第31卷第2期华电技术V o.l 31 No .2 2009年2月
H uad ian Techno l o gy
Feb.2009
沼气发电技术工艺及余热利用技术
B iogas pow er generation techno logy and w aste heat utilization technology 刘显明,李和平,贠小银,张宇,邱河梅
L IU X ian -m ing ,L IH e -ping ,YUN X iao -y in ,Z HANG Y u ,Q IU H e -me i
(中国华电工程(集团)有限公司,北京 100048)
(China Huadian Eng i nee ri ng Co rpo ra ti on L i m ited ,Be iji ng 100048,Chi na)
摘 要:介绍了沼气发电技术的发展状况。根据制沼原料中总固体、生化需氧量、化学需氧量和挥发性性固体的4项判别指标,结合实际的发酵工艺原理,得出不同制沼原料的产气量。针对沼气发电工程的实际情况,探讨了沼气发电余热利用的几种方案的可行性。
关键词:沼气发电技术;制沼原料;产气量;制沼工艺;余热利用
中图分类号:TK 6 文献标志码:A 文章编号:1674-1951(2009)02-0074-05
Ab stract :T he develop m ent o f b i ogas pow er genera ti on techno l ogy was introduced .Based on the four dete r m inant i n -dexes wh ich i nc l utes the tota l so li d ,the b i ochem ica l oxygen de m and ,the che m ica l oxygen de m and and vo latile so-l i d ,comb i ning w it h t he pri nc i p l e o f prac ti ca l fer m entati on pro cess ,the biogas producti ons o f d iffirent ra w m ater i a ls we re obta i ned .A i m m i ng at t he practical situati on o f biogas powe r generation pro ject ,t he fas i bilities of seve ra l p l ans fo r w aste heat utilizati on of b i ogas po w er generation w ere d i scussed .
K ey w ords :b i ogas generati on techno l ogy ;ra w m ater i a l fo r produci ng b i ogas ;b i ogas producti on ;b i ogas producti on techno l ogy ;w aste heat utilizati on
收稿日期:2008-11-21
0 引言
人类对沼气的研究起源于18世纪,1776年,意大利科学家沃尔塔通过分析,测定沼气的主要成分
为甲烷和二氧化碳;1781年,法国科学家穆拉发明了人工沼气发生器,之后,沼气逐渐被人们利用
[1]
。
我国于20世纪二三十年代出现了沼气生产装置,几十年来,沼气发酵技术已广泛用于处理农业、工业以及人类生活中的各种有机废弃物并制取沼气,为人类生产和生活提供了丰富的可再生能源。到2005年底,我国已建成各类大中型沼气工程3764处,总
池容172万m 3
,年处理1.2亿t 废弃物,年产沼气3.4亿m 3
,利用沼气发电4000万k W #h ,供气138万户。其中处理农业废弃物的沼气工程运行数量为3556处,总池容100万m 3
,废弃物处理量8710,t 年
产沼气2.3亿m 3,供气用户数近132万户[2]
。
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-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。
1 沼气发电技术
1.1 制沼原料及产气量
沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体,主要原料包括人畜禽粪
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图2 德国沼气热电联产的发展
便、秸秆、农业有机废弃物、农副产品加工的有机肥水、工业废水、城市污水和垃圾、水生植物和藻类等有机物质。可燃气体的主要成分是甲烷和二氧化碳。
制沼原料的产气量通常根据原料中的总固体(TS)、挥发性固体(VS)、生化需氧量(BOD 是指微生物将溶液中的有机质分解所消耗氧的量)、化学需氧量(C OD 是指在一定条件下,溶液中有机质与强氧化剂重铬酸钾作用所消耗氧的量)4项主要指标来判别
[3]
,结合实际的发酵工艺及原理,可以近
似得出不同制沼原料的产气量,如图1所示[4]
(资
料来自德国可再生能源协会)。从图1中可以看
出,动物粪便的产气率在45~80m 3
/t 。1.2 制沼技术工艺发展
随着发酵技术工艺的发展,厌氧干式发酵技术是当前国际前沿的有机废弃物处理技术。厌氧发酵和传统的湿发酵工艺最大的区别是在采用干发酵工艺时,发酵原料干物质的质量分数为20%~50%。而湿发酵原料干物质的质量分数一般在5%左右。厌氧干发酵技术的特点是在固体有机废物厌氧发酵生产沼气后,发酵剩余物为固体有机肥料,处理过程中没有污水产生;厌氧干发酵系统运行时自身能耗低,冬季仅耗用滋生生产能量的10%~15%。这种技术特别适合于固体废物量大、污水少的情况下废弃物资源化利用。
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
图1 原料的平均产气量(m 3/t 鲜料)
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,德国制沼工艺的先进性保证了沼气的高产量以及沼气产量的高稳定性。图2为德国沼气热电联产发展
状况[4]
。
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。欧洲尤其是德国在沼气行业发展速度较快,制沼工艺较为
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先进。其沼气工程普遍采用高浓度发酵,进料浓度含固率(TS)一般在20%以上,我国的进料浓度含固率(TS)基本上在6%以下。发酵浓度高,装置产气率就高。欧洲沼气工程几乎全部采用中高温发酵,单位容积产气率在1~6m 3
/d ,而我国绝大多数沼气工程采用
常温或中温发酵,单位容积产气率一般小于1m 3
/d ,发酵效率低严重制约了大中型沼气工程的发展。1.3 制沼工艺
目前,我国制沼原料主要是畜禽养殖业产生的动
