境的影响与对策

9.3.1沼气工程产生的气味

本工程采用先进的有机废弃物厌氧处理工艺,设计中采用计算机控制,仪表检测及事故报警等各项可靠和先进的运行管理方式,保证了沼气发电工程的正常运行。本工程建成后,每天将减少大量的畜禽有机废弃物排放量,对中粮肉食张北猪场的环境保护有良好作用。

在臭味对环境的影响方面,沼气发电工程的厌氧罐为密封容器,在厌氧罐后直接进入后发酵池,后发酵池设有膜顶,产生的沼气一并收集进入贮气柜。不会对周围环境产生不利的影响。

9.3.2噪声的影响及防治对策

沼气工程的噪声主要来源于发电机、固液分离机和各种泵类机械。其噪声防治措施主要有:一是对发电设备噪声源设置消声器等消声隔音措施;二是结合绿化综合考虑噪声隔绝和有害气体吸收功能。

第10章项目组织管理与运行10.1项目筹建时期的组织与管理

工程项目的实施首先应符合国内基本建设的产业投资指导方向。根据沼气工程的特点,本沼气项目由中粮张北生猪建设小组管理;项目管理任务是办理可行性研究、勘察、设计和施工委托手续及签订相应的合同和协议;参加厂址选择;提供设计必需的基础资料;申请或订购设备和材料;负责设备的检验和运输等工作。

10.2项目运行时期的组织与管理

根据大中型沼气工程规模,沼气工程组织机构主要包括生产系统、管理系统两部分。其具体设置主要取决于项目设计方案和企业生产规模。

根据各车间设施工艺特点和生产需要,采取连续工作制。沼液、沼渣采用季节型生产,根据市场的需求分为生产期和贮存期。

10.3劳动定员和人员培训

沼气发电工程所需人员按其工作岗位和劳动分工不同,分为三类人员:工人、工程技术人员和管理人员和行政人员

该项目沼气站运行操作管理人员编制为15人,其中工人6名,工程技术人员2名,管理人员2名,行政人员包括保安和食堂等5人

第11章项目建设期限和进度安排

整个项目建设约需9个月,项目于2015年6月~2016年2月。

表11-2进度横道表

工作进度

建设内容

工作日

30

60

90

120

150

180

210

240

270

可研报批

初步设计

施工图设计

土建施工

设备、配件安装

投料调试

正式运行

评估验收

第12章投资估算与资金筹措12.1投资估算依据及范围

项目投资估算综合国内外设备生产厂家的近期报价、河北省张家口市建筑安装定额资料、项目建设的总体规划资料。以及《工业企业财务制度》等资料,并适当考虑运输费用和物价上涨因素。

计算范围包括工程项目所需固定资产投资即建筑工程、设备购置、发电机组及余热利用费用、配套辅助设施及土地租赁等所需的费用,以及流动资金和建设期利息等。

12.2固定资产投资总额

项目总投资元人民币3309.65万元,主要分成四个部分

第一部分:制沼气系统,土建投资638万,设备投资1235.52万,总计1873.52万

第二部分:发电机组及控制系统,土建投资48.05万,设备投资288.68万,总计336.73万

第三部分:沼液存储和沼液外送部分,土建投资480万,设备管道投资291.6万,总计771.6万

第四部分:死猪无害化处理系统总计100万

其中土建总投资1192.93万元、设备及输送管道投资1915.8万元,工程税金111.92万元,其他费用89万元。

12.2.1工程费用

工程费用分为建筑工程、设备购置、发电机组及余热利用系统费用、其他四项费用,分别为主要生产设施、辅助生产设施、公用工程、服务及生活福利设施、厂外工程等。设备费根据设备厂家报价、项目合同及相关协议和意向确定。

(1)主要生产设施有匀浆水解池、厌氧反应器、、沼液池等构筑物,以及泵房等辅助生产设施;

(2)公用工程有供热系统、给排水管、消防设施、用电线路等;

