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1、沼气发电一 沼气发电的发展历程沼气发电始于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 体燃料发动机，并对发动机产生的排气余热和冷水余热加以充分利 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
2、、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动机及部分使用沼气的双燃料沼 气-柴油发动机。二 沼气发电系统概述沼气是有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经 各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合 可燃气体。 沼气的主要成分沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%80%甲烷（CH?、20%40%二氧化碳（C0）、0 %5%氮气（N ）、小于1 %的氢气（H）、小于0.4%2 2 2的氧气（0）与0.1
3、%3 %硫化氢（HS）等气体组成。由于含有少量硫化2 2氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.620.8% （按体积计）的沼气时，就会形成爆炸性的混合气体。 沼气发酵的基本工艺流程一个完整的大中型沼气发酵工程，无论其规模大小，都包括了 如下的工艺流程：原料（废水）的收集、预处理、消化器（沼气池）、 出料后处理和沼气的净化与储存、沼气发电及上网等。 沼气发酵工艺的基本条件（1）适宜的发酵温度沼气池的温度条件分为：常温发酵（也称为低温发酵）10C 30C，在这个温度条件下，产气率可为）.150.3m3/m3.d。中温发 酵30 C45C，在这个温度条件下，池容产气率可达1m3/m3
4、.d左右。 高温发酵45C60C，在这个温度条件下，池容产气率可达2 2.5m3/m3.d 左右。沼气发酵最经济的温度条件是35C，即中温发酵。（2）适宜的发酵液浓度发酵液的浓度范围是230% 。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度 在20%以上称为干发酵。（3）发酵原料中适宜的碳、氮比例（C : N）沼气发酵微生物对碳元素需要量最多，其次是氮元素，我们把 微生物对碳元素和氮元素的需要量的比值，叫做碳氮比，用：:N来表示。目前一般采用C : N=25 : 1但并不十分严格，20 : 1、25 :1、30 : 1都可正常发酵。(4) 适宜的酸碱度(pH值)沼气发酵适宜的酸碱度为pH=6.57.5。pH值
5、影响酶的活性，所 以影响发酵速率。(5) 足够量的菌种沼气发酵中菌种数量多少，质量好坏直接影响着沼气的产量和 质量。一般要求达到发酵料液总量的1030%，才能保证正常启动和 旺盛产气。(6) 较低的氧化还原电位(厌氧环境) 沼气来源可利用的沼气资源来自于工业有机废弃物、养殖场畜禽粪便、 城市生活垃圾和废水以及农村家庭畜禽养殖等四个方面。 沼气发热量每立方米纯甲烷的发热最为34000焦耳，每立方米沼气的发热量约为2080023600焦耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7 千克无烟煤提供的热量。依据每立方米废水产沼气量的不同，可以划分为三类：第一类 是每立方米废弃物产沼气10立方米以上
6、，主要包括酒精、白酒、淀粉、 味精、柠檬酸、造纸、机械浆；第二类为每立方米废弃物产沼气510 立方米，包括酶制剂、制药、纤维板、植物油等；第三类为每立方米 废弃物产沼气小于5立方米，包括制糖、啤酒、果汁、屠宰、糖醛等。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
7、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成沼气发电系统的主要设备有沼气发动机、发电 机和热回收装置。沼气经脱硫器由贮气罐供给燃气发动机，从而驱动 与沼气内燃机相连接的发电机而产生电力。沼气发动机排出的冷却水 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
8、沼 气发电装置中。作为发动机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动机有利，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。沼气发电原理简述：工作原理就是通过垂直植入垃圾堆体里若 干根抽气井，不间断将沼气抽出，经过收集管网送至发电机机组，再 经过冷却脱硫脱水、过滤净化等处理后，产生的纯沼气在发电机组里 燃烧后发电，再并入电网。三 在农村搞沼气发电和供热的好处在农村搞沼气发电和供热是大力发展农村经济、促进可再生资 源利用和农村能源建设，切实改善农村生态