物粪便以及含有尿的冲洗水。我国畜禽养殖业的一个重要特征是冲洗水量大(与德国养殖业比较),一个年出栏10万头猪的养殖场,每天的冲洗水量约为310t 左右,冲洗水中含有病原微生物、寄生虫卵,并且孽生蚊蝇,如果不处理直接排放,将会对生态环境尤其是地表水以及地下水资源造成严重的破坏。图3和图4分别是国内某研究所和德国某研究所针对中国华电集团新能源发展有限公司开发的湖北龙感湖
农场沼气发电工程所做的制沼发酵技术工艺流程图。
国内制沼工艺针对大量的冲洗水,采取了污水处理的方式,处理后的冲洗水满足畜禽养殖业污水排放的标准,可以直接排放。如果制沼后的沼液没有利用的途径或可能,沼液不能直接排放,这种制沼工艺就能很好地解决这个问题。德国制沼工艺采用了先进的干发酵技术,针对中国养猪场采用大量冲
洗水的特点,结合大流量液态进料的高效厌氧反应塔的2种厌氧发酵工艺,旨在提高整个发酵系统的容积产气率。对养殖场冲洗水量增加的适应性效果较好。如果养猪场的冲洗水用量增加,则单位进料COD 含量降低,因此,只需要减少进料在高效厌氧反应塔内的平均水力停留时间,系统就可以安全处
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表1 我国与德国制沼工艺比较
序号项目
我国制沼工艺
德国制沼工艺
1沼气发电装机容量/MW 112沼气产量/(m 3#h -1)
493
4733制沼原料
猪粪、尿、冲洗水
猪粪、尿、冲洗水
4养猪场规模(出栏量)/万头
10
105是否额外收集猪粪
是,额外收集猪粪120t/d
不需要
6常温厌氧消化池单位容积产气量/(m 3#d -1)0.21
7高效厌氧反应塔单位容积产气量/(m 3#d -1)5.8
8中温厌氧消化池单位容积产气量/(m 3#d -1)1.5
9
固态厌氧发酵罐单位容积产气量/(m 3#d -1
3.1理大量的废水。只要液态进料的总COD 含量没有大的变化,高效厌氧反应塔的产沼量将不会受大的影响。表1为我国与德国制沼工艺的对比。我国工艺侧重于污水处理,德国工艺侧重于产气率,以提高沼气发电项目整体效益。国内工艺的产气率低,需要额外添加原料,德国工艺产气率高,不需要额外原料,整体发电经济性较好。
1.4 内燃发电机技术
沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广,如美国的能源农场、德国的可再生能源促进法的颁布、日本的阳光工程、荷兰的绿色能源等。生物质能发电并网在西欧如德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等一些国家的能源总量中所占的比例为10%左右,并一直在持续增加。沼气发电设备方面,德国、丹麦、奥地利、美国的纯燃沼气发电机组比较先进,气耗率[0.5m 3
/(k W #h)(沼气热值\25M J/m 3
),价格在500~750美元/(k W #h)。我国在/九五0、/十五0期间研制出20~500k W 纯燃沼气发电机组系列产品,气耗率0.6~0.8m 3
/(k W #h)(沼气热值\21M J/m 3
),价格在300~500美元/(k W #h),其性价比有较大的优势
[5]
。
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,主要表现有6点。
(1)国外机组运行稳定,年运行可以达到8300h ,无振动、噪声小;国内机组可燃气体浓度瞬时变化造成电压波动大,经常出现停机现象,故障率高,经常需要停机维护。
(2)国外机组对沼气中甲烷含量要求比较宽松,机组能适应沼气中甲烷含量范围为38%~65%。机组采用稀燃技术,根据沼气中甲烷的质量分数自动调节空气与沼气的比例,达到最佳燃烧状态。
(3)能量利用方面。能够实现冷、热电联产,能
量总利用率可以达到83%,发电效率大于40%,国内机组的发电效率36%左右,总的能量利用率只有60%左右。
(4)国外机组运行可以达到无人值守的状态,机组自动切换市网与独立供电之间的切换。
(5)国外机组寿命可以达到50年,20万h 进行中修,1万h 进行配件更换,机组的运行费用为0.041元/(k W #h ),国内机组的运行费用大约为0.06元/(k W #h)。
(6)机组的容量偏小。目前,国内主流的沼气发电机组容量普遍小于1000k W,最成熟的大型发电机组的容量为500k W,这与国内的沼气发电的规模普遍较小有关系。
因此,提升沼气发电及组的容量、发电的性能、发电效率以及总体利用热效率是国内沼气发电及厂商需要重点解决的问题。
2 余热利用的探讨
沼气发电机的余热利用分为2部分:一是排烟的余热利用,二是发电机自身冷却热量的利用。目前,国内的发电机不提供机组自身冷却热量的利用,只有排烟的余热可用。国外机组,例如GE Jenbac h -er 的内燃机,可以提供上述2部分的余热利用。常见的余热利用方案有4种。
(1)热水型。利用发电机的余热可以产生90e 甚至更高温度的热水。这种形式在需要供暖的北方地区可以使用。
(2)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。
(3)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
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汽的产量较小。例如,1台1MW的沼气发电机组,可以产生1.0t左右的饱和蒸汽(蒸汽压力为0.6 M Pa),作为供汽负荷使用。
(4)发电型。利用发电机的余热,配合螺杆膨胀动力机发电。1台1MW的沼气发电机组,利用排烟余热,可以配置1台70k W的螺杆膨胀动力机发电。
目前,我国集约化养殖厂一般建在农村比较偏远的地方,养殖场周围没有热、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。
3结论
以湖北龙感湖农场沼气发电厂为例,介绍了国内和德国的制沼工艺。国内工艺针对养殖场冲洗水量大的特点,采用污水处理工艺,处理后的冲洗水可以达标排放。德国制沼工艺侧重于产气量,同样针对冲洗水量大的特点,采取高效发酵装置,提高了制沼整体产气率。国内制沼工艺单位容积产气量小于每天1.5m3/d,德国制沼工艺单位容积产气率每天在3.1~5.8m3/d之间。对国内和国外沼气发电内燃机进行了比较,国内发电机在总体性能、维护、容量等方面都要逊于国外的发电机组。对沼气发电的余热利用进行了探讨,结果沼气发电的特点,提出了沼气内燃机发电配合螺杆膨胀动力发电机,提升了余热利用的品味以及发电厂的经济效益。
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(编辑:王书平)
作者简介:
刘显明(1956)),男,北京人,中国华电工程(集团)有限公司新能源技术开发公司总经理,高级工程师,从事新能源技术开发管理方面的工作。
(上接第35页)D-S证据理论的组合规则,对离心泵的正常、不平衡、不对中和基础松动状态进行了融合诊断。
(3)运用具体的实例进行验证,结果表明了本文基于D-S证据理论的离心泵融合诊断方法的正确性和有效性。
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(编辑:刘芳)
作者简介:
樊志华(1981)),女,吉林梅河口人,延安大学西安创新学院助教,工学硕士,从事通信信号处理方面的教学和研究工作。
洪君(1977)),男,辽宁开原人,大唐户县第二发电厂工程师,工学硕士,从事电厂锅炉检修方面的工作。