(3)服务及生活福利工程包括办公室等;

12.2.2其它费用

其它费用项目共计89万元,其中包括:

(1)设计费81万元;

(2)厌氧菌种采购、运输、培菌费8万元;

12.3资金筹措

项目总投资3309.65万元,其主要资金来源有:

第一部分:制沼气系统投资

表12-1制沼气系统主要构筑物明细及投资表

序号

建(构)筑物名称

规模

(m3/m2)

数量

单价

(元)

合价

(万元)

1

匀浆水解池

700

2

400

56

2

进料泵房

100

1

1000

10

3

厌氧罐钢砼外径30m,高9m

2

260000

520

4

厌氧罐桩基工程

2

260000

52

5

合计

638

表12-2制沼气系统主要设备及投资表

序号

设备名称

规格型号

数量

单价

(万元)

金额

(万元)

1

匀浆池搅拌机及服务平台(进口)

18.5kW

2

46

92

2

进料中心泵(进口)

ZPS4000

2

20

40

3

物料中心泵(进口)

ZPS4000

2

20

40

4

厌氧回流泵

2

7.50

15

5

外环厌氧罐顶搅拌机及服务平台(进口)

18.5KW

6

26

156

6

内环厌氧罐顶搅拌机及服务平台(进口)

18.5KW

4

26

104

7

厌氧罐避雷设备

8

2

16

8

厌氧罐内增温系统

35

8

280

9

厌氧罐保温层

2

40

80

19

操作平台及爬梯

1

15

15

20

工艺管道及进口阀门

1

163

163

21

防腐工程

1

40

40

22

管道保温

1

33

33

23

电气系统

1

35

35

24

PLC及自控系统

1

35

35

31

小计

1144

32

安装8%

91.52

33

合价

1235.52

第二部分:沼气处理,发电机组,土建投资

表12-3沼气利用主要构筑物明细及投资表

序号

建(构)筑物名称

规模

(m3/m2)

数量

单价

(元)

合价

(万元)

1

干式沼气贮气柜底板

1

60000

6.00

2

热水贮罐底板

1

20000

2.00

3

热水循环泵房

54

1

1000

5.40

4

锅炉房

54

1

1000

5.40

5

沼气发电机房与变压器间

292.5

1

1000

29.25

6

合计

48.05

表12-4沼气利用主要设备及投资表

序号

项目名称

单位

数量

单价

(万元)

总价

(万元)

备注

1

发电机组

1

30

30

100kW国产发电机组

2

发电机组

1

50

50

200K国产发电机组

3

余热锅炉及配套设施

1

30

30

4

发电机控制系统

1

20

20

5

沼气锅炉

1

25

25

6

双膜独立储气柜

1

60

60

1000m3

7

生物预脱硫及仪表

1

15

15

BIOGAS905

8

化学脱硫系统

1

15

15

9

冷却除水器

1

8

8

10

干式阻火器

1

1.5

1.5

11

热水储罐

1

10

10

Φ5m×9m

12

热水循环泵

1

1.2

1.2

80HG50-12.5

13

热水循环泵

2

0.8

1.6

80HG50-32

14

设备小计

267.3

15

安装

1

21.38

8%设备总计

1

合计

288.68

第三部分:沼液存储和沼液外送部分,土建投资,设备投资

表12-5沼液存储和外送主要构筑物明细及投资表

序号

建(构)筑物名称

规模

(m3/m2)

数量

单价

(元)

合价

(万元)

1

沼液贮池

40000

3

40

480

2

合计

480

表12-6沼液存储和外送主要设备及投资表

序号

设备名称

规格型号

数量

单价

(万元)

金额

(万元)

1

沼液输送管道

10公里

10

25

250

2

沼液输送泵

22KW

4

5

20

3

小计

270

4

安装8%

21.6

5

合价

291.6

第四部分:死猪无害化处理系统和生产辅助设施

表12-7死猪无害化处理系统投资表

序号

名称

规模

(吨)

