第31卷(2009)第5期柴油機(jī)Diesel Enginevol.31(200)N.5相關(guān)技術(shù)沼氣電站工藝設(shè)計的研究王安忠,李樹生!,張超平2(1.濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司,山東濟(jì)南250306;2.中石化集團(tuán)公司中原油田裝備處,河南濮陽457001)摘要:就沼氣電站的工藝設(shè)計系統(tǒng)所涉及的特殊要求,從沼氣電站設(shè)備選型及容量、沼氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)和杋組起動及設(shè)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(shè)計提供參考;也可為建造其他燃?xì)怆娬竟こ烫峁┰O(shè)計計算模式。關(guān)鍵詞:沼氣;電站;工藝設(shè)計中圖分類號:TK6文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)計、電氣設(shè)計、安全要求、操作規(guī)程等系統(tǒng)的研究,以沼氣,從生物能的角度看,是取之不盡,用及國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定研究至今仍處于起步之不竭的能源。內(nèi)燃機(jī)沼氣發(fā)電是沼氣利用的一階段。最近幾年農(nóng)業(yè)部沼氣研究所和濟(jì)南柴油機(jī)個重要方式。食品加工廠、污水處理廠或規(guī)?；煞萦邢薰竞献?開始涉足這一領(lǐng)域的研究。畜禽養(yǎng)殖場即是用電大戶,又是污染大戶,這些并于2008年完成了農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)《沼氣電站工程規(guī)?；恼託夤こ潭加袟l件建設(shè)大中型沼氣發(fā)電規(guī)范》。本文就沼氣電站的工藝設(shè)計系統(tǒng)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(shè)計根本上解決對環(huán)境的污染。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)提供參考。展,未來10年的沼氣生產(chǎn)潛力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)前水平,在國家相關(guān)的激勵政策的引導(dǎo)下,這些潛2沼氣發(fā)電站的工藝設(shè)計力將會被逐漸釋放出來,作為發(fā)電動力燃料的沼發(fā)由站與天處氣由站類似,除了與普通氣會越來越多,從動力源的角度給沼氣發(fā)電提供內(nèi)燃中國煤化工水系統(tǒng)、加熱系了較大的發(fā)展空間統(tǒng)CNMH寺殊的是沼氣系統(tǒng)中國內(nèi)燃沼氣發(fā)電機(jī)組技術(shù)的研發(fā)已有二十和通風(fēng)系統(tǒng)。收稿日期:20090504009年9月王安忠等:沼氣電站工藝設(shè)計的研究2.1沼氣電站設(shè)備選型及容量體警報器外,機(jī)房地溝內(nèi)還應(yīng)設(shè)有鼓風(fēng)機(jī),從機(jī)組2.1.1沼氣發(fā)電機(jī)組的選型兩側(cè)強(qiáng)制送風(fēng),與機(jī)房頂部的抽風(fēng)機(jī)組成通風(fēng)回根據(jù)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?xì)怏w濃度達(dá)到危險程度,警動力裝置有兩種,即內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)。從安全可靠報器便自動聲、光報警,同時啟動聯(lián)動裝置,打開性、操作與維修簡便性、投資成本、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性以地溝風(fēng)機(jī)和房頂抽風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng),必要時切斷沼氣及投資回收期等方面綜合考慮,沼氣電站工程應(yīng)以總閥,使機(jī)組停車,以防止機(jī)房內(nèi)可燃?xì)怏w的聚采用內(nèi)燃機(jī)電站最佳。集,徹底消除火災(zāi)隱患。