瓦斯的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体。 具体可分为液化石油气与天然气、煤气三大类液化石油气，由原油炼制或天然气处理过程中产生的混合气体，主要成分是丙烷与丁烷天然气，由古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生的气态碳氢化合物，主要成份为甲烷，并含有少量之乙烷、丙烷、丁烷等碳氢化合物及少量之不燃性气体 煤气（指生活中人们对其称呼），也俗称为“瓦斯”。指的是煤炭不完全燃烧所产生的气体，主要成分是一氧化碳 煤矿瓦斯发电，既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件，又有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。 低浓度瓦斯发电需要解决2个问题，一是各个煤矿的本身不一样，而且随时都在变化，传统的发电机组很难“以不变应万变”；二是低浓度瓦斯的安全输送问题。 低浓度瓦斯发电机组采用电控燃气混合器技术，可以自动控制空燃比，以适应瓦斯的浓度变化，同时，低浓度瓦斯安全输送技术，采用细水雾技术，解决了低浓度瓦斯的地面安全输送问题。
煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯，高浓度瓦斯是指瓦斯浓度大于25%的瓦斯，低浓度瓦斯是指瓦斯浓度低于25%的瓦斯。我国60%以上的瓦斯是含甲烷25%以下的低浓度瓦斯，按煤矿安全规程要求，瓦斯浓度在25%以下的就不能贮存和输送，更谈不上利用了。 低浓度瓦斯发电需要解决2个问题，一是各个煤矿的本身不一样，而且随时都在变化，传统的发电机组很难“以不变应万变”；二是低浓度瓦斯的安全输送问题。低浓度瓦斯发电机组采用电控燃气混合器技术，可以自动控制空燃比，以适应瓦斯的浓度变化，同时，低浓度瓦斯安全输送技术，采用细水雾技术，解决了低浓度瓦斯的地面安全输送问题。 中国工程院周院士认为“低浓度瓦斯发电机组，适合我国煤矿点多量小的特点，堪称破解我国煤矿瓦斯难题的金钥匙”。 2004年以来，胜利油田胜利动力机械集团开始对“煤矿瓦斯细水雾输送及发电技术”进行开发研究并与第二年试验成功，使低浓度瓦斯发电技术得到了快速发展。目前装机总容量达到45万KW ，每年可发电21亿KW·H ，利用瓦斯7亿立方米。新版《煤矿安全规程》对浓度在30％以下的瓦斯用于内燃机发电作出了明确的规定，《规程》第148条第五项规定抽采的瓦斯浓度低于30%时，不得作为燃气直接燃烧；用于内燃机发电或作其他用途时，瓦斯的利用、输送必须按有关标准的规定，并制定安全技术措施。这给低浓度瓦斯发电提供了制度保障。
煤矿余热节能综合利用项目 瓦斯发电机组余热、压风机余热、矿井水余热、矿井乏风氧化余热综合利用 胜动集团节能工程公司 2014年5月21日
公司简介 胜动集团节能工程公司位于山东省东营市经济技术开发区府前大街30号，是“中国节能服务产业十佳企业”胜利油田胜利动力机械集团有限公司下属分公司，专业从事分布式能源发电；矿井水、乏风、工艺循环、压风机冷却废热提取；井口保温和井下制冷；工业余/ 废热综合利用等节能工程项目建设总承包业务，集节能工程项目咨询、工程设计、施工总包于一体，提供节能工程建设一体化服务。公司以工程设计院为依托，拥有一支精良工程项目管理团队，业务内容涵盖节能诊断、节能规划、方案设计、可行性研究报告、工程设计、工程施工、EPC总承包。公司目前拥有电力行业（新能源发电、火电）设计和咨询乙级资质、机电设备安装工程专业承包叁级资质，现有员工120余人，其中设计咨询板块60余人，拥有注册建筑师、注册结构师、注册电气工程师、注册公用设备工程师、注册造价师、注册咨询师等各类执业资格技术人员20余名，拥有建筑、结构、暖通、机务、电气、动力等各类专业高中级工程师30余名，工程项目管理板块拥有国家注册建造师执业资格的项目管理人员10余名。节能工程公司立足于集团公司节能减排产业，始终如一的秉承“节约能源、保护蓝天”的企业宗旨，坚持“追求完美、创造卓越”的工作理念，提供给社会“全盘、全套、全面、全新、全优”的节能工程综合服务。近年来，公司以全国范围内燃煤替代节能工程为市场方向，进入煤矿余热综合利用、工业余/废热回收利用等集成供热制冷节能工程领域，实现了快速发展。
一、煤矿丰富的余热资源 1、煤矿瓦斯发电余热 胜动集团是全国最大的燃气内燃机发电机组产业基地，拥有多种型号的燃气发电机组，如500kW/600kW/700kW/1200kW/2000kW大型煤矿瓦斯发电机组。拥有多项发明专利的特有技术。是煤矿低浓度瓦斯发电的行业实施者、标准制定者。 发电机组在运行时，只有约35%转化为电能，约30%-35%随高温烟气排出，20%-25%被发动机冷却水带走，通过机身散热等其他损失约占10%左右，充分利用这些没有被转化为电能的余热，用来制取冷热水以满足用户的生产生活需求。例如：煤矿瓦斯变害为利改造途径中，既有瓦斯的发电利用，也有瓦斯发电余热的利用，既提高了瓦斯的利用率，改善机组运行工况，又降低其他能源消耗。 2、压风机余热制取洗浴热水
沼气发电----沼气利用方式效益对比 以酒精生产企业为例 国内很多酒精厂在保护环境方面作了很大努力，建厌氧池处理废水是非常有力的方式，每年减少大量有机废水排放，保护了有限的水资源。但厌氧反应出来的沼气部分企业用来烧锅炉，或发电，或直接供生产蒸汽，对于这些利用方式，我公司谨根据有关经济价值比较提出新的沼气利用方式，以获得更高的经济效益，回报环保工作的付出。 一、效益比较。 1、效率对比：同样的发电采用不同的方式，其经济结果是不一样的。采用锅炉发电，由于酒精生产企业大都是小功率发电站，效率都比较低，特别是简单的气、煤混烧，效率在17%左右，大大的浪费资源，而采用内燃机发电，效率在35%以上。 价值对比：烧锅炉用煤和气都可以，用气烧锅炉发电，每方气相当于0.8公斤标准煤的价值，约计0.45元，而采用内燃机组发电，每方气发电在1.8 kWh，按0.6元/ kWh计算，价值在1.08元。 3、综合比较：以下以年产10万吨酒精厂生产过程产生的沼气用于内燃机发电及余热利用效益与烧锅炉进行比较。10万吨酒精生产线有机废水采用厌氧装置，每天产气量约10万方。 （1）简单烧锅炉供蒸汽方式，10万方沼气约合80吨标准煤价值，按550元每吨计，价值44000元。实际上，10万吨产能酒精生产线日需9kg蒸汽300吨左右，需标准煤30吨左右，多余的能量就白白浪费了。 （2）采用烧锅炉发电供蒸气方式：发电量每方气在0.8kWh左右，共计发电量100000×0.8=80000kWh，按0.6/kWh元计，发电价值4.8万元。加上实际需要的蒸汽需煤消耗价值：30吨×550元/吨=16500元，总值64500元。 （3）采用内燃机发电及余热利用方式：每天可发电100000×1.8=180000kWh ， 发电价值108000元。发动机余热通过针管式余热锅炉回收余热，根据酒精工艺，利用后每小时可产九公斤饱和蒸汽4吨，日产96吨，每公斤9公斤饱和蒸汽按80%锅炉热效率算需热650大卡，那么96吨9公斤饱和蒸汽需热6240万大卡，合标准煤约8吨，价值4400元。价值总计112400元。 结论：采用燃气内燃机发电并利用余热是最有效益的沼气利用方式 二、合作方式： 1、购销合作：由用户投资购买燃气机组组建电站，自行负责维护，我方提供最佳服务 2、劳务合作：用户投资建站，我方负责运行维护并保证一定发电量，收取劳务费。 三、内燃机组发电特点如下： ①发电效率高。通常在35～40%，若增加热电冷联供系统，热电效率可达80％以上。 ②造价相对较低。由于内燃机技术成熟，零件的精密度要求相对较低，单位千瓦造价低。 ③使用场合灵活。根据不同场合用户的需要，可方便的并机或并网，构成总输出功率达上万千瓦的电站或热电冷联供机组。机组群还可根据实际负载的需要，灵活方便地调节发电输出。
