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1、沼气发电资料一、沼气发电介绍1、沼气主要成份沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢（HS）、氮及2其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%70%、二氧化碳含量为28%44%、硫化氢平均含量为0.034%。沼气依据其原料、生产过程等的不同，其成分组成有很大的区别。2、沼气的燃烧特性甲烷燃点在650750C之间，且沼气中高浓度的二氧化碳对其有阻燃作用，因此沼气发动机的改装过程中要尽量提高甲烷的燃烧速度。沼气中的硫化氢对发电设备有很强的腐蚀作用，硫化氢含量高于0.1%的沼气在
2、用于发电时应严格脱硫。沼气在燃烧过程中空气的混入量对其燃烧特性有很大的影响。研究表明，燃气组成变化时火焰及其动态变化与火焰的分层结构有强烈的依赖关系。在沼气中加入少量的氢气可以明显地改善沼气的燃烧性能。在沼气中加入少量的氢气（5%、10%、15%，以能量计），并以此为燃料，在一定速度下研究了不同的氢气比例对火花点燃式发动机的性能、排放、燃烧的影响。结果表明，氢气的加入明显增加了沼气的燃烧率，减少了沼气燃烧的限制，在制动热效率和制动能量上有明显的改善，然而高于15%的氢含量并没有导致相对较高的燃烧。3、沼气发酵工艺温度沼气产生于有机物质的厌氧发酵，它是甲烷细菌的代谢产物.产生沼气的先决条件除了缺
3、氧以外，pH值应该在6.5和7.5之间，温度应控制在一定范围。沼气池的温度条件分为: 常温发酵（也称为低温发酵）10C30C，在这个温度条件下，嗜低温菌的发酵期大约在90天至120天，产气率可为0.150.3m3/m3.d。 中温发酵30C45C,在这个温度条件下，中温菌的发酵期大约25天至30天，池容产气率可达Im3/m3.d左右。 高温发酵45C60C,在这个温度条件下，嗜热菌的发酵期大约10天，池容产气率可达22.5m3/m3.d。沼气发酵最经济的温度条件是35C，即中温发酵。4、工艺流程介绍以下通过禽畜粪沼气发电项目对沼气发电作针对性的介绍：禽畜粪沼气发电系统分为收集沉砂系统、厌氧反应
4、系统、沼液储存系统、生物脱硫系统、发电系统五大部分。禽畜粪收集沉砂系统由集水池、水解沉砂池、切碎机、厌氧进料泵及各池搅拌提升泵等组成。厌氧反应系统是由厌氧进料泵将物料打入厌氧反应器，通过搅拌、循环进行充分的厌氧反应。再由热水罐提供的热水保证反应器温度适中，以获得稳定的厌氧反应和沼气输出。沼液储存系统包括沼液暂存池、固液分离机及沼液出水池等。沼液暂存池主要是收集沼气，固液分离机是将沼液暂存池中的固体分离送入肥料厂，液体进入沼液出水池中。生物脱硫系统包括脱硫塔、空压机、干燥机、循环水泵、储气柜等设备将系统中产生的沼气进行净化处理、储存以达到进入燃烧发电系统的要求。发电系统是将沼气通过内燃机、燃气轮
5、机等其他燃烧机组产生动能带动发电机发电5、沼气发电机组装置大功率沼气发电机组是沼气工业化利用的关键设备。在我国，有全部使用沼气的单燃料沼气发电机组及部分使用沼气的双燃料沼气-柴油发电机组。单燃料沼气发电机组工作原理及优点：将“空气沼气”的混合物放在气缸内压缩，用火花塞使其燃烧，通过火花塞的往复运动得到动力，然后连接发电机发电。优点：不需要辅助燃料油及其供给设备；燃料为一个系统，在控制方面比可烧两种燃料的发电机组简单；发电机组价格较低。双燃料沼气-柴油发电机组工作原理及优点：将“空气燃烧气体”的混合物放在气缸内压缩，用点火燃料使其燃烧，通过火花塞的往复运动得到动力，然后连接发电机发电。优点：用液
6、体燃料或气体燃料都可工作；对沼气的产量和甲烷浓度的变化能够适应；如由用气体燃料转为用柴油燃料，在停止工作后，发电机组内不残留未燃烧的气体。缺点：工作受到供给的沼气的数量和质量的影响；用气体燃料工作时也需要添加液体辅助燃料供给设备；控制机构稍复杂；价格较单燃料式发电机组稍高。6、沼气发电效率一方气平均发电1.52kwh。发电效率：国产30%左右，进口38%-46%。单机功率：国产2000kw以下，进口10MW以下。进口机组的突出优点在于效率较高，单位沼气的发电效率高，但是投资成本和维护维修成本高。而国产机组近年来技术水平有很大提升，尤其是在对CH4浓度适应方面和每KW的造价方面都具有比较明显的优