数量

单价

(万元)

合价

(万元)

1

死猪无害化处理系统

20

1

100

100

2

合计

100

表12-8生产辅助设施投资表

序号

名称

规模

(吨)

数量

单价

(万元)

合价

(万元)

1

综合管理房

150

1

1000

15

2

职工宿舍与食堂

118.8

1

1000

11.88

3

合计

26.88

表12-9其他费用计算表

序号

名称

金额(万元)

1

设计调试费

81

2

厌氧菌种培菌费

8

合计

89

表12-10总投资估算表

序号

项目

单位

数量

工程造价(万元)

计费

基数

费率

总额

直接工程费用

1

1.1

土建投资

1

1192.93

1.2

设备投资

1

1915.8

1.4

其它直接投资

1

89

1.5

小计

3197.73

税金

1

3.50%

111.92

工程总投资

3309.65

第13章效益分析与风险评估

在建设项目的技术路线确定以后,报告要对项目进行财务能力分析、债务清偿能力分析以及敏感性分析,并对分项目所进行财务、经济与社会效益评价等主要内容做一概要说明。本章的评价结论是建设方案取舍的主要依据之一,也是对建设项目进行投资决策的重要依据。

13.1生产成本和销售收入估算

13.1.1价格预测

财务评价中的所有投入物、产出物价格皆采用2013年市场价格。

13.1.2基本建设投资

基本建设投资计算。详见附表13-1投资期为12个月

序号

项目

单位

数量

工程造价(万元)

计费

基数

费率

总额

直接工程费用

1

1.1

土建投资

1

1192.93

1.2

设备投资

1

1627.12

1.3

发电机组及余热利用

1

288.68

1.4

其它直接投资

1

89

合计

1

3197.73

13.1.3成本估算

(1)生产成本是指项目建成后在一定时期内为生产和销售所有产品而花费的全部费用。为了与产品价格相适应,项目的原材料、辅助材料及燃料动力价格均以近几年赤峰市已实现的价格为基础,并参照近几年的变动趋势来进行预测,所有价格都是预期建设期末价格。

(2)固定资产的折旧和摊销计算

固定资产的折旧按直线折旧计算,残值率为5%,折旧年限按15年计算。

项目

原值(万元)

扣除残值5%(万元)

折旧年限

折旧费用(万元/年)

固定资产

3309.65

3144.17

15年

209.61

(3)修理费

包括所有固定资产的大、中、小修修理费,取设备直接投资的1.0%。为19.16万元/年

项目

设备原值(万元)

维修费率

维修费(万元)

维修费

1915.8

1%

19.16

(4)工资及福利费估算

根据工艺要求,该项目沼气站运行操作管理人员编制为15人,其中工人6名,工程技术人员2名,管理人员2名,行政人员包括保安和食堂等5人。整体薪酬结构为:技术、管理工作人员按每人每年3.6万元计算,生产部门工人2.4万元,行政人员为1.8万元,全年工资福利合计37.8元。

类别

管理人员

工程技术人员

工人

行政人员

合计

人员数(人)

2

2

6

5

15

年人均工资和福利(万元)

3.6

3.6

2.4

1.8

年合计(万元)

7.2

7.2

14.4

9

37.8

(5)财务费用

本项目流动资金中无银行贷款,年利息支出为0万元

(6)其他费用

其他费用包括燃料动力费、管理费、原材料费用等。

(7)总成本费用

总成本费用

年平均总成本266.57万元;

13.1.4收入估算

本项目的收入来源主要来自沼气站和猪场节约电费,张北当地最适宜的季节为夏秋两季,按一天产生生猪粪污700吨,一吨粪污产气12立方,则产生沼气8400m³,死猪无害化处理和职工炊厨燃料日耗沼气400m3,厌氧发酵自身增温耗费沼气30%为2400m³,每立方沼气发电1.6kwh,其它尚余70%沼气平均每天发电8960kwh,春冬两季厌氧发酵自身增温耗费沼气70%为5600m³,其它尚余30%沼气平均每天发电3840kwh,全年可发电4672000kwh,结合当地农业综合用电0.48元/kwh,正常生产年节约费用估计为224万元,年利润为-42.57万元,碳交易收入可以作为未来预期收入来源。