500KW燃气发电机组 烟气余热利用数据计算及经济效益分析 一、余热利用数据计算 1、烟气余热计算 燃气在空气中完全燃烧公式： 燃气在空气中不完全燃烧公式： 国产的500kW瓦斯气发电机组正常运转时，发电功率约为400kW、排烟温度为520℃左右。 如果采用该系统产生洗澡热水，设定烟气余热回收装置的排出的烟气温度为160℃，瓦斯气完全燃烧时瓦斯气和空气的体积比，根据各地的瓦斯成分有所不同，为使燃料充分燃烧，一般燃气与空气的混合比例为理论值的1.4倍左右。无论其混合比是多少，经测量其每小时产生的烟气量一般约为2250 m3/h左右。 平均烟气比重按1.25kg/m3计算， 则每小时排出烟气总重：2250×1.25＝2812.5kg 排烟的比热容按烟道气体计算 （烟道气体的成分 CO 13% H2O 11% N2 76%，在100℃～600℃的平均定压比热容为0.27kcal/kg·℃） 数据列表 定压比热容（kcal/kg.℃）烟道气体空气 100℃0.255 0.241 200℃0.262 0.245 300℃0.268 0.250 400℃0.275 0.255 500℃0.283 0.261 600℃0.290 0.266 每台发电机组可利用排烟余热为： 2台发电机组可利用排烟余热总量为：
27.34×2 ＝54.68万kcal/h（~635kW） 2、缸套高温水余热计算 发动机正常运转过程中，必需要求其缸套温度保持在合理温度之内，高温水的热量如果不利用，则需要加冷却塔进行冷却。如果我们增加1台板式水－水换热器，将高温水热量加以利用，则可以减少能源浪费，使能源利用达到最大化，根据发动机厂家提供的数据，其高温水热量约为： 300KW × 0.75 ＝225 Kw （19.4万kcal/h） 2台发电机组可利用高温缸套水余热总量为： 19.4×2 ＝38.8万kcal/h（~450kW） 3、烟气和缸套高温水总余热计算 通过上面计算，可以看出2台发电机组可以利用的烟气和缸套高温水总余热热量为： 54.68 + 38.8 = 93.48万kcal/h（~1086kW） 二、经济效益分析 如果管线和散热损失按5%计算，2台燃气发电机组的烟气和高温缸套水余热产生的热量88.8万kcal/h；燃煤锅炉的热效率按照80%,煤的热值按照5000kcal/kg 计算,则回收的热量相当于每小时节省燃煤： 88.8×10000÷5000÷0.8 = 222 kg。 每天按照24小时,则每天节省的燃煤量： 222×24 = 5328 kg 每吨煤按照400元计算，则每天节省的费用： 400×5.328 = 2131元 每月按照30天，每年按照运行12个月计算，则每年节省的费用为： 2131×30×12 = 76.7 万元 三、热量平衡计算分析
沼气燃烧发电 概述 沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。 [1]沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网在西欧一些国家占能源总量的10%左右。我国沼气发电有30多年的历史，在“十五”期间研制出20～600kW纯燃沼气发电机组系列产品，气耗率0．6～0．8m0/kw h(沼气热值~>21MJ/m0)。但国内沼气发电研究和应用市场都还处于不完善阶段，特别是适用于我国广大农村地区小型沼气发电技术研究更少，我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。如能因地制宜地发展小 沼电站，则可取长补短就地供电。[1]编辑本段沼气发电技术 沼气发电流程图 [2] 沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物（例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等），经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。[1]沼气发电热电联产项目的热效率，视发电设备的不同而有较大的区别，如使用燃气内燃机，其热效率为70%~75%之间，而如使用燃气透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上。沼气发电技术本身提供的是清洁能源，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放，而且变废为宝，产生了大量的热能和电能，符合能源再循环利用的环保理念，同时也带来巨大的经济效益。 编辑本段我国沼气发电机组状况
一．沼气的气体组成特点 沼气是一种具有较高热值的可燃气体，其主要成分是甲烷，杂质及有害成分含量少，抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气与天然气成分对比如下： 利用活塞式内燃机发电，每立方沼气一般可发电2.3度以上。以单台500kW沼气机组长期运行（400kW）为例，耗气量为174m3/h。甲烷的热值为 35.9MJ ／立方米。沼气的热值 20MJ 立方米 ~25MJ／立方米 二. 燃气净化要求： 沼气是一种清洁的燃气，1512Z系列沼气发电机组一般经过滤后可直接接入机组进气管路，不需升压，可适应零压或负压气源。如沼气中硫含量高于标准应进行
热值在21~42MJ/m3λ λ压力范围5kPa~400kPa（需根据不同的压力选用合适的调压阀）。 燃气温度范围：0~65℃。λ λ过滤精度：50um。 三. 技术参数 ①沼气发动机主要技术参数 型 号：G12V190ZLDTZ G12V190ZLDZ-2 型式：四冲程、火花塞点火、增压中冷、增压前混合 气缸排列： 12缸V型、60°夹角12缸V型、60°夹角 缸径×行程（mm）：190×210190×210 活塞总排量（L）： 71.5 71.5 标定转速（r/min）：1500 1 000 空载最低稳定转速（r/min）：700 600 标定功率（kW）： 800（12小时功率）550（12小时功率） 燃气压力(kPa) ： 5~400 5~400 热耗率(kJ/kW·h) ：≤11000≤11000机油消耗率(g/kW·h ) ：≤1.6≤1.6
排气温度(涡轮前)(℃) ：≤650≤650 出水温度(℃) ：≤90 ≤90 中冷器进水温度(℃) ：≤45≤45 机油温度(油底壳内℃) ：≤90≤90 主轴道机油压力(kPa) ：500～800 500～800 调速方式：电子调速电子调速 起动方式：DC24V电马达起动DC24V电马达起动 稳定调速率(%)：≤5 ≤5 冷却方式：双温双循环、半开式强制水冷 润滑方式：压力润滑和飞溅润滑曲轴转向(自飞轮端视) ：逆时针逆时针 ② ③燃气发电机组主要技术参数 机组参数 机组型号：500GF -NK1 发动机型号： G12V190ZL
