北京沼气发电余热利用工程的设计与运行

一种用于解决中小城镇和农村日用能源的工程技术

庞德茂

提要   沼气和沼气发电工程是一种用于解决中小城镇和农村日用能源的工程，在我国广大农村和中小城镇是值得大力推广的。沼气发电示范工程及余热利用 技术 是充分利用农畜废弃物，提高农村卫生水平，解决广大农村日用能源，建设农村小康社会的一项实用工程。发电和余热利用技术更提高了沼气发电工程有效性，一体化解决了农村对热水、燃料、电能需求。本技术集环保和节能于一体的资源综合利用的优秀实用技术。对于中小城镇也有消除污染提高其卫生环境，发展绿色能源的功用。它可以解决广大农村对日用能源的需要，适宜中小城镇和广大农村小康卫生生活的要求。

主题词  环保   沼气工程   沼气发电  绿色能源  可再生能源  余热利用技术

1．  1北京大兴的留民营生态农场的沼气利用已经涉及居民生活的各个层面，自2002年开始留民营生态农场的有关专家在大兴科委的支持下着手进行了沼气发电项目的研究工作。

1．  2北京大兴的留民营生态农场的沼气相关参数和基础数据如下：

沼气发酵罐容积产气率  3m3/m3d

沼气甲烷含量     60%

沼气净化  达到沼气发电机组要求

COD去除率     80%

1．3沼气发电在我国的应用已有20多年的历史，过去发电机组主要是柴油和沼气混烧的双燃料发电机组，后来的单燃沼气发电机组也是由柴油机改装。由于沼气中二氧化碳含量高（40%左右），火焰传播速度慢，导致沼气发电效率低下，一般只有25%左右，即每m3沼气只能发电1.4~1.5kW.h左右。进口沼气发电机组其沼气发电效率可达60%以上，即每m3沼气可发电2~3kW.h左右。然而，进口沼气发电机组价格昂贵，一般为国产机组的5～１0倍，所以国产沼气发电机组的技术进步是我国沼气发电发展的必由之路。

2003年1~6月课题组派专业技术人员，几次到山东某气体发动机有限公司 ，与该公司技术人员一起对单燃沼气发电机组进行了研究，

1．4根据沼气发电机组运行时对沼气的质量要求，对沼气脱水、脱硫等净化系统进行了更新和改造。使沼气质量基本达到了进行沼气发电的要求。

内燃机对燃气（沼气）质量的要求如下：

     CH4含量            >55%

      最高温度(℃)          40(104°F)

最高相对湿度            80%

      冷凝水                   0

     最大粉尘粒度             3μm      

     粉尘最大量              50 mg/10kWh    

最大H2S含量            200mg/kWh

残油最高含量       5mg/10kWh

沼气中H2S的含量小于200ppm或300mg/Nm3是比较理想的。

该数值大于对居民燃气的要求。

1．4．1北京泰亚达新技术研究所在庞德茂总工的主持下进行了沼气发电机组的相关技术的研究：在柴油机的基础上，对沼气-空气混和器的混合比例和混合效率进行了定量研究。在柴油机加装高能点火火花塞可行性进行初步研究。为了提高沼气的燃烧速度，提高柴油机效率，对原柴油机的活塞燃烧室的形状进行了可比性研究。对排温余热利用的经济性进行了细致 的试验。我们取得了数据和结论。

1．4．2由于某种限制，具体到留民营生态农场的沼气发电示范，我们采取了购买现有的沼气发电机组并要求根据我们的实际情况予以改动的方式进行了调研，初步确定采用的发电机组进行了示范项目的研究。于2004年11月安装完毕。

1．4．3    AQ-11 发电机组有关参数如下：规格  75GFT

额定功率  75KW

耗气率    0.6m3/KWH

2．1  燃气内燃机通常机械效率达40%，热效率达50%，总效率达90%。通常在O2为5%的情况下，燃烧后的排放NOx≤500mg/Nm3，完全可以满足环保的要求。因此，燃气内燃机对沼气的利用是一种非常理想的途径。同时我们把近600℃的排气余热用换热器回收起来用于冬天的沼气原料的加温，所产热水也可用来取暖和洗澡，节约煤炭。设计、制造、安装了发电机组尾气余热利用系统。最后将发电机所发电力输送到了沼气站各用电点。这一期间经常进行试发电。

我们设计发电机组的余热回收系统（见图一）

图一

3．1经过一年的试运行，取得了相关数据。我们选取一部分最近的数据如下：

3．2 从以上数据可以看出，我们设计的余热回收系统和发电机组运行正常，取得了初步成功。

4．1几点结论：该系统到目前为止安全运行了2年，一切正常。现在我们为沼气发电示范研究课题做一个全面的结论还为时过早，但是我们可以做一小结。该课题示范研究的目的已经达到：在不影响居民用气的情况下，发电机组运行可靠，余热利用系统正常。国家十五规划指出：研究的关键技术包括：沼气发电每千瓦时沼气消耗量由0.6－0.7 m3/kWh下降到0.5左右。内燃机改装技术；发电机余热用于沼气池加温的技术；留民营生态农场在电能的利用和余热的利用上还有工作要做。留民营生态农场在沼气利用领域毕竟远远的走在了全国广大农村的前列，沼气发电在农村是领先的。(2006-10-12)

参考文献

1  《内燃机原理 》西安交大    中国工业出版社  1961

2   《非标准设备设计辑粹》 庞德茂主编   2003

3   李自文   张造时  《化工换热器设计》（3） 化工出版社     1999  

4  《沼气和沼气发电工程手册》   庞德茂 著  2005

5    林修皆  高雨新   《烟气换热器原理》   化工出版社  1983

简历    

      庞德茂   男  高级工程师    /泰亚达科技公司任职  泰亚达新技术研究所  所长  总工程师

       多年从事动力机械设计，对非标设计尤为擅长。在能源领域如汽轮机、移动天然气发电站、沼气工程和沼气发电卓有成果。曾获原机电部重大工业设备二等奖。主编的《非标准设备设计辑粹》已经脱稿，里面汇集了在世界非标领域搜集到的经典设计1000余例，并逐一分类点评。堪为初涉非标领域的广大从业人员参考使用，也有笔者从业二十余年经验结晶。 主编《沼气和沼气发电工程手册》可为沼气发电从业人员参考。主持了北京大兴某生态农场的沼气发电和余热回收技术的技术工作。

在多家科技杂志发表过论文，如《北京汽轮机大电机》、《中小电机》、《华东公路》《农村电气化》等。

联系方式  庞德茂   100040                010-68651914   13683215664    E- PANGDM@SOHU.COM

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