(完整版)沼气发电机

目录目录 1一、国内外沼气发电技术进展状况 2二、沼气发电机组的应用现状及前景 10三、沼气发电机组的概述 121、沼气发电机组的结构简介 122、沼气发动机的结构 133、沼气发动机的进气过程 144、沼气发动机的关键技术 14四、国内外沼气发电机组的优劣比较 15五、国内外发电机组效益差异分析 17六、结论 22一、普通发动机的结构概述图一发动机结构示意图（见图一各部分功用如下：1、曲柄连杆机构轮释放能量把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。2、配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程3、燃料供给系汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入233分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。4、润滑系油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。5、冷却系冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。6、点火系能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备成为点火系。在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有花塞等组成。7、启动系转的全过程，称为发动机的启动。完成启动过程所需的装置，称为发动机的启动系。要点火系。二、沼气发动机的结构概述1、沼气发动机的结构简介沼气发动机的基本结构要适应沼气的燃烧特性,各部件的布置应适合沼气生产使用的现场条件。设计中发动机的机体、曲轴、连杆、气缸盖、凸轮轴等主要部件和普通燃气发动机基本相同;对点火系统、增压器、中冷器和进气系统等要进行重新匹配。机组结构及安装布置见图二:1.计算机监控系统2.抽风机3.过滤器4.稳压罐5.阻火器6.水气分离器电磁阀8.调压阀9.发动机10.电控混合器11.涡轮增压器12.发电机图二 沼气发电机组安装图2、沼气发动机的进气过程沼气由气源输出后,经净化处理,由稳压罐、阻火器、水气分离器、电磁阀、调压阀进入电控混合器;计算机监控系统根据燃烧室内压力、温度等参数的变化向电控混合器发出指令,自动调节沼气与空气的混合比,得到合适空燃比的混合气3、沼气发动机的关键技术沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理和混合。、沼气的净化处理沼气的产生主要是通过厌氧消化,而厌氧消化是利用无氧环境下生长于污水、污泥中的厌氧菌菌群的作用,使有机物经液化、气化而分解成沼气。生成的沼气中含有微量的水分和H2S等腐蚀性介质,这些有害成分会对输气管道和发动机部件产生腐蚀,影响发动机的正常运行和使用寿命。为了除去沼气中的水分和H2S,可在进气管道上安装干式脱硫塔,脱硫剂为铁屑;或者湿式脱硫塔,脱硫剂4PAGEPAGE1330%NaOH,装置。、沼气发电机组的防腐处理沼气中含有的H2S和水分形成弱酸液,对管道及发动机的金属部件产生腐蚀,,器、活塞等部件进行涂漆、渗瓷、渗氮等防护处理。另外,H2S物SO2具有更强的腐蚀性,燃烧室周围相关部件及排气管均应考虑采取防腐措施。、电控混合器技术普通燃气发动机使用等真空度混合器,不能根据气源CH4浓度的变化自动调节空燃比,使用时容易导致发动机转速和输出功率波动较大,甚至因点火不连续而停机,难以推广使用。况,ECU控制单元,ECU发出指令,带动操纵机构,改变沼气与空气的进气流道面积,根据沼气中CH4理匹配空气和沼气流量,,实现稳定的稀薄燃烧,有效地控制了发动机的热负荷。三、沼气发电机组的概述1、沼气发电机组的结构简介、沼气发电机组主要由沼气发动机、发电机、控制屏、公共钢制底盘、以胜动沼气发电机组为例，燃气发动机的主要部件构成：燃气机的机械基础件（机体、曲轴、连杆等主要部件，与我国目前铁路机车动特点，通过降低转速并对部分基础件进行特殊处理来更好的适合沼气。电子调速器：采用美国WOODWARD公司生产的电调系统。进气压力调节阀：采用膜片式压力调节阀双向气道精确调整技术，配合电控混合器对空燃比自动调整，可以达到良好的均匀层燃效果。缸温、排温的控制:对燃气机的缸温和排温进行监测并控制，对燃气机的缸温和排温进行监测并控制，可以及时调整发动机的相关参数以消除爆震倾向。气门座圈采用新型耐热合金材料，提高了燃气机的可靠性和使用寿命。（采用美国公司的产品。、IFC6/TF系列无刷恒压同步发电机结构及主要技术性能参数机组配置按西门子进口许可证生产的无刷励磁稳极式电机，电机电压为0.4kV.IFC6/TF系列无刷恒压同步发电机结构组成：THYRIPART压恒定。