2019.02科学技术创新-191-浅谈瓦斯发电机组余热回收利用技术 王银华 （中煤昔阳能源有限责任公司瓦斯发电厂，山西昔阳045300） 摘要：主要收集并分析了黄岩汇煤矿职工澡堂洗浴热水年用水量、水源热泵年耗电量、稳定情况等指标，在此基础上，研究了余热锅炉汽水分离器产生的蒸汽输往矿井过程中的能量变化情况，然后选择采用和瓦斯发电机组相适应的余热锅炉，这样一来，水源热泵系统和余热回收利用系统就能够相互备用，充分发挥两者作用，而且很好的解决了职工澡堂洗浴热水问题。此外，通过一系列优化设计，保证了余热回收系统能够科学有效的运行，降低了水源热泵系统整体耗电量。 关键词：瓦斯发电组;余热回收利用技术;技术方案；效益分析 中图分类号:TD712+.67文献标识码：A文章编号:2096-4390（2019）02-0191-02 黄岩汇煤矿在2016年初投入使用职工澡堂和更衣室供暖系统,主要是通过水源热泵系统给矿上提供职工洗浴热水以及澡堂冷暖空调。采用水暖热泵系统优势在于运行稳定、成本低,但是弊端也很明显，比如在枯水季矿井水量不多,这样热量就达不到，温度相对很低，另外，矿井上的水不是很干净，杂质比较多，很容造成堵塞,需要经常清洗，维护成本相对偏高，周期也长。现在已经有三台水源热泵机组和冷暖空调损坏，严重影响了澡堂热水使用，因此，当务之急就是从新配备新的澡堂热水供应系统，以便和水源热泵系统互补备用。 1现状概述 黄岩汇煤矿和中煤昔阳能源有限责任公司的瓦斯发电厂距离较近，电厂发电机组燃气内燃机产生的高温冷却水热量比较大，同时烟道余热的热量也大,这些热量对于黄岩汇煤矿职工澡堂空调取暖以及洗浴热水来说已经绰绰有余，且节约费用。通过分析瓦斯发电机组的具体情况,然后新建瓦斯发电机组余热回收系统,以此为黄岩汇煤矿提供取暖，主要是澡堂热水和冬季空调采暖。把之前损坏的水源热泵系统修好，其主要负责夏季制冷,而瓦斯发电机组余热回收系统提供采暖。经过改造后，既节约了费用，又节能环保，关键是余热回收系统和水源热泵系统实现了补充备用，两者互不影响,而且能够智能控制。考虑到瓦斯发电机组内燃机拥有足够多的余热.同时通过实践可知，仅两台内燃机烟道余热回收约为300t/d,这已足够满足黄岩汇煤矿的供热需求，高温冷却水约为80t/d。但需要注意的是矿区水质差问题，这对系统正常运行会造成严重影响，因此需要在冷水进水端加入软水系统，流量约为20t o 2技术方案 2.1瓦斯发电余热回收系统 瓦斯发电余热冋收系统设备主要采用的是燃气内燃机，型号为500GFZL通过分析可知，燃气内燃机烟气排放物有微量硫化合物、碳颗粒、NOx、HC。如果这些物质在气态时，一般不会腐蚀设备，但如果排烟温度相对较低的话，水蒸气遇冷就会形成液态水，其会和上述硫化物以及氮氧化物结合形成酸，由此就会对设备形成腐蚀。此外，碳颗粒在潮湿时候非常容易结垢，烟气余热转换器需要一直保持排烟温度在150T上下，避免因为蒸汽受冷形成酸而腐蚀设备。浴室采暖适合用暖气片，兼顾管路热损，温度设置80七为宜。 2.2燃气发电机余热回收数据 该燃气发电机组额定功率为500KW,热效率值为35%,总热功率1430kW,排烟热功率占总热功率的32%,可回收率达到64%。实际发电机组在正常运行时，发电量在450KW,比理论值略低，约占理论值的九成，能够回收的热值为412KW,以64%的可回收率来计算，两台瓦斯发电机组可产80T热水约150t/d,除去热水管网等热损10%,仍可产80覽热水约136t/d,换成501的热水约为240t,可满足供应澡堂洗浴热水的要求。 2.3烟道余热回收 和高温冷却水余热回收比起来，烟道余热回收更为简单、方便、易行、节省费用。余热回收利用不但能够和之前的水源热泵同时运行,而且也可以单独运行，所以，这里只采用瓦斯发电机组烟道余热利用系统。若发电机组运行，烟道余热回收机组就会打开进水电磁阀，目的是把冷水进行充分热交换，确保出水温度满足要求，如果不达标，机组会报警。机组的控制器可设置出水量和温度，如果发电机组因故停止工作,此时热回收机组会把进水电磁阀关闭，机组将会全部停止工作。若发电机组需要检修，或者是在不运行时，水源热泵系统就会取而代之为澡堂供热。等到夏季，水源热泵系统会自动为末端制冷，这是制冷和热水备用系统。考虑到实际情况，比如距离、热损等,使用的烟道余热回收机组型号为GLC-13。从现在来看,冷水情况下也是可以达到热回收机组流量和压力要求，为保险起见，需要设置增压水泵，以防在水压达不到要求时自动启动。通过相关数据研究得出，选用四台水泵，型号为TD80-22/2。 2.4之前系统设备更换 室外水源热泵主机需要四台，型号改为LSR-1OOIIGW，每台制热量100KW,功率20KW。把之前受损的中央空调机组修复，冬季采暖通过新的余热回收系统，用R410A环保型冷媒代替MWH030DB模块式水源冷水（热泵）中央空调机组,R410A环保型冷媒每台制热额制冷量分别为115KW和106KW,功率在20-29KW左右，冬天制冷通过瓦斯余热回收系统，夏天制冷通过室外水源泵主机。 2.5余热回收系统优点 采用余热回收系统,不但变废为宝，实现节能，而且运行稳定，关键没有产生运行费用，还解决了散热负担问题，一举多得。实践显示，余热冋收系统产热足够满足澡堂需求,采用热交换原理，设备运行也相对比较可靠。余热回收系统对水温控制比较精准，误差极小,烟道排烟科学,对烟气的成分和状态不会改变，降低了腐蚀风险，同时，该系统具有较强的耐腐蚀性,易清洗、易维护，所用材质优良,使用期限可达二十年之久。 2.6余热回收系统运行方式要求 第一，空调制冷。澡堂第一层和第二层空调制冷（转下页）
污泥处理能源的利用——沼气发电及其热能回收 摘要：本文系统介绍了高碑店污水处理厂，污泥处理设计过程中，如何有效地回收利用沼气发电系统的余热作为污泥中温消化的热源。达到节约能源，减少电耗和降低污水处理成本的目的。 关键字：沼气发电能源利用余热回收热平衡 1污泥处理及能源利用概况 高碑店污水处理厂二期工程设计水量50万m3／d，初沉泥和二沉池的混合污泥量为4417m3／d，污泥含水率97％，污泥处理工艺采用重力浓缩，二级中温消化带式压滤机脱水，并利用消化产生的沼气发电并入城市电网，发电机产生的余热作为一级消化热源，锅炉房蒸汽为补充热源。 高碑店污水处理厂二期工程设置八座消化池，四座为一个系列，共两个系列，每一系列有一级消化池三座，二级消化池一座，消化池产沼气2.2～2.6万m3／d。其中甲烷含量占57％～62％，热值5000Kcal／m3，消化池产气总热量为540万Kcal／h。三台沼气发电机总发电量2000KW，所发电量并入市政公用电网。为维持污泥中温消化所需的温度，需要对污泥进行加热。加热污泥的热量需要由外部热源提供，高碑店污水处理厂利用污泥消化产生的沼气进行发电，沼气发电系统运行中产生的大量余热，作为加热污泥的热源，这将节约大量的热能，达到节省能源，降低能耗的目的。图1为能源利用流程图。 2能源利用途径 高碑店污水处理厂工程沼气发电系统选用三台奥地利JMS316－BL型沼气发电机，发电机总容量约2000KW，单台发电机容量为625KW。该系统在运行过程中有三个部分产生的热能可回收利用，它们是：燃气混合热能、缸套水热能和润滑油热能及尾气释放的热能。表1所示为各部分热能回收量与回收率，图2为沼气发电机组热能回收系统，图3为单台沼气发电机组能量平衡图。