沼气发电分析和总结.docx

沼气发电

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却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10～40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、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。

一、沼气发电系统概述

构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。

二、沼气用于内燃机的特点

甲烷的辛烷值在105～115之间时，沼气的辛烷值较高。由于抗爆性能好，发动机可以选用较高的压缩比。柴油机在燃用沼气或双燃料时，可以获得不低于原机的功率。柴油机全部烧柴油时的额定功率为9708W/2000r/min，如果燃用70%的沼气和30%的柴油，同样可以达到这一指标。如全部烧沼气，调整压缩比和燃烧室，可以达到11032W/2000r/min，乃至更高的指标。

甲烷的燃烧点在640～840℃之间，它在密闭条件下与空气的混合比为1/120～1/7时遇火引燃，因此，可以利用它使内燃机工作。

沼气的理论燃烧温度为1807.2～1945.5℃，由于沼气中混有二氧化碳气，使其火焰的传播速度低，所以在内燃机内有良好的抗爆作用。

三、沼气发动机装置

在我国，有全部使用沼气的单燃料沼气发动机及部分使用沼气的双燃料沼气

-柴油发动机。下表为两种发动机的性能比较。

两种发动机的性能比较

项目点火方式

原理

单燃料式发动机电点火方式

将“空气沼气”的混合物在气缸内压缩，用火花塞使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力

双燃料式发动机压缩点火方式

将“空气燃烧气体”的混合物在气缸内压缩，用点火燃料使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力，是复合燃料发动机

优点 ①不需要辅助燃料油及其供给

设备

②燃料为一个系统，在控制方面比可烧两种燃料的发动机简单

③发动机价格较低

缺点 工作受到供给的沼气的数量和质量的影响

①用液体燃料或气体燃料都可工作

②对沼气的产量和甲烷浓度的变化能够适应

③如由用气体燃料转为用柴油燃料在停止工作，发动机内不残留未燃烧的气体，因为饿耐腐蚀性好

①用气体燃料工作时也需要液体辅助燃料

②需要液体燃料供给设备

③控制机构稍复杂

④借个较单燃料式发动机稍高

近十几年由于农村家庭责任制、大中型的工厂化畜牧场的建立及环境保护等原因，我国的沼气机、沼气发电机组已向两极方向发展。农村主要向3～10千瓦沼气机和沼气发电机组方向发展，而酒厂、糖厂、畜牧场、污水处理厂的大中型环保能源工程，主要向单机容量为50～200千瓦的沼气发电机组方向发展。国外，绝大多数小型沼气发电机均有原汽油机改装而成，其功率大都下降，一般下降15%～20%，而柴油机改装成小功率的沼气机很少，原因在于其控制系统均采用电子调速系统来控制混合器，增加了成本。在国内，大多数小功率沼气机的改装都以柴油机为主，功率相对下降10%～15%，主要原因为沼气中含甲烷量少，发动机工作容积不变，不能增加混合气热值所致，热效率在33%～36%之间。

（一）单燃料发动机

单燃料发动机又称为全烧式发动机，在沼气产量大的场合可连续稳定地运行，适合在大、中型沼气工程中使用，可以使用天然气发动机，亦可由柴油机改装而成。由于气体燃料的组分、热值、物理性能、着火温度、爆炸极限、燃烧特性存在很大差异，当利用天然气发动机燃烧沼气时，需对发动机的相关部件进行必要的调整或改装