世界上最大的沼气发电厂采用了 GEA 臥螺离心机

变废为宝:固体粪渣中含有高磷酸盐和高甲烷值

若想避免以高成本长途运输大量的水,则必须对发酵残渣进行脱水等加工处理。发酵残余的处理需采用多道工序,如,用螺压过滤机、带式过滤机、转鼓过滤机、辊压机或转筛过滤机进行过滤,用沉淀池或旋流沉淀进行分离,甚至还会用臥螺离心机进行离心分离。每道工序各有利弊。

臥螺离心机相对较高的投资成本基本上被较低的整体成本(整体拥有成本)抵消。其他经济上和工艺上的标准也证明了臥螺离心机的优势所在。尤其在对磷和氮的分离效果上,臥螺离心机的效果远胜于其他技术。持续不断的基准测试和独立调查也充分证明了臥螺离心机的优势。

这也意味着含有宝贵磷成分的浓缩固体粪渣有望在肥料市场上取得高价。另一主要因素是分离的固体粪污中含有很高的甲烷值。如果这种粪浆能够被焚化从而生成能量,定能受到欢迎。

Maabjerg Bioenergy 采用了五台臥螺离心机

Maabjerg Bioenegy_Jens Bach
图片:Maabjerg Bioenergy, Jens Bach

Maabjerg Bioenergy 于 2012 年在丹麦 Holstebro 重建的沼气发电厂也认识到了采用臥螺离心机进行分离的优势。Maabjerg Bioenergy 是世界上最大的沼气发电厂。该沼气发电厂的建立得益于于农户、地方政府和供热厂之间的通力合作。该厂一方面计划发展农业粪肥加工与提炼,另一方打算为周边乡镇 Holstebro 和 Struer 供能供热。

根据设计规划,该生物质处理厂每年可处理 500,000 吨来自农业和食品行业的生物质。据此,该厂每年可制造沼气 2,000 万立方米,能量相当于可以用于发电 110,000 兆瓦时和生产 100,000 千瓦时的热水。该地的二氧化碳排量可每年减少 21,600 吨。总体来看,由于农业的CO2和甲烷的排放量减少,全面投产后,相当于减少了 CO2排量50,000吨/年。为了以尽可能环保且成本低的运输方式将生物质运送至工厂,Maabjerg 计划在最大的生物质供应商与工厂间建设一套覆盖面达 16 公里的放射状管道系统。

如果没有这套供应系统,每天的运送量可高达 50 卡车。为对发酵残余进行脱水处理,Maabjerg 安装了三台 UCD 535 臥螺离心机和两台来自 GEA 的 UCF 466 臥螺离心机。臥螺离心机对磷酸盐和氮的分离度较高,可有效减少养分盈余,其中氮每年可减少 400 吨,磷酸盐每年可减少 450 吨。无需使用聚合物即可达到这样的分离效果。由于分离的粪浆具有很高的甲烷值,在焚烧炉中燃烧这类固体粪污每年可生成能量 22,000 兆瓦时。磷酸盐和氮会保留在灰分中,反过来又可循环利用。 

几何学的重要作用

对转鼓和螺旋的正确几何学运用对臥螺离心机的精良设计起到了至关重要的作用。这项设计融入了 GEA 多年来积累的所有经验。通过分离处理,发酵残渣干物质的含量从大约 5% 至 10% 脱至 30% 左右。例如,磷酸盐浓度从发酵残液中的约 1.5 千克/吨浓缩至固体中的 5~7 千克/吨,而氮浓度则从发酵残液中的约 4~6 千克/吨浓缩至固体中的 8~10 千克/吨。运输距离在有些区域可长达 500 公里,进行脱水处理后,需运输的水分便减少,从而可以不再使用罐车而改用卡车运送。因此,除了提高了磷酸盐和氮的含量及甲烷值,脱水处理还降低了运输成本。 

创新:两步分离法

GEA 首创了两步分离法。在第二步中,通过添加少量化学组分来粘附磷酸盐水溶液中最微小的颗粒,固相组分中高达 95% 的磷酸盐成分可以被分离出来,而未使用化学品的情况下则只能分离出 75%。这一超级经济的方法在诸如土耳其、墨西哥等许多养分盈余极高而且高养分出口率的国家和地区尤其受到欢迎。 

多年的经验

GEA 运营沼气发电厂的经验可追溯至 1988 年。自那时起,德国先后建立起 6000 多家不同规模的沼气发电厂。随着大批建设项目的实施,法国、荷兰、斯堪的纳维亚和英格兰以及东欧和美国也相继发现了沼气发电的诸多优势。处理发酵残余的 GEA 臥螺离心机的处理能力为从每小时3立方米到每小时 100 立方米。在未使用任何化学品的情况下,GEA 臥螺离心机的应用效果也十分出众——可保障固体粪渣中的干物质含量高达 30%。 

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