沼气发电系统热能回收量与回收率单位：kw（万kcal）表1序号项目回收量回收率备注1燃气混合热能98（8.4） 5.8%2缸套水和润滑油热能283(24.3) 16.6%3尾气热能475(40.9)27.9%总输入热能1703(146.5)4总回收热能856(73.6)50.3%由图2可知，进入发电机的冷水，流量39.4m3／h，温度为70℃，吸收沼气发电机的热能后流量不变，温度升为90℃，进入余热利用系统。由图3可知由沼气产生的总能量中有40％转变为机械能，60％转变为热能。其中40％机械能中的38.3％转换为电能；60％热能中的50.3％作为余热可回收利用，总能量回收效率可达88.6％。该回收率高于一般的沼气发电机。3热平衡系统 该热平衡是通过某种调节手段，使供热系统提供的热量恰好与需热系统所需热量相同。供热系统的热量为沼气发电系统产生的余热和蒸汽锅炉补充热量的总和；需热系统的热量是指消化池正常运行时所需热量。 3.1供热系统运行工况 3.1.1沼气发电机 沼气发电系统余热热量计算， Q＝CA△t（1） 其中，Q－供（需）热量（Kcal／h）
沼气发电工程余热综合利用方案介绍 沼气作为可再生能源，越来越受到重视，并得到广泛应用。沼气不仅有助于温室效应的减轻和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径。此外，沼气发电工程中产生的余热也具有很高的利用价值。 一、余热利用现状 以畜禽养殖场的沼气发电工程为例，沼气燃烧后的能量分配为：发电约占33%，排烟约占32%，高温水约占19%，低温水约占6%，其他能量损失约占10%。理论上讲，发电机组90%的余热都可以有效利用，但我国多数沼气发电机组余热的利用率极低，只有少数沼气发电厂的余热用于满足自身生产工艺的热量需求或为建筑供暖，其余沼气发电厂的余热都被排到空气中。余热直接排空不仅浪费了宝贵的能源，而且还会造成环境的热污染。 二、余热的产生过程 我国沼气发电工程主要采用燃气内燃机的形式，而且大多数机组采用双燃料内燃机。实际生产中，沼气在机组内燃烧产生的电力，通过变压器输出。冷却水余热送入发酵罐满足发酵的实际需要，烟气的余热通过安装在烟道出口的烟气—水换热器回收。沼气发电厂余热产生的原理如图1所示。 图1、余热产生的原理图 三、余热利用方式 沼气发电机的余热利用分为两部分：一是排烟的余热利用；二是发电机自身冷却热量的利用。常见的余热利用方式有四种： 1）热水型。利用发电机的余热可以产生90℃甚至更高温度的热水。这种形式在需要供暖的北方地区可以使用、2）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。 3）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。4）发电型。利用发电机的余热，配合螺杆膨胀动力机发电。 四、余热利用联供系统 沼气发电机在发电的同时，烟气温度一般在550℃左右。通过余热回收技术，将燃气内燃机中的润滑油、中冷器、缸套水和烟气排放中的热量充分回收利用，用于冬季采暖以及生活热水。夏季可与溴化锂吸收式制冷剂连接，作为空调制冷。一般从内燃机余热回收系统中吸收的热量以90℃的热水供给热交换部分使用。内燃机正常回水温度为70℃。
啤酒厂污水处理后的沼气发电及余热利用 全球最大的某啤酒酿造中心，生产规模已达到年产啤酒150万t水平。该啤酒厂长期坚持以实现经济效益与环境效益的双赢为经营理念，按照循环经济“减量化、再利用、资源化”三大原则，采取了一系列切实可行的各项节能降耗、保护环境的措施。 该啤酒厂的生产废水主要来源为麦芽车间、酿造车间及包装车间等，这些生产废水中含有大量高强度的有机污染物，如浸麦废水、麦汁残余物、糖化醪残留物、麦汁和凝固物沉渣、酵母残留物和凝固物沉渣、硅藻土酵母蛋白质沉淀物、啤酒及微细有机残留物等。 废水COD一般在2200-2800mg/L，废水量每日有1.2-1.5万m3，建厂初期污水处理工艺采用的活性污泥法好氧生物处理技术，占地多，处理污水有限，并在污水处理过程中会产生硫化氢及沼气影响周边环境。该厂扩建为年产啤酒能力150万t，同时改建了污水处理站，采用第三代UASB污水厌氧生物处理技术，是一种具有容积负荷高、占地少、投资省等突出优点的污水处理技术。该啤酒厂在污水厌氧生物处理中采用IC内循环式厌氧反应技术，除了污水处理达标排放之外还产生相当多的沼气（甲烷含量在75%左右）。沼气中的甲烷排放至大气中会造成大气污染，其温室效应是二氧化碳的21倍。如何回收利用沼气“节能减排”，使啤酒厂经济良性循环是首要考虑的问题。 一、沼气回收利用工艺与系统组成 在沼气回收利用工艺中，首先是对沼气进行净化处理，然后进行发电，再把余热进一步利用于制冷。由于沼气中含有大量的甲烷（经检测达到81%），热值已接近天然气，所以采用高品位的能源先去产生有高附加值的电能，再将发电中所产生的低品位能源中温烟气（400℃左右）及热水（100℃左右）去制冷，用于啤酒生产。该啤酒厂沼气回收利用工艺将能源梯级利用，热效益可达70%。1、沼气回收利用工艺流程 图1、沼气回收利用工艺流程图 生产啤酒的污水经过IC反应器后产生沼气每日可达1-1.2万m3，沼气中甲烷含量在75%-80%，每
简析瓦斯发电 1.概述 瓦斯，即煤层气，其主要成分甲烷，是一种会产生强烈温室效应的温室气体，其温室效应约为二氧化碳的21倍。 我国煤层气资源十分丰富，根据最新一轮资源评估结果，我国埋深2000米以浅的煤层气资源量达31.46万亿立方米，相当于450亿吨标煤，350亿吨标油，与陆上常规天然气资源量相当。是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。 瓦斯爆炸是煤矿事故的主要原因之一，煤层气直接排入大气可对大气环境造成严重污染，目前每年有超过150亿立方米的瓦斯空排，污染环境、浪费资源。建设瓦斯发电站，对煤层气资源充分开发利用，不仅可以变废为宝、变害为利，还可以“以用促抽、以抽保用”，进一步加大煤层气抽采利用力度，强化煤矿瓦斯治理，减轻煤矿瓦斯灾害；在煤矿建立瓦斯发电站，将原来排掉的瓦斯和井下水利用来发电、供热，可变废为宝，节约资源，也贯彻了国家发展循环经济的国策，促进了企业建立循环经济体系，保障了企业的可持续发展。 我国从80年代，就开始了对瓦斯发电技术的研究，到2005年底，全国瓦斯发电的总装机容量已达到9万千瓦，而规划或正在实施的瓦斯发电项目装机容量接近15万千瓦。 2.瓦斯发电工艺 根据对现有的瓦斯发电厂运行情况的调查，现阶段瓦斯发电技术成熟的工艺有：
