燃气发电机组烟气余热回收利用解析

    燃气发电及余热回收利用，是最大限度回收利用沼气技术的发展方向。
针对与此，本公司基于多年来在生物质气体利用方面的技术研发和工程应用方面的经验，以沼气发电利用为主要技术环节，以多种余热回收并形成热能输出为辅助环节，以最大限度地燃烧利用沼气并获得可供碳交易的温室气体减排量为目的，开发出了整套的包含气体收集、净化处理、发电与余热利用在内的系统化技术，可以为沼气发电及余热利用工程全方位地提供产品或工程建设服务。

沼气发电系统组成

    完整的沼气发电系统及工程包含五大部分，分别是：沼气收集管路系统、沼气净化及预处理装置、发电机组及余热利用装置、电力控制输出装置、系统监测与控制设备，见流程图。
本公司可以提供整套的设备供应和工程建设，也可以分项提供部件设备，产品的结构组成与功能特点如下所示。

   1沼气收集管路系统

    沼气收集系统包含了从厌氧反应器（UASB、IC等装置）排气管到气体净化设备之间的管路和功能设备，主要有气液分离器、水封、浮顶稳压柜和管道。

    （1）气液分离器：气液分离器用于将从厌氧反应器中随沼气一起带出的泡沫等液体物质从沼气中分离出来，内部带消泡装置，分离后液体自动排污。
采用碳钢材料，内部采用树脂涂层防腐，外部采用镀锌防腐。

    （2）水封：用于控制厌氧反应器集气室内的压力，同时防止管路中出现负压现象。
水封装置采用镀锌碳钢制罐状水封，带液位显示装置。

    （3）浮顶稳压柜：采用水封式浮顶稳压柜，用于控制沼气输送压力处于稳定数值，使整个系统运行稳定。
浮顶稳压柜容积为10立方米，输出压力和位置信号作为整个系统的一组控制信号。

    （4）管道：采用镀锌无缝钢管，外包聚胺酯保温材料，以避免沼气在管道内温度发生大的改变。

   2沼气净化及预处理装置

    沼气净化及预处理装置实现对沼气进行脱硫、脱水、过滤等净化处理，同时对沼气进行抽取、加压输出、稳压、稳流控制，并实现沼气计量以及系统的安全保护功能，主要有沼气脱硫装置、火炬和预处理装置。

    （1）沼气脱硫装置：采用先进的湿法脱硫工艺，对沼气进行连续脱硫处理，能够在浓度在5000mg/m3以下的进气硫化氢脱除到出气浓度为20mg/m3的，满足燃气中硫化氢的浓度要求。
该装置中包含洗涤脱硫塔、再生塔、计量加药泵、富液罐、贫液罐等部件，将硫化氢氧化为单质硫，可以实现对硫的资源化回收。
脱硫装置主要设备采用玻璃钢或不锈钢制造，具有良好的耐腐性，具备自动加药和排污功能，满足连续运行的要求。

    （2）沼气封闭式火炬：采用封闭式地面火炬，无明火外露，安全可靠，用于将系统中多余的沼气燃烧处理排放，减少沼气的大气污染。
火炬包含火炬筒体和阀组箱，火炬进气由阀组箱控制，当沼气管路中压力偏高后，自动启动火炬，实现自动电子点火、火焰监测和熄火保护功能。
沼气火炬的燃烧负荷调节比为10:1，可以满足对较大气量范围的沼气燃烧处理。

    （3）沼气预处理装置：沼气预处理装置为翘装结构设备，包含了罗茨风机、水冷机组、换热器、气水分离器、过滤器、测量仪表等部件，通过变频控制，实现对沼气的抽取、加压输出、稳压、稳流等控制功能，并对沼气供给状态（流量、压力、温度、甲烷含量）和计量数值（累积消耗甲烷量）进行测量。
预处理装置还接收发电机组信号和沼气管路内的状态信号，对整个系统进行自动调节控制和安全保护。

3沼气发电机组及余热利用装置

    沼气发电机组是沼气燃烧发电设备，为了提供沼气燃烧过程中的能源利用率，对沼气发电机组的高温烟气和冷却水余热进行余热利用，可以通过换热器、余热锅炉或溴化锂吸收式冷热机组进行余热利用，在获得电能输出的同时，获得蒸汽、高温热水或采暖冷热源输出。

    （1）沼气发电机组：可为工程选配的国内外各燃气发电机组配置，发电功率从100－1000kW之间，发电效率达到40％，具备并网运行和孤岛运行模式，可以保证不同条件下发电量的平稳输出。

    （2）余热利用装置：可根据工程所在地的实际用热需求，确定的余热利用方案。
通过余热锅炉产生高达3公斤压力的蒸汽，或产生95℃高温热水，或产生采暖冷热源（7℃冷水/55℃热水）。
蒸汽和高温热水可用于污水处理厂厌氧反应保温热源，也可作为啤酒厂的生产性热源；采暖冷热水通常作为办公楼或生产厂房的暖通热源。
采用余热利用装置后，可以使沼气燃烧发电利用的综合热效率达到80％以上。

   4电力输出控制装置

    由于啤酒厂和污水处理厂生产过程中的用电量大，可以完全消耗掉沼气的发电量，因此无需将沼气所发电量输送到公用电网上去，应以内部消化为主。
在这方面，有两种利用途径可供用户选择：

    （1）一种是将发电机组输出并到厂内供电回路上，对此可以提供包括并网控制柜、计量柜、微机保护柜在内的电力输出控制装置。

    （2）另一种是对某用电设备或回路采用双电源供电输出：在发电机组正常工作情况下，利用沼气发电量；当沼气发电机组停机时，采用原有的供电回路，以提高系统的可靠性。

    2.5系统监测与控制设备

    采用数据通讯的方式，将沼气收集、净化处理、发电机组以及电/热输出系统中的状态参数传输到上位机中，实现对整个系统的状态监测以及紧急停机控制功能。
此外还可以形成利用沼气量、输出电量、削减温室气体排放量等计量数据，用于申报CDM项目。

    本系统的硬件组成包括：通讯电缆（光缆、同心电缆或双绞线）、与PLC子站的通讯接口、上位机通讯接口以及工控机。
本系统软件为组态人机界面。

沼气发电系统(400kW)的技术经济性指标

       1沼气发电系统性能参数

    针对上述规模的啤酒厂及其污水处理厂，相应的沼气收集和发电系统的主要技术参数和性能见下表。

燃气发电机组烟气余热回收利用一览表