沼气发电机组.doc

1、引言生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的C02，因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径。随着对环境的日益重视，人们开始利用各种方式来减少工农业生产对环境的破坏。近十几年来，在各级政府有关部门和企业的帮助协调下，用于处理畜禽粪便及各种生产、生活污水的大中型沼气工程纷纷上马，至1998年底，我国已建成大中型沼气工程742处，年产沼气量为16393.94万立方米；垃圾填埋法产生沼气是处理城市垃圾的主要方式之一，具有简单易行和费用较低的特点，同时还可回收能源，正受到世界各国的普遍欢迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋场，每年可回收沼气51.42亿立方米。沼气是一种具有较高热值的可燃气体，与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料，传统上大多利用沼气进行取暖、炊事和照明，随着沼气产量的不断增加，如何更高效地利用沼气，成为摆在我们面前的一项课题。2、沼气发电技术进展状况沼气燃烧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，它将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，是有效利用沼气的一种重要方式。目前用于沼气发电的设备主要有内燃机和汽轮机。国外用于沼气发电的内燃机主要使用Otto发动机和Diesel发动机，其单位重量的功率约为27 kWT。汽轮机中燃气发动机和蒸汽发动机均有使用，燃气发动机的优点是单位重量的功率大，一般为70140kWT；蒸汽发动机一般为10kWT。国外沼气发电机组主要用于垃圾填埋场的沼气处理工艺中。目前，美国在沼气发电领域有许多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。现有61个填埋场使用内燃机发电，加上使用汽轮机发电的装机，总容量已达340兆瓦；欧洲用于沼气发电的内燃机，较大的单机容量在0.42兆瓦，填埋沼气的发电效率约为1.682kWhm3。我国开展沼气发电领域的研究始于八十年代初，1998年全国沼气发电量为1,055，160kWh。在此期间，先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高热效率方面的研究工作。我国的沼气发动机主要为两类，即双燃料式和全烧式。目前，对“沼气一柴油”双燃料发动机的研究开发工作较多。如：中国农机研究院与四川绵阳新华内燃机厂共同研制开发的S1951型双燃料发动机：上海新中动力机厂研制的2027G双燃料机等。成都科技大学等单位还对双燃料机的调速、供气系统以及提高热效率等方面进行过研究。潍坊柴油机厂研制出功率为120 kW的6160A一3型全烧式沼气发动机，贵州柴油机厂和四川农业机械研究所共同开发出60 kW的6135AD(Q)型全烧沼气发动机发电机组；此外，还有重庆、上海、南通等一些机构进行过这方面的研究、研制工作。可以说，目前我国在沼气发电方面的研究工作主要集中在内燃机系列上。表1是我国部分12kW以下沼气发电机组的测试性能比较。3、沼气发电前景广阔沼气发电工程本身是提供清洁能源，解决环境问题的工程，它的运行不仅解决沼气工程中的一些主要环境问题，而且由于其产生大量电能和热能，又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景：1)有助于减少温室气体的排放通过沼气发电工程可以减少CH4的排放，每减少1屯CH4的排放，相当于减少25吨C02的排放，对缓和温室效应有利。2)有利于变废为宝，提高沼气工程的综合效益我们以沼电在酒厂中的的综合效益为例：四川荣县进行了120 kW沼气发电的生产和示范。用酒糟废水经厌氧消化产生沼气，发电效率为1.69 kWhm3，当年成本为0.0465元kWh。沼电能够基本满足该厂的生产用电：山东昌乐酒厂安装2台120 kW的沼气发电机组，170m3酒糟日产沼气4800m3，发电8640kwh，全年能源节约开支29万元，工程运行一年即收回全部成本。4800/170=28.2杭州天子岭填埋场发电工程在运行过程中，在平均电价为0.438元kWh的条件下，投 资回报率可达14.8%。3)可减少对周围环境的污染。