第2节
秸秆气化技术

2-2-1　什么是秸秆的气化技术？

答 ：秸秆气化技术就是以植物秸秆为原料，与气化剂（空气、氧气和水蒸气）反应得到小分子可燃气体的过程。即以农作物秸秆为原料，在缺氧的状态下加热反应而实现能量转换，通过不完全燃烧或干馏，获得可燃气体燃料，也可将秸秆通过生物发酵产生沼气作燃料。这类生物质能转化技术可提高能源利用2～4倍。

植物秸秆是由碳、氢、氧等元素和灰分组成，当它们被点燃，只供给少量气化剂，并且采取措施控制其反应过程，使碳、氢、氧元素变成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体，去除焦油、灰分等杂质后，就可以直接用作生活和工业生产的能源。

2-2-2　秸秆气化技术推广的意义是什么？

答 ：以200户农户53hm ² （约800亩）耕田的一个村为例。经试验，每千克秸秆可产气2m ³ ，3～4口之家，每天需用气5～6m ³ ，即每天约消耗秸秆3kg，则每年全村约消耗秸秆220t。而该村的53hm ² 耕田可产出秸秆480t（每公顷，9000kg秸秆测算）。如果30%～40%的秸秆进行机械化还田，则剩余的秸秆可全部得到利用。因此，秸秆气化的推广应用是解决农村剩余秸秆出路的又一新的途径。用生物质替代煤、天然气和重油等化石燃料来制备甲醇、汽油或柴油等液体燃料而用于交通工具，这样既可以满足人类对液体燃料日益增长的需求，同时又可有效减轻由于大量使用化石燃料给环境带来的污染。

从“七·五”开始，我国相继建立了几百个秸秆气化示范点。其原理是通过生物质能转化技术把秸秆转换成中低热值可燃气，供农民生活用气。这种气化装置1kg农作物秸秆可产生近2m ³ 的可燃气，一个4口之家每天需用气5m ³ 左右，每立方米燃气0.2元钱，每户月燃气费30～40元。秸秆气化集中供气的价格明显低于使用液化气的价格，而且使用方便。清洁卫生，很受老百姓欢迎。章丘市建有6处大型秸秆气化站，通过集中村庄的秸秆原料，建立农村生活用集中供气系统，不仅提高了能源利用效率、减少CO ₂ 等有害气体排放，而且替代化石燃料的消耗，使能源资源配置更为合理，可消化秸秆1000hm ² 。另外，近年推广的小型家用气化炉灶也受到了农户的普遍欢迎。“章丘市户用沼气建设”国家级星火计划项目和济南市生态家园富民工程，发展农村沼气等新能源建设项目，建成8m ³ “一池三改”户用沼气池专业村3个300余户和40m ³ 中型沼气池11处。

2-2-3　什么叫做秸秆燃气？

答 ：秸秆燃气，是利用生物质通过密闭缺氧，采用干馏热解法及热化学氧化法产生的一种可燃气体，这种气体是一种混合燃气，含有一氧化碳、氢气、甲烷等，亦称生物质气。秸秆燃气可以从以下两个方面获得：第一，靠秸秆气化工程集中供气获得；第二，可以利用生物质自己生产。秸秆气化工程，一般为国家、集体、个人三方投资共建，一个村（指农户居住集中的村）的气化工程需50万～80万元，在我国目前大约有200多个村级秸秆气化工程。农民自产自用的秸秆燃气，主要靠家用制气炉进行生物质转化，投资不大，小则300余元，多则700余元。图2-3为两种秸秆气化炉。

2-2-4　秸秆热解气化的原理是什么？

答 ：秸秆热解气化是一种固态秸秆原料转换成为可燃气体的热化学处理技术（气化反应原理见图2-4）。基本原理是在不完全燃烧条件下，将秸秆中较高分子量的有机碳氢化合物裂解，变成较低分子量的CO、H ₂ 、CH ₄ 等可燃气体。

生物质原料进入气化炉后，首先被干燥，然后随着温度的升高，其挥发物质析出并在高温下裂解（热解），生成固体焦炭和气体挥发分（包括CO、CO ₂ 、H ₂ 、CH ₄ 、焦油、木醋酸和热解水等）。热解后的气体和炭在氧化区与供气的气化介质（空气、氧、空气/水蒸气等）发生燃烧反应。所生成的高温气体与高温炭层发生非均相的还原反应。燃烧生成的热量用于维持干燥、热解和下部还原区的吸热反应。燃烧后的气体，经过还原区与炭层反应，成为含CO、H ₂ 、CH ₄ 、C _m H _n 等成分的可燃气体，由下部抽出，去除焦油等杂质后送出使用。灰分则由气化器下部排出。

2-2-5　秸秆气化炉的主要形式及其特点是什么？

答 ：生物质气化炉主要分为流化床气化炉和固定床气化炉。而固定床气化炉和流化床气化炉又有多种不同的形式，如图2-5所示。目前，国内秸秆气化炉主要有固定床气化炉和流化床气化炉两种形式。