1）燃气锅炉带蒸汽轮机发电 2）燃气轮机发电 3）燃气内燃机发电 2.1 燃气锅炉带蒸汽轮机发电 燃气锅炉带蒸汽轮机发电为传统的火电机组形式，工艺技术成熟，运行可靠，它是采用锅炉来直接燃烧燃气，将燃气的热能通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机发电。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发电机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。优点是：对于燃料气体要求比较低，只要燃气燃烧器能够承受的气体，一般都可以适应，需要的燃气压力较低，因而燃气处理系统比较简单，投资少；缺点是：工艺复杂，建设周期比较长，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多，能源利用效率较低，通常不到20％。 在某些以天然气为燃料的电厂选用这种形式，但燃气锅炉采用瓦斯为燃料，目前仅局限在小型的工业锅炉，由于受到瓦斯抽采的波动性强的影响，大型的电站瓦斯锅炉的应用也受到限制，个别电站锅炉采用煤与瓦斯混烧技术，但辅助系统庞大、复杂，需设置两套燃料系统，占地面积大。这种装机形式发电效率低，启动时间长，不灵活。所以目前规划的瓦斯电站基本不采用这种装机形式。 2.2燃气轮机发电 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它是从飞机喷气式发动机的技术演变而来的。 其主要结构有三部分：燃气轮机（透平或动力涡轮）；压气机（空气
5MW瓦斯发电机组余热利用蒸汽系统方案 一、镍基钎焊热管技术的工作原理 镍基钎焊管，即将镍铬合金渗入锅炉管或ND钢（耐低温露点腐蚀钢）表面，形成致密光滑涂层，使管片和母管的焊着率为100%，有效的扩展了换热面积，提高了换热系数，同时具有很好的耐高温和耐腐蚀性能。 热管是一种具有很高热传输性能的元件，它集沸腾与凝结于一身，有管壳、管芯和传导液组成。它的工作原理是：当蒸发段遇到高温介质时，管内传导液吸收蒸发潜热后蒸发，传导液蒸汽从管中心绝热段通道流向凝结段，并放出潜热，重新凝结成传导液，凝结后的传导液借助管芯的毛细力作用重新返回蒸发段再进行蒸发，这样形成了一个闭合的循环系统。通过这种途径，热量从加热区到了散热区，对被加热介质进行加热，得到所需温度的介质。 镍基钎焊热管式余热回收装置利用高温烟气和被加热介质传热系数的不同（烟气传热系数小，被加热介质传热系数的高），因而在传热系数小的烟气侧扩展换热面积，将热端—镍基钎焊翅片吸收的热量，与冷端—光管传热系数高的被加热介质所吸收的热量相同，使之产生有效的换热平衡。 二、镍基钎焊热管式余热回收装置的结构特点 1、结构紧凑 单位长度的钎焊热管换热面积是普通光管的七倍左右，同时钎焊热管之间用小半径推制弯头连接。因而相同换热面积的钎焊热管余热回收装置普通光管的设备相比，其体积和占地面积成数倍的减小，并且其重量也有不同幅度的降低。因而，在设备布置安装和吊装等方面为用户提供了很大的空间。 2、维修方便 钎焊热管是采用整根无缝钢管制造完成的，使其具有很高的耐压性能，一般情况很少出现质量方面的问题。如果偶然发现某一根钎焊热管出现泄漏，也可以方便的进行更换，即使不更换也不影响运行。 3、受压元件无热应力 每一根钎焊热管组装时，无任何强制组装现象，因而不会产生组装应力。同时每一端呈自由状态。这样设备在运行过程中，无热应力产生。 4、标准化设计和灵活的尺寸变化 迄今为止，我们已开发设计了多系列的标准产品。广泛应用于大中小型柴油机和天然气发电机组，以及锅炉的高温烟气的余热回收利用，另外，我们可在短时间内按照用户要求，根据用户提供的设计参数，对各种余热回收装置进行灵活设计。 5、可高效连续的运行 根据其传热机理和结构特点，我们不难得知，钎焊热管技术具有较强的防垢、防灰和自除垢、除灰能力。因而其设备可以长时间的保持高效运行，这是普通光管换热设备所不能比拟的。 三、设计目的 本设计利用10台500kW瓦斯发电机组高温烟气余热产生5kgf/cm2饱和蒸汽用于生产。该电站10台500kW瓦斯发电机组，测试结果表明，所燃气体至多36%的热量用来发电，约有38%的热量通过高温烟气排空。为充分利用余热，设计一套余热利用系统，充分利用高温
生活垃圾资源化利用，热解气化与厌氧发酵更配 城市生活垃圾是世界性难题。在众多需要解决的社会问题中，城市生活垃圾被列为亟待解决的三大环境问题之首。我国政府已将垃圾处理与无害化系统列入《中国二十一世纪议程优先项目计划》，并且出台了一系列鼓励和优惠政策，为城市生活垃圾处理技术的发展和应用提供了良机。 城市生活垃圾技术在国外已相当成熟，近几年在国内也有长足的发展。目前国内垃圾处理主要使用以下几种技术： 由对比表（热解气化技术与焚烧法的对比，下文将详细阐述）可知：热解气化技术是实现垃圾处理无害化、减量化、资源化（国家垃圾处理要求）最行之有效的方法。热解气化技术可高效及时地将生活垃圾全部减量化、无害化、资源化处理利用完毕，且彻底杜绝二次污染，节约大量的土地资源。 一、垃圾热解气化处理技术 1.热解气化技术定义 垃圾热解指将垃圾在无氧或缺氧条件下加热分解产生（氢气、一氧化碳、甲烷及其他烃类等）可燃气体、（有机酸、焦油等）有机液体和炭黑等物质的过程，在相同热解条件下，不同物质其热解的速率、热解的温度等各不相同，垃圾热解的主要温度区间在250℃-650℃。 2.热解气化技术与焚烧法的区别 焚烧是在氧化气氛下反应、放热过程，主产物为二氧化碳和水。热解气化是在还原气氛下反应、吸热过程，主产物是可燃低分子化合物。二者区别如下： 1）热解气化技术装置投资低于焚烧发电，但是燃气效益是焚烧发电的一倍以上；
2）热解气化技术没有焚烧发电中的大量无效热散失，热解垃圾发电热效率在80%以上； 3）焚烧方法难解决的高含水生物质垃圾，热解气化技术都可以充分利用，所含有机质可以完全热解制气； 4）热解气化经高温熔融分离后的灰渣可回收利用作为建筑材料或冶金工业添加剂，从根本上解决二恶英生成问题，杜绝飞灰、铅、汞、镉等重金属二次环境污染，无有毒固体物质生成，有效改善城市居住环境； 5）热解气化技术无垃圾焚烧处理后超重有毒物质的排放，减少1800元/t左右的危废处置成本；6）热解气化技术既可以处理城市垃圾又可以处理工业垃圾，热解气化项目可建立在市郊或工业区附近，就近处理。 3.热解气化技术工艺特点 1）垃圾减量效果显著； 2）抑制二噁英前体物生成，无害化彻底； 3）制备出可燃气体，实现能源的循环利用； 4）大规模封闭式生产线，不会影响周边环境；
第31卷第2期华电技术V o.l 31 No .2 2009年2月 H uad ian Techno l o gy Feb.2009 沼气发电技术工艺及余热利用技术 B iogas pow er generation techno logy and w aste heat utilization technology 刘显明,李和平,贠小银,张宇,邱河梅 L IU X ian -m ing ,L IH e -ping ,YUN X iao -y in ,Z HANG Y u ,Q IU H e -me i (中国华电工程(集团)有限公司,北京 100048) (China Huadian Eng i nee ri ng Co rpo ra ti on L i m ited ,Be iji ng 100048,Chi na) 摘 要:介绍了沼气发电技术的发展状况。根据制沼原料中总固体、生化需氧量、化学需氧量和挥发性性固体的4项判别指标,结合实际的发酵工艺原理,得出不同制沼原料的产气量。针对沼气发电工程的实际情况,探讨了沼气发电余热利用的几种方案的可行性。 