沼氣發(fā)電技術

1、沼氣發(fā)電技術中國科技大學 朱艷華總述一. 沼氣的產生二. 沼氣的發(fā)電機原理及沼氣發(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)電相關政策 第一章 沼氣的產生 第一節(jié)什么是沼氣，換句話說沼氣的成分有哪些沼氣是甲烷、二氧化碳和氮氣等的混合氣體，具有較高的熱值，可用做燒飯、點燈，也可以驅動內燃機和發(fā)電機。1立方米沼氣約相當于12千克煤或07千克汽油，可供3噸卡車行駛28千米，相當于60瓦100瓦燈光的沼氣燈照明6小時。沼氣燃燒后的產物是二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農作物和人體健康。沼氣發(fā)電機組沼氣發(fā)電機組 第一章 沼氣的產生 第二節(jié) 沼氣是由生物能源轉換而來。植物在

2、生長過程中，吸收太陽能貯藏在體內。植物死亡后，在微生物的作用下，有機質發(fā)酵分解，產生蘊藏著大量能量的沼氣。當沼氣燃燒時，這種能量就轉變?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，利用甲烷細菌使有機物發(fā)酵而分解。 沼氣發(fā)電機 第一章 沼氣的產生 第三節(jié)20世紀初期，就已作為城市下水的處理方法而得到發(fā)展應用。沼氣的利用對處理糞便、垃圾有積極作用，可變廢為寶，因此它是一項有價值的環(huán)保技術。開發(fā)沼氣資源也是解決農村燃料問題的重要途徑之一。 產生沼氣的原料為有機物，如人畜糞便、雜草、秸稈、樹葉、垃圾等。含有機物在2以上的工農業(yè)生產廢渣和廢水，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)電機組，垃圾填埋場沼氣發(fā)電機組，垃圾填埋場第二章 沼氣的發(fā)電機原理及沼氣發(fā)電 第一節(jié)沼氣發(fā)電機的原理 其工作原理就是通過垂直植入垃圾堆體里若干根抽氣井，不間斷將沼氣抽出，經過收集管網送至發(fā)電機機組，再經過冷卻脫硫脫水、過濾凈化等處理后，產生的純沼氣在發(fā)電機組里燃燒后發(fā)電，再并入電網。沼氣發(fā)電的原理：根據化學原理把可用物質，進行化學反應。產生一種化學物質叫二氧化氫，把這種有效氣體點燃，就可以利用火力來發(fā)電，完成這項任務。 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？ 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。它利用工業(yè)農業(yè)和城鎮(zhèn)生活中的大量有機廢棄物，經驗氧發(fā)酵處理產生的沼氣，驅動沼氣發(fā)電機組發(fā)電，并可充分利用發(fā)電機組的余熱用于沼氣生產，是綜合熱效率大80%左右，大大高于一般30-40%的發(fā)電效率，用戶的經濟效益顯著。沼氣發(fā)電的簡單過程 第二章 沼氣發(fā)電 第三節(jié) 沼氣發(fā)電對沼氣有什么要求？ 沼氣中雜質含量如 Si 、 HS 等應控制在一定的范圍內，沼氣的溫度為 1060 ，壓力為 05kpa ，具體見沼氣的氣質要求，一般禽畜糞厭氧處理的沼氣都能滿足發(fā)電的氣質要求，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？ 一度電運行

5、成本（大修費用，財務費用，設備折舊）多少？一臺設備一年運行多長時間？ 500KW 發(fā)電機組，每月上網電量多少？一臺設備運行多長時間大修？大修一次需多少時間？ 費用多少？ 一方氣發(fā) 1.7KW.hr 左右（沼氣中甲烷濃度按照 50% 計算）。每千瓦時（含大修費，財務費用，折舊費用）運行費用為 0.04 0.05 元。設備一年運行時間 7200hr 以上。 500KW 發(fā)電機組每月發(fā)電量 25 萬千瓦時以上。一臺設備運行三年大修一次，一次費用 7 萬元左右。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 能源是國民經濟發(fā)展和社會活動的基礎，隨著全面建設小康社會步伐的加快