在传统的固定床气化技术中，原料的干燥、热解、氧化、还原等过程都在气化炉中完成，产生的可燃气体中焦油含量高，应用极为不便。固定床气化炉包括上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉和横吸式固定床气化炉。

横吸式固定床气化炉主要用于木炭气化，在南美洲得到了广泛应用，它不适合于秸秆气化。

下吸式固定床气化炉的特点是：高温区的温度稳定效应使工作稳定，产出气成分相对稳定，可随时开盖添料，焦油通过高温区被裂解，因此出炉的可燃气中焦油较少，但由于可燃气的流向与热流方向相反，使引风机的功耗大，且要用较昂贵的罗茨风机，刚出炉的可燃气温度高需冷却，使炉子热效率较低。

上吸式固定床气化炉的特点是：气化炉最下层是氧化层，这里有较充足的空气参与燃烧，底部的木炭可以较充分燃烧，故气化效率较高。可燃气经过热分解层和干燥层时将热量传递给物料，自身温度降低，因此炉子热效率高。由于热分解层和干燥层对可燃气有过滤作用，因此出炉的可燃气灰分少，可燃气热值也较高。但是存在着添料不方便、可燃气中焦油蒸气较多的缺点。由于农村户用的上吸式固定床气化炉并不需要不断地添料，且对可燃气中焦油含量要求并不严格，所以可用上吸式固定床气化炉。

流化床气化炉的特点是：物料受热充分，气化反应快，产气率高；炉内温度高而稳定，使可燃气中焦油含量较少；可燃气热值较高。但是流化床结构复杂，原料需粉碎，产生的可燃气飞灰量大、夹带炭颗粒多，运行费用较高，因此它不适合于小型化应用，只适合于大、中型气化发电系统的工业应用。

流化床气化炉可分为单流化床气化炉、循环流化床气化炉和双流化床气化炉（见图2-6）。单流化床气化炉只有一个流化床，气化后生成的气化气直接进入气化系统中。循环流化床气化炉与单流化床气化炉的主要区别在于气化气出口处装有气-固分离器，可将气化气携带出来的炭粒和惰性材料颗粒分离出来，返回再次参加反应，提高碳的转化率。双流化床气化炉类似于循环流化床气化炉，不同的是第一级反应器的流化介质被第二级反应器加热。在第一级反应中进行裂解反应，在第二级反应器中进行气化反应，双流化床气化炉的碳转化率较高。

2-2-6　上吸式固定床气化炉的工作原理是什么？

答 ：图2-7为上吸式固定床气化炉示意图，图2-8为上吸式秸秆气化炉示意图。原料由上部加入，然后靠重力向下移动。空气从下部进入，向上经过各反应层，燃气从上部排出。进入气化炉的原料遇到上升的热气流，首先脱除水分，当温度升高到250℃以上时，发生热解反应，挥发成分析出，余下的木炭再与空气发生氧化和还原反应。进入气化炉的空气首先与木炭发生氧化反应，反应温度迅速升高到1000℃以上，然后通过还原层生成含一氧化碳和氢气等可燃气体后，进入热解层，与热解层析出的挥发分混合成为粗燃气。

上吸式固定床气化炉在微正压状态下工作，气化炉负荷量可由进风量控制。由于气化炉的进料口靠近燃气出口，因此通常采用间歇加料的方式防止燃气的泄漏。上吸式固定床气化炉炉膛上部做得较大，能储存一段时间的用料量，运行时将上部密闭，炉内原料用完后停炉加料，如连续运行则须采用较复杂的进料装置。

2-2-7　下吸式固定床气化炉的工作原理是什么？

答 ：图2-9为下吸式固定床气化炉示意图。生物质原料由炉顶的加料口投入炉体，作为气化剂的空气也由进料口进入炉内。炉内的物料自上而下分为干燥层、热分解层、氧化层、还原层。此炉型的优点：结构比较简单，工作稳定性好，可随时开盖填料，相对上吸式容易实现连续给料、连续产气。气体中的焦油在通过下部高温区时，一部分被分解成小分子永久性气体（再降温时不凝结成液体），所以出炉的可燃气中焦油含量较少。它的缺点是：由于炉内的气体流向是自上而下的，而热流方向是自下而上的，致使引风机从炉栅下抽出可燃气要耗费较大的功率；出炉的可燃气中含有较多的灰分；出炉的可燃气温度较高，由于不可用的气体成分的高温带出部分的热量致使炉热效率下降。

