沼氣電站工藝設計的研究

第31卷(2009)第5期柴油機Diesel Enginevol.31(200)N.5相關(guān)技術(shù)沼氣電站工藝設計的研究王安忠,李樹(shù)生!,張超平2(1.濟南柴油機股份有限公司,山東濟南250306;2.中石化集團公司中原油田裝備處,河南濮陽(yáng)457001)摘要:就沼氣電站的工藝設計系統所涉及的特殊要求,從沼氣電站設備選型及容量、沼氣系統、通風(fēng)系統、潤滑油系統、冷卻系統、排煙系統和杋組起動(dòng)及設備布置等方面進(jìn)行了探討研究,可為沼氣電站工程的工藝設計提供參考;也可為建造其他燃氣電站工程提供設計計算模式。關(guān)鍵詞:沼氣;電站;工藝設計中圖分類(lèi)號:TK6文獻標識碼:A文章編號:1001-4357(2009)05-0028-04Study on the Technological Design of Biogas Power PlantWang Anzhong, Li Shusheng, Zhang Chao(1. Jinan Diesel Engine Co., Lad, ShandongJinan 2503062. Equipment Dept. of Zhongyuan Oil Field of Sinopec Group Henan puyang 457001)Abstract: With respect to the special requirements for technological design of biogas power plant, exploratoryresearch are carried out on respects of equipment type selection, power, biogas system, ventilation systemluboil system, cooling system, exhaust emission system, genset start system and equipmenIt offersreferences for the technological design of biogas power plant, and provides calculation mode for other gas-firedKeywords: biogas; power plant; technological design前言多年的歷史。但是基于沼氣電站的工藝設計、電氣設計、安全要求、操作規程等系統的研究,以沼氣,從生物能的角度看,是取之不盡,用及國家標準、行業(yè)標準制定研究至今仍處于起步之不竭的能源。內燃機沼氣發(fā)電是沼氣利用的一階段。最近幾年農業(yè)部沼氣研究所和濟南柴油機個(gè)重要方式。食品加工廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)或規?；煞萦邢薰竞献?開(kāi)始涉足這一領(lǐng)域的研究。畜禽養殖場(chǎng)即是用電大戶(hù),又是污染大戶(hù),這些并于2008年完成了農業(yè)部標準《沼氣電站工程規?；恼託夤こ潭加袟l件建設大中型沼氣發(fā)電規范》。本文就沼氣電站的工藝設計系統所涉及站。不僅能緩和生產(chǎn)用電緊張的矛盾,而且可從的特殊要求進(jìn)行探討,以期為沼氣電站工藝設計根本上解決對環(huán)境的污染。隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)提供參考。展,未來(lái)10年的沼氣生產(chǎn)潛力將遠遠大于當前水平,在國家相關(guān)的激勵政策的引導下,這些潛2沼氣發(fā)電站的工藝設計力將會(huì )被逐漸釋放出來(lái),作為發(fā)電動(dòng)力燃料的沼發(fā)由站與天處氣由站類(lèi)似,除了與普通氣會(huì )越來(lái)越多,從動(dòng)力源的角度給沼氣發(fā)電提供內燃中國煤化工水系統、加熱系了較大的發(fā)展空間統CNMH寺殊的是沼氣系統中國內燃沼氣發(fā)電機組技術(shù)的研發(fā)已有二十和通風(fēng)系統。