由于综合利用手段单一，很多沼气工程产生的沼气大量排入大气中，不仅严重污染周围的环境，也对工作人员的安全和健康产生了极大的威胁，沼气发电则为沼气找到了一条合理利用的途径。4)小沼电为农村地区能源利用开辟新途径我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。因地制宜地发展小沼电，犹如建造微型“坑口电站”，可取长补短就地供电。表1 12kW以下沼气发电机组测试表研制单位产品型号功率（KW）甲烷含量（%）比气耗(m3kWh)节油率（%）热效率（%）四川省农机所0.8GFZ1.357730.86810023.45四川省农机所19512.9789.40.3710030.7泰安电机厂12GFS3212.8578.450.4928131.99泰安电机厂10GFsl311.1886.50.2486237.89南充农机所19513.5370.90.3228138.8武进柴油机厂195-Z13.5271.20.410035.39上海内燃机所5GFZ5.6272.350.68710026.78重庆电机厂1.2kW1.5277.050.76100294、沼气发电商业化发展的主要障碍80年代是我国沼气发电研究的起始阶段，也是较为活跃的时期。但近十年的发展比较 缓慢。主要存在以下障碍：4.1技术障碍我国沼气发动机的开发研究主要集中在内燃机系列上，一般只是对柴油机和汽油机进行较浅层次的改装，对发动机的热工性能研究不深，由于产品质量不过关，在运行使用中出现诸多问题，给用户带来不便，从而影响其发展进程。导致这种情况的根本原因是没有对沼气发动机进行深入的研究，技术不过关，缺乏足够的生产实践。致使发动机在运行中产生热负荷高、可靠性差、起动困难；另外我国研制的全烧沼气发动机的排气温度过高，气阀易烧坏，使气缸盖等成为易损件等诸多技术问题。4.2市场障碍由于我国沼气发动机存在许多问题，先前应用国产发电机组的沼气发电工程有许多长 期处于停机状态。这就使后来发展的绝大多数沼气工程放弃了沼气发电方式，转而寻求其他的利用途径。少数沼气发电工程(如天津、杭州等)依靠贷款引进购买较为成熟的国外发电机组设备来维持运行。我国生产厂家则由于技术不够成熟而造成买方市场的严重匮乏，沼气发动机和发电机组无法形成规模化批量生产，使科研生产单位缺乏相关的研究经费，没有对其作深入研究开发的积极性，不能提供质量过关的产品，进一步阻碍产品的市场化进程，对生产科研单位自身以及沼气发电领域的发展都不利。此外，沼气发电市场不规范，没有相应的较为完善的行业标准，也不利于其商业化开发和利用。4.3政策障碍缺乏相应的激励政策和限制性政策，不能有效地动员和吸收投资，成为影响其技术发展的一个重要原因。由于目前沼气发电工程在技术和市场化方面面临许多问题，这就需要国家在这个领域给予政策方面的扶持。如果国家给予在税收、贷款方面的优惠政策、投资补贴和产业保护措施，以及电力部门在沼气电力并网方面给予支持和帮助，制定优惠的上网电价，将大大改善沼气发电的经济性和市场前景，对其进入市场具有很积极的作用。5、促进沼气发电商业化发展的建议从以上沼气发电商业化所面临的主要障碍来看，如果要克服其障碍，达到促进沼气发电技术商业化发展的目的，还需要采取一些措施和行动。5.1制定发展规划对我国沼气利用现状和市场前景进行成分调查，描述沼气发电能源利用市场，确定本项目建设发展领域，并评价发展沼气发电商品化和市场化的社会经济因素，分析沼气发电的技术开发和市场潜力，制定相关工艺开发利用的规划，明确开发的目标。5.2加强技术保障体系的建设引进吸收国外先进技术和经验，加强技术支持和保障体系的建设、扶持和培养，制定国家级的沼气发电工程技术规范和标准，逐步建立和完善可持续的、市场化的推广沼气发电综合性服务网络。5.3引入竞争机制，创新投资体系针对目前我国沼气发电技术发展资金匮乏的现状，认真总结分析我国外现行的资金筹措和运行管理经验，学习国外技术成熟的商业化运营沼气发电工程先进优惠政策以及市场化融资体系建设模式。转变观念，鼓励和动员更多的公司和企业投入到沼气发电技术的竞争行列。5.4研究制定国家级的配套政策进一步加强同环保部门、工业企业、科研院所和金融机构的合作与协调，研究制定激励性政策，地方性和全国性相结合的政策。同时应对沼气发电技术的产业化、商业化研究制定配套政策。康达H级新一代沼气发电机组（功率范围：20KW120KW），是与国际知名动力制造商康明斯集团合作，在康明斯柴油动力的基础上，针对燃气在汽缸内的燃烧特点及控制特性，采用燃气发动机设计理念对柴油发动机重新设计及生产。