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      什么是沼氣發電,沼氣發電機組有何應用前景

      2020-2-12 20:36:19      點擊:

      什么是沼氣發電

      沼氣發電是集環保和節能于一體的能源綜合利用新技術。它利用工業、農業或城鎮生活中的大量有機廢棄物(例如:酒糟液、禽畜糞便、城市垃圾和污水等)經厭氧發酵處理產生沼氣,驅動沼氣發電機組發電,并可充分利用發電機組的余熱用于沼氣生產,使綜合熱效率達80%左右,大大高于一般30~40%的發電效率,用戶的經濟效益顯著。一般禽畜糞便經厭氧處理后產生的沼氣都能滿足發電的氣質要求,污水處理沼氣需要進行脫硫等技術處理,垃圾填埋沼氣需要脫水等技術處理。

      沼氣發電

      國外

      沼氣發電始于20世紀70年代初期。當時,國外為了合理、高效地利用在治理有機廢棄污染物中產生的沼氣,普遍使用往復式沼氣發電機組進行沼氣發電。使用的沼氣發電機大都是屬于火花點火式氣體燃料發電機組,并對發電機組產生的排氣余熱和冷卻水余熱加以充分利用,可使發電工程的綜合熱效率高達80%以上。通常每100萬噸的家庭或工業廢物就足以產生充足的甲烷作為燃料供一臺一兆瓦的發電機運轉 10~40年。

      國內

      在我國20世紀70年代沼氣發電開始受到國家的重視,成為一個重要的課題被提出來。到80年代中期我國已有上海內燃機研究所、廣州能源所、四川省農機院、南充地區農機所、武進柴油機廠、泰安電機廠等十幾家科研院所、廠家對此進行了研究和試驗。在我國,沼氣機、沼氣發電機組已形成系列化產品。國內從8千瓦到5000千瓦各級容量的沼氣發電機組均已先后鑒定和投產,主要產品有全部使用個沼氣的單燃料發電機組及部分使用沼氣的雙燃料沼氣-柴油發電機組。



      沼氣燃燒發電是隨著大型沼氣池建設和沼氣綜合利用的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術,它將厭氧發酵處理產生的沼氣用于發動機上,并裝有綜合發電裝置,以產生電能和熱能。沼氣發電具有創效、節能、安全和環保等特點,是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。


      沼氣發電在發達國家已受到廣泛重視和積極推廣。生物質能發電并網在西歐一些國家占能源總量的10%左右。


      我國沼氣發電有30多年的歷史,在“十五”期間研制出20~600kW純燃沼氣發電機組系列產品,氣耗率0.6~0.8m0/kw h(沼氣熱值 ~>21MJ/m0)。但國內沼氣發電研究和應用市場都還處于不完善階段,特別是適用于我國廣大農村地區小型沼氣發 電技術研究更少,我國農村偏遠地區還有許多地方嚴重缺電,如牧區、海島、偏僻山區等高壓輸電較為困難,而這些地區卻有著豐富的生物質原料。如能因地制宜地發展小沼電站,則可取長補短就地供電


      沼氣發電

      技術應用

      沼氣發酵

      沼氣發酵的定義是:沼氣發酵,又稱厭氧發酵或厭氧消化,是指有機物質(如作物秸桿、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業有機廢水等)在厭氧條件下,通過種類繁多、數量巨大、功能不同的各類微生物的分解代謝,最終產生沼氣的過程。


      沼氣發電技術是集環保和節能于一體的能源綜合利用新技術。它是利用工業、農業或城鎮生活中的大量有機廢棄物(例如酒糟液、禽畜糞、城市垃圾和污水等),經厭氧發酵處理產生的沼氣,驅動沼氣發電機組發電,并可充分將發電機組的余熱用于沼氣生產。 [1] 

      沼氣發電熱電聯產項目的熱效率,視發電設備的不同而有較大的區別,如使用燃氣內燃機,其熱效率為70%~75%之間,而如使用燃氣透平和余熱鍋爐,在補燃的情況下,熱效率可以達到90%以上。

      沼氣發電技術本身提供的是清潔能源,不僅解決了沼氣工程中的環境問題、消耗了大量廢棄物、保護了環境、減少了溫室氣體的排放,而且變廢為寶,產生了大量的熱能和電能,符合能源再循環利用的環保理念,同時也帶來巨大的經濟效益。