2-2-8　秸秆气化集中供气系统的模式是什么？

答 ：秸秆气化集中供气系统基本模式为：以自然村为单元，系统规模为数十户至上千户。系统由三部分组成：秸秆的气化机组、燃气输配系统和用户燃气系统。工艺系统如图2-10、图2-11所示。秸秆气化机组由加料器、气化反应器、净化装置、罗茨风机和电控系统五部分组成。其气化的工艺流程为：秸秆自然风干至含水分20%以下，经铡草机处理为15～20mm的长度，进入秸秆气化机组的气化器，在气化器中经热解、氧化和还原反应，转换成为可燃气体。其燃气热值可达到5000kJ/m ³ ，焦油含量低于60mg/m ³ 。燃气被送入燃气净化器，除去其中的灰尘和焦油，并冷却到常温。然后经风机加压后送入燃气输配系统和用户燃气系统。气柜的作用是储存一定量的燃气以平衡系统燃气负荷的波动，并提供一个始终恒定的压力，保证用户燃气灶具的稳定燃烧。项目机组采用气化炉内裂解重分子焦油的先进气化炉，净化器采用干湿结合除焦去杂净化器。机组设计能力为每小时产气700m ³ 。气柜采用干式柔膜气柜解决冬天结冰问题。气柜设计能力为600m ³ ，送气管网采用焊接式PP-R管道，保证使用寿命达50年。可向1000户农户提供生活燃气，年产气量可达180×10 ⁴ m ³ 。离开气柜的燃气通过敷设在地下的塑料管网分配到系统中的每一用户。用户打开燃气用具的阀门，就可以方便地使用燃气。

2-2-9　秸秆气化的主要设备有哪些？

答 ：主要由秸秆原料处理装置、气化机组、燃气净化装置、贮气和输配装置、户内燃气用具5部分组成。

（1）原料处理装置：秸秆粉碎机及加料器。

（2）气化机组：主要结构为下吸式反应炉，在反应炉内，秸秆经干燥、热解、燃烧、还原化学反应过程，将固体燃料变成含氢气、一氧化碳、甲烷等可燃成分的气体。

（3）燃气净化装置：是多种设备的组合体。反应炉产生的燃气，经净化装置可完成除尘、除焦油、降温过程，使燃气符合输送和用户使用要求。

（4）贮气和输配装置：用于贮存燃气，并通过管网输送到各用户。

（5）户内燃气用具：主要包括室内管道、燃气仪表及燃气灶具等。

2-2-10　主要的秸秆气化技术与设备有哪些？

答 ：（1）生物质气化集中供气技术

固定床气化系统：该系统由气化炉、旋风分离器、燃气清洗器、除湿器和过滤器等组成。适于以秸秆为原料在农村集中向农户供气。燃气热值4500～5500kJ/m ³ ，燃气的焦油含量≤10mg/m ³ ，户平均投资2000元左右，产气成本为0.08元/m ³ 。

流化床气化系统：流化床气化系统主要以林产加工废弃物为原料，也可以使用经过粉碎的农业废弃物。系统稳定性好，原料处理量大，气化效率高，能够连续运行。适于企业及电力供应紧张地区发电。产气成本0.07元/m ³ ，发电成本0.3～0.5元/kW·h。

（2）干馏热解法秸秆气化技术

该技术采用热解干馏原理，将秸秆等有机物质隔绝空气加热进行热分解。可得到炭、可燃气、焦油、木醋液等4种产品。1000kg秸秆（干基）可产出炭300kg，可燃气300m ³ ，焦油45kg，木醋液200kg。产品炭的热值大于29MJ/kg，用于烧烤、金属冶炼、土壤改良或进一步加工成活性炭。可燃气热值大于14.7MJ/m ³ ，成分与城市煤质煤气相近，可供给居民生活用燃气。焦油可直接用于防腐，还可提取多种贵重药品。木醋液内含几十种化学物质，用于禽畜饲料添加剂，或作为植物生长促进剂。

（3）生物质气化发电技术

利用气化技术把生物质废弃物（废木料、稻草、稻壳、甘蔗渣等）转换为可燃气体，这些可燃气体经过除焦净化后，再送到气体内燃机进行发电。

生物质气化发电的技术指标如下：发电功率160～2000kW；发电效率14%～18%；原料消耗l.5～1.8kg/（kW·h）（稻壳或木屑）。

（4）生物质中热值气化技术

该技术以热解工艺为主，辅以半焦燃烧的生物质移动床气化方案，是将燃料燃烧和气化相结合，采用蓄热方式将气化原料干馏气化产生的中热值煤气经净化后供民用。其最大特点是，利用稻麦秆作气化原料产生中热值煤气和肥田热炭，同时具有优越的技术经济性能，燃气热值（10465～12558kJ/m ³ ）、燃气中CO含量（≤20%）、焦油含量（≤50mg/m ³ ）、燃料利用率（>80%）等关键技术指标都比同类技术先进，同时具有操作简单、运行稳定、更易商业化的优点。

（5）湿式净化秸秆气化机组

气化反应炉采用了自动调节进风量，炉内反应完全；优化了炉膛的高径比；选择了合理的流线形状，使反应速度均匀、连续，不会造成空洞，故气质稳定，产气量高。集喷淋、水浴、水膜和冲击于一体的湿式净化器，净化效率高，一次性无动力排出灰分、焦油等；该净化器是一个全封闭的装置，没有气体泄漏点，所以含氧量低，消除了安全隐患。采用物理与生化方法处理秸秆气化气排出的污水，达到国家二级排放标准，也可循环使用。

