沼氣發電機

我國地域遼闊，沼氣資源豐富。在我國，沼氣發電技術已趨於成熟。發展分佈式沼氣機組發電，可有效緩解區域電網調峯的壓力，產生的餘熱還可以提供熱水或蒸汽；也可以帶動溴化鋰機組用來製冷，組成熱電冷三聯供系統，提高燃料的利用效率。

科學合理地開發利用沼氣，不僅能創造可觀的經濟效益，還能保護生態環境，促進可再生能源的開發利用 ^[1]  。

能源和環境問題已成為國際性熱點問題，引起人們的廣泛關注。開發新能源，替代原油、天然氣和煤炭這三種常規能源，迅速地逐年降低它們的消耗量，已經成為人類發展中的緊迫課題。沼氣，是各種有機物質，在隔絕空氣（還原條件），並必適宜的温度、濕度下，經過微生物的發酵作用產生的一種可燃燒氣體。我國利用沼氣，特別是沼氣發電有十分重要的意義：一、是可用本地資源代替進口能源，減少國家對進口能源的依賴性；二、是使我國燃料利用多樣化，減少對一種能源的依賴；三、是一種相對清潔的能源，用沼氣代替礦物燃料是減少CO2排放的理想方式(沼氣中主要成分是甲烷，它的温室效應是二氧化碳的21倍)；四、是沼氣資源分佈廣泛，到處可以獲得，是能源分散供給體系的一種極佳能源。五、在某些方面，沼氣發電可以抵消運營成本，同時減少碳排放，降低温室效應。

綜上所述：沼氣發電是一件利國利民利已的好事。

沼氣發電始於20世紀70年代初期。當時，國外為了合理、高效地利用在治理有機廢棄污染物中產生的沼氣，普遍使用往復式沼氣發電機組進行沼氣發電。使用的沼氣發電機大都是屬於火花點火式氣體燃料發電機組，並對發電機組產生的排氣餘熱和冷卻水餘熱加以充分利用，可使發電工程的綜合熱效率高達80%以上。通常每100萬噸的家庭或工業廢物就足以產生充足的甲烷作為燃料供一台一兆瓦的發電機運轉 10～40年。

在我國20世紀70年代沼氣發電開始受到國家的重視，成為一個重要的課題被提出來。到80年代中期我國已有上海內燃機研究所、廣州能源所、四川省農機院、南充地區農機所、武進柴油機廠、泰安電機廠等十幾家科研院所、廠家對此進行了研究和試驗。在我國，沼氣機、沼氣發電機組已形成系列化產品。國內從8千瓦到5000千瓦各級容量的沼氣發電機組均已先後鑑定和投產，主要產品有全部使用個沼氣的單燃料發電機組及部分使用沼氣的雙燃料沼氣-柴油發電機組。

1、沼氣脱硫及穩壓、防爆裝置：供發動機使用的沼氣要先經過脱硫裝置，以減少硫化氫對發動機的腐蝕。沼氣進氣管路上安裝穩壓裝置，以便於對流量進行調節，達到最佳的空燃比。另外，為防止進氣管回火，應在沼氣總管上安置防回火與防爆裝置。

2、進氣調節系統：在進氣總管上，需設置一套精確、靈敏的燃氣混合器，以調節空氣和沼氣的混合比例。

3、發動機點火系統：沼氣的燃燒速度慢，對於原來使用汽油、柴油已及天然氣的發動機的點火系統要進行一定程度的改造，以提高燃燒效率，減少後燃燒現象，延長運行壽命。

4、調速系統：若沼氣發電機組獨立運行，即以用電設備為負荷進行運轉，用電設備的併入和卸載都會使發電機的負荷產生波動。為了確保發電機組正常運行，沼氣發動機上的調速系統必不可少。

5、預熱利用系統：採用預熱利用裝置，對發動機冷卻水和排氣中的熱量進行利用，提高沼氣的能源利用效率。

6、併網控制系統：主要包括髮電機調壓電路，自動準同期並列控制電路，手動並列和解列控制電路，測量電路，燃氣發動機及輔助設備控制電路等。 沼氣發電系統對電能的最經濟使用方式是先滿足建設單位自身的用點需求，然後再將多餘的電力併入公共電網；產生的熱能也是先滿足發酵池的所需，然後再考慮住所、農場的取暖或輸送至公用供熱網。

甲烷的辛烷值在105～115之間時，沼氣的辛烷值較高。由於抗爆性能好，發電機組可以選用較高的壓縮比。柴油機在燃用沼氣或雙燃料時，可以獲得不低於原機的功率。柴油機全部燒柴油時的額定功率為9708W/2000r/min，如果燃用70%的沼氣和30%的柴油，同樣可以達到這一指標。如全部燒沼氣，調整壓縮比和燃燒室，可以達到11032W/2000r/min，乃至更高的指標。

甲烷的燃燒點在640～840℃之間，它在密閉條件下與空氣的混合比為1/120～1/7時遇火引燃，因此，可以利用它使內燃機工作。沼氣的理論燃燒温度為1807.2～1945.5℃，由於沼氣中混有二氧化碳氣，使其火焰的傳播速度低，所以在內燃機內有良好的抗爆作用。

