沼氣發(fā)電技術(shù)

1、沼氣發(fā)電技術(shù)中國(guó)科技大學(xué) 朱艷華總述一. 沼氣的產(chǎn)生二. 沼氣的發(fā)電機(jī)原理及沼氣發(fā)電三. 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀四. 沼氣發(fā)電的前景五. 沼氣發(fā)電的危害六. 沼氣發(fā)電相關(guān)政策 第一章 沼氣的產(chǎn)生 第一節(jié)什么是沼氣，換句話(huà)說(shuō)沼氣的成分有哪些沼氣是甲烷、二氧化碳和氮?dú)獾鹊幕旌蠚怏w，具有較高的熱值，可用做燒飯、點(diǎn)燈，也可以驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)。1立方米沼氣約相當(dāng)于12千克煤或07千克汽油，可供3噸卡車(chē)行駛28千米，相當(dāng)于60瓦100瓦燈光的沼氣燈照明6小時(shí)。沼氣燃燒后的產(chǎn)物是二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人體健康。沼氣發(fā)電機(jī)組沼氣發(fā)電機(jī)組 第一章 沼氣的產(chǎn)生 第二節(jié) 沼氣是由生物能源轉(zhuǎn)換而來(lái)。植物在

2、生長(zhǎng)過(guò)程中，吸收太陽(yáng)能貯藏在體內(nèi)。植物死亡后，在微生物的作用下，有機(jī)質(zhì)發(fā)酵分解，產(chǎn)生蘊(yùn)藏著大量能量的沼氣。當(dāng)沼氣燃燒時(shí)，這種能量就轉(zhuǎn)變?yōu)楣夂蜔岫焕谩?人工制取沼氣的方法叫做厭氧消化，這是在隔絕空氣的條件下，利用甲烷細(xì)菌使有機(jī)物發(fā)酵而分解。 沼氣發(fā)電機(jī) 第一章 沼氣的產(chǎn)生 第三節(jié)20世紀(jì)初期，就已作為城市下水的處理方法而得到發(fā)展應(yīng)用。沼氣的利用對(duì)處理糞便、垃圾有積極作用，可變廢為寶，因此它是一項(xiàng)有價(jià)值的環(huán)保技術(shù)。開(kāi)發(fā)沼氣資源也是解決農(nóng)村燃料問(wèn)題的重要途徑之一。 產(chǎn)生沼氣的原料為有機(jī)物，如人畜糞便、雜草、秸稈、樹(shù)葉、垃圾等。含有機(jī)物在2以上的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢渣和廢水，如釀造廢渣、食品加工廢渣以及污

3、水處理廠的剩余污泥和沉淀污泥等，也都可以做原料。沼氣發(fā)電機(jī)組，垃圾填埋場(chǎng)沼氣發(fā)電機(jī)組，垃圾填埋場(chǎng)第二章 沼氣的發(fā)電機(jī)原理及沼氣發(fā)電 第一節(jié)沼氣發(fā)電機(jī)的原理 其工作原理就是通過(guò)垂直植入垃圾堆體里若干根抽氣井，不間斷將沼氣抽出，經(jīng)過(guò)收集管網(wǎng)送至發(fā)電機(jī)機(jī)組，再經(jīng)過(guò)冷卻脫硫脫水、過(guò)濾凈化等處理后，產(chǎn)生的純沼氣在發(fā)電機(jī)組里燃燒后發(fā)電，再并入電網(wǎng)。沼氣發(fā)電的原理：根據(jù)化學(xué)原理把可用物質(zhì)，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。產(chǎn)生一種化學(xué)物質(zhì)叫二氧化氫，把這種有效氣體點(diǎn)燃，就可以利用火力來(lái)發(fā)電，完成這項(xiàng)任務(wù)。 大型沼氣發(fā)電站大型沼氣發(fā)電站 第二章 沼氣發(fā)電 第二節(jié) 為什么要沼氣發(fā)電，有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 沼氣發(fā)電是集環(huán)保與節(jié)能于一體的能源