9、环境，增加农民收入，提 高农民生活水平，实现农村经济的可持续增长，加快农村小康社会建 设步伐的一条实实在在的道路：1. 在畜牧场和农场搞能源开发，方便自己用电用热，为畜牧场和农 场办的加工厂提供电源和热源。 多余的电和热可出售。开拓了一条 发展经济，增加收入的新途径。2. 禽畜粪经发酵罐的厌氧发酵处理，消除了病菌，虫卵和杂草种子， 有利于农作物的健康生长，从而减少了对农药的需求。3. 禽畜粪在发酵池经搅拌发酵，流动性能提高,施放肥料时均匀，农 作物容易吸收。经厌氧发酵过的肥料具有较好的碳/氮比率， 肥料效 率得到提高。4. 由于禽畜粪被收集来发电和供热，不再随便流失，保护了地下水 源的卫生清洁
10、。畜粪中的脂肪酸经发酵分解，臭气减少，改善了人们 生活居住的卫生环境条件。5. 作为发酵原料的能源作物可利用荒地种植，沼气发电装置可在荒 地上建造，食品加工业废料，如酒糟，饭店剩菜剩饭等有机物质来利 用来发酵，产生沼气，变废为宝，荒地和废料得到充分利用。6. 农村沼气发电站的建设和运行，创造了大量的劳动就业岗位。7. 禽畜粪经厌氧发酵，分解了有机物质甲烷(CH4), 氧化氮(N20) 和二氧化碳(CO2 )的排出得到有效控制，减少了大气污染。因为使用 沼气发电，减少了对石油和煤炭等化石能源的依赖和其造成的环境污 染。8. 由于利用禽畜粪来发电和供热，电和热除供给人们生活使用外， 还用于农作物的
11、生产和加工，促进了农业的发展。农业的发展又为畜 牧业的发展创造了良好的条件，畜牧业的发展又提供了发电和供热所 需要的畜粪生物质能，从而创造了一个良性的生态循环。四 沼气发电在国内的应用状况及前景(一)现状沼气作为农村生活燃料已为人们所接受，沼气作为发动机燃料，直接 驱动加工作业机具和发电机以代替石油，沼气发电在我国20 世纪70 年代就开始受到国家的重视，国内对此进行了长足的研究。目前国内 已建成了好几座大型沼气发电工程。例如，浙江省最大的酒精生产厂 长征化工厂，建成了设计容量为1000 千瓦的沼气发电站，发动 机由天然气发动机改装而成，单机最大功率达450 千瓦，既解决了酒 槽液的处理问题，
12、又生产了高质量的能源；江苏泗洪酒厂距洪泽湖15 公里，毗邻淮海水系，该厂引进澳大利亚的废水处理技术，建成了1500 千瓦的沼气发电及热利用系统，使环境保护与节能相结合；安徽毫州 市酒精厂系古井贡酒厂配套企业，现年产食用酒精1.5 万吨，称为毫 州市骨干企业，为改善淮河水系水质污染现状，1992 年，安徽省计 委批准本企业污水治理工程及沼气发电工程立项。该项目总投资300 万元，其中沼气发酵工程投资200万元，沼气发电工程100 万元。沼 气工程现日处理酒槽液400 立方米，已于1994 年9月投入运行。该厂 沼气发电项目，每年可创效益114.8 万元，其中直接经济效益94.8 万 元，三年半就
13、可回收全部投资；国内许多大城市，如南京市，杭州市、 深圳市都已建成垃圾处理厂沼气发电工程，这些工程的建立将大大 改善城市居住环境，减轻城市污染，由废弃物产生的电能又缓解了城 市的电力紧张问题。沼气发电装置比其他热动力设备或发电装置的热 效率都高。国外最先进的沼气发动机组加上余热利用以后的综合热效 率最高可达88%，再加上沼气燃料电池的研制和应用，沼气高效、无 污染的发电利用方式必将在国内、国际得到广泛利用。因此，沼气发 电不仅对于大型酒精厂、垃圾填满厂、大型牲畜养殖场意义重大，在 解决废物处理问题、美化环境的同时能产生高质量的能源，创作出巨 大的经济效益和社会效益，而沼气发电对我国农村地区来说
14、同样具有 巨大的现实意义。农村地区，沼气原料充足，而农村缺点现象在我国 又非常普遍。如果利用农业生产废弃物、牲畜粪便来发酵产沼气，则 沼气发电产生的电可以通过电缆送到每家每户，提前实现全部家用设 备电气化，既方便又干净，用不完的电还可以并入大电网中，这是最 科学、合理、高效应用沼气能源的途径。由此可见，沼气发电对于缓 解我国农村电力紧张状况同样具有重要的作用。（二）前景沼气发电产业将成为朝阳产业沼气发电是一个系统工程，它包括沼气 生产、沼气净化与储存、沼气发电及上网等多项单元技术的优化组合， 也涉及到国家对沼气发电的扶持政策和技术法规等。剖析国内已有的 沼气发电工程，借鉴发达国家的沼气发电经验
15、，以及国家对可再生能 源的政策导向，笔者认为我国沼气发电产业在未来的若干年后会有突 破性进展，其依据是：1国家相关政策的出台将打通包括沼气发电在内的绿色电力上网的 瓶颈当一个国家经济实力达到一定程度后，就会把目光更多地投向环 保，会更关注可持续发展问题，就会把资金投向这一领域，出台相关 的政策来确保可持续发展战略目标的实现。2国内已生产出性价比更好的沼气发电机组系列产品，为沼气发电 提供有力的设备支持。目前成熟的国产沼气发电机组的功率规格，主要集中在24600kW这个区段。从沼气工程的产气量来看，有不少沼气工程适宜配建500kW 以上的沼气发电机组。从沼气发电机组的性价来看，在有可以利用的动力
16、原机的情况下，单机功率越大，越利于提高燃料发电效 率，越利于降低发电机组单位功率成本，从而获得较理想的性价比。同样，从沼气工程的产气量以及从用电负荷性质来看,20kW以下的发电机组也大有市场。例如一个万头猪场沼气工程，日产沼气80 立 方米，显然不适合发电上网，只适宜内部用电。其沼电用途一般为驱 动沼气工程污水泵和猪场通风机、照明等，因此宜配备10kW左右的 发电机组。类似的沼气工程很多，可见，小功率沼气发电机组需求量 也不少。鉴于沼气发电广阔的发展前景，国内数家有实力的研究院所 和大型企业进行了强强合作，针对市场需求开发出不同规格的沼气发 电机组系列产品。在大机组方面，胜利油田胜利动力机械集团已全面 开发出了全烧沼气内燃机的沼气发电机组，并在污水处理、柠檬酸、