收稿日期:20090504009年9月王安忠等:沼氣電站工藝設計的研究2.1沼氣電站設備選型及容量體警報器外,機房地溝內還應設有鼓風(fēng)機,從機組2.1.1沼氣發(fā)電機組的選型兩側強制送風(fēng),與機房頂部的抽風(fēng)機組成通風(fēng)回根據沼氣工程的情況,可供選擇的燃用沼氣的路,一旦死角附近可燃氣體濃度達到危險程度,警動(dòng)力裝置有兩種,即內燃機和汽輪機。從安全可靠報器便自動(dòng)聲、光報警,同時(shí)啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置,打開(kāi)性、操作與維修簡(jiǎn)便性、投資成本、運行經(jīng)濟性以地溝風(fēng)機和房頂抽風(fēng)機強制通風(fēng),必要時(shí)切斷沼氣及投資回收期等方面綜合考慮,沼氣電站工程應以總閥,使機組停車(chē),以防止機房?jì)瓤扇細怏w的聚采用內燃機電站最佳。集,徹底消除火災隱患。2.1.2機組選擇由于機組運行以后發(fā)熱,使部分排煙從沼氣機當沼氣發(fā)電機組的實(shí)際工作條件比產(chǎn)品技術(shù)條機體和排氣管的縫隙泄漏出來(lái),加之由于操作的原件規定惡劣時(shí),其輸出功率應按GBT6072.1規因而外泄的機油等與灼熱的機體接觸而揮發(fā),使得定換算出試驗條件下的發(fā)動(dòng)機功率后再折算成電功機房?jì)鹊挠泻怏w不斷增加。為保證工作人員的身率。此電功率不應超過(guò)發(fā)電機的額定功率?？傃b機體健康和正常的操作,機房也應設置強力通風(fēng)設備。容量大于(或等于)200kW,且發(fā)電不允許間斷的排風(fēng)量推薦按14-20m3/kWh設計。電站,應設置備用機組,備用機組的數量宜按用三因此沼氣電站機房的通風(fēng)降溫設計除應考慮排備除機房?jì)鹊挠酂岷陀泻怏w、泄漏的沼氣外,還應2.1.3電站裝機容量按滿(mǎn)足沼氣發(fā)動(dòng)機所需的燃燒空氣量設計。沼氣發(fā)電站裝機容量應根據沼氣產(chǎn)量及其低熱值按公電機組應帶有空氣濾清器,多風(fēng)沙地區的電站,還式(1)計算確定應有進(jìn)氣防塵措施。P=k(ⅦHg)(1)2.3.2開(kāi)式機組機房(箱)通風(fēng)要求式中:P為電站總裝機容量,kW;k為裝機余量與開(kāi)式機組機房(箱)通風(fēng)設施安裝形式見(jiàn)圖1。發(fā)電機效率的綜合比例系數,根據電站需求一般k=1.08~1.20;V為每小時(shí)最大沼氣產(chǎn)量換算為標準狀況下的體積,m3/h;Hn為沼氣的低熱值,kJ/Nm3;g為發(fā)電機組熱耗率,kJ/kWh。2.2沼氣系統沼氣是含飽和水蒸汽的混合氣體,除含有氣體燃料CH4、惰性氣體CO2外,還含有H2S和懸浮的顆粒狀雜質(zhì)。H2S不僅有毒,而且腐蝕性很強,所以新生成的沼氣不宜直接用作發(fā)動(dòng)機燃料,必須經(jīng)過(guò)脫硫過(guò)濾水分和雜質(zhì)后方可使用。對渦輪增壓發(fā)動(dòng)機,要通風(fēng)量計算:求沼氣的進(jìn)氣壓力為003~0.14MPa,考慮到管路的(1)機房所需的進(jìn)氣量按照公式(2)計算流阻損失,進(jìn)氣壓力應大于0.18MPa(2因此,沼氣系統必須包括儲氣塔、脫硫塔、加式中:G為機房所需的進(jìn)氣量,kg/h;G1為沼氣壓泵、穩壓罐、過(guò)濾器和氣體計量?jì)x表等。發(fā)動(dòng)機燃燒時(shí)所需空氣量(按產(chǎn)品技術(shù)文件要求確調節用氣的儲氣裝置容量可按下列參數確定:定),kgh;G2為排除所有設備輻射熱所需空氣1)沼氣發(fā)電機組連續運行時(shí),儲氣裝置的容量,kgh;G,為排除發(fā)電機發(fā)熱量所需空氣量,量按照運行機組總額定功率大于2h的用氣量設計;kg/h,按制造商技術(shù)文件確定。2)沼氣發(fā)電機組間斷性運行時(shí),儲氣裝置容(2)沼氣發(fā)動(dòng)機燃燒時(shí),所需空氣量G1按照量應按照大于間斷發(fā)電時(shí)間的產(chǎn)氣總量設計。公式(3)計算:2.3通風(fēng)系統GI=g P, A,Ap2.3.1基本要求式中國煤化工W;g.為沼氣發(fā)動(dòng)沼氣中的主要成份CH4是易燃、易爆氣體,空氣機CNMHG氣系數,參考值為中CH的最低/最高爆炸極限為空氣體積的25%/1.0-1.;A為埋倫空繁比,婿科完全燃燒時(shí)所需154%(在20℃時(shí),含量為167-102.6g/m3)。