沼气发电综合利用分析

作者:数字石油
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发布时间:2014-07-10 16:58:43
来源:数字石油

 2004516日至28日,中国工程院“发展燃气机充分利用我国燃气能源的研究”咨询考察团,先后对胜动集团所属燃气电站、济南、安徽祁东、上海、湖北武汉、贵州六盘水、陕西西安、北京高碑店等燃气电站进行了考察,院士们对燃气发电给予了高度评价。

认为:燃气发电节能、环保、安全、利国利民,前景十分广阔;目前排空可燃气体的利用率极低,绝大多数都排空浪费,非常可惜,并且污染环境、不利安全生产。把燃气发电的事情办好,就是创新,就是对企业、国家和社会的最大贡献。咨询考察报告和院士建议书已报国务院。

200511日,周士宁、张铁岗院士在会见温家宝总理时特别介绍了我公司燃气机产品开发和燃气发电情况、做法,以及在废气综合利用方面所做的开创性工作和取得的成效。国家认可燃气发电,鼓励并推广燃气发电创造应有的社会和经济效益。燃气发电将进入一个更广阔的新阶段。

2005122日,根据国家发改委安排,在北京召开了“可燃气体回收节约潜力与回收利用技术推广研讨会”。会议的主题是:贯彻落实国家中长期节能规划,加快沼气、焦炉煤气、煤矿瓦斯等各种排空气体的回收,实现节能环保双重目标,国家发改委等有关部委领导、中国工程院等研究机构的有关院士、专家参加会议。我们集团作了燃气发电机市场应用现状及发展前景的主题报告。会议一致认为,燃气发电是排空可燃气体资源综合利用的最有效的途径,燃气发电大有可为。同时建议国家应尽快对可再生资源的综合利用进行立法,在政策和法律上鼓励并支持燃气发电。

集团公司的主导产品燃气机,自2003年下半年以来一直处于供不应求的可喜局面,燃气发电的市场领域和规模持续扩大。到目前,这种局面继续保持强劲的上扬势头。截至去年底,已签订燃气机供货合同5亿元。

根据市场需要,急需要迅速扩大生产规模,公司已在东营市经济开发区内征地2000亩,规划建设胜动工业园区。投资4亿元建设年产1000台(50kW)、产值10亿元的燃气发电机组制造新厂区。

第二部分  沼气发电应用的相关技术

沼气的热值约为2025MJ/m31m3沼气的热值相当于0.8kg标准煤。沼气发电是能源综合利用的有效途径之一,同时燃气发电机组所产生的余热可以带动余热锅炉为工业或生活提供热水或蒸汽,也可以带动溴化锂机组用来制冷,组成热电冷三联供系统,使得能源利用率达到80%,为缓解国内区域性能源紧张将发挥着重要的补充作用。

一、 沼气发电技术应用主要形式

l  第一种是利用锅炉+蒸汽轮机发电

l  第二种是燃气轮机+蒸汽轮机发电

l  第三种是利用燃气内燃机发电

燃气内燃机发电优势:

1.  单位千瓦建站投资少,2500-3500/kW;投资回报率高:45%-80%;运行成本低:0.1-0.12/kW·h

2.  燃气内燃机机组配套设备简单,电站可移动性强。

3.  机组单机功率范围:4kW2000kW,可以单台工作,也可多台并网,建站灵活。

4.  电站自耗电少,不超过发电量的2%。

5.  燃气内燃机采用热电冷联供,机组热效率可达80%。

6.  对沼气气源条件要求较低。

二、 胜动集团沼气发电机组的技术特点

胜动集团于2000年开始研制以沼气为燃料的内燃机发电设备。目前,该设备已经推向市场,并已形成105190240280四大系列10多种机型产品。沼气发电机组较天然气、瓦斯发电机组研制滞后,因此利用了企业多项成熟、可靠的技术,使产品保持一定的技术先进性和可靠性。

(一)应用于沼气发电机组的先进技术

1.发明专利-电控燃气混合器技术

电控技术是采用电子控制技术,通过闭环自动调节混合气空燃比,电控混合技术显著提高了机组对燃气浓度、压力及成份变化的适应能力。

2.沼气发电机组预混合增压技术

预混合增压技术是将燃气(沼气)与空气按一定比例混合后进入增压器进行增压冷却,使发动机能发出更大的功率。该技术的突出优势时,燃气压力要求较低,可以直接满足用户的气源要求,在23kPa就能工作,不需额外再上压缩机。

3.实用新型专利-新概念预燃室技术

采用新概念预燃技术可以放大点火能量,实现多点点火,提高混合气燃烧速度。沼气在气缸内充分燃烧,提高了热效率。此预燃技术与传统预燃技术有质的区别,属于低容积预燃室,废气排出更加容易,发动机的热负荷也得到有效降低。功率也相应的提高了10%,使发动机的性价比更具有优势。这种预燃室应用于沼气发电机组后使机组热负荷显著降低。

