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沼气发电工艺路线

2013-1-22 10:57:46   来源:中国沼气网   作者:沼气网   【 】 浏览:  评论:0

沼气池一招气一脱水脱硫一气水分离一过滤一压缩一气水分离一冷却一发电机组一配电室一用户一循环冷却

随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广。根据当地使用要求和气温、地质等条件,家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池,曲流布料水压式池,顶返水水压式池、分离浮罩式池,半塑式池、全塑式池和罐式池。

形式虽然多种多样,但是归总起来大体由水压式沼气池,浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池四种基本类型变化形成的。我国农村一般以建筑圆柱形水压式沼气池最合算。圆柱形水压式沼气池的工作原理是气压水、水压气。发酵池以液面为界,上部为贮气间,下部为发酵间。

这种池型的池体上部气室完全封闭,随着沼气的不断产生。沼气压力相应提高,这个不断增高的气压,迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内,使得水压间内的液面升高。这样一来,水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差,这个水位差就ⅡH做“水压”也就是U形管沼气压力表显示的数值)。

用气时,沼气开关打开,沼气在水压下排出;当沼气减少时,水压间的料液又返回池体内,使得水位差不断下降,导致沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动,引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型,就称为水压式沼气池。水压式沼气池具有构造简单,施工方便,造价低廉,我国农村使用比较适合。

进行沼气发酵的微生物需要适宜的生存条件,而且这种条件要求比较稳定才能使其的沼气发酵正常进行。沼气发酵的条件就是在工艺上满足微生物的生存条件,使它们在合适的环境中生长、发育、繁殖、代谢。在发酵条件比较稳定的情况下,微生物生命活动越旺盛,产生的沼气就越多,产气时间就越长-相反,环境条件满足不了微生物生命活动的需要,沼气发酵就会停止,如原料干物质浓度过高时,产酸量增大,产气就会受阻,甚至不产气。

因此,人们在制取沼气时,必须控制好沼气发酵条件,给沼气微生物创造一个良好的生活环境。也就是说,控制好沼气发酵工艺条件是维持正常发酵产气的关键。根据沼气发动机的工作特点,在组建沼气发动机发电机组系统时,要着重考虑以下几个方面。

(1)沼气脱硫及稳压、防爆装置:沼气中含有少量的H2S,该气体对发动机有强烈的腐蚀作用,因此供发动机使用的沼气要先经过脱硫装置。沼气作为燃气,其流量调节是基于压力差,为了使调节准确,应确保进入发动机时的压力稳定,故需要在沼气进气管路上安装稳压装置。另外,为了防止进气管回火引起沼气管路发生爆炸,应在沼气供应管路上安置防回火与防爆装置。

(2)进气系统:在进气总管上,需加装一套沼气一空气混合器,以调节空燃比和混合气进气量,混合器应调节精确、灵敏。

(3)发动机:沼气的燃烧速度很慢,若发动机内的燃烧过程组织不利,会影响发动机运行寿命,所以对沼气发动机有较高的要求。

(4)调速系统:沼气发动机的运行场合是和发电机一起以用电设备为负荷进行运转,用电设备的装载、卸载会使沼气发动机负荷产生波动,为了确保发电机正常发电,沼气发动机上的调速系统必不可少。鉴于农村秸秆沼气发电广阔的发展前景,国内数家有实力的研究院所和大型企业进行了强强合作,针对市场需求开发出不同规格的沼气发电机组系列产品。

 

 

粪便产生的沼气除含有大量的甲烷和二氧化碳外,还含有其他如硫化氢、杂质、水分、氮氧化合物、硅氧烷等组分。

就本项目而言,由于沼气量过大,所以采用8个3200m3储气罐来进行收集,并保持恒定的压力。粪便厌氧发酵产生的沼气中硫化氢含量大,会对后端的设备产生腐蚀作用,因此进行了脱硫的处理。

未经处理的沼气不符合发动机气体品质的要求。沼气直接进入发动机,可能会引起功率波动、机组敲缸、停机甚至爆炸。以山西某瓦斯发电厂的情况为例,该厂的气体只是做了简单的处理,水分、含尘量、压力、温度等均不符合机组要求。结果由于积水导致了凝结水在管道的大量聚集,机组的可用率和发电功率大幅度下降;含尘量过高导致压力损耗过大,且机组内部缸体损耗严重;压力、温度等不符合机组要求,机组频繁跳机,可用率大幅下降且增加了维护检修成本。而经过改造后的气体预处理,机组的发电量增加了70%。所以,气体品质处理的效果如何,直接影响到最终的机组工作效率,从而影响收益。所以此项目选用国内最好的预处理设备进行气体的除湿、除杂、稳压、恒温等等工作。预处理系统是气体收集系统与发动机之间的输送桥梁,所以,要求预处理系统除考虑满足机组的技术要求之外,还要考虑前端气体的收集情况。由于沼气属于易燃易爆的气体,安全应该作为设计的第一原则。同时兼顾系统的可靠性、经济性。对发动机影响最大的就是气体的热值和压力波动,为了保证系统的长期、稳定运行,所以预处理系统的主要功能如下:

1)   自动增压和超压保护功能,稳定系统气体的出口压力、温度和流量;

2)   降低气体的露点温度,减少水蒸气含量;

3)   降低粉尘等固体杂质的含量;

4)   保持系统出口温度,符合后端发电机组要求;

5)   在线监测、报警功能,保证系统安全可靠的长期运行;

6)   全自动运行,具备自身数据采集、显示和远程通讯的功能。

7)   CDM仪表。

本项目采用世界知名品牌的机组,特点是运行时间长、效率高。经过前端的气体处理,本项目的发电机组效率为40%,是一个比较良好的运行状态。产生的缸套水和高温烟气都进行了回收再利用,节省了能源和成本。

由于本项目为CDM项目,为了保障场区安全、减少碳减排、保护生态环境,本项目采用了专业的封闭式火炬对多余的气体进行处理。在机组检修期间或者产气量过大时,多余的气体通过火炬进行燃烧。一是保障的场区的安全,二是减少了对大气和周围环境的污染,三是获得了CERs。在处理的同时又获得了效益。封闭式火炬为内燃式不见明火装置,通过对烟气温度、甲烷、氧量、流量等数据的监控控制燃烧。对于减少排放来说,简单焚烧虽然浪费了热能,但是因为甲烷的温室效应远高过二氧化碳(21:1),所以,对于无法进行其他利用的气体进行焚烧处理也是一种有效的降低排放的手段。
 


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