6、，中國對能源生產和消費也提出了更高的要求?？稍偕茉词侵袊鴮崿F(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，技術與產業(yè)化水平是關鍵。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第二節(jié) 國內外沼氣發(fā)電技術現(xiàn)狀 沼氣技術即厭氧消化技術，主要用于處理畜禽糞便和高濃度工業(yè)有機廢水。我國經過幾十年的研發(fā)應用，在全國興建了大中型沼氣工程2000多座；戶用農村沼氣池1060萬戶，數量位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技術的積累，還是建造、運行管理等方面的經驗，整體水平已進入國際先進行列。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第三節(jié) 我國沼氣發(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)電技術的研究及沼氣發(fā)電設備的開發(fā)。在這一領域中，逐漸建立起一支科研能力強、水平高的骨干隊伍，并建立了相應的科研、生產基地，積累了較多的成功經驗，為沼氣發(fā)電技術的應用研究及沼氣發(fā)電的設備質量再上臺階奠定了基礎。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第四節(jié) 沼氣發(fā)電部國外現(xiàn)狀 沼氣發(fā)電在發(fā)達國家已受到廣泛重視和積極推廣，如美國的能源農場、德國的可再生能源促進法的頒布、日本的陽光工程、荷蘭的綠色能源等。生物質能發(fā)電并網在西歐如德國、丹麥、奧地利、芬蘭、法國、瑞典等一些國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、站在韓國建成投產 據韓國媒體報道，韓國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，2008 年 12 月 12 日正式投入運營。 這座沼氣發(fā)電站利用的是韓國首都首爾地區(qū)產生的垃圾。業(yè)內人士指出，將垃圾作為可 再生能源的資源化政策能取得替代能源進口的效益，減少溫室氣體，進而對防止地球變暖發(fā) 揮作用。 第三章 沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀 第六節(jié) 美國用填充地的垃圾沼氣發(fā)電 美國政府的環(huán)境保護署說，在美國，大約有四百處設有甲烷發(fā)電廠，其中一個設在賓夕法尼亞州的蘭卡斯特郡，名稱是“佛雷農場填充地”。這個地方由當地政府管理，環(huán)保署認為這個填充地是一個模范，因為它把甲烷輸送到一個民營發(fā)電廠，為

9、大約四千個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劍麻的國家之一，因此坦桑尼亞麻渣發(fā)電的潛力不小。 據坦桑尼亞劍麻委員會的統(tǒng)計數字，坦桑尼亞現(xiàn)年產劍麻2.7萬噸。按照劍麻生產僅能利用2%原材料的比例，坦桑尼亞現(xiàn)有麻渣約132萬噸，可以轉化成為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 生物質能是來源于太陽能的一種可再生能源，具有資源豐富、含碳量低的特點，加之在其生長過程中吸收大氣中的C02，因而用新技術開發(fā)利用生物質能不僅有助于減輕溫室效應和生態(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)境問題的重要途徑。 第四章 沼氣發(fā)電的前景 第二節(jié) 隨著對環(huán)境的日益重視，人們開始利用各種方式來減少工農業(yè)生產對環(huán)境的破壞。近十幾年來，在各級政府有關部門和企業(yè)的幫助協(xié)調下，用于處理畜禽糞便及各種生產、生活污水的大中型沼氣工程紛紛上馬，至1998年底，我國已建成大中型沼氣工程742處，年產沼氣量為16393.94萬立方米；垃圾填埋法產生沼氣是處理城市垃圾的主要方式之一，具有簡單易行和費用較低的特點，同時還可回收能源，正受到世界各國的普遍歡迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋場，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、術進展狀況 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)的一項沼氣利用技術，它將沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產生電能和熱能，是有效利用沼氣的一種重要方式。目前用于沼氣發(fā)電的設備主要有內燃機和汽輪機。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)境問題的工程，它的運行不僅解決沼氣工程中的一些主要環(huán)境問題，而且由于其產生大量電能和熱能，又為沼氣的綜合利用找到了廣泛的應用前景： 1)有助于減少溫室氣體的排放通過沼氣發(fā)電工程可以減少CH4的排放，每減少1屯CH4的排放，相當于減少25噸C02的排放，對緩和溫室效應有利。 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：四川榮縣進行了120 kW沼氣發(fā)電的生產和示范。用酒糟廢水經厭氧消化產生沼氣，發(fā)電效率為1.69 kWhm3，當年成本為0.0465元kWh。沼電能夠基本滿足該廠的生產用電：山東昌樂酒廠安裝2臺120 kW的沼氣發(fā)電機組，170m3酒糟日產沼氣4800m3，發(fā)電8640kwh，全年能源節(jié)約開支29萬元，工程運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年代是我國沼氣發(fā)電研究的起始階段，也是較為活躍的時期。但近十年的發(fā)展比較 緩慢。 主要存在以下障礙：1技術障礙 我國