在负载变化和短路情况下具有良好的动态特性。绝缘系统：标准绕阻采用西门子DURIGNIT2000绝缘系统，满足VDE0530FDIN50019标准规定的各种气候条件下长期运行。3-55S时，发电机卸载负荷。过载：按VED0530标准的规定，在额定电压下，发电机能承受1.5倍额定电流，历时2min的过载。四、投资分析发动机的机体、气缸盖、曲轴、凸轮轴、飞轮、齿装配，例如：活塞：马勒增压器：honeyweell、霍尔赛特火花塞：博世、香火炬。电控：WOODWARD发电机：蓝电、马拉松、西门子、斯坦福、强辉、兴诺。厂区面积：1500X500平米员工15000人，年产5-6万台。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，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。OttoDiesel发动机，其单位27kW／T。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70～140kW／T10kW／T61个填3400.4～21.68～2kWh／m3。72%28%为单燃料内燃机。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“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S195—1型双燃料发动机上海新中动力机厂研制的20／27G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 120kW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60kW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。沼气――5上面介绍了双燃料发动机的许多优点但其缺点是离不开柴油经济效益也较低。所以在沼气资源丰富的场合下，全烧沼气发动机更具有应用价值。起初，国产的全烧式沼气发电机排温太高可靠性不过关经济性也不好现经过国内多年研究通过采用快速燃烧系统等措施明显地改善了全烧沼气发动机的性能取得了排气温度接近500℃的国际先进水平，可望使国产沼气排温高达 650～致使可靠性与寿命不过关的问题得以解决,国内部分发电机组气耗率已接近达到国内先进水平目前国内的机组大部分为全燃式机组市场推广的力度。目前成熟的国产沼气发电机组的功率规格，主要集中在600kW这个区段。80年代起就致力于燃气WOODWARD电子调速技术，采用美国进口磁电机点火技术，已可以与国际先进技术同步，给沼气发电事业带来了活力。二、沼气发电机组的应用现状及前景随着我国对发展节能产业,提高能源利用效率的日益重视,,,沼气发电机组主要应用在以下几个方面：、城市污水处理产生的沼气当污水处理厂采用污泥消化技术时,1m³10m³左右的沼气,以上,余热还可用来加热污泥,70%以上,20%～40%的电耗,对降低污水处理厂的运行成本起到重要作用。典型案例：北京排水集团有限责任公司（国内最大的污水处理企业）是2002293121442052kW60003（2130kW，总投5000、垃圾填埋沼气一吨城市生活垃圾全部发酵后,100～200提供150～300kW·h,如果将其发酵产生的沼气都转换为电能,150～300kW·h,,效益更大。典型案例：梅州市采取CDM(清洁发展机制)综合治理龙丰垃圾填埋场，该20053CDMCDM3000500200006118时治理的成千上万的垃圾填埋场提供了运用联合国清洁发展机制模式综合治理环境问题的成功范例。、酒厂与柠檬酸厂沼气我国年产酒精约400万吨,每生产1吨酒精可产生沼气300立方米,可发电450kW·h,0.3MP0.5吨。这样,kW·h,0.3MP20070万吨（1200立方米,300kW·h）,2.10.3MP24.5万吨。25万吨柠檬酸，前期沼气用于烧锅炉产蒸汽，后公司新建一火电厂，电厂给厂区供应蒸汽，这样沼气面临燃烧排空，为节约能源，实现循环经济。20044500GF1-RZ2台机组，通过运行，经济效益非常可观。200581200592500GF1-RZ1500GF1-RZ15将继续扩大沼气电站的容量。、农村生物质发酵池沼气沼气原料在我国农村分布广泛,潜力很大,凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料,所以农村生物质沼气是一种取之不尽,用之不竭的再生能源,修建一个平均每人l～1.5平方米的发酵池,就可以基本解决一年四季的烧火做饭和照明问题。农村地区生产沼气可以就地取材,节省开支。