该机组具有以下特点：燃气热值高（低位热值5522kJ/m ³ ）、气化效率高（78%）、焦油含量低（焦油和灰分含量22mg/m ³ ）、氧含量低（0.7%），该机组安全可靠，运行成本低，操作简单，适应性强。

（6）秸秆集中供气系统

FB200型流化气化炉为新型高效的生物质煤气生产装置，适用的原料有：稻草、麦草、稻壳、采伐剩余物及其他农作物秸秆等。生物质原料经预处理后加入气化炉，在高温条件下和气化介质发生部分氧化还原反应、气化反应产生煤气，煤气经过沉降室，旋风分离器除杂质，再进冷却塔降温，洗涤塔清洗，到过滤器除水，由罗茨风机将洁净煤气送到煤气柜，然后经管网输送到各用户使用。生成的煤气还可供发电等燃气系统。

生物质气化集中供气系统包括：生物质气化系统，煤气净化系统，煤气贮存系统，管网输配系统及污水处理系统。

该系统的主要特点：热值高，以稻草为原料生产出来的煤气热值为6200kJ/m ³ 左右。效率高，每千克稻草（干物质）可产生1.7m ³ 煤气。启动快，点火数分钟即可投入正常运行。

主要技术参数：煤气热值≥6200kJ/m ³ ；气化效率≥70%；焦油含量≤50mg/m ³ ；产气率l.7m ³ /kg。

（7）KF系列秸秆燃气装置

KF系列秸秆燃气装置由气化炉、燃气压缩机、燃气净化装置组成，当增加储存、输配系统后即成为村级民用燃气系统。KF系列秸秆装置按不同型号其产气量分别为200m ³ /h、400m ³ /h、600m ³ /h等，以适应不同的自然村。气体热值为3900～5600kJ/m ³ 。

气化炉采用下出气返火炉型，配以冷却夹套，使气化炉的燃烧状况得以改善，产气量大、燃气质量稳定。燃气净化装置采用洗涤降温、喷淋冷却两级过滤的方法除去灰尘与焦油，其燃气中灰尘与焦油量小于50mg/m ³ 。净化过程水循环使用，过滤介质回炉燃烧，对环境没有污染，真正做到了“零”排放。

2-2-11　双床式秸秆热解制气工艺流程和步骤是什么？

答 ：工艺流程如图2-12所示，具体工艺步骤如下：

（1）将破碎后的秸秆加入到非机械控制阀混料器中，与高温循环床料混合后一起进入热解室，沿导向隔板以瀑流方式向下流动，在热解室中的停留时间为6s左右，热解反应温度为800℃，生成挥发分气体和固体产物焦或半焦。

（2）热解室中以高温循环床料为热载体，加热新加入的秸秆，提供热解反应热，循环床料温度降为800℃，放热后的循环床料以及固体产物焦或半焦，在热解室底部经非机械控制阀回料器被送入到快速床燃烧室中。

（3）固体产物焦或半焦在快速床燃烧室中燃烧释放热量，加热循环床料，燃烧室密相区温度为1000℃，出口烟气温度为1000℃。

（4）在烟气的夹带作用下，大量固体颗粒被提升至燃烧室顶部，离开燃烧室后在旋风分离器中被分离出来，进入非机械控制阀混料器，高温循环床料温度约为1000℃。

（5）在非机械控制阀混料器中，高温循环物料与秸秆混合，重复步骤（1）所述的过程，实现热载体的物料循环。

（6）燃气经两级旋风分离器，将固体颗粒分离后进入重整器，经过1级冷却（管式冷却器），l级喷淋水洗，然后进入电捕焦油器（2级）和脱硫塔，最后进入气柜备用。

2-2-12　发展秸秆沼气（生物气化）的意义有哪些？

答 ：我国沼气技术始于20世纪30年代，经过波浪式前进的发展历程，到90年代中期开始蓬勃发展起来。目前，已经建立了400～500个不同类型工艺处理工业废水的沼气工程，建立了600多个大中型处理畜禽废水、废渣的沼气工程，年产沼气近10亿立方米，相当于标准煤100万吨。

秸秆沼气是指以秸秆为主要原料，经微生物发酵作用生产沼气和有机肥料的技术。沼气是高品位的生物质能，其热值大约为2×10 ⁴ kJ/m ³ ，属中等发热量可燃气。据测算，如将作物秸秆直接用作燃料，一个5口之家每天约需消耗25kg秸秆，而将秸秆制成沼气，由于其热效率提高，每天仅需消耗14.4kg秸秆，可节省燃料42.4%。该技术充分利用稻草、玉米秸秆等原料，有效解决了沼气推广过程中原料不足的问题，使不养猪的农户也能使用清洁能源。在秸秆沼气集中供气工程中，秸秆粉碎后进入沼气厌氧发酵罐内中温发酵，产生大量的沼气能源，通过输气管道送到千家万户。此外，秸秆沼气技术分为户用秸秆沼气和秸秆沼气集中供气两种形式。秸秆入池产气后产生的沼渣是很好的肥料，可作为有机肥料还田，提高秸秆资源的利用效率。