4、綜合利用新技術(shù)。它利用工業(yè)農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)生活中的大量有機(jī)廢棄物，經(jīng)驗(yàn)氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣，驅(qū)動(dòng)沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并可充分利用發(fā)電機(jī)組的余熱用于沼氣生產(chǎn)，是綜合熱效率大80%左右，大大高于一般30-40%的發(fā)電效率，用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)效益顯著。沼氣發(fā)電的簡(jiǎn)單過(guò)程 第二章 沼氣發(fā)電 第三節(jié) 沼氣發(fā)電對(duì)沼氣有什么要求？ 沼氣中雜質(zhì)含量如 Si 、 HS 等應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，沼氣的溫度為 1060 ，壓力為 05kpa ，具體見(jiàn)沼氣的氣質(zhì)要求，一般禽畜糞厭氧處理的沼氣都能滿(mǎn)足發(fā)電的氣質(zhì)要求，污水處理沼氣需要脫硫等處理，垃圾填埋沼氣需要脫水等處理。 第二章 沼氣發(fā)電 第四節(jié) 沼氣發(fā)電一方氣發(fā)多少電？ 一度電運(yùn)行

5、成本（大修費(fèi)用，財(cái)務(wù)費(fèi)用，設(shè)備折舊）多少？一臺(tái)設(shè)備一年運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間？ 500KW 發(fā)電機(jī)組，每月上網(wǎng)電量多少？一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間大修？大修一次需多少時(shí)間？ 費(fèi)用多少？ 一方氣發(fā) 1.7KW.hr 左右（沼氣中甲烷濃度按照 50% 計(jì)算）。每千瓦時(shí)（含大修費(fèi)，財(cái)務(wù)費(fèi)用，折舊費(fèi)用）運(yùn)行費(fèi)用為 0.04 0.05 元。設(shè)備一年運(yùn)行時(shí)間 7200hr 以上。 500KW 發(fā)電機(jī)組每月發(fā)電量 25 萬(wàn)千瓦時(shí)以上。一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行三年大修一次，一次費(fèi)用 7 萬(wàn)元左右。大修大約需 15 25 天。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第一節(jié) 沼氣發(fā)電總述 能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)活動(dòng)的基礎(chǔ)，隨著全面建設(shè)小康社會(huì)步伐的加快

6、，中國(guó)對(duì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)也提出了更高的要求。可再生能源是中國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要能源，沼氣發(fā)電是可再生能源的主要利用方式，合理有效利用這一新型能源，技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化水平是關(guān)鍵。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外沼氣發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 沼氣技術(shù)即厭氧消化技術(shù)，主要用于處理畜禽糞便和高濃度工業(yè)有機(jī)廢水。我國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的研發(fā)應(yīng)用，在全國(guó)興建了大中型沼氣工程2000多座；戶(hù)用農(nóng)村沼氣池1060萬(wàn)戶(hù)，數(shù)量位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技術(shù)的積累，還是建造、運(yùn)行管理等方面的經(jīng)驗(yàn)，整體水平已進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第三節(jié) 我國(guó)沼氣發(fā)電研發(fā)工作有20多年的歷史，特別是“九五”、“十五”期間有一

7、批科研單位、院校和企業(yè)先后從事了沼氣發(fā)電技術(shù)的研究及沼氣發(fā)電設(shè)備的開(kāi)發(fā)。在這一領(lǐng)域中，逐漸建立起一支科研能力強(qiáng)、水平高的骨干隊(duì)伍，并建立了相應(yīng)的科研、生產(chǎn)基地，積累了較多的成功經(jīng)驗(yàn)，為沼氣發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究及沼氣發(fā)電的設(shè)備質(zhì)量再上臺(tái)階奠定了基礎(chǔ)。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第四節(jié) 沼氣發(fā)電部國(guó)外現(xiàn)狀 沼氣發(fā)電在發(fā)達(dá)國(guó)家已受到廣泛重視和積極推廣，如美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)、德國(guó)的可再生能源促進(jìn)法的頒布、日本的陽(yáng)光工程、荷蘭的綠色能源等。生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)在西歐如德國(guó)、丹麥、奧地利、芬蘭、法國(guó)、瑞典等一些國(guó)家的能源總量中所占的比例為10左右，并一直在持續(xù)增加。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第五節(jié) 世界上最大沼氣發(fā)電

8、站在韓國(guó)建成投產(chǎn) 據(jù)韓國(guó)媒體報(bào)道，韓國(guó)日前建成世界最大規(guī)模的利用垃圾沼氣的發(fā)電站，發(fā)電規(guī)模為50 兆瓦級(jí)，2008 年 12 月 12 日正式投入運(yùn)營(yíng)。 這座沼氣發(fā)電站利用的是韓國(guó)首都首爾地區(qū)產(chǎn)生的垃圾。業(yè)內(nèi)人士指出，將垃圾作為可 再生能源的資源化政策能取得替代能源進(jìn)口的效益，減少溫室氣體，進(jìn)而對(duì)防止地球變暖發(fā) 揮作用。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第六節(jié) 美國(guó)用填充地的垃圾沼氣發(fā)電 美國(guó)政府的環(huán)境保護(hù)署說(shuō)，在美國(guó)，大約有四百處設(shè)有甲烷發(fā)電廠，其中一個(gè)設(shè)在賓夕法尼亞州的蘭卡斯特郡，名稱(chēng)是“佛雷農(nóng)場(chǎng)填充地”。這個(gè)地方由當(dāng)?shù)卣芾?，環(huán)保署認(rèn)為這個(gè)填充地是一個(gè)模范，因?yàn)樗鸭淄檩斔偷揭粋€(gè)民營(yíng)發(fā)電廠，為