沼气电站建在农村,发酵原料一般不必外求,作物秸杆、人畜粪便、腐泥杂草等通过发酵后,都可产生沼气;剩下的污泥还可作为肥料,而且由于腐熟程度高会使肥效更好,粪便等沼气原料经过发酵后,绝大部分寄生虫卵被杀死,还可以改善农村卫生条件,减少疾病的传染。兴办一个小型沼气发电站,设备和技术都比较简单,管理和维修也很方便,大多数农村都能办到。据调查对比,小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右,仅为小型水力电站的1/13～1/12,投资成本比风力、潮汐和太阳能发电低得更多。小型沼气电站的建设周期短,只要几个月时间就能投产使用,基本上不受自然条件变化的影响。2008年省50V该公司严岗猪场按存栏量3000头猪计算，年粪污排放量1.1万吨，沼气工程建5.17.7需要。当前,我国正处在快速工业化进程中,社会经济发展对能源的依赖程度越来越高。在可持续发展战略上,我国已提出走重质量、高增长、高效益、能源消耗最少、环境污染最小的发展道路;在能源利用上,实行节能优先、结构多元、环境友,热值高;沼气发电投资见效快,污染小,1/40,1/800。沼气作为发电机组燃料,,保护生态环境,缓解能源运输压力,满足社会对清洁能源的需求,具有良好的发展前景。三、沼气发电机组的概述1、沼气发电机组的结构简介、沼气发电机组主要由沼气发动机、发电机、控制屏、公共钢制底盘、以胜动沼气发电机组为例，燃气发动机的主要部件构成：燃气机的机械基础件（机体、曲轴、连杆等主要部件，与我国目前铁路机车动特点，通过降低转速并对部分基础件进行特殊处理来更好的适合沼气。电子调速器：采用美国WOODWARD公司生产的电调系统。混合器对空燃比自动调整，可以达到良好的均匀层燃效果。缸温、排温的控制:对燃气机的缸温和排温进行监测并控制，对燃气机的缸温和排温进行监测并控制，可以及时调整发动机的相关参数以消除爆震倾向。气门座圈采用新型耐热合金材料，提高了燃气机的可靠性和使用寿命。（采用美国公司的产品。配气系统：采用专为燃气机设计的凸轮轴及其他配气机构，具有独特的配气相位、配气夹角、点火提前角等，可使燃气机达到理想的充气效率及燃烧效果。、IFC6/TF系列无刷恒压同步发电机结构及主要技术性能参数机组配置按西门子进口许可证生产的无刷励磁稳极式电机，电机电压为0.4kV.IFC6/TF系列无刷恒压同步发电机结构组成：THYRIPART压恒定。在负载变化和短路情况下具有良好的动态特性。绝缘系统：标准绕阻采用西门子DURIGNIT2000绝缘系统，满足VDE0530FDIN50019标准规定的各种气候条件下长期运行。3-55S时，发电机卸载负荷。VED05301.52min的过载。2、沼气发动机的结构沼气发动机的基本结构要适应沼气的燃烧特性 ,各部件的布置应适合沼气生产使用的现场条件。设计中发动机的机体、曲轴、连杆、气缸盖、凸轮轴等要部件和普通燃气发动机基本相同;对点火系统、增压器、中冷器和进气系统等要进行重新匹配。机组结构及安装布置见图1:1.计算机监控系统2.抽风机3.过滤器4.稳压罐5.阻火器6.水气分离器7.电磁阀8.调压阀9.发动机10.电控混合器11.涡轮增压器12.发电机图1 沼气发电机组安装图3、沼气发动机的进气过程沼气由气源输出后,经净化处理,由稳压罐、阻火器、水气分离器、电磁阀、调压阀进入电控混合器;计算机监控系统根据燃烧室内压力、温度等参数的变化向电控混合器发出指令,自动调节沼气与空气的混合比,得到合适空燃比的混合气4、沼气发动机的关键技术沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理和混合。、沼气的净化处理沼气的产生主要是通过厌氧消化,而厌氧消化是利用无氧环境下生长于污水、污泥中的厌氧菌菌群的作用,使有机物经液化、气化而分解成沼气。生成的沼气中含有微量的水分和H2S等腐蚀性介质,这些有害成分会对输气管道和发动机部件产生腐蚀,影响发动机的正常运行和使用寿命。为了除去沼气中的水分和H2S,可在进气管道上安装干式脱硫塔,脱硫剂为铁屑;或者湿式脱硫塔,脱硫剂14PAGEPAGE2230%NaOH,装置。、沼气发电机组的防腐处理沼气中含有的H2S和水分形成弱酸液,对管道及发动机的金属部件产生腐蚀,,器、活塞等部件进行涂漆、渗瓷、渗氮等防护处理。另外,H2S物SO2具有更强的腐蚀性,燃烧室周围相关部件及排气管均应考虑采取防腐措施。、电控混合器技术普通燃气发动机使用等真空度混合器,不能根据气源CH4浓度的变化自动调节空燃比,使用时容易导致发动机转速和输出功率波动较大,甚至因点火不连续而停机,难以推广使用。况,ECU控制单元,ECU发出指令,带动操纵机构,改变沼气与空气的进气流道面积,根据沼气中CH4理匹配空气和沼气流量,,实现稳定的稀薄燃烧,有效地控制了发动机的热负荷。四、国内外沼气发电机组的优劣比较主要优劣比较体现在以下两方面：1、内燃发电机技术方面比较10沼气热值≥25MJ/m350～750美元/kWH。