2.1.2機(jī)組選擇由于機(jī)組運(yùn)行以后發(fā)熱,使部分排煙從沼氣機(jī)當(dāng)沼氣發(fā)電機(jī)組的實(shí)際工作條件比產(chǎn)品技術(shù)條機(jī)體和排氣管的縫隙泄漏出來,加之由于操作的原件規(guī)定惡劣時,其輸出功率應(yīng)按GBT6072.1規(guī)因而外泄的機(jī)油等與灼熱的機(jī)體接觸而揮發(fā),使得定換算出試驗(yàn)條件下的發(fā)動機(jī)功率后再折算成電功機(jī)房內(nèi)的有害氣體不斷增加。為保證工作人員的身率。此電功率不應(yīng)超過發(fā)電機(jī)的額定功率。總裝機(jī)體健康和正常的操作,機(jī)房也應(yīng)設(shè)置強(qiáng)力通風(fēng)設(shè)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(shè)計。電站,應(yīng)設(shè)置備用機(jī)組,備用機(jī)組的數(shù)量宜按用三因此沼氣電站機(jī)房的通風(fēng)降溫設(shè)計除應(yīng)考慮排備除機(jī)房內(nèi)的余熱和有害氣體、泄漏的沼氣外,還應(yīng)2.1.3電站裝機(jī)容量按滿足沼氣發(fā)動機(jī)所需的燃燒空氣量設(shè)計。沼氣發(fā)電站裝機(jī)容量應(yīng)根據(jù)沼氣產(chǎn)量及其低熱值按公電機(jī)組應(yīng)帶有空氣濾清器,多風(fēng)沙地區(qū)的電站,還式(1)計算確定應(yīng)有進(jìn)氣防塵措施。P=k(ⅦHg)(1)2.3.2開式機(jī)組機(jī)房(箱)通風(fēng)要求式中:P為電站總裝機(jī)容量,kW;k為裝機(jī)余量與開式機(jī)組機(jī)房(箱)通風(fēng)設(shè)施安裝形式見圖1。發(fā)電機(jī)效率的綜合比例系數(shù),根據(jù)電站需求一般k=1.08~1.20;V為每小時最大沼氣產(chǎn)量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積,m3/h;Hn為沼氣的低熱值,kJ/Nm3;g為發(fā)電機(jī)組熱耗率,kJ/kWh。2.2沼氣系統(tǒng)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(qiáng),所以新生成的沼氣不宜直接用作發(fā)動機(jī)燃料,必須經(jīng)過脫硫過濾水分和雜質(zhì)后方可使用。對渦輪增壓發(fā)動機(jī),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(jī)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(yīng)大于0.18MPa(2因此,沼氣系統(tǒng)必須包括儲氣塔、脫硫塔、加式中:G為機(jī)房所需的進(jìn)氣量,kg/h;G1為沼氣壓泵、穩(wěn)壓罐、過濾器和氣體計量儀表等。發(fā)動機(jī)燃燒時所需空氣量(按產(chǎn)品技術(shù)文件要求確調(diào)節(jié)用氣的儲氣裝置容量可按下列參數(shù)確定:定),kgh;G2為排除所有設(shè)備輻射熱所需空氣1)沼氣發(fā)電機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時,儲氣裝置的容量,kgh;G,為排除發(fā)電機(jī)發(fā)熱量所需空氣量,量按照運(yùn)行機(jī)組總額定功率大于2h的用氣量設(shè)計;kg/h,按制造商技術(shù)文件確定。2)沼氣發(fā)電機(jī)組間斷性運(yùn)行時,儲氣裝置容(2)沼氣發(fā)動機(jī)燃燒時,所需空氣量G1按照量應(yīng)按照大于間斷發(fā)電時間的產(chǎn)氣總量設(shè)計。公式(3)計算:2.3通風(fēng)系統(tǒng)GI=g P, A,Ap2.3.1基本要求式中國煤化工W;g.為沼氣發(fā)動沼氣中的主要成份CH4是易燃、易爆氣體,空氣機(jī)CNMHG氣系數(shù),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,婿科完全燃燒時所需154%(在20℃時,含量為167-102.6g/m3)。為防空氣量與燃?xì)饬康捏w積比;p為空氣密度,kgm3止意外,在主機(jī)房頂四周的死角處,除設(shè)有可燃?xì)?3)排除所有設(shè)備輻射熱所需空氣量G2按照柴油機(jī)第31卷第5期公式(4)計算:式中:k1=0.03~0.05。(4)(6)發(fā)電機(jī)輻射散熱量Q2按照公式(7)計算:Q2=3600P(1-m)式中:Q為機(jī)房設(shè)備輻射總散熱量,Jh;a為式中:P為發(fā)電機(jī)功率,kW;m為發(fā)電機(jī)效率。