①秸秆沼气可以增加农民的收入。实践证明，建设1座8～10m ³ 的秸秆沼气池，年产沼气约400m ³ 、沼肥12t左右，基本满足4～5口之家全年生活用能，每年可节省燃料和电费800元；减少化肥和农药使用量25%左右，节支150～200元；利用沼液喂猪养鱼可节约饲料15%，可增产粮食25%左右。因此，秸秆沼气已成为农民致富、发展现代高效农业的有效途径。

②秸秆沼气可以提高农民的生活质量。

③秸秆沼气可以改善农村环境。

④秸秆沼气可以促进农村循环经济发展。

⑤秸秆沼气可以促进资源节约型社会建设。

2-2-13　什么是秸秆沼气技术？

答 ：秸秆沼气技术是以秸秆为主要发酵原料，通过秸秆预处理复合菌剂，破坏秸秆表面的蜡质层，加强半纤维素和纤维素的分解，通过厌氧微生物分解产生沼气的过程。包括秸秆粉碎、润湿、拌制、收堆、堆沤等过程。图2-13为沼气发酵池的构造图。

2-2-14　发展秸秆沼气的特点是什么？

答 ：发展秸秆沼气的特点如下：

①秸秆沼气的原料广泛、充足，水稻、小麦、油菜、玉米、大豆等作物的秸秆及棉花壳、花生壳等都可作为秸秆沼气的原料。

②产气率高，新池启动能缩短3天的时间。一次装料可满足3～5口之家半年的生活用气需求，降低了劳动强度。

③操作工艺简单，成本低廉，而且产沼气后的沼渣还可以做庄稼肥料，可谓一举多得。

④通过对农作物秸秆沼气发酵与直接利用效益比较，沼气发酵提高了能量的转换和利用效率，秸秆沼气发酵比直接燃烧能量利用效率提高0.2～0.9倍。

沼肥还田使农作物秸秆中的营养元素得到充分利用，减少了化肥的使用量，改善了农业生态系统内部的物质循环状况。长期施用沼肥的土壤有机质含量为2.17%、全氮量0.08%、密度1.189g/m ³ 、孔隙度55%，与施用无机肥的土壤相比，有机质、全氮、孔隙度分别增加0.8%、0.018%、6.3%，密度则下降0.199g/m ³ 。另外，常年施用沼肥的土壤中，土壤酶活性增强，土壤理化性状改善。

总之，农作物秸秆沼气发酵，无论在能量利用、物质循环，还是对生态环境的影响方面都比秸秆直接还田的效益显著。

2-2-15　沼气发酵的过程是什么？

答 ：沼气发酵是一个微生物化学过程。各种有机质，包括农作物秸秆、人畜粪便以及工农业排放废水中所含有的有机物等，在厌氧及其他适宜的条件下，通过微生物的作用，最终转化为沼气，完成这个复杂的过程，即为沼气发酵。沼气发酵大致分为液化、产酸和产甲烷三个阶段，如图2-14所示。

①液化阶段：农作物秸秆、人畜粪便、垃圾以及其他各种有机废弃物，都是以大分子状态存在的碳水化合物（如淀粉、纤维素）以及蛋白质等。它们不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外酶（如纤维素酶、肽酶和脂肪酶等）作用，进行酶解，把以上物质分解成可溶于水的小分子化合物，即多糖分解成单糖或双糖，蛋白质分解成肽和氨基酸。这些小分子化合物才能进入到微生物细胞内，进行以后一系列的生物化学反应，这个过程叫做液化。

②产酸阶段：液化阶段产生的小分子化合物在产酸微生物群的作用下将单糖类、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物质转化成简单的有机酸（如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乳酸）、醇（如甲醇、乙醇等）以及二氧化碳、氢气、氨气和硫化氢等物质，其中主要的产物是挥发性有机酸，以乙酸为主，约占80%，故这个过程也称为产酸阶段。

③产甲烷阶段：产酸阶段产生的有机酸、醇、二氧化碳和氨气等物质又被产甲烷微生物群利用，将其分解成甲烷和二氧化碳，这种以甲烷和二氧化碳为主的混合气体便称为沼气。这个过程叫产甲烷阶段。

事实上，在发酵过程中，上述三个阶段的界限和参与作用的沼气微生物都不是截然分开的，尤其是液化和产酸两个阶段，许多参与液化阶段的微生物也会参与产酸阶段，所以，沼气发酵基本过程也可以分为产酸（含液化阶段）和产甲烷两个阶段。

2-2-16　沼气发酵工艺有哪些？

答 ：根据沼气发酵分为“液化 产酸 产甲烷”三个阶段理论，以沼气发酵不同阶段，可将发酵工艺划分为单相发酵工艺和两相（步）发酵工艺。

①单相发酵工艺：将沼气发酵原料投入到一个装置中，使沼气发酵的产酸和甲烷阶段合二为一，在同一装置中自行调节完成，即“一锅煮”的形式。我国农村全混合沼气发酵装置大多数采用这一工艺。

