[科普中国]-沼气发电机

沼气发电机是指利用沼气进行发电的发电系统。其主要设备有沼气发电机组、发电机和热回收装置。工作原理是沼气经脱硫器由贮气罐供给燃气发电机组，从而驱动与沼气内燃机相连接的发电机而产生电力。沼气发电机组排出的冷却水和废气中的热量通过热回收装置进行回收后，大泽动力发电机作为沼气发生器的加温热源。

简介我国地域辽阔，沼气资源丰富。在我国，沼气发电技术已趋于成熟。发展分布式沼气机组发电，可有效缓解区域电网调峰的压力，产生的余热还可以提供热水或蒸汽；也可以带动溴化锂机组用来制冷，组成热电冷三联供系统，提高燃料的利用效率。

科学合理地开发利用沼气，不仅能创造可观的经济效益，还能保护生态环境，促进可再生能源的开发利用1。

国内外发展状况国外沼气发电始于20世纪70年代初期。当时，国外为了合理、高效地利用在治理有机废弃污染物中产生的沼气，普遍使用往复式沼气发电机组进行沼气发电。使用的沼气发电机大都是属于火花点火式气体燃料发电机组，并对发电机组产生的排气余热和冷却水余热加以充分利用，可使发电工程的综合热效率高达80%以上。通常每100万吨的家庭或工业废物就足以产生充足的甲烷作为燃料供一台一兆瓦的发电机运转 10～40年。2

国内在我国20世纪70年代沼气发电开始受到国家的重视，成为一个重要的课题被提出来。到80年代中期我国已有上海内燃机研究所、广州能源所、四川省农机院、南充地区农机所、武进柴油机厂、泰安电机厂等十几家科研院所、厂家对此进行了研究和试验。在我国，沼气机、沼气发电机组已形成系列化产品。国内从8千瓦到5000千瓦各级容量的沼气发电机组均已先后鉴定和投产，主要产品有全部使用个沼气的单燃料发电机组及部分使用沼气的双燃料****沼气-柴油发电机组。2

必要性能源和环境问题已成为国际性热点问题，引起人们的广泛关注。开发新能源，替代原油、天然气和煤炭这三种常规能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，已经成为人类发展中的紧迫课题。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。我国利用沼气，特别是沼气发电有十分重要的意义：一、是可用本地资源代替进口能源，减少国家对进口能源的依赖性；二、是使我国燃料利用多样化，减少对一种能源的依赖；三、是一种相对清洁的能源，用沼气代替矿物燃料是减少CO2排放的理想方式(沼气中主要成分是甲烷，它的温室效应是二氧化碳的21倍)；四、是沼气资源分布广泛，到处可以获得，是能源分散供给体系的一种极佳能源。五、在某些方面，沼气发电可以抵消运营成本，同时减少碳排放，降低温室效应。

综上所述：沼气发电是一件利国利民利已的好事。2

系统概述1、沼气脱硫及稳压、防爆装置：供发动机使用的沼气要先经过脱硫装置，以减少硫化氢对发动机的腐蚀。沼气进气管路上安装稳压装置，以便于对流量进行调节，达到最佳的空燃比。另外，为防止进气管回火，应在沼气总管上安置防回火与防爆装置。

2、进气调节系统：在进气总管上，需设置一套精确、灵敏的燃气混合器，以调节空气和沼气的混合比例。

3、发动机点火系统：沼气的燃烧速度慢，对于原来使用汽油、柴油已及天然气的发动机的点火系统要进行一定程度的改造，以提高燃烧效率，减少后燃烧现象，延长运行寿命。

4、调速系统：若沼气发电机组独立运行，即以用电设备为负荷进行运转，用电设备的并入和卸载都会使发电机的负荷产生波动。为了确保发电机组正常运行，沼气发动机上的调速系统必不可少。