4.数字点火技术—国内领先技术

数字式点火技术是由电控单元根据不同类型的燃气机,或燃气机的不同工况,从软件上调整点火能量和点火时间。此点火系统尤其适合多缸机型,可分别调整每个缸的点火能量和点火时间,使每个气缸都能在最佳状态工作,发挥机器的最佳性能。

5.全电子控制,自动化程度高

发电机组配有TEM系统,对发电机组所有运行参数实行计算机监控,安装了基于GPRS的远程控制系统,可实现远程监控。

6.沼气发电机组具有高可靠性

沼气发电机组采用的机械基础件,与我国目前铁路机车动力和石油钻井柴油机相同,均是经过了几十年长期考验的成熟机型。发电机组沼气控制部分采用美国进口的零部件和我公司专利技术产品,采用美国WOODWARD电子调速器和西门子技术生产的发电机。

总之,集团公司产品具有领先的技术,能为用户提供性能优良、质量可靠、使用方便的沼气发电机组。

(二)沼气发电机组技术特点

1.发电效率高

热效率在3240%左右,可采用热、电、冷联供,效率可达80%以上。

2.对沼气气源条件要求低

我公司产品已成功解决高含氢(含量60%以下)焦炉煤气发电应用、低热值(900kcal以上)高炉煤气发电应用,低压力(300mmH2O)与成份变化的瓦斯发电应用等系列技术难点,经上百个电站运行证明技术可行。沼气气源无论压力还是成份都与瓦斯气气源相近,但比瓦斯气更稳定,完全可以满足沼气发电应用需要。

3.使用功率范围宽

可以单台机组运行或多台机组并机、并网运行,建站灵活。

4.技术先进,性能稳定

沼气机组采用多项专利技术和专有技术,该技术都是成型技术。

5.结构紧凑,重量轻,体积小,安装运输方便。

6.机组操作方便,启动停车迅速,维护简单。

7.建站周期短(2000kW的电站只需40天就可建成发电),见效快。

8.安全可靠

机组具有发动机保护和电力保护等多种保护措施。

9.配套灵活

按照冷却方式分类主要有两种结构型式:

一是开式机组。机组特点:环境适应能力强,可以通过改变外循环水量调节环境对机组的影响。该方式比较适合于多机群运行。

二是闭式机组。机组特点:电站的可移动性强,安装辅助设施相对少。该方式比较适合于单机运行或水资源紧张的机群运行。

三、余热利用-热电冷联供

利用燃气内燃机机组发电,燃料能量的33%左右转化为电能,其他约有32%随尾气排出,25%被发动机冷却水带走,通过机身散发等其它约占10%左右。在西方发达国家,热电冷三联供的应用十分普及,发电机组的余热80%以上被有效利用。

发电

排烟

高温水

低温水

其它

合计

33

32

19

6

10

100

热电冷三联供中央空调系统原理:

在热电冷三联供系统中,余热利用综合热效率达80%左右。

除发电部分外,其余能量的利用效率预计情况如下:

当发电效率33%左右时,排烟余热的能量为燃料的32%左右,冷却水占25%左右,其它10%左右。

按排烟利用效率70%,冷却水利用95%时计算

机组总效率:33%+32%×0.7+25%×0.979.15%

四、我公司两种主要沼气发电机组介绍

(一)500GF1-RZ型沼气发电机组经济技术指标

机组由Z12V190ZL沼气发动机与西门子技术生产的发电机配套组成,发动机采用增压中冷、电子调速(美国WOODWARD公司的电子调速器)、ECU控制系统。该机组应用我公司具有自主知识产权的电控混合技术、先混合后增压技术、新概念预燃室技术和数字点火技术。

机组技术参数:

机组型号:          500GF1-RZ

沼气发动机型号:    Z12V190ZL

额定功率:          500kW

额定转速:          1000r/min

额定电压:          400V

额定频率:          50Hz

额定功率因数:      0.8(滞后)

沼气热耗率:        11MJ/kW·h

机油消耗率:        1.5g/kW·h

外形尺寸(l×b×h):5040×1970×2690mm

机组总质量:        12000kg

冷却方式:         强制水冷

润滑方式:         压力和飞溅润滑

起动方式:         24V直流电起动

(二)1200GF1-RZ沼气发电机组经济技术指标

机组由Z12V240ZL沼气发动机与应用西门子技术生产的发电机配套组成,该机组应用我公司具有自主知识产权的电控混合技术、先混合后增压技术、新概念预燃室技术和数字点火技术。机组配有TEM系统,具有计算机即时显示、控制、打印和记忆机组运行参数功能,并且安装了基于GPRS的远程控制系统,可实现远距离无线实时监控,在办公室就可以随时了解机组运行情况。

机组技术参数:

机组型号:         1200GF1-RZ

沼气发动机型号:    Z12V240ZL

额定功率:          1200kW

额定转速:          1000r/min

额定电压:          400V

额定频率:          50Hz

额定功率因数:      0.8(滞后)