②两相发酵工艺：两相发酵也称两步发酵，或两步厌氧消化。该工艺是根据沼气发酵三个阶段的理论，把原料的液化、产酸阶段和产甲烷阶段分别安排在两个不同的消化器中进行。液化、产酸池通常采用不密封的全混合式或塞流式发酵装置；产甲烷池则采用高效厌氧消化装置，如污泥床、厌氧过滤等。

2-2-17　沼气发酵工艺条件有哪些？

答 ：1.严格的厌氧环境

沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类，它们都是厌氧性细菌，尤其是产甲烷菌是严格厌氧菌，对氧特别敏感。因此建造一个不漏水、不漏气的密闭沼气池（罐），是人工制取沼气的关键。

沼气发酵的启动或者新鲜料入池时，会带进一部分氧，造成了沼气池内较高的氧化还原势。但由于密闭的沼气池内好氧菌和兼性厌氧菌的活动，迅速消耗了溶解氧，使沼气池的氧化还原势降低，从而创造了良好的氧化还原势条件。

2.发酵温度

沼气发酵微生物是在一定的温度范围进行代谢活动的，可以在8～65℃产生沼气，温度高低不同，产气速率不同。在8～65℃范围内，温度越高，产气速度越大，但不是线性关系。40～50℃是沼气微生物高温菌和中温菌活动的过渡区间，它们在这个温度范围内都不太适应，因此产气速度会下降。当温度增高到53～55℃时，沼气微生物中的高温菌活跃，产气速度最快。

沼气发酵温度突然变化，对沼气产气量有明显影响，温度突变超过一定范围时，就会停止产气。在进行中温、高温发酵时，要筛选、培养菌种。一般常温发酵温度不会突变；对中、高温发酵，则要求严格控制料液的温度。

常温发酵，在发酵过程中基本不进行温度控制，发酵液的温度随着自然温度有规律地变化。其优点是设备简单，无需加温，便于推广；缺点是产气率低，尤其冬季常因为温度过低而影响或者停止产气。中、高温发酵的优点是原料处理效率高，产气量高；缺点是设备复杂，需要消耗辅助能量来加温保温。

3.发酵原料

原料（有机物）是供给沼气发酵微生物进行正常生命活动所需的营养和能量，是不断产生沼气的物质基础。在厌氧处理有机废水的情况下，绝大部分有机质都是以溶解态存在于废水中，且挥发性很强，在样品烘干过程中会挥发逸出。

4.料液浓度

料液中干物质含量的百分比为料液浓度。反应器内发酵料液浓度随季节的变化而要求不同。一般夏季发酵料液浓度可以低些，而在冬季发酵料液浓度应该高些。发酵液浓度太低或者太高，对产生沼气都不利。因为浓度太低时，即含水量太多，有机物含量相对减少，会降低沼气池单位容积中的沼气产量，不利于沼气池的充分利用；浓度太高时，即含水量太少，不利于沼气细菌的活动，发酵料液不易分解，使沼气发酵受阻，产气慢而少。

5.酸碱度

酸碱度是指溶液中氢离子（H ⁺ ）浓度。溶液中氢离子多，呈酸性；氢离子少，呈碱性。pH是酸碱度大小的表示单位。沼气微生物最适宜的pH范围是6.0～7.5。这里的pH是消化器内料液的pH。一般来说，当pH<6或者pH>8时，沼气发酵就会受到抑制，甚至停止产气。

6.发酵原料中的碳、氮、磷比例

发酵原料中碳、氮、磷元素含量的比例，对沼气产生有重要的影响。研究表明，碳氮比以（20～30）∶1为佳；碳、氮、磷比例以10∶0.4∶0.8为佳。对于以生产农副产品的污水为原料的，一般氮、磷含量均能超过规定比例的下限，不需要另外投加。但对于一些工业废水，如果氮、磷含量不足，应该补充到适宜的值。

7.添加剂和抑制剂

沼气发酵的正常进行与刺激物和抑制物有着密切的关系。很多物质可以加速发酵过程，而有一些物质可以抑制发酵的进行；还有些物质在低浓度时有刺激发酵作用，而在高浓度时产生抑制作用。为了提高产气量，保证沼气发酵的正常进行，寻找添加各种发酵刺激物和控制发酵抑制物是很必要的。

8.搅拌

搅拌的目的是使发酵原料分布均匀，增加沼气微生物和原料的接触面，加快发酵速度，提高产气量。同时也可以防止大量原料浮渣结壳，致使原料利用率降低，使产生的沼气释放困难。