溫差(發(fā)電機(jī)房內(nèi)外溫度差),℃;C為質(zhì)量熱(7)設(shè)備附件散發(fā)熱量Q3按公式(8)計算(經(jīng)(空氣比熱),kJ/kg℃;驗(yàn)數(shù)據(jù))(4)機(jī)房設(shè)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(jī)組機(jī)房(箱)進(jìn)氣要求式中:Q1為沼氣發(fā)動機(jī)輻射散熱量,kJ/h,一般為沼氣發(fā)動機(jī)總發(fā)熱量的3%~5%;Q2為發(fā)電機(jī)如果風(fēng)扇和散熱器安裝在機(jī)房(箱)內(nèi),其進(jìn)氣輻射散熱量,kJ/h;Q3為設(shè)備附件散熱量,kJ/h量為開式機(jī)組機(jī)房(箱)的進(jìn)氣量再加風(fēng)扇和散熱器(5)沼氣發(fā)動機(jī)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(shè)計。Q=K1g. P, Hu(6)閉式機(jī)組機(jī)房(箱)進(jìn)氣設(shè)施安裝形式見圖2。風(fēng)扇排鳳L是r3沼氣進(jìn)口2821-消聲器2-機(jī)組捧風(fēng)罩3發(fā)電機(jī)組4-集污槽5-機(jī)組地基6-蓄電池組7-充電機(jī)8-觀察窗凵9地溝10控制屏11-電磁閥12-燃?xì)忾y圖2機(jī)房布置參考圖24潤滑油系統(tǒng)QL=Qu +24q TPx 102.4.1使用專用潤滑油式中:Q1為潤滑油計算儲量,t;Qu為電站運(yùn)行機(jī)沼氣作發(fā)動機(jī)燃料,除了引起發(fā)動機(jī)動力下降組每次更換潤滑油量,t,按照機(jī)組使用說明書規(guī)定之外,由于沼氣中含有硫化合物(硫化氫),還會值確定;q為潤滑油消耗量,g/kWh;T為儲存時導(dǎo)致發(fā)動機(jī)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(fù)荷(總裝機(jī)容量),kW。期磨損和腐蝕,致使發(fā)動機(jī)壽命縮短,部分發(fā)動機(jī)大中型電站應(yīng)設(shè)置一座高位潤滑油箱,其容量發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。應(yīng)按照運(yùn)行機(jī)組更換一次潤滑油所需的總油量確沼氣發(fā)動機(jī)工作時其燃燒室的溫度要比燃油高定。潤滑油儲存量小于3t時,宜采用散桶儲存00℃以上,這種高溫勢必導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件如大于3t時,宜采用儲罐儲存。電站潤滑油宜按閥門、搖桿等所承受的壓力急劇增大;同時會使?jié)?0天的消耗量儲備滑油品易氧化和硝基化,增加氮氧化物的生成,繼在潤滑系統(tǒng)中必須安裝過濾裝置,過濾裝置的而生成油泥、積炭等物質(zhì),這就要求潤滑油應(yīng)具備流通面積應(yīng)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。為解決上述問題,-10%。過濾裝置應(yīng)有備用。電站宜配置潤滑油檢必須研制和使用專門的沼氣發(fā)動機(jī)潤滑油。因此,驗(yàn)儀器。發(fā)電機(jī)房內(nèi)潤滑油儲油設(shè)備應(yīng)有事故泄油建議沼氣硫含量≤200mg/m3時,推薦使用濟(jì)柴牌池中國煤化工距不應(yīng)小于15m;KCN7805;硫含量≤460mg/m3時,推薦使用濟(jì)柴泄CNMHG油設(shè)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(tǒng)電站潤滑油日消耗量按照公式(9)計算:電站的冷卻系統(tǒng),宜采用循環(huán)冷卻方式;當(dāng)水2009年9月王安忠等:沼氣電站工藝設(shè)計的研究質(zhì)較差或水源缺乏時,宜采用密封循環(huán)冷卻方式。整流裝置。不具備電起動條件時,可采用氣起動。采用循環(huán)冷卻水的電站,無外部電源時,冷卻系統(tǒng)2.72設(shè)備的布置原則應(yīng)設(shè)置高位水箱,高位水箱距地面的高度為6(1)設(shè)備的布置應(yīng)做到安全適用、合理緊湊、10m,容積可按照最大1臺機(jī)組運(yùn)行5mn所需的冷操作和檢修方便。卻水量設(shè)計。冷卻系統(tǒng)中儲水池的最低有效液位應(yīng)(2)多臺機(jī)組的電站,機(jī)組應(yīng)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(jī)組冷卻置;當(dāng)機(jī)組臺數(shù)為單臺或二臺,且無擴(kuò)建要求時水水質(zhì)應(yīng)符合技術(shù)文件的要求。