13.4工程项目环境效益分析

沼气工程的最直接收入来源于沼气发电所产生的电能和部分热能的收益以及生物有机肥料。

沼气工程的间接经济收益是通过减少污染物的排放,特别是减少温室气体——甲烷气的排放,本项目每年将减排的CH4量相当于减排约3.7万吨CO2,不对社会与环境造成损失而体现。

13.5.2技术风险

本项目采用的工艺在中国及欧洲国家已经得到了较大规模的运用。该工艺以厌氧消化工艺技术为核心,厌氧发酵处理产生沼气用于电力生产,是一项已经成熟的工艺技术。

热电联产的沼气发电技术在欧洲已有5000多处示范工程在正常运行,在中国也有不少成功实例,发电设备与配套技术成熟,不存在技术障碍。

综上所述,该项目所采用的厌氧消化处理工艺技术是一项已经运用的成熟工艺,从技术角度而言无风险。

13.5.3政策风险

由于国内环境污染的日趋严重,环境保护已日益成为各地政府急需解决的主要问题,政府和普通人群的环境保护意识也逐渐加强。随着可再生能源法的颁布和实施,对于如畜禽废弃物厌氧处理这类既能消减污染物,又能产生沼气生产电力能源的项目,国家和各地政府必将给予大力支持。根据目前的情况,国家已经在上网电价等方面给予优惠,并且在现在和将来都将一直大力支持和鼓励此类企业的投资与建设。

因此,该项目的建设并不存在国家政策调控的政策风险,而属于国家政策支持与鼓励建设的项目。

13.5.4财务风险

该项目的主要设备将从欧洲进口,而本项目的概算已经是按照目前的市场汇率编制,并且留有余地,因此,进口设备的汇率风险将是可控制的。

近年来国际能源短缺问题日趋加重而随着国内经济的高速发展,对能源的需求也越来越多,国内能源短缺问题也越严重,作为主要能源的电力,其价格的上涨将是不可避免的,上网电价下调是几乎不可能发生的事情,而且,在即将生效的可再生能源法中,明确规定有对沼气发电上网电价实行保护性收购的条款。因此,并不存在由于上网电价下调而影响到企业生存的风险。

综上所述,该项目的财务风险较小,并且是在可预计并控制的范围之内。

13.6综合评价

通过财务分析、论证认为,本项目基本上投入产出平衡,在建设环保设施的同时,也为企业带来一定的回报,并且产出物为有机肥料,可以改善项目周边的土壤结构,造福子孙万代

从社会角度看,本项目对社会的贡献,不仅在于能够有效地改善工业生产和居民生活环境,减少污染,改善生态环境、提高人民的生活质量,还可以吸引外资,改善投资环境,加快该地区工农业的发展,因此,本项目的投资建设是必要的,项目经济是合理可行的。

第14章结论和建议

该项目的建设符合国家重点鼓励发展的产业政策,符合全面建设环境友好型和资源节约型社会的需求,技术含量高,方案设计合理。项目设计充分考虑了养殖场粪污的无害化处理和资源化利用,通过综合利用,变废为宝,形成了企业的清洁生产、生态的良性循环和企业的可持续发展。

项目实施创建了一种新型生态养殖模式,可为我国规模化、现代化养殖业的建设起到示范和带动作用。

从项目的财务评价结果来看,项目达年产利润基本持平,项目的财务状况较差,项目的盈利能力较差。

综上所述,本项目的实施后社会、经济效益显著,生态环境效益良好,方案切实可行,建议尽快实施。

附件1:工艺流程图

附件2:平面布置图

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