沼氣發電機組解析與余熱回收利用

    沼氣發電及余熱回收利用，是最大限度回收利用沼氣技術的發展方向。針對與此，本公司基于多年來在生物質氣體利用方面的技術研發和工程應用方面的經驗，以沼氣發電利用為主要技術環節，以多種余熱回收并形成熱能輸出為輔助環節，以最大限度地燃燒利用沼氣并獲得可供碳交易的溫室氣體減排量為目的，開發出了整套的包含氣體收集、凈化處理、發電與余熱利用在內的系統化技術，可以為沼氣發電及余熱利用工程全方位地提供產品或工程建設服務。

沼氣發電系統組成

    完整的沼氣發電系統及工程包含五大部分，分別是：沼氣收集管路系統、沼氣凈化及預處理裝置、發電機組及余熱利用裝置、電力控制輸出裝置、系統監測與控制設備，見流程圖。本公司可以提供整套的設備供應和工程建設，也可以分項提供部件設備，產品的結構組成與功能特點如下所示。

   1沼氣收集管路系統

    沼氣收集系統包含了從厭氧反應器（UASB、IC等裝置）排氣管到氣體凈化設備之間的管路和功能設備，主要有氣液分離器、水封、浮頂穩壓柜和管道。

    （1）氣液分離器：氣液分離器用于將從厭氧反應器中隨沼氣一起帶出的泡沫等液體物質從沼氣中分離出來，內部帶消泡裝置，分離后液體自動排污。采用碳鋼材料，內部采用樹脂涂層防腐，外部采用鍍鋅防腐。

    （2）水封：用于控制厭氧反應器集氣室內的壓力，同時防止管路中出現負壓現象。水封裝置采用鍍鋅碳鋼制罐狀水封，帶液位顯示裝置。

    （3）浮頂穩壓柜：采用水封式浮頂穩壓柜，用于控制沼氣輸送壓力處于穩定數值，使整個系統運行穩定。浮頂穩壓柜容積為10立方米，輸出壓力和位置信號作為整個系統的一組控制信號。

    （4）管道：采用鍍鋅無縫鋼管，外包聚胺酯保溫材料，以避免沼氣在管道內溫度發生大的改變。

   2沼氣凈化及預處理裝置

    沼氣凈化及預處理裝置實現對沼氣進行脫硫、脫水、過濾等凈化處理，同時對沼氣進行抽取、加壓輸出、穩壓、穩流控制，并實現沼氣計量以及系統的安全保護功能，主要有沼氣脫硫裝置、火炬和預處理裝置。

    （1）沼氣脫硫裝置：采用先進的濕法脫硫工藝，對沼氣進行連續脫硫處理，能夠在濃度在5000mg/m3以下的進氣硫化氫脫除到出氣濃度為20mg/m3的，滿足燃氣中硫化氫的濃度要求。該裝置中包含洗滌脫硫塔、再生塔、計量加藥泵、富液罐、貧液罐等部件，將硫化氫氧化為單質硫，可以實現對硫的資源化回收。脫硫裝置主要設備采用玻璃鋼或不銹鋼制造，具有良好的耐腐性，具備自動加藥和排污功能，滿足連續運行的要求。

    （2）沼氣封閉式火炬：采用封閉式地面火炬，無明火外露，安全可靠，用于將系統中多余的沼氣燃燒處理排放，減少沼氣的大氣污染。火炬包含火炬筒體和閥組箱，火炬進氣由閥組箱控制，當沼氣管路中壓力偏高后，自動啟動火炬，實現自動電子點火、火焰監測和熄火保護功能。沼氣火炬的燃燒負荷調節比為10:1，可以滿足對較大氣量范圍的沼氣燃燒處理。

    （3）沼氣預處理裝置：沼氣預處理裝置為翹裝結構設備，包含了羅茨風機、水冷機組、換熱器、氣水分離器、過濾器、測量儀表等部件，通過變頻控制，實現對沼氣的抽取、加壓輸出、穩壓、穩流等控制功能，并對沼氣供給狀態（流量、壓力、溫度、甲烷含量）和計量數值（累積消耗甲烷量）進行測量。預處理裝置還接收發電機組信號和沼氣管路內的狀態信號，對整個系統進行自動調節控制和安全保護。

3沼氣發電機組及余熱利用裝置

    沼氣發電機組是沼氣燃燒發電設備，為了提供沼氣燃燒過程中的能源利用率，對沼氣發電機組的高溫煙氣和冷卻水余熱進行余熱利用，可以通過換熱器、余熱鍋爐或溴化鋰吸收式冷熱機組進行余熱利用，在獲得電能輸出的同時，獲得蒸汽、高溫熱水或采暖冷熱源輸出。

    （1）沼氣發電機組：可為工程選配最佳的國內外各大品牌燃氣發電機組配置，發電功率從100－1000kW之間，發電效率達到40％，具備并網運行和孤島運行模式，可以保證不同條件下發電量的平穩輸出。

    （2）余熱利用裝置：可根據工程所在地的實際用熱需求，確定最佳的余熱利用方案。通過余熱鍋爐產生高達3公斤壓力的蒸汽，或產生95℃高溫熱水，或產生采暖冷熱源（7℃冷水/55℃熱水）。蒸汽和高溫熱水可用于污水處理廠厭氧反應保溫熱源，也可作為啤酒廠的生產性熱源；采暖冷熱水通常作為辦公樓或生產廠房的暖通熱源。采用余熱利用裝置后，可以使沼氣燃燒發電利用的綜合熱效率達到80％以上。

   4電力輸出控制裝置

    由于啤酒廠和污水處理廠生產過程中的用電量大，可以完全消耗掉沼氣的發電量，因此無需將沼氣所發電量輸送到公用電網上去，應以內部消化為主。在這方面，有兩種利用途徑可供用戶選擇：

    （1）一種是將發電機組輸出并到廠內供電回路上，對此可以提供包括并網控制柜、計量柜、微機保護柜在內的電力輸出控制裝置。

    （2）另一種是對某用電設備或回路采用雙電源供電輸出：在發電機組正常工作情況下，利用沼氣發電量；當沼氣發電機組停機時，采用原有的供電回路，以提高系統的可靠性。

    2.5系統監測與控制設備

    采用數據通訊的方式，將沼氣收集、凈化處理、發電機組以及電/熱輸出系統中的狀態參數傳輸到上位機中，實現對整個系統的狀態監測以及緊急停機控制功能。此外還可以形成利用沼氣量、輸出電量、削減溫室氣體排放量等計量數據，用于申報CDM項目。

    本系統的硬件組成包括：通訊電纜（光纜、同心電纜或雙絞線）、與PLC子站的通訊接口、上位機通訊接口以及工控機。本系統軟件為組態人機界面。

沼氣發電系統(400kW)的技術經濟性指標

       1沼氣發電系統性能參數

    針對上述規模的啤酒廠及其污水處理廠，相應的沼氣收集和發電系統的主要技術參數和性能見下表。

燃氣發電機組煙氣余熱回收利用一覽表

 煙氣回收可取暖面積，版式換熱器用來回收高溫缸套水，可用來洗澡和生活用水

 注：進水溫度20-27度；出水溫度86度