在我國，有全部使用沼氣的單燃料沼氣發電機組及部分使用沼氣的雙燃料沼氣-柴油發電機組。

將“空氣沼氣”的混合物在氣缸內壓縮，用火花塞使其燃燒，通過火塞的往復運動得到動力，然後連接發電機發電。

① 不需要輔助燃料油及其供給設備。

② 燃料為一個系統，在控制方面比可燒兩種燃料的發電機組簡單。

③ 發電機組價格較低。

優點：將“空氣燃燒氣體”的混合物在氣缸內壓縮，用點火燃料使其燃燒，通過火塞的往復運動得到動力，然後連接發電機發電。

① 用液體燃料或氣體燃料都可工作。

② 對沼氣的產量和甲烷濃度的變化能夠適應。

③ 如由用氣體燃料轉為用柴油燃料在停止工作，發電機組內不殘留未燃燒的氣體。

缺點：工作受到供給的沼氣的數量和質量的影響。

① 用氣體燃料工作時也需要液體輔助燃料。

② 需要液體燃料供給設備。

③ 控制機構稍複雜。

④ 價格較單燃料式發電機組稍高。

在處理燃料，潤滑劑和冷卻液時要儘量保持清潔。

注意：只能使用指定的燃料，潤滑劑等（見手冊“燃料，潤滑劑等”）。否則生產商將不給予保修。

危險：機油是熱的，小心燙傷。不用空手去觸摸排油塞。油會污染環境，謹慎進行處理！當發動機在運行温度時，打開油箱上的排油塞，完全放出用過的機油。使用大小足夠的容器，防止油溢出。使用新墊片重新安裝排油塞。

註釋：每次更換機油時都要更換機油過濾器的零部件。重新填加機油

注意：填加的機油不能超過量油尺的最高刻度線，填加過量對發動機造成損壞。從填加口（箭頭所指方向）重新填加新機油。在填加完後，啓動發動機，讓它低速運轉幾分鐘。

注意：如果運行大約10秒後油壓沒有增高，立即關掉髮動機。檢查油壓，檢查是否有泄漏。然後關掉髮動機，大約20分鐘後，檢查油位。拔出量油尺（箭頭所指方向）用乾淨的不起毛的布進行清潔，重新插入量油尺，再次拔出量油尺油位應該在量油尺的上下刻度之間，儘量把油填滿，但不要填加過量。

注意：用過的機油和機油過濾器屬於維修廢棄物。為了防止環境污染，遵守安全章程。使用鏈扳手擰下機油過濾器油筒，使用相應大小的容器盛裝機油，防止機油溢出。

危險：機油過濾器油筒裝滿了熱的機油。小心燙傷和燒傷。給新的機油過濾器的密封面（箭頭所指方向）塗上一層機油。用手旋上機油過濾器油筒，直到兩個面接觸為止。繼續用手轉動濾筒大約3/4周，直到擰緊為止。填加機油，讓發動機運行一段時間，檢查是否有泄漏。如果需要的話，用手擰緊過濾器濾筒。

有機廢水就是以有機污染物為主的廢水，有機廢水易造成水質富營養化，危害比較大。

在生活污水、食品加工和造紙等工業廢水中，含有碳水化合物、蛋白質、油脂、木質素等有機物質。這些物質以懸浮或溶解狀態存在於污水中，可通過微生物的生物化學作用而分解。在其分解過程中需要消耗氧氣，因而被稱為耗氧污染物。這種污染物可造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水生生物的生長。水中溶解氧耗盡後，有機物進行厭氧分解，產生硫化氫、氨和硫醇等難聞氣味，使水質進一步惡化。水體中有機物成分非常複雜，耗氧有機物濃度常用單位體積水中耗氧物質生化分解過程中所消耗的氧量表示，即以生化需氧量(BOD)表示。一般用20℃時，五天生化需氧量(BOD5)表示。

有機廢水沼氣發電機組主要客户羣：造紙廠、酒精廠、澱粉廠、藥廠、生化廠等。

隨着檸檬酸、酒精、造紙廠等工業生產中治理“三廢”所需的費用越來越高，2012年的“環保風暴”更是使三廢治理工作成為企業生死存亡的大事情。

工業生產的“三廢”治理主要有三大途徑。

一是對“三廢”採取合理有效的治理方法。

二是改進合成工藝，將污染消滅在生產工藝過程中。

三是對“三廢”合理利用，變廢為寶。

要從根本上消滅污染，關鍵是要對產生污染的每一個環節和步驟進行認真分析和研究，把污染消滅在工藝生產過程中，實現清潔生產。另外，要大力開發廢物的綜合利用技術，增加企業的經濟效益，保證企業的競爭優勢。 我們這裏討論的 “三廢”主要指其中的有機廢水。工業有機廢水來源很多，主要來自檸檬酸、製糖、酒精、造紙、養殖、PTA等行業，這些行業處理污水的主流方式是採用生化法進行處理，處理過程中產生大量沼氣，根據估算，每生產一噸檸檬酸可產生大約225方沼氣，其中甲烷含量可達60%左右，這種沼氣用於發電是一種非常好的燃料，每方沼氣可以發1.7度電，效益非常可觀。生產一噸酒精可產生300方沼氣，甲烷含量可達70%，熱值更高。其它行業類同，產生的沼氣量都很可觀。

當前,我國正處在快速工業化進程中，社會經濟發展對能源的依賴程度越來越高。在可持續發展戰略上，我國已提出走重質量、高增長、高效益、能源消耗最少、環境污染最小的發展道路；在能源利用上，實行節能優先、結構多元、環境友好、市場推動的方針。沼氣資源豐富,熱值高；沼氣發電投資見效快，污染小，其燃燒所產生的污染物通常只有石油的1P40，煤炭的1P800。沼氣作為發電機組燃料，能夠有效改善我國的能源結構，保護生態環境，緩解能源運輸壓力，滿足社會對清潔能源的需求，具有良好的發展前景 ^[1]  。