沼氣發(fā)電機(jī)組解析與余熱回收利用

    沼氣發(fā)電及余熱回收利用，是最大限度回收利用沼氣技術(shù)的發(fā)展方向。針對與此，本公司基于多年來在生物質(zhì)氣體利用方面的技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，以沼氣發(fā)電利用為主要技術(shù)環(huán)節(jié)，以多種余熱回收并形成熱能輸出為輔助環(huán)節(jié)，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(fā)出了整套的包含氣體收集、凈化處理、發(fā)電與余熱利用在內(nèi)的系統(tǒng)化技術(shù)，可以為沼氣發(fā)電及余熱利用工程全方位地提供產(chǎn)品或工程建設(shè)服務(wù)。

沼氣發(fā)電系統(tǒng)組成

    完整的沼氣發(fā)電系統(tǒng)及工程包含五大部分，分別是：沼氣收集管路系統(tǒng)、沼氣凈化及預(yù)處理裝置、發(fā)電機(jī)組及余熱利用裝置、電力控制輸出裝置、系統(tǒng)監(jiān)測與控制設(shè)備，見流程圖。本公司可以提供整套的設(shè)備供應(yīng)和工程建設(shè)，也可以分項(xiàng)提供部件設(shè)備，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成與功能特點(diǎn)如下所示。

   1沼氣收集管路系統(tǒng)

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

    （1）氣液分離器：氣液分離器用于將從厭氧反應(yīng)器中隨沼氣一起帶出的泡沫等液體物質(zhì)從沼氣中分離出來，內(nèi)部帶消泡裝置，分離后液體自動(dòng)排污。采用碳鋼材料，內(nèi)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(yīng)器集氣室內(nèi)的壓力，同時(shí)防止管路中出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)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(wěn)壓柜：采用水封式浮頂穩(wěn)壓柜，用于控制沼氣輸送壓力處于穩(wěn)定數(shù)值，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。浮頂穩(wěn)壓柜容積為10立方米，輸出壓力和位置信號作為整個(gè)系統(tǒng)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(nèi)溫度發(fā)生大的改變。

   2沼氣凈化及預(yù)處理裝置

    沼氣凈化及預(yù)處理裝置實(shí)現(xiàn)對沼氣進(jìn)行脫硫、脫水、過濾等凈化處理，同時(shí)對沼氣進(jìn)行抽取、加壓輸出、穩(wěn)壓、穩(wěn)流控制，并實(shí)現(xiàn)沼氣計(jì)量以及系統(tǒng)的安全保護(hù)功能，主要有沼氣脫硫裝置、火炬和預(yù)處理裝置。

    （1）沼氣脫硫裝置：采用先進(jìn)的濕法脫硫工藝，對沼氣進(jìn)行連續(xù)脫硫處理，能夠在濃度在5000mg/m3以下的進(jìn)氣硫化氫脫除到出氣濃度為20mg/m3的，滿足燃?xì)庵辛蚧瘹涞臐舛纫蟆Ｔ撗b置中包含洗滌脫硫塔、再生塔、計(jì)量加藥泵、富液罐、貧液罐等部件，將硫化氫氧化為單質(zhì)硫，可以實(shí)現(xiàn)對硫的資源化回收。脫硫裝置主要設(shè)備采用玻璃鋼或不銹鋼制造，具有良好的耐腐性，具備自動(dòng)加藥和排污功能，滿足連續(xù)運(yùn)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(tǒng)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(jìn)氣由閥組箱控制，當(dāng)沼氣管路中壓力偏高后，自動(dòng)啟動(dòng)火炬，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電子點(diǎn)火、火焰監(jiān)測和熄火保護(hù)功能。沼氣火炬的燃燒負(fù)荷調(diào)節(jié)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(yù)處理裝置：沼氣預(yù)處理裝置為翹裝結(jié)構(gòu)設(shè)備，包含了羅茨風(fēng)機(jī)、水冷機(jī)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(shí)現(xiàn)對沼氣的抽取、加壓輸出、穩(wěn)壓、穩(wěn)流等控制功能，并對沼氣供給狀態(tài)（流量、壓力、溫度、甲烷含量）和計(jì)量數(shù)值（累積消耗甲烷量）進(jìn)行測量。預(yù)處理裝置還接收發(fā)電機(jī)組信號和沼氣管路內(nèi)的狀態(tài)信號，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制和安全保護(hù)。

3沼氣發(fā)電機(jī)組及余熱利用裝置

    沼氣發(fā)電機(jī)組是沼氣燃燒發(fā)電設(shè)備，為了提供沼氣燃燒過程中的能源利用率，對沼氣發(fā)電機(jī)組的高溫?zé)煔夂屠鋮s水余熱進(jìn)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(jī)組進(jìn)行余熱利用，在獲得電能輸出的同時(shí)，獲得蒸汽、高溫?zé)崴虿膳錈嵩摧敵觥?

    （1）沼氣發(fā)電機(jī)組：可為工程選配最佳的國內(nèi)外各大品牌燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配置，發(fā)電功率從100－1000kW之間，發(fā)電效率達(dá)到40％，具備并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行模式，可以保證不同條件下發(fā)電量的平穩(wěn)輸出。

    （2）余熱利用裝置：可根據(jù)工程所在地的實(shí)際用熱需求，確定最佳的余熱利用方案。通過余熱鍋爐產(chǎn)生高達(dá)3公斤壓力的蒸汽，或產(chǎn)生95℃高溫?zé)崴虍a(chǎn)生采暖冷熱源（7℃冷水/55℃熱水）。蒸汽和高溫?zé)崴捎糜谖鬯幚韽S厭氧反應(yīng)保溫?zé)嵩矗部勺鳛槠【茝S的生產(chǎn)性熱源；采暖冷熱水通常作為辦公樓或生產(chǎn)廠房的暖通熱源。采用余熱利用裝置后，可以使沼氣燃燒發(fā)電利用的綜合熱效率達(dá)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(chǎn)過程中的用電量大，可以完全消耗掉沼氣的發(fā)電量，因此無需將沼氣所發(fā)電量輸送到公用電網(wǎng)上去，應(yīng)以內(nèi)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(fā)電機(jī)組輸出并到廠內(nèi)供電回路上，對此可以提供包括并網(wǎng)控制柜、計(jì)量柜、微機(jī)保護(hù)柜在內(nèi)的電力輸出控制裝置。

    （2）另一種是對某用電設(shè)備或回路采用雙電源供電輸出：在發(fā)電機(jī)組正常工作情況下，利用沼氣發(fā)電量；當(dāng)沼氣發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)，采用原有的供電回路，以提高系統(tǒng)的可靠性。

    2.5系統(tǒng)監(jiān)測與控制設(shè)備

    采用數(shù)據(jù)通訊的方式，將沼氣收集、凈化處理、發(fā)電機(jī)組以及電/熱輸出系統(tǒng)中的狀態(tài)參數(shù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測以及緊急停機(jī)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(jì)量數(shù)據(jù)，用于申報(bào)CDM項(xiàng)目。

    本系統(tǒng)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(jī)通訊接口以及工控機(jī)。本系統(tǒng)軟件為組態(tài)人機(jī)界面。

沼氣發(fā)電系統(tǒng)(400kW)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

       1沼氣發(fā)電系統(tǒng)性能參數(shù)

    針對上述規(guī)模的啤酒廠及其污水處理廠，相應(yīng)的沼氣收集和發(fā)電系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)和性能見下表。

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(jìn)水溫度20-27度；出水溫度86度