7、势，具有较好的性价比，但故障率相对高些，机组在线率相对较低。进口机组造价是国产机组的2-3倍。沼气品质会直接影响发电效率。积水导致了凝结水在管道的大量聚集，机组的可用率和发电功率大幅度下降；含尘量过高导致压力损耗过大，且机组内部缸体损耗严重；压力、温度等不符合机组要求，机组频繁跳机，可用率大幅下降且增加了维护检修成本。而经过改造后的气体预处理，机组的发电量增加了70%。所以，气体品质处理的效果如何，直接影响到最终的机组工作效率，从而影响收益。7、沼气发电机组装机容量决定因素沼气发电机组的装机大小（装机容量）取决于以下两个因素：一是沼气量，沼气量越大，装机容量就大；二是负载（这里指所有用电设备单
8、位小时内耗电量）大小，特别是中小型的养殖规模受这个因素影响较大。8、沼气发电脱硫原因沼气里面的硫主要是以硫化氢（H2S）的形式存在，分子式为H2S,分子量为34.076,标准状况下是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，有剧毒。硫化氢是一种重要的化学原料。硫化氢气体在沼气发动机缸体里高温燃烧环境下，形成SO（硫氧）化物，对发动机的缸体、活塞、缸套等有腐蚀性，严重影响沼气发动机的使用寿命。所以不仅仅沼气发电需要脱硫，其实生活用气也要脱硫，只是脱硫要求没有那么高，如果不脱硫对灶具破坏比较大。9、沼气发电辅助设备沼气发电需要具备沼气池、输气管道、储气柜（袋）、沼气脱硫脱水，如果压力不够还要
9、增加一套防腐防爆增压设备，最后是沼气发电机组。如果要用到并网的话，还需一套并网柜。10、沼气发电机组余热回收沼气发电机组在发电过程中，烟气温度达到500度左右，发动机里的缸套水也有80度左右，可通过板式热交换器把里面的热量交换出来，如果量大可以给我们供暖气，如果量小可以供我们生活用水。同时，余热也可以作为作为沼气发生器的加温热源。二、沼气发电障碍1、成本障碍燃料供应不论在数量还是在成本控制上，均有较大的不确定性。由于饲养方式、饲养条件、饲料成分和配方、畜禽品种等的不同，牲畜的粪便产量差异很大。以50千克重的猪为例，每头每天的产粪量，低的仅有1.75千克，高的达到6千克。因此，若对特定养殖场（小
10、区）的畜禽实际产粪量无充分把握时，最好进行实测。目前，全世界农业沼气工程最发达的德国，其95%的沼气工程采用混合原料发酵，原料的保证度高。发酵原料中：47%为能源作物（多为玉米青贮）、41%为畜禽粪便、10%为有机废弃物、2%为工农业生产加工废弃物。我国沼气工程的原料较为单一，原料保证度低。应加强对作物秸秆、有机蔬菜的烂菜叶、杂草、餐厨垃圾等沼气发酵原料的开发利用；另外，能源作物的青贮一般采用机收后沟壕式堆积加覆盖的方法、十分简便，投资很少，应成为今后解决原料短缺的重要途径。生产沼气的厌氧发酵过程，单一批次的物料投入后周期较长，一般来说都超过二十天，这种情况下，要形成一定的生产规模，就需要发酵
11、设施的规模非常大，加上附属的沼气发电设施、物料运输和储存设施、环保治理设施、配电设施等等，项目整体的用地规模将比较大。2、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。3、市场障碍由于我国沼气发动机存在许
12、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。无明显优势企业，行业空间集中于设备、工程市场。从国内沼气工程使用沼气发电机组情况来看,国外和国内产品各占
13、50%左右,国外产品在效率上优势明显,而国内产品在价格、售后服务方面优势突出。而沼气发酵、净化、存储设备制造相对简单,参与企业众多。整体而言,目前沼气发电设备、沼气发电运营并无优势企业,市场仍处于培育中。沼气发电市场的参与者主要有两类：发电设备制造商和发电运营商。发电运营商主要有河南百川畅银实业等,上市公司中桑德环境、东江环保等环保企业有所涉及,但该业务占比仍较小；而发电设备制造商主要有国外颜巴赫（GE）、卡特比勒、道依茨等，国内以胜动、石油济柴、潍柴动力三大沼气发电设备制造商为主，此外康达（康明斯）、潍坊伊达能、无锡柴油等企业也有生产。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。尽管没有沼气发电入网装机容量的门限，但由于各地条件不同，电网企业有时会对并网发电提出最小装机容量要求。绝大多数畜禽养殖场沼气工程规模都不大，以万头猪场为例，依据其沼气池产气量可配备50千瓦发电机组（按每天发电500千瓦时，工作时间10小时配备），但仍远低于一些地方电网企业的要求，所发电力不能入网销售，实现不了收益。即便发电能上网，由于发电成本偏高，大多数情况下，销售额加上电价补贴都不能与成本相抵。规模小了，发电也基本上不了网；规模大了，沼渣沼液的去向和处理处置成本又成问题。很多沼气工程处于“左右为难”的状态。