关键词:沼气发电技术;制沼原料;产气量;制沼工艺;余热利用 中图分类号:TK 6 文献标志码:A 文章编号:1674-1951(2009)02-0074-05 Ab stract :T he develop m ent o f b i ogas pow er genera ti on techno l ogy was introduced .Based on the four dete r m inant i n -dexes wh ich i nc l utes the tota l so li d ,the b i ochem ica l oxygen de m and ,the che m ica l oxygen de m and and vo latile so-l i d ,comb i ning w it h t he pri nc i p l e o f prac ti ca l fer m entati on pro cess ,the biogas producti ons o f d iffirent ra w m ater i a ls we re obta i ned .A i m m i ng at t he practical situati on o f biogas powe r generation pro ject ,t he fas i bilities of seve ra l p l ans fo r w aste heat utilizati on of b i ogas po w er generation w ere d i scussed . K ey w ords :b i ogas generati on techno l ogy ;ra w m ater i a l fo r produci ng b i ogas ;b i ogas producti on ;b i ogas producti on techno l ogy ;w aste heat utilizati on 收稿日期:2008-11-21 0 引言 人类对沼气的研究起源于18世纪,1776年,意大利科学家沃尔塔通过分析,测定沼气的主要成分 为甲烷和二氧化碳;1781年,法国科学家穆拉发明了人工沼气发生器,之后,沼气逐渐被人们利用 [1] 。 我国于20世纪二三十年代出现了沼气生产装置,几十年来,沼气发酵技术已广泛用于处理农业、工业以及人类生活中的各种有机废弃物并制取沼气,为人类生产和生活提供了丰富的可再生能源。到2005年底,我国已建成各类大中型沼气工程3764处,总 池容172万m 3 ,年处理1.2亿t 废弃物,年产沼气3.4亿m 3 ,利用沼气发电4000万k W #h ,供气138万户。其中处理农业废弃物的沼气工程运行数量为3556处,总池容100万m 3 ,废弃物处理量8710,t 年 产沼气2.3亿m 3,供气用户数近132万户[2] 。 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-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。 1 沼气发电技术 1.1 制沼原料及产气量 沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体,主要原料包括人畜禽粪
一、工艺流程 常规电厂 1、电能产生的过程 生物能（植物化石）—热能—蒸汽内能—机械能—电能 2、燃料：煤粉/煤矸石；工作介质：水蒸汽 主要设备：球磨机/破碎机、锅炉、汽轮机、发电机、并网设备、保护设备、控制设备。 3、锅炉：锅炉是由锅和炉两部分组成。 4、锅：指汽包、水冷壁（管子）、联箱/集箱等设备组成； 5、炉：就是炉膛（燃烧的地方） 6、画图简介 7、4、汽轮机:画图简介 瓦斯发电厂 1、电能产生过程：生物能—热能—机械能—电能 2、燃料:瓦斯气/煤层气（CH4）、工作介质：高温空气 主要设备：气柜、预处理设备、燃气内燃机、发电机 辅助设备：余热锅炉、汽轮机、发电机 3、气柜：分干式气柜和湿式气柜，它们区别就是密封介质不同。 干式气柜的密封介质：麻绳和油；湿式气柜的密封介质：水。 4、预处理设备：除尘设备（过滤器）、除湿设备（冷干机）、增压设备（罗茨风机） 5、内燃机 利用图简介 6、余热锅炉：利用燃机燃烧后的尾气，产生过热蒸汽，推动汽轮机旋转，汽轮机再带动发电机转子旋转，定子切割磁力线产生电能。 画预热锅炉简图 7、全厂工艺流程： 二、预处理 设备工作原理及工艺流程 预处理设备组成及作用 设备组成 补液泵、冷却水箱、循环水泵、制冷机组、初级过滤器（50微米）、换热器、罗茨风机、精密过滤器（1微米）、阻火器、瓦斯储气罐。 1、补液泵：为换热机组的冷却循环水进行补水。 2、冷却水箱：冷却循环水进行补水的临时存储容器。 3、循环泵：保持换热机组用冷却循环水不间断的进行循环吸热。 4、冷却机组：冷却换热机组的循环水。 5、过滤器：过滤瓦斯气中的粉尘等杂质。 6、换热机组：冷却瓦斯气。 7、阻火器：防止回火。 8、储气罐：启稳压作用。 压缩机对制冷剂进行加压，制冷剂的温度和压力同时升高，然后经过冷却水或者风扇对高温高压的制冷剂进行冷却，使其液化。液化后的高压制冷剂经过节流阀后，在蒸发器内迅速汽化，汽化过程要吸收大量热量，而将循环水冷却。然后制冷剂再回到压缩机，重复上一循环。
沼气发电方案 一、沼气发电可行性 沼气是一种洁净能源，但同时也是一种有害气体，使用不当容易造成危险。沼气的主要成分甲烷是一种仅次于氟利昂占第二位的重要温室气体，能破坏大气的臭氧层。根据气候变迁跨国委员会研究报告，其温室效应是二氧化碳的21倍。随着我国能源结构的调整、排放法规的日益严格，特别是我国政府对沼气资源利用的重视以及沼气发电带来的经济效益，沼气发电必将有着广阔的发展空间。从目前沼气利用的方式来看，沼气发电具有如下优点： （1）、提高能源品位（电力供应，用途广泛） （2）、提高资源效率（热电联产，效率>80％） （3）、提高沼气产量（余热利用，补充发酵所需热量） （4）、有利电网调节（节约资源，改善企业能源结构） 国家为促进沼气发电近年来不断出台如下政策：: （1）《中华人民共和国可再生能源法》（2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过，2005年2月28日中华人民共和国主席令第33号公布，于2006年1月1日起施行） （2）国家发展和改革委员会文件《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》 （3）国家经贸委资源节约与综合利用司关于落实好综合利用电厂优惠政策的通知（资源[1998]005号） （4）电力部关于对综合利用电厂不收取上网配套费有关问题的通知（1997年12月31日电计[1997]731号） （5）国家发展改革委关于印发《可再生能源发电有关管理规定》的通知（发改能源[2006]13号） （6）关于企业所得税若干优惠政策的通知（财税字(94)001号） 二、项目规模 利用污水厌氧处理产生的沼气建立沼气发电站，所发电力直接连接至附近配电室，实现就地消化，用来补充企业内部生产用电以及废水处理设施用电，同时利用沼气机组尾气余热生产蒸汽或者热水。该项目是沼气生物能开发绿色电力资源，是一个变废为宝、集环境保护、清洁能源、循环节约为一体的资源综合利用技术项目，符合国家产业政策，属于典型的国家积极推广的分布式能源发电。项目的实施，将会带来十分显著的社会效益、经济效益、环保效益。 装机容量:1×300kW 1 m3 CH4的热值约为35.8MJ，沼气发电的燃气热耗率为10.3MJ/kWh,所以1m3CH4可以发电约 3.48kW。根据贵公司目前沼气产量3500方，沼气甲烷含量按