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        沼气发电技术

        发布时间: 2017-03-08 19:50:24   作者:无   来源:

         

        第一部分:概述
        第二部分:技术原理
        第三部分:国内发展和应用现状
        第四部分;国外发展和应用现状
        第五部分:经典案例
        第六部分:参考文献
         
         
        概述
        1. 定义沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼 泽中发现的,所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下发酵,即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化,从而产生沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。
        沼气是多种气体的混合物,一般含甲烷5070%,其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。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。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外,还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣,含有较丰富的营养物质,可用作肥料和饲料。
        2.作用
        a) 有助于减少温室气体的排放
        b) 有利于变废为宝,提高沼气工程的综合效益
        c) 可减少对周围环境的污染。
        d) 小沼电为农村地区能源利用开辟新途径
         
        技术原理
        a) 沼气的理化特性
        沼气是南多种气体组成的混合气体,其主要成分为甲烷和二氧化碳,甲烷约占60%~70%,二氧化碳约占30%~40%。沼气中还含有少量的硫化氢、氮、氧、氢等气体,约占总含量的5%。沼气中的主要可燃成分为甲烷,甲烷在空气中遇火就能燃烧,转变成二氧化碳和水,并释放出890kJmol热量,其化学反应方程式为CH+202=2HzO+COz+890kJmo 1在密闭条件下,当空气中混有53%~15%的甲烷,遇火会产生强烈的爆炸。
        b) 沼气发电原理
        由内燃机把沼气的化学能经过燃烧过程转变成热能,并经过相应的传动装置再转变成机械能,最后由发电机把机械能转变成电能。每立方米的沼气,在01MPa(一个标准大气压)0的情况下,理论发热量为2327MJ,能使功率为1kW的内燃机工作15h,能发电约125kW•h,相当于0607kg汽油和083kg标准煤的发电量。目前,随着沼气技术的迅速发展,农村沼气池越来越普及,而且.工艺日趋完善,这为沼气发电系统的应用提供了很大的优势。
        c) 沼气发动机的类型
        沼气发动机可分为两大类双燃料式和全烧式。双燃料式沼气发动机的工作原理是通过向燃室内喷入少量柴油经压燃后引燃沼气燃烧做功。在结构上只需对柴油机的进气管和调速机构作些变动改装较简单全烧式沼气发动机则由火花塞跳火来点燃沼气空气混合气而无需柴油引燃。双燃料式沼气发动机在沼气资源不是很充裕的地方使用具有良好的灵活性当沼气量减小时以燃烧柴油为主不影响发动机的运行。在沼气资源丰富的场所人们希望不使用引燃柴油此时全烧式沼气发动机就有更好的优越性。
        d) 沼气发电要求
        沼气中杂质含量如 Si  HS 等应控制在一定的范围内,沼气的温度为 10~60 ,压力为 0~5kpa ,具体见沼气的气质要求,一般禽畜粪厌氧处理的沼气都能满足发电的气质要求,污水处理沼气需要脱硫等处理,垃圾填埋沼气需要脱水等处理。
         
        国内发展和应用现状
        我国有关沼气工程发酵工艺的原创性研究结果较少,由此导致我国沼气工程的发酵率低。我国的大中型沼气工程的技术工艺日趋成熟,配套设备已达到或接近国际水平。在沼气工程的成套技术方面,可根据猪粪、鸡粪、牛粪等原料特殊性的差异,进行包括预处理、厌氧、沼气输配、制肥、消化液后处理的全部设计;在配套设备方面,我国已成功研制了纯燃沼气发电机组,制罐、自动控制、脱硫脱水、固一液分离等装置已形成系列化成熟产品。目前,我国大中型沼气发电工程普遍存在的问题是沼气发酵原料转化率低、产气率低,运行稳定性差、经济效益低、进料浓度低且量大、厌氧发酵后的深度处理、沼气内燃机发电效率低和余热利用率低等问题,这些问题都会导致热电联产机组的总热效率低的结果。
         
        国外发展和应用现状
        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 kwr。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10kW'r11。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,总容量己达340兆瓦;欧洲用于沼气发电的内燃机,较大的单机容量在042兆瓦,填埋沼气的发电效率约为1682 kWhm3
        德国的制沼工艺技术走在了世界的前列。制沼原料主要是动物粪便、能源作物、生物垃圾以及工业和农业残渣等,针对不同的制沼原料,采取不同的制沼工艺,保证合理的沼气产量及稳定。德国传统的畜禽粪便沼气制备工艺为畜禽的粪便以及冲洗水和尿全部进一套厌氧反应罐,厌氧反应罐的温度可以调节,既可以采取中温发酵,也可以采取高温发酵德同制沼工的先进性保汪r沼气的高产量以及沼气产量的高稳定性。
         
        经典案例
        案例一:德国勃兰登堡州农村沼气发电工程——Biogasanlage Dedelow
        公  司:Agrarprodukte Dedelow GmbH
        投产日期:2001
        发酵原料:农家肥料/自备原料:
             牛粪便:400 m³/天,8%干物含量, 5000 GV
             固体粪便:13.7 /
             外购原料:无
        沼气生产:发酵罐容积:2 4000 m³
             发酵温度:37
             建筑材料:钢板
             搅拌混合:通过进气产生自身搅拌
        沼气储存:橡胶薄膜顶:800 m³
        沼气利用:热电联合循环装置(BHKW),气体发电机组
             安装电功率:836 kW
             热 利 用:牛奶站,加工厂
        案例二:大型沼气发电示范工程
        宜兴市兴望农牧有限公司是江苏省无锡市农业产业化龙头企业,无锡市农业科技示范园,宜兴市十大农业重点企业,宜兴市私营企业家协会常务理事单位,现有杜洛克、长白、大约克种猪1200头,饲养肉猪3万头,宜兴市兴望饲料公司年产全价配合饲料2万吨,种植苗木1000亩。
        兴望农牧沼气工程建设项目,是农业部2005年批准建设的种猪场大型沼气发电能源环保示范工程。该工程总投资278万元,项目建成后,产生了良好的能源、生态、经济、社会效益,实现了畜禽场粪便的资源化利用,又提供了优质能源,在治理环境污染的同时,又对带动了无公害农产品的生产、苗木种植,促进了农村经济的可持续发展。
        该沼气工程年处理猪粪尿25000吨,年产沼气36.5万立方米。该工程200512月开工建设,20064月竣工。5月份投入运行,发电机组80kw,日发电1920度;年发电69万度,沼站年收入55.95万元,沼气占经营成本费用31.45万元,实现年利润24.55万元。
         
        参考文献
         [1] 郑戈李景明张岫英,中国沼气发电技术发展现状与前景展望,农业部科技发展中心,中国北京
        [2]刘显明,李和平,负小银等,沼气发电技术工艺及余热利用技术,华电技术,20092月,第3l卷第2
        [3] 何荣玉,宋玲玲,孟凡茂,德国典型沼气发电技术及其借鉴,可再生能源,20102月第28卷第1
        [4] 中国沼气网
        [5] 陈勇 夏来庆 陈泽智我国沼气发动机的研究现状中国沼气, 1998, 16 ( 1):33-34