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沼气发电机组选型注意事项及其发电量、发电装机容量计算方法

  沼气发电机是随着沼气工程的建设和沼气综合利用不断发展而出现的沼气利用方式,具有增效、节能、安全环保等优点,是一种应用广泛的分布式高品位能源利用技术。业主在选用沼气发电机组时,沼气气质对机组的影响,以及根据各基本参数选择合适的发电装机容量,是首要考虑的问题。本期针对以上两点,作简要阐述。
 
  一、发电机组的气质要求
 
  在沼气发电过程中,沼气发电机组对沼气的成分、温度、压力、用量特别敏感,发电机组要求进气系统必须保持空燃比的恒定和适度,避免空燃比过大,引起熄火;也要避免空燃比过小,引起温度高及爆震。空燃比是影响沼气发电机燃烧性能的重要因素之一,而沼气温度、压力、成分的变化都会影响空燃比,因此,在选择进行沼气发电前,不对沼气气质进行合理的把控,将导致发电机组无法正常运行,造成较大的经济损失。
 
  1、沼气质量
 
  利用沼气发电,首先要满足沼气发电机组对沼气质量的要求,《中大功率沼气发电机组》(GBT29488-2003)、《沼气电站技术规范》(NY/T1704-2009)对沼气质量的要求如下。
 
  (1) 沼气低位发热值≥14MJ/Nm³,相当于沼气中甲烷体积分数不小于30%。沼气中甲烷在30s内的体积分数变化率不应超过2%,机组连续运行期间沼气中甲烷体积分数变化率不超过5%。
 
  (2) 沼气温度不高于50℃。
 
  (3) 沼气发电机组对沼气成分的具体要求如下表。
 
 沼气发电机组选型注意事项及其发电量、发电装机容量计算方法_湖北锐意自控
 
  注:沼气体积的标准参比条件是101.3kPa,20℃;按照沼气中所含硫成分全部转化为硫化氢计算。
 
  ①H2S对发电机组的影响
 
  沼气发电时沼气中的H2S会对沼气发电机组的进气管道、增压器、中冷器、火花塞、气缸套、排气管和消音器等造成严重腐蚀,从而影响机组寿命,所以沼气在进入发电机组之前必须进行沼气预处理,将H2S降到机组允许的范围内才能保证机组的可靠运行。
 
  ②水分对发电机组的影响
 
  沼气发电过程中,沼气水分含量过大,会导致发电机组的进气压力损耗过大,严重情况下,会引起发动机功率波动、敲缸、停机等问题,严重地影响其使用寿命。其具体表现为:
 
  (a)发动机点火困难;
 
  (b)降低燃烧室温度,降低内燃机效率;
 
  (c)水蒸气等无功气体的存在,会增压和增大功耗;
 
  (d)水蒸气与其他酸性物质化合产生的中间产物,会对发电机组产生腐蚀,缩短使用寿命,降低可靠性。
 
  ③粉尘对发电机组的影响
 
  粉尘是发动机明确限制的杂质,它主要影响在于:
 
  (a)堵塞管路,流通不畅,加大压损,增加运行费用;
 
  (b)增大机械磨损,降低设备使用寿命。
 
  2、沼气压力
 
  沼气发电机组在距离机组燃气支管钱1m处的沼气压力不低于3kPa,当供气压力低于3kPa时,应配置气体增压设备;当供气压力超过5kPa时,则需要增加合适的减压阀。在沼气发电机组运行时,发动机允许的沼气压力波动一般要小于0.4kPa/s。
 
  3、沼气用量
 
  沼气发电机组的沼气用量应根据发电机组的效率和负荷确定,发电时沼气的供气量应相对稳定。在计算沼气使用量时,应小于沼气发电机额定功率耗气量的1.2倍。供气系统应设有调节用气的设施和气体计量仪表。沼气发电机组连续运行时,储气装置容量应按照运行机组总额定功率大于3h的用气量设计。沼气发电机组间歇运行时,储气装置容量应按照大于间断发电时间的沼气总量设计。
 
  其中,沼气发电机组的用气调节系统,一般采用电子调速系统控制碟门开度来实现的,调速系统由转速传感器、速度控制器、执行器和驱动器组成,构成闭环的速度调节与控制系统,实现对混合气体进气量的控制。气体计量仪表一般是采用沼气流量计,如锐意自控超声波气体流量计BF-3000/BF-3000B,用以实时计量沼气的瞬时流量和累计流量,为计算沼气使用量提供科学的数据支撑。
 
沼气发电机组选型注意事项及其发电量、发电装机容量计算方法_湖北锐意自控
  
  超声波气体流量计BF-3000采用行业领先的超声波气体传感技术,可用于大中小型沼气工程站内流量计量,并采集现场压力和温度。其独有的甲烷浓度测量功能,可为沼气工程站内流量计量、验收、监督提供优化的测量方案。
 
 
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  超声波气体流量计BF-3000B对于大管径、高腐蚀、高湿度沼气流量的测量,创新采用旁路式超声波气体流量测量技术,解决流场因素干扰、传感器腐蚀、水分冷凝干扰、CO2干扰等测量难题。
 
  二、发电机组选型计算方法
 
  沼气发电机组的选择,需要了解一些基本数据,如可用于发电的沼气量、发电用途、发电时间、用电设备的总功率、单台设备的最大功率。发电机组功率选择应大于用电设备的总功率30%以上,并且应考虑最大功率用电设备启动时对沼气发电机组的影响。沼气发电量、发电装机容量可按照公式(1),公式(2)计算:
 
  Qe=VHuη/3600……(1)
 
  P=k[VHu/(t•gh)]=k[VHuη/(t•3600)]……(2)
 
  式中,Qe为沼气发电量,kW•h/d;P为电站总装机容量,kW;k为装机余量与发电机效率的综合比例系数,取值范围1.08~1.20;V为每天沼气产量换算为标准状况下的体积,Nm³/d;Hu为沼气的低热值,kJ/Nm³;t为每天发电时间,h/d;gh为发电机组热耗率,kJ/kW•h;η为发电机组效率,%;3600为转换系数,3600kJ/kW•h。
 
  【例题】
 
  有一个沼气工程,沼气产量为1000m³/d,沼气热值21000kJ/m³,发电机组电效率η按30%计,试计算沼气发电量,并选用发电机装机容量。
 
  【解答】
 
  沼气发电量Qe=VHuη/3600=1000m³/d×21000kJ/m³×30%÷3600kJ/kW•h=1750kW•h/d
 
  发电机组热耗率gh=3600/η=3600÷30%=12000kJ/kW•h
 
  设每天连续发电,即发电时间为24h,k取值1.2,则
 
  沼气发电装机容量P=1.2×(1000m³/d×21000kJ/m³÷24h/d÷12000kJ/kW•h)=87.5kW
 
  沼气发电装机容量P=1.2×(1000m³/d×21000kJ/m³×30%÷24h/d÷3600kJ/kW•h)=87.5kW
 
  因此,选用100kW的沼气发电机组即可。
 
  以上就是沼气发电机组根据沼气量、沼气热值、发电时间、发电机组热耗率、发电机组效率等因素计算得出沼气发电量及机组装机容量的计算方法。
 
  (来源:沼气圈)
 
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