餐厨垃圾厌氧消化工程中沼气利用方式的选择
——以四川某项目为例

查罗男 孙岩斌 郭 强 曲 垚 王纪晔

中国城市建设研究院有限公司

1 引言

近年来，随着城镇居民生活水平的提高，餐厨垃圾产生量日益增加，个别非法营运机构利用餐厨垃圾生产的“地沟油”、“泔水猪”等产品流向市场，对食品安全和市民健康造成严重威胁。为保障人民群众饮食安全，根据《国务院办公厅关于加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》（国办发[2010]36号），进一步加强餐厨废弃物管理。自2011年餐厨垃圾处理工作开始布局，国家发改委先后批复了100个餐厨垃圾试点城市，全国在建或已投产的餐厨垃圾处理厂超过200座。

目前国内餐厨垃圾主流处理技术路线是以厌氧消化产沼气用于能源再生利用为处理目标技术路线。餐厨垃圾处理工程厌氧消化产生的沼气具有燃烧供热、提纯压缩、燃烧发电等多种利用途径，不同利用途径受到不同工程建设条件影响，同时也会影响工程建设运行的经济性。本文以四川某项目为例，探讨餐厨垃圾厌氧消化处理工程中沼气利用途径的选择。

2 四川某餐厨垃圾处理项目概况

四川某餐厨垃圾处理项目位于一座静脉产业园内，紧邻1000t/d生活垃圾焚烧发电厂，餐厨垃圾处理规模为100t/d，采用“预处理+粗油脂制取+中温湿式厌氧消化+沼气资源化利用”工艺，日产沼气量约7500Nm3，工艺流程如下图所示。

图1 餐厨垃圾处理工艺流程图

3 餐厨垃圾厌氧产沼气主要成分

餐厨垃圾在厌氧发酵过程中，经微生物消化作用将有机物转化为甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质。餐厨垃圾厌氧消化产生的沼气是一种混合性气体，其主要成分如表1所示。沼气利用前均需进行除尘脱硫等净化处理，净化后的沼气进入后续利用单元。

表1 餐厨垃圾厌氧消化沼气主要成分表

4 沼气处理利用方式

餐厨垃圾处理工艺中往往需要用到蒸汽和热水，以四川某项目为例，由于餐厨垃圾油脂含量较高，需用蒸汽对餐厨垃圾处理提取出油脂，中温厌氧消化系统需要用到热水换热以维持厌氧消化温度在35±2℃，因此，常规餐厨垃圾处理工程中均会配备沼气锅炉，利用沼气锅炉燃烧沼气向处理工艺供热。锅炉燃烧供厂内用热外剩余沼气主要有火炬燃烧、提纯制CNG、内燃机发电和送至焚烧厂焚烧发电等利用途径。

4.1 火炬燃烧

沼气火炬是餐厨垃圾厌氧消化处理工程的必要设施。沼气量较少、富裕或者出现紧急意外事故时，沼气由火炬系统燃烧放空。沼气火炬系统可保证沼气能够及时、安全、可靠地放空燃烧，保证在运行过程中实现低噪声无烟燃烧。

4.2 提纯制取CNG

餐厨垃圾厌氧消化处理产生的沼气中CH4含量约55%～70%，可通过水洗提纯、变压吸附、膜分离等技术进行提纯并压缩制成CNG 压缩天然气出售，CNG 中CH4含量≥97%，产品质量指标应满足GB 18047—2000《车用压缩天然气》的要求（见表2）。

表2 压缩天然气的技术指标

4.3 内燃机发电

经净化后的沼气具有较高热值，可在厂内配置内燃发电机和余热回收装置，利用富余沼气进行热电联产。沼气发电机发电效率一般在35%～42%之间，配套余热回收，余热利用效率可达到95%。

由于餐厨垃圾处理工程规模普遍较小，配置沼气发电机组一般在0.5MW～2MW，发电多为厂内自用，单独办理上网手续较难。若临近有生活垃圾焚烧发电厂，可在厂内配置同期装置，沼气通过沼气发电机发电后，通过同期装置后借有焚烧厂线路并入高压电网。

4.4 焚烧发电

近年来，固体废弃物处理项目越来越多以静脉产业园模式建设，各类固体废弃物处理设施不再是孤立的项目，可与周边项目进行有机衔接。若餐厨垃圾厌氧消化处理工程临近生活垃圾焚烧发电厂，可将富余的沼气通过管道送入焚烧厂，进入焚烧炉与生活垃圾一同进行焚烧处理，产生的热能通过焚烧厂系统进行发电，提高焚烧厂的发电量，最终通过焚烧厂上网线路并入高压电网。

5 沼气利用方式的比较与选择

由于火炬燃烧的主要意义在于安全保障，无法实现沼气的资源化利用，本文主要对提纯制CNG、内燃机发电和送至焚烧厂焚烧发电三种沼气利用途径进行综合比选分析。

以四川某项目为例，项目紧邻生活垃圾焚烧发电厂，沼气产量约7500Nm3/d，其中锅炉燃烧供热消耗沼气约2500Nm3/d，富余沼气约5000Nm3/d。结合该项目特点，对三种沼气利用途径就产品出路、预处理要求、土建投入、占地面积、运行管理稳定性等方面进行比选如表3。

提纯制取的CNG虽较稳定，但是本工程产生的沼气量较小，投资和运行成本较大，占地面积较大，同时制取的CNG需要考虑外售衔接的问题，适用于沼气产量较大且具备下游市场的情况；内燃机发电多收益最高，但受限于项目规模，上网手续办理困难，很难获得发电上网收益，多用于厂内自用；输送至焚烧厂发电方案利用邻近焚烧厂设施对沼气进行利用，可提高焚烧厂发电量、借用焚烧厂线路上网、保障发电的稳定性，同时无土建及相关设备投入，节约用地，节省人工及维护成本。

四川某项目的沼气利用途径充分结合工程建设条件，与生活垃圾焚烧发电厂衔接，选择净化后送至焚烧厂焚烧发电的方式。来自厌氧发酵的沼气

采用湿法脱硫、气柜储存、冷冻脱水等将沼气净化后，一部分沼气送至沼气锅炉提供热源，另一部分沼气输送至焚烧厂焚烧发电上网进行利用。同时设置暗火火炬系统，保证紧急情况下沼气的燃烧及排放。

6 结论

目前国内餐厨垃圾主流处理技术路线是以厌氧消化产沼气用于能源再生利用为处理目标技术路线。常规餐厨垃圾处理工程中均会配备沼气锅炉，利用沼气锅炉燃烧沼气向处理工艺供热。锅炉燃烧供厂内用热外剩余沼气主要有火炬燃烧、提纯制CNG、内燃机发电和送至焚烧厂焚烧发电等利用途径。沼气利用途径的确定要综合项目规模、周边条件、投资收益等进行综合比选确定。四川某项目紧邻生活垃圾焚烧发电厂，推荐采用送至焚烧厂焚烧发电并网的利用方式。

表3 沼气利用方式比选