為防空氣量與燃氣量的體積比;p為空氣密度,kgm3止意外,在主機房頂四周的死角處,除設有可燃氣(3)排除所有設備輻射熱所需空氣量G2按照柴油機第31卷第5期公式(4)計算:式中:k1=0.03~0.05。(4)(6)發(fā)電機輻射散熱量Q2按照公式(7)計算:Q2=3600P(1-m)式中:Q為機房設備輻射總散熱量,Jh;a為式中:P為發(fā)電機功率,kW;m為發(fā)電機效率。溫差(發(fā)電機房?jì)韧鉁囟炔?,℃;C為質(zhì)量熱(7)設備附件散發(fā)熱量Q3按公式(8)計算(經(jīng)(空氣比熱),kJ/kg℃;驗數據)(4)機房設備輻射總發(fā)熱量Q按式(5)計算:Q3=0.01Q2(8)Q=Q1+Q2+Q323.3閉式機組機房(箱)進(jìn)氣要求式中:Q1為沼氣發(fā)動(dòng)機輻射散熱量,kJ/h,一般為沼氣發(fā)動(dòng)機總發(fā)熱量的3%~5%;Q2為發(fā)電機如果風(fēng)扇和散熱器安裝在機房(箱)內,其進(jìn)氣輻射散熱量,kJ/h;Q3為設備附件散熱量,kJ/h量為開(kāi)式機組機房(箱)的進(jìn)氣量再加風(fēng)扇和散熱器(5)沼氣發(fā)動(dòng)機輻射散熱量Q1按式(6)計算:所需的空氣量,或按照產(chǎn)品技術(shù)文件要求設計。Q=K1g. P, Hu(6)閉式機組機房(箱)進(jìn)氣設施安裝形式見(jiàn)圖2。風(fēng)扇排鳳L是r3沼氣進(jìn)口2821-消聲器2-機組捧風(fēng)罩3發(fā)電機組4-集污槽5-機組地基6-蓄電池組7-充電機8-觀(guān)察窗凵9地溝10控制屏11-電磁閥12-燃氣閥圖2機房布置參考圖24潤滑油系統QL=Qu +24q TPx 102.4.1使用專(zhuān)用潤滑油式中:Q1為潤滑油計算儲量,t;Qu為電站運行機沼氣作發(fā)動(dòng)機燃料,除了引起發(fā)動(dòng)機動(dòng)力下降組每次更換潤滑油量,t,按照機組使用說(shuō)明書(shū)規定之外,由于沼氣中含有硫化合物(硫化氫),還會(huì )值確定;q為潤滑油消耗量,g/kWh;T為儲存時(shí)導致發(fā)動(dòng)機零部件,特別是曲軸、活寨和氣缸壁早間,d;P為電站最大計算負荷(總裝機容量),kW。期磨損和腐蝕,致使發(fā)動(dòng)機壽命縮短,部分發(fā)動(dòng)機大中型電站應設置一座高位潤滑油箱,其容量發(fā)生腐蝕現象。應按照運行機組更換一次潤滑油所需的總油量確沼氣發(fā)動(dòng)機工作時(shí)其燃燒室的溫度要比燃油高定。潤滑油儲存量小于3t時(shí),宜采用散桶儲存00℃以上,這種高溫勢必導致發(fā)動(dòng)機運動(dòng)部件如大于3t時(shí),宜采用儲罐儲存。電站潤滑油宜按閥門(mén)、搖桿等所承受的壓力急劇增大;同時(shí)會(huì )使潤30天的消耗量?jì)浠推芬籽趸拖趸?增加氮氧化物的生成,繼在潤滑系統中必須安裝過(guò)濾裝置,過(guò)濾裝置的而生成油泥、積炭等物質(zhì),這就要求潤滑油應具備流通面積應保證潤滑油的流量比油泵的流量大8%更高的抗氧化性與清凈分散性。為解決上述問(wèn)題,-10%。過(guò)濾裝置應有備用。電站宜配置潤滑油檢必須研制和使用專(zhuān)門(mén)的沼氣發(fā)動(dòng)機潤滑油。因此,驗儀器。發(fā)電機房?jì)葷櫥蛢τ驮O備應有事故泄油建議沼氣硫含量≤200mg/m3時(shí),推薦使用濟柴牌池中國煤化工距不應小于15m;KCN7805;硫含量≤460mg/m3時(shí),推薦使用濟柴泄CNMHG油設備的容量之和牌KCN7810確定。2.4.2電站潤滑油日消耗量計算2.5冷卻系統電站潤滑油日消耗量按照公式(9)計算:電站的冷卻系統,宜采用循環(huán)冷卻方式;當水2009年9月王安忠等:沼氣電站工藝設計的研究質(zhì)較差或水源缺乏時(shí),宜采用密封循環(huán)冷卻方式。整流裝置。不具備電起動(dòng)條件時(shí),可采用氣起動(dòng)。采用循環(huán)冷卻水的電站,無(wú)外部電源時(shí),冷卻系統2.72設備的布置原則應設置高位水箱,高位水箱距地面的高度為6(1)設備的布置應做到安全適用、合理緊湊、10m,容積可按照最大1臺機組運行5mn所需的冷操作和檢修方便。