20～500KW纯燃沼气发电机组系列产0.6～0.8m3/kW（沼气热值≥21MJ/m300～500美元由此可见，价格低廉是国内机组的一个较大优势。但是，国内机组与国外机组相比，在运行、控制以及维护方面有较大差距，国外机组的优势主要表现在以下几点：国外机组运行稳定，年运行可以达到8300小时，无震动、噪声小；国经常需要停机维护；量范围为38%-65%沼气的比例，达到最佳燃烧状态；40%36%左右；电之间的切换。国外机组寿命可以达到50年万小时进行中修万小时进行更配件，机组的运行费用为 0.041元/KWh,国内机组的运行费用大约为 0.06/KWh。2000KW以上，如颜巴赫的大型发电机组的容量达到了2433KW1000KW500KW，这与国内的沼气发电的规模普遍较小有关系。率是国内沼气发电及厂商需要重点解决的问题。2、余热利用方面比较GEJenbacher余热利用。余热利用有以下四种方案：热水型。利用发电机的余热可以产生90形式在需要供暖的北方地区可以使用。烟气型。利用烟气的余热配合吸收式制冷机组，可以提供冷源负荷。蒸汽型。利用烟气的余热可以产生饱和蒸汽或者过热蒸汽，但是沼气发电机组的容量较小，蒸汽的产量较小。例如，一台1MW1.00.6MPa的饱和蒸汽，作为供汽负荷使用。发电型。利用发电机的余热，配合螺杆膨胀动力机发电。一台1MW的沼气发电机组，利用排烟余热，可以配置一台70KW的螺杆膨胀动力机发电利用燃气发电机组产生的废气余热可以制冷供热夏季利用烟气热量冬季主要利用发电机组冷却水热量。夏季的主要工艺流程：通过烟-水热交换器产生高温的水，输送至溴化锂冷水机组中，产生12℃冷媒水，通过风机盘管空调器给房间制冷冬季的主要流程一部分利用发电机组的冷却水送至室内系统一部分利用烟-水热交换器产生的水进行二级换热，作为热负荷的补充。 1台500GF1-RZ机组所产余热可满足6000平方米面积的制冷，可满足15000平方米面积的采暖。这样，沼气综合利用率可达80%左右。汽用户，冷源用户也非常少，沼气发电厂通常建在养殖场的附近。因此，采用发电型方案可能是沼气发电余热利用的最佳方式。五、国内外发电机组效益差异分析60000小时内，以胜动沼气发电机组跟颜巴赫沼气发电机组为例进行分析。1、以胜利油田胜利动力机械有限公司燃气发电机组为例进行分析：50%60%3400017000－2040020MJ。以500KW发电机组（具体参数见表1）为例：1“胜动”2度电。127.41087600小时，60000小时的折旧费约为127.4X60000/87600=87.3万元。2500015万，大修时15天-2520天，每年能运行7500小时312天60000小时（7年）内其发电总量为：500kW/×36%×1×（60000-53X7X24-20X2X24）小时=902.4万kWh。成本二：60000小时内大修需要大修2次，成本为15X2=30万元。成本三：运行费用包括：人员费用；机油消耗；配件及维修等运行费用。运行费用按0.06元/kWh计算：902.4×0.06=54.1万元。胜动发电机组60000小时内总发电量为902.4kWh，总成本为87.3+30+54.1=171.4171.4/902.4=0.190元。可整体吊装、运输，现场安装非常方便。其发电机组的噪声水平为1m处的噪声值为低于105dB，达到环保要求。因胜动发电机组为国产品牌，配件购买方便，维修方便。参数名称参参数名称参数 值单位机组型号500GF1-2RZZ12V190ZLDK-2B1FC6455-6LA42额定功率500kwKW额定电流902A额定电压400V额定频率50HzHz额定转速1000r/min额定功率因数0.8cosφ电效率36%热效率36%燃气热耗率10.3MJ/(kW·h)机油消耗率性能等级1.0G2g/(kW·h)相数与接法三相三线制或三相四线制调压方式自动调压励磁方式无刷励磁起动方式DC24V直流电起动外形尺寸(L×B×H)5678×2170×2839mm净质量11200kg表1胜动发电机组参数表2、以颜巴赫沼气发电机组为例进行分析：颜巴赫发电机组的电效率为40.4%，每立方米沼气用“颜巴赫”沼气发电机组可发电力2.24度，同样以500KW发电机组（具体参数见表3）为例，：318.520175200小时，60000318.5X60000/175200=109.1万元。600008300小时346天40.460000小时（7年）526kW/台×40.4%×1台×（60000-19X7X24）小时=1207.2kWh。成本三：运行费用包括：人员费用；机油消耗；配件及维修等运行费用。运行费用由表2得知为0.047元/kWh计算：1207.2×0.047=56.7万元。颜巴赫发电机组 60000小时内总发电量为 1207.2万kWh，总成本为109.1+56.7=165.8，每发一度电所需成本为 165.8/1207.2=0.137 元维修/度00000-10000￥0.0080