      國內狀況

      我國沼氣發電研發有20多年的歷史,國內0.8-5000kw各級容量的沼氣發電機組均已先后鑒定和投產,主要產品又已全部使用沼氣的純沼氣發動機及部分使用沼氣的雙燃料沼氣-柴油發動機。這些機組,各具特色,各有技術上的突破和新穎結構,已在我國部分農村、有機廢水、垃圾填埋場的沼氣工程上配套使用。近十幾年由于農村家庭責任制,大、中型的工廠化畜牧場的建立及環境保護等原因,我國的沼氣機、沼氣發電機組已向兩極發展。農村主要以3-10kw沼氣機和沼氣發電機組方向發展,而酒廠、糖廠、畜牧場、污水處理廠的大中型環保能源工程,主要以單機容量為50-200kw的沼氣發電機組方向發展。

      項目狀況

      如今,除西藏區以外,我國內地其他所有省市區均建設了大中型沼氣發電項目,僅2009年,獲得發改委批復的沼氣發電CDM項目就有28個,其中大多數為垃圾填埋場的沼氣發電項目,部分為養殖場發電及工業廢料(酒精廠)發電項目。除這些較大的項目申請了CDM項目外,國內還有眾多小型沼氣發電工程。

      如今,國內很多廢水厭氧處理的沼氣,CH4含量在50-60%之間,如果選用合適的沼氣發電機組,每方沼氣可發電2.2-2.6度,而如今很多企業為節省投資,上容量小的機組,每方沼氣只能發1.8度電。以17000M3/天,熱值為25MJ/M3沼氣為例,每方沼氣發1.8度電的機組比每方沼氣發2.6度電的機組每年少發300多萬度電。

      沼氣中雜質含量如 Si 、 HS 等應控制在一定的范圍內,沼氣的溫度為 10~60 ℃,壓力為 0~5kpa ,具體見沼氣的氣質要求,一般禽畜糞厭氧處理的沼氣都能滿足發電的氣質要求,污水處理沼氣需要脫硫等處理,垃圾填埋沼氣需要脫水等處理。

      發展前景

      能源是國民經濟發展和社會活動的基礎,隨著全面建設小康社會步伐的加快,中國對能源生產和消費也提出了更高的要求?稍偕茉词侵袊鴮崿F可持續發展的重要能源,沼氣發電是可再生能源的主要利用方式,合理有效利用這一新型能源,技術與產業化水平是關鍵。 [1] 

      沼氣技術即厭氧消化技術,主要用于處理畜禽糞便和高濃度工業有機廢水。我國經過幾十年的研發應用,在全國興建了大中型沼氣工程 2000多座;戶用農村沼氣池 1060萬戶,數量位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技術的積累,還是建造、運行管理等方面的經驗,整體水平已進入國際先進行列。 沼氣發電在發達國家已受到廣泛重視和積極推廣,如美國的能源農場、德國的可再生能源促進法的頒布、日本的陽光工程、荷蘭的綠色能源等。生物質能發電并網在西歐如德國、丹麥、奧地利、芬蘭、法國、瑞典等一些國家的能源總量中所占的比例為10%左右,并一直在持續增加。 我國沼氣發電研發工作有20多年的歷史,特別是“九五”、“十五”期間有一批科研單位、院校和企業先后從事了沼氣發電技術的研究及沼氣發電設備的開發。在這一領域中,逐漸建立起一支科研能力強、水平高的骨干隊伍,并建立了相應的科研、生產基地,積累了較多的成功經驗,為沼氣發電技術的應用研究及沼氣發電的設備質量再上臺階奠定了基礎。 沼氣發電設備方面,德國、丹麥、奧地利、美國的純燃沼氣發電機組比較先進,氣耗率≤ 0.5 m3/kWh(沼氣熱值≥25MJ/m3),價格在300~500美元/kWh。我國在“九五”、“十五”期間研制出20~600kW純燃沼氣發電機組系列產品,氣耗率0.6~0.8m3/kWh(沼氣熱值≥21MJ/m3),價格在200~300美元/kWh,其性價比有較大的優勢,適合我國經濟發展狀況。


      沼氣發電機組


      沼氣發電機組

      沼氣發電是一個系統工程, 它包括沼氣生產、沼氣凈化與儲存、沼氣發電及上網等多項單元技術的優化組合,也涉及到國家對沼氣發電的扶持政策和技術法規等。剖析國內已有的沼氣發電工程,借鑒發達國家的沼氣發電經驗,以及國家對可再生能源的政策導向,我國沼氣發電產業在未來的若干年后會有突破性進展,其依據是:

      (1)國家相關政策的出臺將打通包括沼氣發電在內的綠色電力上網的瓶頸 當一個國家經濟實力達到一定程度后,就會把目光更多地投向環保,會更關注可持續發展問題,就會把資金投向這一領域,出臺相關的政策來確?沙掷m發展戰略目標的實現。 以德國為例。 戰后的德國經過幾十年的經濟復蘇,已經具備經濟能力來處理可持續發展問題。 為了保護環境,控制全球變暖和促進能源的可持續供應,德國于 1990 年制定了“輸電法”, 2000年又出臺了“可再生能源法”。 “輸電法”規定公用電網對沼氣發電輸送來的電力實行優惠收購價,這一政策促進德國沼氣發電技術的提高,促成了隨后 700 多個沼氣工程的建立。而“可再生能源法”提高了可再生能源發電上網的收購價,對于裝機達到500kW的發電站,輸送到電網的電力獲得的補貼比 1999 年增加了37% 。 國家站在可持續發展的高度,出臺促進綠色電力上網政策已為時不遠。正在研究和制定的可再生能源發電配額比例、份額標準、綠色證書以及發電上網的優惠政策,會筑造起有利于綠色電力發展的交易平臺。

      (2)國內已生產出性價比更好的沼氣發電機組系列產品, [1]  為沼氣發電提供有力的設備支持。如今成熟的國產沼氣發電機組的功率規格,主要集中在24~600kW這個區段。 從沼氣工程的產氣量來看, 有不少沼氣工程適宜配建500kW以上的沼氣發電機組。從沼氣發電機組的性價來看, 在有可以利用的動力原機的情況下,單機功率越大,越利于提高燃料發電效率,越利于降低發電機組單位功率成本,從而獲得較理想的性價比。 同樣,從沼氣工程的產氣量以及從用電負荷性質來看,20kW以下的發電機組也大有市場。例如一個萬頭豬場沼氣工程,日產沼氣80m3,顯然不適合發電上網,只適宜內部用電。其沼電用途一般為驅動沼氣工程污水泵和豬場通風機、照明等,因此宜配備 10kW 左右的發電機組。類似的沼氣工程很多,可見,小功率沼氣發電機組需求量也不少。 鑒于沼氣發電廣闊的發展前景,國內數家有實力的研究院所和大型企業進行了強強合作,針對市場需求開發出不同規格的沼氣發電機組系列產品。在大機組方面,勝利油田勝利動力機械集團已全面開發出了全燒沼氣內燃機的沼氣發電機組,并在污水處理、檸檬酸、酒精等行業應用成功。值得一提的是,國內新一輪開發出來的沼氣發電機組,已不是過去簡單改裝內燃機的發電機組。新的發電機組在性能方面已縮小了與國外先進機組技術指標的差距?梢哉f,在發電設備方面,已可為沼氣發電的實施提供有力支持。

      (3)資金支持和專業化生產會吸引更多的投資主體 [1]  大中型沼氣工程屬于環保性質的項目,受益的是全社會。要在投資分攤上,以“誰污染、誰治理”原則為主,輔之以“誰受益、誰分攤”的原則,由政府、地方和企業共同投資。對于初始投資,國家將給予一定支持,如:國家或行業將制定出一系列的優惠政策,減免工程稅費,減輕企業負擔;要廣辟資金渠道,幫助建設方獲得各類貸款;鼓勵社會各界以各種形式投資開發沼氣資源化利用項目,以優惠政策調動各投資主體的積極性。 此外,以國家、地方和企業共同投資的方式,重點扶持一些專用設備生產企業(沼氣生產裝置、沼氣凈化設備、沼氣發電機組等),對其進行必要的技術改造;擴大生產規模,提高產品種類和產品質量;建立質量保障體系(售后服務、人員培訓、質量監督與檢測等)和物業化管理模式。

      我國地域遼闊,沼氣資源豐富。在我國,沼氣發電技術已趨于成熟。發展分布式沼氣機組發電,可有效緩解區域電網調峰的壓力,產生的余熱還可以提供熱水或蒸汽;也可以帶動溴化鋰機組用來制冷,組成熱電冷三聯供系統,提高燃料的利用效率。

      科學合理地開發利用沼氣,不僅能創造可觀的經濟效益,還能保護生態環境,促進可再生能源的開發利用

      沼氣發電機是指利用沼氣進行發電的發電系統。其主要設備有沼氣發電機組、發電機和熱回收裝置。工作原理是沼氣經脫硫器由貯氣罐供給燃氣發電機組,從而驅動與沼氣內燃機相連接的發電機而產生電力。沼氣發電機組排出的冷卻水和廢氣中的熱量通過熱回收裝置進行回收后,大澤動力發電機作為沼氣發生器的加溫熱源。