9、大約四千個(gè)家庭提供足夠的電力。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第七節(jié) 坦桑尼亞麻渣沼氣發(fā)電潛力巨大 由于坦桑尼亞是世界主要生產(chǎn)劍麻的國(guó)家之一，因此坦桑尼亞麻渣發(fā)電的潛力不小。 據(jù)坦桑尼亞劍麻委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，坦桑尼亞現(xiàn)年產(chǎn)劍麻2.7萬(wàn)噸。按照劍麻生產(chǎn)僅能利用2%原材料的比例，坦桑尼亞現(xiàn)有麻渣約132萬(wàn)噸，可以轉(zhuǎn)化成為500兆瓦的發(fā)電能力(坦桑尼亞現(xiàn)有發(fā)電能力為580兆瓦)。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第一節(jié) 總述 生物質(zhì)能是來(lái)源于太陽(yáng)能的一種可再生能源，具有資源豐富、含碳量低的特點(diǎn)，加之在其生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大氣中的C02，因而用新技術(shù)開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能不僅有助于減輕溫室效應(yīng)和生態(tài)良性循環(huán)，而且可替代部分石

10、油、煤炭等化石燃料，成為解決能源與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第二節(jié) 隨著對(duì)環(huán)境的日益重視，人們開(kāi)始利用各種方式來(lái)減少工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的破壞。近十幾年來(lái)，在各級(jí)政府有關(guān)部門(mén)和企業(yè)的幫助協(xié)調(diào)下，用于處理畜禽糞便及各種生產(chǎn)、生活污水的大中型沼氣工程紛紛上馬，至1998年底，我國(guó)已建成大中型沼氣工程742處，年產(chǎn)沼氣量為16393.94萬(wàn)立方米；垃圾填埋法產(chǎn)生沼氣是處理城市垃圾的主要方式之一，具有簡(jiǎn)單易行和費(fèi)用較低的特點(diǎn)，同時(shí)還可回收能源，正受到世界各國(guó)的普遍歡迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋場(chǎng)，每年可回收沼氣51.42億立方米。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第三節(jié) 沼氣發(fā)電技

11、術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r 沼氣燃燒發(fā)電是隨著沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù)，它將沼氣用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能，是有效利用沼氣的一種重要方式。目前用于沼氣發(fā)電的設(shè)備主要有內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)。第四章 沼氣發(fā)電的前景 第四節(jié) 沼氣發(fā)電前景廣闊 沼氣發(fā)電工程本身是提供清潔能源，解決環(huán)境問(wèn)題的工程，它的運(yùn)行不僅解決沼氣工程中的一些主要環(huán)境問(wèn)題，而且由于其產(chǎn)生大量電能和熱能，又為沼氣的綜合利用找到了廣泛的應(yīng)用前景： 1)有助于減少溫室氣體的排放通過(guò)沼氣發(fā)電工程可以減少CH4的排放，每減少1屯CH4的排放，相當(dāng)于減少25噸C02的排放，對(duì)緩和溫室效應(yīng)有利。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第

12、四節(jié) 2)有利于變廢為寶，提高沼氣工程的綜合效益我們以沼電在酒廠中的的綜合效益為例：四川榮縣進(jìn)行了120 kW沼氣發(fā)電的生產(chǎn)和示范。用酒糟廢水經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生沼氣，發(fā)電效率為1.69 kWhm3，當(dāng)年成本為0.0465元kWh。沼電能夠基本滿(mǎn)足該廠的生產(chǎn)用電：山東昌樂(lè)酒廠安裝2臺(tái)120 kW的沼氣發(fā)電機(jī)組，170m3酒糟日產(chǎn)沼氣4800m3，發(fā)電8640kwh，全年能源節(jié)約開(kāi)支29萬(wàn)元，工程運(yùn)行一年即收回全部成本。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第五節(jié) 沼氣發(fā)電商業(yè)化發(fā)展的主要障礙 80年代是我國(guó)沼氣發(fā)電研究的起始階段，也是較為活躍的時(shí)期。但近十年的發(fā)展比較 緩慢。 主要存在以下障礙：1技術(shù)障礙 我國(guó)