9.接种物

有机物厌氧发酵生产沼气，是由多种厌氧菌参与完成的。在发酵初期加入厌氧菌作为接种物，其菌种多少，直接影响产气的快慢。条件具备时，采取生态环境抑制的厌氧污泥作为接种物；不具备条件时，需要进行菌种富集和培养。菌种富集和培养，是选择活性较强的污泥，或是污水沟底正在发泡的污泥，或者是从沼气池中取出的污泥，或者是污水厂排出的污泥，或者是人类粪便等添加适量的有机废水或作物秸秆，装入密封的容器内，在适宜的温度（常温15～25℃，中温35℃，高温54℃）条件下，厌氧培养7～8天以上，控制其pH 6.8～7.5，再加入适量的有机废水，重复操作，逐步扩大。

2-2-18　秸秆沼气主要有哪些关键技术？

答 ：主要有以下3个部分的内容。

1.菌种的筛选和提纯复壮技术

秸秆在自然状态下进行的沼气发酵，存在启动慢、产气率低、浮渣结壳严重等问题，因此，秸秆不宜直接作为沼气发酵原料。要使秸秆成为理想的沼气发酵原料，首先必须通过特殊微生物的分解作用，将秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子逐步分解成可被利用的小分子。因此，从自然界筛选出对纤维素、半纤维素、木质素有分解功能和使用价值的微生物是前提条件。通过对若干材料中含有的微生物进行采样培养、筛选、微生物活力测定、纯度保持等，筛选出稳定性好、生长势高、酶活力强的菌种，如“沼气1号”。

2.菌种的工厂化生产技术

菌种的工厂化生产的目的主要是通过“沼气1号”菌种的快速繁殖，按照严格的质量标准生产出足够数量的“沼气1号”菌种，以满足规模化发展沼气的需要。按照“沼气1号”菌种生物学特征特性，建立菌种原种供应、菌种培养和扩繁、原料营养与灭菌、接种、发酵及其生长环境控制、干燥、制成品等工厂化生产菌种的工艺流程及其技术体系。

3.秸秆发酵制取沼气技术

在按照《户用沼气池标准图集》（GB/T 4750—2002），建造8m ³ 的户用沼气池的基础上，制取沼气需要经过物理处理、一次发酵、二次发酵等3个阶段的技术环节。

（1）物理处理。将秸秆铡至细碎颗粒，每一个8m ³ 户用沼气池需铡碎秸秆约400kg。

（2）一次发酵（秸秆好氧发酵）。将400kg秸秆用水湿润后与1kg的“沼气1号”菌种搅拌均匀，堆制发酵。发酵时间：夏季约3天，冬季约7天。

（3）二次发酵（沼气厌氧接力发酵）。秸秆经堆制发酵后成为优良的沼气发酵原料，进入沼气池中，加水并封闭，在“沼气1号”菌种和接种物的复合作用下，在沼气池中经厌氧发酵后即可源源不断地产出沼气。

秸秆经过“沼气1号”菌种发酵后，产气效率高，每立方米池容每日可产沼气0.15m ³ ；产气持续时间长，一次投料可连续产气180天；沼气燃烧的热值大，热流量可达10048.32kJ/h。这些指标均达到国家户用沼气的有关标准，使秸秆沼气成为理想的生活用能。

2-2-19　秸秆沼气发酵技术包括哪些内容？

答 ：1.原材料准备

（1）物料准备。①沼气池：8m ³ 或10m ³ 底层出料沼气池1座。必须经过严格的试水试压（包括管路输配系统），保证不漏水、不漏气。②接种物：一般选择老沼气池底沼渣及沼液、冒泡的黑色阴沟污泥、粪坑沉渣，且酸碱度在pH 6.8～7.5之间，浓度在3%以上。③秸秆复合菌剂（绿秸灵牌）：8m ³ 底层出料沼气池准备复合菌剂1kg，10m ³ 底层出料沼气池准备复合菌剂1.2kg。④碳铵：农用碳酸氢铵，含氮量≥17.1%。8m ³ 底层出料沼气池准备15kg，10m ³ 底层出料沼气池准备18.5kg。⑤秸秆：选用自然保存、未腐黑的秸秆（玉米秆、麦秆、稻秆均可），8m ³ 底层出料沼气池准备400kg，10m ³ 底层出料沼气池准备500kg。⑥水：选用酸碱度在pH 6.8～7.5之间，未受毒害物质污染的水。

（2）铡草（揉搓）机。选用2.2kW铡草（揉搓）机1台，用于铡切稻草、麦秸等秆茎较细软的秸秆，揉搓玉米秆等秆茎较粗的秸秆。

（3）其他工具。铁锹2把，铁叉2把，圆直木棒（长1.5m、直径50mm，用于秸秆堆沤时打孔通空气）1根，水桶2只，长8m、宽2.5m塑料布2块，水银温度计1只，pH试纸1本，条件好的应配置便携式甲烷安全检测仪1台。