其主体的重要部件从材料、加工工艺到加工精度都严格按照国际先进技术水平生产。特殊的设计和特殊的加工工艺保证了发动机具有良好的稳定性和耐久性。 与普通国产沼气发电机组比较，康达H级新一代沼气发电机组在性能、稳定性、突加负载、机组寿命、大修周期、机组效率等方面，都有了很大程度的提升，可以说完全是燃气发电机组发展的又一重大性的突破！ 经过康达公司将H级系列沼气发电机组在垃圾填埋场进行的多次破坏性试机实验，康达H级沼气发电机组与普通国产沼气发电机组对比，具有以下优点： （1）、沼气发动机系统组成本公司生产的沼气发电机组采用世界名牌康明斯动力，针对燃气在汽缸内的燃烧特点及控制特性精心设计及生产。其主体的重要部件从材料、加工工艺到加工精度都严格按照国际先进技术水平生产。特殊的设计和特殊的加工工艺保证了发动机具有良好的稳定性和耐久性。气体混合器采用世界最先进技术的混合器，空气和燃气的混合后具有最佳的空/燃比，沼气甲烷含量在30%-70%，结合独特设计的燃烧室，使燃气等到充分燃烧，降低了燃气消耗，提高了发动机的热效率，有效降低了排放气体中NOX等有害气体，达到世界先进排放标准。电子点火系统采用先进的高能量（ECU）点火系统，具有点火定时准确、启动迅速等特点。大大减少了爆震机率，提高了发动机运行的稳定性。选用高精度燃气机专用调速器，具有调速精度高、抗突加负载能力强、恢复时间快等优点，更好地适应于用户的不同类型负载。配备世界最著名品牌的发电机，可选为利莱森玛和英格发电机。无论是从电气，力矩还是机械配合结构特性以及动态力学指标考量，发电机都具有良好的匹配性能。(2)、康达H系列燃气发电机组与同类型产品比较具有以下优点：高品质：90%部件采用原装康明斯的部件；高效率：1立方标准沼气可发电1.90-2.00度，持续功率可达额定功率的90%。高寿命：整机寿命高达30年；低运行成本：机油消耗低于0.5g/kwh,机油更换时间比一般国产机要延长50-100小时。（3）、控制系统: GU320B发电机智能控制器 H系列燃气发电机组选用世界先进的发电机智能控制器GU320B发电机智能控制器液晶显示。采用高性能的计算机芯片,可修改发电机的控制程序和保护参数, 它集测量、控制、保护、三遥等众多功能为一体，完全满足发电机使用者或专业组装厂对不同类型的发电机组自动控制需求。控制器测量显示发电机输出的所有电参数，及发动机的转速、油压、水温、直流电源、电压和运行时间等。其中，电压和电流采用真有效值测量，确保数据更准确。沼气发电机沼气发电始于20世纪70年代初期。当时，国外为了合理、高效地利用在治理有机废弃污染物中产生的沼气，普遍使用往复式沼气发电机组进行沼气发电。使用的沼气发电机大都是属于火花点火式气体燃料发电机组，并对发电机组产生的排气余热和冷却水余热加以充分利用，可使发电工程的综合热效率高达80%以上。通常每100万吨的家庭或工业废物就足以产生充足的甲烷作为燃料供一台一兆瓦的发电机运转 1040年。 在我国20世纪70年代沼气发电开始受到国家的重视，成为一个重要的课题被提出来。到80年代中期我国已有上海内燃机研究所、广州能源所、四川省农机院、南充地区农机所、武进柴油机厂、泰安电机厂等十几家科研院所、厂家对此进行了研究和试验。在我国，沼气机、沼气发电机组已形成系列化产品。目前国内从8千瓦到5000千瓦各级容量的沼气发电机组均已先后鉴定和投产，主要产品有全部使用个沼气的单燃料发电机组及部分使用沼气的双燃料沼气-柴油发电机组。一、沼气发电系统概述构成沼气发电系统的主要设备有沼气发电机组、发电机和热回收装置。沼气经脱硫器由贮气罐供给燃气发电机组，从而驱动与沼气内燃机相连接的发电机而产生电力。沼气发电机组排出的冷却水和废气中的热量通过热回收装置进行回收后，作为沼气发生器的加温热源。 从废水处理厂出来的污泥进入一次消化槽和二次消化槽，在消化槽中产生的沼气首先经脱硫器进入球形贮气罐，然后由此输送入沼气发电装置中。作为发电机组燃料的沼气中甲烷的含量必须高于50%，不必要进行二氧化碳的脱除，因为少量二氧化碳对发电机组有利，使其工作平稳，减少废气中有毒物的含量。从发电装置出来的废沼气进入热交换器中，将热量释放出来，用来加热进行厌氧发酵的污泥，从而提高沼气的发生率。二、沼气用于内燃机的特点甲烷的辛烷值在105115之间时，沼气的辛烷值较高。由于抗爆性能好，发电机组可以选用较高的压缩比。柴油机在燃用沼气或双燃料时，可以获得不低于原机的功率。柴油机全部烧柴油时的额定功率为9708W/2000r/min，如果燃