5、预热利用系统：采用预热利用装置，对发动机冷却水和排气中的热量进行利用，提高沼气的能源利用效率。

6、并网控制系统：主要包括发电机调压电路，自动准同期并列控制电路，手动并列和解列控制电路，测量电路，燃气发动机及辅助设备控制电路等。 沼气发电系统对电能的最经济使用方式是先满足建设单位自身的用点需求，然后再将多余的电力并入公共电网；产生的热能也是先满足发酵池的所需，然后再考虑住所、农场的取暖或输送至公用供热网。

特点甲烷的辛烷值在105～115之间时，沼气的辛烷值较高。由于抗爆性能好，发电机组可以选用较高的压缩比。柴油机在燃用沼气或双燃料时，可以获得不低于原机的功率。柴油机全部烧柴油时的额定功率为9708W/2000r/min，如果燃用70%的沼气和30%的柴油，同样可以达到这一指标。如全部烧沼气，调整压缩比和燃烧室，可以达到11032W/2000r/min，乃至更高的指标。

甲烷的燃烧点在640～840℃之间，它在密闭条件下与空气的混合比为1/120～1/7时遇火引燃，因此，可以利用它使内燃机工作。沼气的理论燃烧温度为1807.2～1945.5℃，由于沼气中混有二氧化碳气，使其火焰的传播速度低，所以在内燃机内有良好的抗爆作用。2

发电机组在我国，有全部使用沼气的单燃料沼气发电机组及部分使用沼气的双燃料沼气-柴油发电机组。

单燃料工作原理及优点

将“空气沼气”的混合物在气缸内压缩，用火花塞使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力，然后连接发电机发电。

① 不需要辅助燃料油及其供给设备。

② 燃料为一个系统，在控制方面比可烧两种燃料的发电机组简单。

③ 发电机组价格较低。2

双燃料工作原理及优缺点

优点：将“空气燃烧气体”的混合物在气缸内压缩，用点火燃料使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力，然后连接发电机发电。

① 用液体燃料或气体燃料都可工作。

② 对沼气的产量和甲烷浓度的变化能够适应。

③ 如由用气体燃料转为用柴油燃料在停止工作，发电机组内不残留未燃烧的气体。

缺点：工作受到供给的沼气的数量和质量的影响。

① 用气体燃料工作时也需要液体辅助燃料。

② 需要液体燃料供给设备。

③ 控制机构稍复杂。

④ 价格较单燃料式发电机组稍高。2

维护保养润滑系统在处理燃料，润滑剂和冷却液时要尽量保持清洁。

注意：只能使用指定的燃料，润滑剂等（见手册“燃料，润滑剂等”）。否则生产商将不给予保修。2

更换机油危险：机油是热的，小心烫伤。不用空手去触摸排油塞。油会污染环境，谨慎进行处理！当发动机在运行温度时，打开油箱上的排油塞，完全放出用过的机油。使用大小足够的容器，防止油溢出。使用新垫片重新安装排油塞。

注释：每次更换机油时都要更换机油过滤器的零部件。重新填加机油

注意：填加的机油不能超过量油尺的最高刻度线，填加过量对发动机造成损坏。从填加口（箭头所指方向）重新填加新机油。在填加完后，启动发动机，让它低速运转几分钟。

注意：如果运行大约10秒后油压没有增高，立即关掉发动机。检查油压，检查是否有泄漏。然后关掉发动机，大约20分钟后，检查油位。拔出量油尺（箭头所指方向）用干净的不起毛的布进行清洁，重新插入量油尺，再次拔出量油尺油位应该在量油尺的上下刻度之间，尽量把油填满，但不要填加过量。2

更换机油过滤器注意：用过的机油和机油过滤器属于维修废弃物。为了防止环境污染，遵守安全章程。使用链扳手拧下机油过滤器油筒，使用相应大小的容器盛装机油，防止机油溢出。