2.操作步骤

（1）秸秆预处理。①秸秆铡揉：利用铡草（揉搓）机将秸秆铡碎揉搓，秸秆铡短后长度应小于6cm（越短越好）。②秸秆润湿：用1∶1的比例加水将铡碎秸秆润湿，边加水边翻秸秆，以保证润湿均匀；润湿完成后将秸秆放置1天，以利秸秆充分吸水。③原料的拌制：将润湿后的秸秆边加菌剂、碳铵边翻动拌匀，秸秆、菌剂、碳铵按40∶0.1∶0.5的比例要求，同时加水。加水量一般控制在秸秆重量的1.8～2倍，以保证秸秆含水率在65%～70%（用手握秸秆刚好有水滴下即可）。要将秸秆切短或粉碎到3～5cm，1个8m ³ 的沼气池需秸秆360～400kg。

（2）秸秆堆沤。8m ³ 沼气池堆沤400kg秸秆，加入1kg复合菌剂、5kg碳铵。将湿润好的秸秆收堆，将搅拌好的秸秆按1.2～1.5m宽、0.6～1.5m高的标准堆成沤，冬季可适当加高。在料堆顶部及四周每隔20～30cm用尖木棒打孔，严禁拍打严实，用塑料布将料堆覆盖进行堆沤；覆盖时在料堆底部距地面留10cm空隙，以利于通气。堆沤时间：夏季3～4天，冬季4～6天。

堆沤效果检查：用水银温度计测料温达到50℃，并维持3天，且秸秆表面长有白色菌丝、秸秆变软呈黑褐色即可。

（3）秸秆入池。将堆沤好的秸秆趁热直接由天窗口加入，同时加入10kg碳铵和接种物；为保证加入均匀，应先加入一部分秸秆，再加入一部分接种物，如此反复直至进完为止。最后补水（温水）至零压水位线处，并在料堆上打孔若干，以利甲烷产出。接种物一般为沼气池的10%～30%，秸秆和碳铵的比例为40∶1。

（4）补料。随着沼气的利用，秸秆会有一定消耗，一般在产气量不能维持每日正常使用时，可适当补加一部分堆沤好的秸秆，并从出料口相应出一部分沼渣，以保证正常供气。补料时应坚持先出后进、少量多次的原则。出料应观察压力表变化情况，压力表接近零时停止出料，防止出现负压损坏池体。

（5）大出料。在保证沼气池内无沼气残留的情况下，可将天窗盖打开，用齿耙、抓爪将上层固体部分耙出，中部、底部相对较稀的部分，可用真空抽渣车直接吸出。出料时注意保留底部1/3沼渣和沼液，留待下次进料作接种物使用。

2-2-20　秸秆沼气池推广中存在的“瓶颈”有哪些？

答 ：秸秆沼气池推广中存在的“瓶颈”主要有三方面：一是大换料期间的供气问题，二是物业管理问题，三是出料问题。针对这三方面问题，解决措施如下。

（1）对于解决大换料期间的供气间断问题，有三种解决模式。

一是小型沼气工程集中供气模式。结合新农村建设小型沼气工程，配套建设贮气柜和供气管网，利用秸秆作为发酵原料，实行集中供气。

二是联户供气模式。多座户用沼气池共用1个贮气柜或多户输气管路并联进行调节供气，当其中某一户沼气池进行换料暂停产气期间，由共用贮气柜继续保持供气，确保了所有沼气用户能持续稳定用气。

三是户用双联池供池模式。将8m ³ 沼气池改建为2个4m ³ 沼气池并联，2个单体池轮流换料，保障持续供气。

（2）对于物业管理问题，有3种解决形式。

一是建立村物业管理站，购置农用运输车、沼肥吸运单元、铡草机、进出料机具、维修工具等，统一负责沼气用户的原料供应、进出料、日常维护等工作。

二是依托农民理事会（村委会）管理，结合新农村建设，在农民理事会中明确1名沼气管理员，负责本村沼气日常管理服务。

三是建设乡镇沼气服务站，在秸秆生物气化试验示范重点乡镇，建设乡镇沼气服务站，服务站人员由沼气技工或者乡镇农技人员组成，负责本乡镇的沼气管理服务。据测算，用户一次投料正常投入秸秆400kg，需复合菌剂1kg，费用30元；碳铵15kg，费用10元；铡碎机械费用30元；进料、出料用工2天，计工资80元，合计费用150元。以一年换料2次计，共需300元/年，平均每月25元。而农民利用秸秆沼气池，不仅解决了生活用能问题，而且能产出近16t优质有机肥，投入小，回报多。

（3）对于沼气池出料问题，稻草铡短经复合菌剂处理后作发酵原料，经过半年到1年发酵后，稻草上浮，浮出沼液上面的稻草状态较松软，浸在料液中的部分会腐烂，不形成板结，出料较其他处理（稻草不铡短加复合菌剂和铡短不加复合菌剂）更轻松。目前，出料主要有人工出料抓卸器和电动抓卸器2种主要出料器具，农村常用的多齿耙是一种方便的出料工具。 vTpjFDOL5jYNIIDUI7VjRZ6dnz9FvG0InPoQs0A3ONkI0yBSfU7WUewnggsS4tDZ