13、沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)研究主要集中在內(nèi)燃機(jī)系列上，一般只是對(duì)柴油機(jī)和汽油機(jī)進(jìn)行較淺層次的改裝，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱工性能研究不深，由于產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，在運(yùn)行使用中出現(xiàn)諸多問(wèn)題，給用戶(hù)帶來(lái)不便，從而影響其發(fā)展進(jìn)程。第四章 沼氣發(fā)電的前景 第五節(jié) 導(dǎo)致這種情況的根本原因是沒(méi)有對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入的研究，技術(shù)不過(guò)關(guān)，缺乏足夠的生產(chǎn)實(shí)踐。致使發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生熱負(fù)荷高、可靠性差、起動(dòng)困難；另外我國(guó)研制的全燒沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度過(guò)高，氣閥易燒壞，使氣缸蓋等成為易損件等諸多技術(shù)問(wèn)題。 2市場(chǎng)障礙 由于我國(guó)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)存在許多問(wèn)題，先前應(yīng)用國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組的沼氣發(fā)電工程有許多長(zhǎng) 期處于停機(jī)狀態(tài)。第四章 沼氣發(fā)電的前景 第五節(jié)

14、這就使后來(lái)發(fā)展的絕大多數(shù)沼氣工程放棄了沼氣發(fā)電方式，轉(zhuǎn)而尋求其他的利用途徑。少數(shù)沼氣發(fā)電工程(如天津、杭州等)依靠貸款引進(jìn)購(gòu)買(mǎi)較為成熟的國(guó)外發(fā)電機(jī)組設(shè)備來(lái)維持運(yùn)行。我國(guó)生產(chǎn)廠家則由于技術(shù)不夠成熟而造成買(mǎi)方市場(chǎng)的嚴(yán)重匱乏，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組無(wú)法形成規(guī)?；可a(chǎn)，使科研生產(chǎn)單位缺乏相關(guān)的研究經(jīng)費(fèi)，沒(méi)有對(duì)其作深入研究開(kāi)發(fā)的積極性，不能提供質(zhì)量過(guò)關(guān)的產(chǎn)品，進(jìn)一步阻礙產(chǎn)品的市場(chǎng)化進(jìn)程，對(duì)生產(chǎn)科研單位自身以及沼氣發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展都不利。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第五節(jié) 3政策障礙 缺乏相應(yīng)的激勵(lì)政策和限制性政策，不能有效地動(dòng)員和吸收投資，成為影響其技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要原因。 由于目前沼氣發(fā)電工程在技術(shù)和市

15、場(chǎng)化方面面臨許多問(wèn)題，這就需要國(guó)家在這個(gè)領(lǐng)域給予政策方面的扶持。如果國(guó)家給予在稅收、貸款方面的優(yōu)惠政策、投資補(bǔ)貼和產(chǎn)業(yè)保護(hù)措施，以及電力部門(mén)在沼氣電力并網(wǎng)方面給予支持和幫助，制定優(yōu)惠的上網(wǎng)電價(jià)，將大大改善沼氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)前景，對(duì)其進(jìn)入市場(chǎng)具有很積極的作用。 第五章 沼氣發(fā)電的危害 第一節(jié) 沼氣中含有一定量的硫化氫，是一種劇毒氣體。而且沼氣比較易燃，在與空氣混合后易爆炸。沼氣的主要成分甲烷造成的溫室效應(yīng)比二氧化碳還要大得多，而且甲烷比空氣輕，易擴(kuò)散。擴(kuò)散后難集中處理。 健康危害侵入途徑：吸入。健康危害：甲烷對(duì)人基本無(wú)毒，但濃度過(guò)高時(shí)，使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25%-30%時(shí)，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟(jì)失調(diào)。若不及時(shí)遠(yuǎn)離，可致窒息死亡。皮膚接觸液化的甲烷，可致凍傷。 第五章 沼氣發(fā)電的危害 第一節(jié) 毒性：屬微毒類(lèi)。允許氣體安全地?cái)U(kuò)散到大氣中或當(dāng)作燃料使用。有單純性窒息作用，在高濃度時(shí)因缺氧窒息而引起中毒?？諝庵羞_(dá)到2530%出現(xiàn)頭昏、呼吸加速、運(yùn)動(dòng)失調(diào)。 急性毒性：小鼠吸入42%濃度60分鐘