也可按照機(jī)房縱軸線布置。冷卻水的循環(huán)量按照公式(10)計算:(3)機(jī)房內(nèi)應(yīng)留有足夠的檢修場地。機(jī)組較少式中:Q為循環(huán)水量,m/h;K為比例系(10)時,檢修場地宜留在機(jī)房的一側(cè);機(jī)組較多時,宜Kg, PH留在機(jī)組之間。一般(4)發(fā)電機(jī)組距建筑物距離以及機(jī)組之間的間為030~0.35;g為沼氣發(fā)動機(jī)氣耗率,m3/kWh;距都應(yīng)滿足運(yùn)行操作、維護(hù)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(jī)組技術(shù)文件的要求執(zhí)行。水溫,℃;t2為循環(huán)水出口水溫,℃;v為水的比容(5)機(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)必要的起重設(shè)備,機(jī)組應(yīng)布置取v=1×10-3m3/kg在起重設(shè)備的服務(wù)范圍內(nèi)。起重設(shè)備的起吊重量應(yīng)2.6排煙按機(jī)組最重零部件的重量確定;起重高度應(yīng)按能滿沼氣發(fā)動機(jī)排煙溫度比較高,在發(fā)動機(jī)排煙口足活塞連桿吊離缸體最高點(diǎn)的需要確定,并應(yīng)留出處煙氣溫度約500~600℃。煙氣通過排煙系統(tǒng)引出大于1m的活動空間。室外排入大氣。每臺沼氣發(fā)動機(jī)排煙道應(yīng)單獨(dú)引出,(6)輔助設(shè)備宜布置在機(jī)房的固定端。起動用并安裝消音器,消音器應(yīng)為防火型。排煙管道應(yīng)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(nèi)部分應(yīng)作絕熱處理,與沼氣輸氣管布置要求,按照機(jī)組技術(shù)文件的要求執(zhí)行。當(dāng)無明道的間距不小于1m,并且不能從其下方通過。確要求時,宜靠近沼氣發(fā)動機(jī)端部布置。室外垂直部分距建筑物外墻凈距應(yīng)大于1m,7)電氣設(shè)備的布置應(yīng)使電纜敷設(shè)距離最短,出口應(yīng)高出屋檐0.75m以上。排煙管道的出口不操作方便?？刂圃O(shè)備和配電裝置宜布置在專用建筑宜朝向居民區(qū),應(yīng)遠(yuǎn)離沼氣供氣管道。并應(yīng)防止排物內(nèi)。單臺容量較小或機(jī)組臺數(shù)較少時,控制設(shè)備出的煙氣倒灌和配電裝置也可以布置在同一個建筑物(機(jī)房)內(nèi)。兩端固定的排煙管道,當(dāng)直線部分的管段較長(8)此外,根據(jù)消防規(guī)范要求,主機(jī)房內(nèi),包時,應(yīng)安裝熱力補(bǔ)償器。排煙管道應(yīng)安裝坡向凝水括照明燈具在內(nèi)的電氣設(shè)備均應(yīng)選用防爆型,室內(nèi)裝置,防止液體倒流還應(yīng)設(shè)置消火栓,干粉滅火器等。沼氣發(fā)動機(jī)排煙道的阻力應(yīng)小于產(chǎn)品技術(shù)文件3結(jié)束語規(guī)定的背壓值。261沼氣發(fā)動機(jī)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)動機(jī)排煙氣流量按照公式(11)計算污染的工程,它的運(yùn)行不僅解決了沼氣工程中的Q.=G1+G4(1)些主要環(huán)境問題,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(jī)標(biāo)定工能,又為沼氣熱能的綜合利用找到了廣泛的應(yīng)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(shè)計系統(tǒng)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(shè)計提供參考。也可為建造其他燃?xì)?如天然d=0.0188√Q.a12)氣、瓦斯)電站工程提供設(shè)計計算模式。式中:d為管道內(nèi)徑,m;a為煙氣流速,可按20~30m/s計算參考文獻(xiàn)27機(jī)組起動及設(shè)備布局2.7.1機(jī)組起動方式THC中國煤化工分析[.中國沼氣[2]NMHG氣電站工程設(shè)計[J沼氣發(fā)電機(jī)組宜采用電動起動,起動電源宜采能源技術(shù),1999(3).用蓄電池組,蓄電池組容量按連續(xù)起動6次所需的[3]蔡進(jìn)民賀正岷戚毅男,柴油機(jī)電站設(shè)計手冊[M]北總?cè)萘吭O(shè)計。當(dāng)有可靠的外部電源時,也可采用硅京:中國電力出版社,1997