危险：机油过滤器油筒装满了热的机油。小心烫伤和烧伤。给新的机油过滤器的密封面（箭头所指方向）涂上一层机油。用手旋上机油过滤器油筒，直到两个面接触为止。继续用手转动滤筒大约3/4周，直到拧紧为止。填加机油，让发动机运行一段时间，检查是否有泄漏。如果需要的话，用手拧紧过滤器滤筒。2

有机废水概念有机废水就是以有机污染物为主的废水，有机废水易造成水质富营养化，危害比较大。

在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质进一步恶化。水体中有机物成分非常复杂，耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示，即以生化需氧量(BOD)表示。一般用20℃时，五天生化需氧量(BOD5)表示。2

客户群有机废水沼气发电机组主要客户群：造纸厂、酒精厂、淀粉厂、药厂、生化厂等。

随着柠檬酸、酒精、造纸厂等工业生产中治理“三废”所需的费用越来越高，2012年的“环保风暴”更是使三废治理工作成为企业生死存亡的大事情。

工业生产的“三废”治理主要有三大途径。

一是对“三废”采取合理有效的治理方法。

二是改进合成工艺，将污染消灭在生产工艺过程中。

三是对“三废”合理利用，变废为宝。

要从根本上消灭污染，关键是要对产生污染的每一个环节和步骤进行认真分析和研究，把污染消灭在工艺生产过程中，实现清洁生产。另外，要大力开发废物的综合利用技术，增加企业的经济效益，保证企业的竞争优势。 我们这里讨论的 “三废”主要指其中的有机废水。工业有机废水来源很多，主要来自柠檬酸、制糖、酒精、造纸、养殖、PTA等行业，这些行业处理污水的主流方式是采用生化法进行处理，处理过程中产生大量沼气，根据估算，每生产一吨柠檬酸可产生大约225方沼气，其中**甲烷含量可达60%**左右，这种沼气用于发电是一种非常好的燃料，每方沼气可以发1.7度电，效益非常可观。生产一吨酒精可产生300方沼气，甲烷含量可达70%，热值更高。其它行业类同，产生的沼气量都很可观。

宾士动力自04年起就致力于新能源领域，大力推广应用燃气发电机组。先后和美国瓦克夏以及西班牙高斯科尔、德国曼、韩国大宇、英国珀金斯、GE颜巴赫等国际知名领先品牌合作。先后成功开发大型垃圾填埋场综合治理及沼气发电工程、污泥综合治理及沼气发电工程、养殖场粪污处理及综合利用工程。2

节源环保为发展循环经济，变废为宝，建设大型沼气工程。公司正在研发属于自己品牌的沼气发电机组，沼气池采用推流式厌氧发酵工艺，新建9个地下池，容积为1200立方米。沼气池需达到10至25℃的常温才能产气，公司通过修建地下池、加厚土层保温、利用发电机热水和烟气回收加温、猪舍消毒水分流等手段，在现处冬季最低温度1至3℃的气候条件下，使沼气池的温度达到19℃以上，已安装运行近一个月的60千瓦沼气发电机组，每天可发电6至8个小时，解决了冬季因温度低不产气发不了电的技术难题。到了夏秋两季每天发电机组能发电10至12个小时，年发电量可达19万千瓦/时，节省电费30多万元。公司还配套修建了多级贮存净化池，在山上栽杜仲树，田间种菜、种牧草，通过管道，将厌氧发酵后的沼液作为有机肥施用，既保护了环境，又带来可观的经济效益。2

沼气发电机组的应用前景当前,我国正处在快速工业化进程中，社会经济发展对能源的依赖程度越来越高。在可持续发展战略上，我国已提出走重质量、高增长、高效益、能源消耗最少、环境污染最小的发展道路；在能源利用上，实行节能优先、结构多元、环境友好、市场推动的方针。沼气资源丰富,热值高；沼气发电投资见效快，污染小，其燃烧所产生的污染物通常只有石油的1P40，煤炭的1P800。沼气作为发电机组燃料，能够有效改善我国的能源结构，保护生态环境，缓解能源运输压力，满足社会对清洁能源的需求，具有良好的发展前景1。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学