      在我國,有全部使用沼氣的單燃料沼氣發電機組及部分使用沼氣的雙燃料沼氣-柴油發電機組。

      能源和環境問題已成為國際性熱點問題,引起人們的廣泛關注。開發新能源,替代原油、天然氣和煤炭這三種常規能源,迅速地逐年降低它們的消耗量,已經成為人類發展中的緊迫課題。沼氣,是各種有機物質,在隔絕空氣(還原條件),并必適宜的溫度、濕度下,經過微生物的發酵作用產生的一種可燃燒氣體。我國利用沼氣,特別是沼氣發電有十分重要的意義:一、是可用本地資源代替進口能源,減少國家對進口能源的依賴性;二、是使我國燃料利用多樣化,減少對一種能源的依賴;三、是一種相對清潔的能源,用沼氣代替礦物燃料是減少CO2排放的理想方式(沼氣中主要成分是甲烷,它的溫室效應是二氧化碳的21倍);四、是沼氣資源分布廣泛,到處可以獲得,是能源分散供給體系的一種極佳能源。五、在某些方面,沼氣發電可以抵消運營成本,同時減少碳排放,降低溫室效應。

      為發展循環經濟,變廢為寶,建設大型沼氣工程。公司正在研發屬于自己品牌的沼氣發電機組,沼氣池采用推流式厭氧發酵工藝,新建9個地下池,容積為1200立方米。沼氣池需達到10至25℃的常溫才能產氣,公司通過修建地下池、加厚土層保溫、利用發電機熱水和煙氣回收加溫、豬舍消毒水分流等手段,在現處冬季最低溫度1至3℃的氣候條件下,使沼氣池的溫度達到19℃以上,已安裝運行近一個月的60千瓦沼氣發電機組,每天可發電6至8個小時,解決了冬季因溫度低不產氣發不了電的技術難題。到了夏秋兩季每天發電機組能發電10至12個小時,年發電量可達19萬千瓦/時,節省電費30多萬元。公司還配套修建了多級貯存凈化池,在山上栽杜仲樹,田間種菜、種牧草,通過管道,將厭氧發酵后的沼液作為有機肥施用,既保護了環境,又帶來可觀的經濟效益。

      當前,我國正處在快速工業化進程中,社會經濟發展對能源的依賴程度越來越高。在可持續發展戰略上,我國已提出走重質量、高增長、高效益、能源消耗最少、環境污染最小的發展道路;在能源利用上,實行節能優先、結構多元、環境友好、市場推動的方針。沼氣資源豐富,熱值高;沼氣發電投資見效快,污染小,其燃燒所產生的污染物通常只有石油的1P40,煤炭的1P800。沼氣作為發電機組燃料,能夠有效改善我國的能源結構,保護生態環境,緩解能源運輸壓力,滿足社會對清潔能源的需求,具有良好的發展前景

      綜上所述:沼氣發電是一件利國利民利已的好事。



      沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%-80%甲烷(CH4)、20%-40%二氧化碳(CO2)、0%-5%氮氣(N2)、小于1%的氫氣(H2)、小于0.4%的氧氣(O2)與0.1%-3%硫化氫(H2S)等氣體組成 。由于沼氣含有少量硫化氫,所以略帶臭味。其特性與天然氣相似?諝庵腥绾8.6-20.8%(按體積計)的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。沼氣屬于易燃易爆品,輸送管道需要使用阻火器來保障安全。為了保障生產安全,我們向大家推薦我司生產的GZW型管道阻燃防爆阻火器,或者ZHQ-B型氣體阻火器,FPB型天燃氣阻火器,這三款都可以用于沼氣輸送管道,可以參考以下鏈接了解阻火器的相關介紹。

      H2S氣體溶于H2O生成氫硫酸,屬于二元弱酸,硫化氫的水溶液叫氫硫酸,氫硫酸是易揮發的二元弱酸,其酸性比碳酸稍弱。氫硫酸是溶液,屬混合物,含有不同的分子和離子(硫化氫分子、水分子、氫離子、硫氫根離子、硫離子、極少量氫氧根離子)。氫硫酸可表現出酸性和還原性,所以氫硫酸不宜在空氣中長久保存。硫化氫在常溫時很難被空氣中的氧氣氧化。氫硫酸不是電解質。因此,推薦使用304不銹鋼材質的,

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