13、沼氣發(fā)動機的開發(fā)研究主要集中在內燃機系列上，一般只是對柴油機和汽油機進行較淺層次的改裝，對發(fā)動機的熱工性能研究不深，由于產品質量不過關，在運行使用中出現(xiàn)諸多問題，給用戶帶來不便，從而影響其發(fā)展進程。第四章 沼氣發(fā)電的前景 第五節(jié) 導致這種情況的根本原因是沒有對沼氣發(fā)動機進行深入的研究，技術不過關，缺乏足夠的生產實踐。致使發(fā)動機在運行中產生熱負荷高、可靠性差、起動困難；另外我國研制的全燒沼氣發(fā)動機的排氣溫度過高，氣閥易燒壞，使氣缸蓋等成為易損件等諸多技術問題。 2市場障礙 由于我國沼氣發(fā)動機存在許多問題，先前應用國產發(fā)電機組的沼氣發(fā)電工程有許多長 期處于停機狀態(tài)。第四章 沼氣發(fā)電的前景 第五節(jié)

14、這就使后來發(fā)展的絕大多數沼氣工程放棄了沼氣發(fā)電方式，轉而尋求其他的利用途徑。少數沼氣發(fā)電工程(如天津、杭州等)依靠貸款引進購買較為成熟的國外發(fā)電機組設備來維持運行。我國生產廠家則由于技術不夠成熟而造成買方市場的嚴重匱乏，沼氣發(fā)動機和發(fā)電機組無法形成規(guī)模化批量生產，使科研生產單位缺乏相關的研究經費，沒有對其作深入研究開發(fā)的積極性，不能提供質量過關的產品，進一步阻礙產品的市場化進程，對生產科研單位自身以及沼氣發(fā)電領域的發(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 缺乏相應的激勵政策和限制性政策，不能有效地動員和吸收投資，成為影響其技術發(fā)展的一個重要原因。 由于目前沼氣發(fā)電工程在技術和市

15、場化方面面臨許多問題，這就需要國家在這個領域給予政策方面的扶持。如果國家給予在稅收、貸款方面的優(yōu)惠政策、投資補貼和產業(yè)保護措施，以及電力部門在沼氣電力并網方面給予支持和幫助，制定優(yōu)惠的上網電價，將大大改善沼氣發(fā)電的經濟性和市場前景，對其進入市場具有很積極的作用。 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比二氧化碳還要大得多，而且甲烷比空氣輕，易擴散。擴散后難集中處理。 健康危害侵入途徑：吸入。健康危害：甲烷對人基本無毒，但濃度過高時，使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當空氣中甲烷達25%-30%時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟失調。若不及時遠離，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。允許氣體安全地擴散到大氣中或當作燃料使用。有單純性窒息作用，在高濃度時因缺氧窒息而引起中毒。空氣中達到2530%出現(xiàn)頭昏、呼吸加速、運動失調。 急性毒性：小鼠吸入42%濃度60分鐘