卻水量設計。冷卻系統中儲水池的最低有效液位應(2)多臺機組的電站,機組應按單行并列布保證冷卻水泵有良好的吸入性。沼氣發(fā)電機組冷卻置;當機組臺數為單臺或二臺,且無(wú)擴建要求時(shí)水水質(zhì)應符合技術(shù)文件的要求。也可按照機房縱軸線(xiàn)布置。冷卻水的循環(huán)量按照公式(10)計算:(3)機房?jì)葢粲凶銐虻臋z修場(chǎng)地。機組較少式中:Q為循環(huán)水量,m/h;K為比例系(10)時(shí),檢修場(chǎng)地宜留在機房的一側;機組較多時(shí),宜Kg, PH留在機組之間。一般(4)發(fā)電機組距建筑物距離以及機組之間的間為030~0.35;g為沼氣發(fā)動(dòng)機氣耗率,m3/kWh;距都應滿(mǎn)足運行操作、維護檢修和通風(fēng)散熱的需c為水的比熱容,取4.l8k/kg℃;4為循環(huán)水進(jìn)口要,或按機組技術(shù)文件的要求執行。水溫,℃;t2為循環(huán)水出口水溫,℃;v為水的比容(5)機房?jì)葢O必要的起重設備,機組應布置取v=1×10-3m3/kg在起重設備的服務(wù)范圍內。起重設備的起吊重量應2.6排煙按機組最重零部件的重量確定;起重高度應按能滿(mǎn)沼氣發(fā)動(dòng)機排煙溫度比較高,在發(fā)動(dòng)機排煙口足活塞連桿吊離缸體最高點(diǎn)的需要確定,并應留出處煙氣溫度約500~600℃。煙氣通過(guò)排煙系統引出大于1m的活動(dòng)空間。室外排入大氣。每臺沼氣發(fā)動(dòng)機排煙道應單獨引出,(6)輔助設備宜布置在機房的固定端。起動(dòng)用并安裝消音器,消音器應為防火型。排煙管道應盡的壓縮空氣瓶、或蓄電池、或硅整流裝置的位置和量短而直。室內部分應作絕熱處理,與沼氣輸氣管布置要求,按照機組技術(shù)文件的要求執行。當無(wú)明道的間距不小于1m,并且不能從其下方通過(guò)。確要求時(shí),宜靠近沼氣發(fā)動(dòng)機端部布置。室外垂直部分距建筑物外墻凈距應大于1m,7)電氣設備的布置應使電纜敷設距離最短,出口應高出屋檐0.75m以上。排煙管道的出口不操作方便?？刂圃O備和配電裝置宜布置在專(zhuān)用建筑宜朝向居民區,應遠離沼氣供氣管道。并應防止排物內。單臺容量較小或機組臺數較少時(shí),控制設備出的煙氣倒灌和配電裝置也可以布置在同一個(gè)建筑物(機房)內。兩端固定的排煙管道,當直線(xiàn)部分的管段較長(cháng)(8)此外,根據消防規范要求,主機房?jì)?包時(shí),應安裝熱力補償器。排煙管道應安裝坡向凝水括照明燈具在內的電氣設備均應選用防爆型,室內裝置,防止液體倒流還應設置消火栓,干粉滅火器等。沼氣發(fā)動(dòng)機排煙道的阻力應小于產(chǎn)品技術(shù)文件3結束語(yǔ)規定的背壓值。261沼氣發(fā)動(dòng)機排煙氣流量計算沼氣發(fā)電工程本身是利用清潔能源,降低環(huán)境沼氣發(fā)動(dòng)機排煙氣流量按照公式(11)計算污染的工程,它的運行不僅解決了沼氣工程中的Q.=G1+G4(1)些主要環(huán)境問(wèn)題,而目由于其產(chǎn)生大量的電能和熱式中:Q為排煙氣流量,kg/h;G4為沼氣機標定工能,又為沼氣熱能的綜合利用找到了廣泛的應用前況下沼氣消耗量(按照產(chǎn)品技術(shù)文件要求),kg/h。景。本文僅就沼氣電站工程的工藝設計系統所涉及2.6.2排煙道管徑計算的特殊要求進(jìn)行初步探討研究,以期為沼氣電站工排煙道的管徑按照公式(12)計算:藝設計提供參考。也可為建造其他燃氣(如天然d=0.0188√Q.a12)氣、瓦斯)電站工程提供設計計算模式。式中:d為管道內徑,m;a為煙氣流速,可按20~30m/s計算參考文獻27機組起動(dòng)及設備布局2.7.1機組起動(dòng)方式THC中國煤化工分析[.中國沼氣[2]NMHG氣電站工程設計[J沼氣發(fā)電機組宜采用電動(dòng)起動(dòng),起動(dòng)電源宜采能源技術(shù),1999(3).用蓄電池組,蓄電池組容量按連續起動(dòng)6次所需的[3]蔡進(jìn)民賀正岷戚毅男,柴油機電站設計手冊[M]北總容量設計。當有可靠的外部電源時(shí),也可采用硅京:中國電力出版社,1997