沼气热耗率:        10.5MJ/kW·h

机油消耗率:        2.0g/kW·h

外形尺寸(l×b×h):6300×2200×3280mm

机组总质量:        25000kg

冷却方式:          强制水冷

润滑方式:          压力和飞溅润滑

第三部分 综合效益分析

一、沼气发电的效益

沼气发电具有创效、节能、安全和环保等综合效益。沼气发电是一项利国利民的工作,它在一定程度上改善能源结构,缓解区域性电力短缺,提高企业生产效益。

沼气经过燃烧发电以后,不但降低了直接排放给环境带来的污染,而且也消除了直接排放带来的安全隐患。

5500GF-RZ机组为例,经济效益分析:

(一)投资:约767.5万元

(二)年运行费用:约139.35万元

(三)经济效益分析:

年发电量:450kW×24h×320×5=1728kW·h

年效益:电费按0.36/kW·h计算

每年可节约资金1728kW·h×0.36/kW·h=622万元

投资回收期:767.5万元÷(622-139.35)万元=1.6

余热效益:如做热电联供,用发动机排气余热制蒸汽,需要增加投资40万元,可得蒸汽2万吨,每吨蒸汽按50元计,蒸汽收入:100万元。

二、可利用的沼气资源

1.城市污水处理产生的沼气

当污水处理厂采用污泥消化技术时,污泥消化产生的沼气可以用来发电,一立方米的污泥(含水率约96%)可产生10立方米左右的沼气,可发15kW·h以上的电量,余热还可以用来加热污泥,总的能量利用率达到70%以上,可补充城市污水处理厂2040%的电耗和节省相当大的一部分煤耗,有很好的效益,对降低城市污水处理的运行成本将起到较重要的作用。

全国城市污水处理情况:

年度变化

1991

1996

2000

2010

污水排放总量(亿吨/年)

299

353

402

514

污水平均增长率(%)

 

3.3

3.3

2.5

污水处理率(%)

2.5

5.6

20

40

污水厂投资(亿元)

 

 

355

490

污水厂数量(座)

35

134

187

数百座

2.垃圾填埋气-沼气

城市生活垃圾来自于千家万户,一吨垃圾全部发酵后,经研究表明它所产生的填埋沼气量约为100m3200m3,而每立方米沼气能够发电1.5kW·h,这就是说,每一吨生活垃圾实际上可以给我们提供150kW·h200kW·h的电能。中国城市每年产生上亿吨的生活垃圾,如果将其发酵产生的沼气都转换成电能,可发电150200亿kW·h,如做冷热电联产,效益更大。

3.酒厂与柠檬酸厂沼气

全国年产酒精约400万吨,每生产一吨酒精可产生沼气300m3,可发电450kW·h,产生0.3MP蒸汽0.5吨。发电总量:18亿kW·h,蒸汽:200万吨。

全国年产柠檬酸70万吨,每生产一吨柠檬酸产沼气200m3,可发电300kW·h,产生0.3MP蒸汽0.35吨。发电总量为:2.1亿kW·h,蒸汽:24.5吨。

4.其它可利用的沼气资源(农村沼气)。

第四部分  利用沼气发电开展情况

1、我公司沼气发电机组销售业绩

沼气发电是我们集团去年新开发的一个市场,机组投放市场后,综合效益十分显著,市场迅速打开。目前公司沼气发电机组已销往北京、上海、江苏、山东、辽宁等全国十多个省市近50,建设电站10余座。利用胜动集团公司的沼气机组发电,各种沼气资源都能得到有效开发利用,沼气发电市场逐渐扩大。

2、销售服务体系

我公司设有50人的销售服务队伍,负责与用户的沟通联系与售后服务。公司已在山西晋城、新疆克拉玛依、宁夏石嘴山、陕西西安市、辽河、大庆、四川川中建有8个办事处,并在全国建立了12个销售代理商,全面负责我公司沼气发电机在各地区的售后服务工作。我公司还计划在各地再建立510个沼气发电办事处,更好地为全国各地的用户提供快捷周到的服务,进一步促进燃气发电产业化建设的快速发展。

3.沼气发电的主要合作方式

我们愿意与用户开展广泛的合作,为用户提供高收益、低风险的投资模式。几年来,我们与许多企业建立了良好的合作关系,取得了多方面的合作成功经验。在利用各领域的沼气发电方面,采取四种主要营销合作方式:

1.  用户购买——用户投资购买燃气机组建立电站,自行负责运行维护,我公司提供最佳售后服务。

2.  双方合资——我公司投资燃气发电机组,用户负责配套设施及建站,收益按投资比例分成。

3.  劳务合作——用户投资建立电站,我公司负责运行维护,收取劳务费用。

4.  独资运作——我公司出资建立电站,用户用电支付电费。

胜动集团欢迎各方朋友就合作发电产业化建设提出宝贵意见,我们将认真听取各方面的意见和建议。进一步创新合作发展模式,提高沼气发电技术水平。

胜动集团愿与各界朋友携手合作,真诚地为广大用户提供一流的产品和优质的服务,愿为合作各方的共同发展做出更大贡献。

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