赵文婷

摘 要：随着沼气利用技术的不断发展，现如今出现了一项新的沼气利用技术：沼气燃烧发电。它的原理是将沼气作为能源用于发动机上，装上综合发电装置后，经过一系列复杂的化学反应而产生足够多的电能和热能以用于其他领域。发电机组自带余热回收装置，可以回收沼气发电机组的高温烟气及缸套水热量，用于生物质厌氧处理的工艺用汽和热水。

关键词：余热利用;沼气发电机组;余热锅炉

0 引言

随着人们对环境问题的日益重视，以煤炭、石油为主要能源的传统模式已经逐渐被人们所放弃，而沼气作为一种新型的清洁能源，在我国日渐紧张的能源环境下显得日益重要，它的无污染性对缓解工业发展带来的环境污染能起到至关重要的作用。节能减排是现如今工业生产中非常重要的一部分，也是大势所趋。我国工业生产中产生的余热资源非常丰富，尤其是中、低温的烟气余热资源，但对这部分余热资源的回收利用率却不高，造成了资源的极大浪费。本文主要研究的是沼气发电机组余热回收利用，以优化余热回收利用方案为主要内容。

沼气发电机组余热锅炉是为了回收燃烧沼气的发电机组烟气余热而设计制造的高效余热利用装置。目前沼气发电机组广泛应用于造纸厂、酒精厂、药厂、生化长、淀粉厂等生产领域。为沼气发电机组配套专业的沼气发电机组余热锅炉， 可有助于解决这些行业的环境污染和节能减排。这些行业目前处理污废的主流方式是采用生化法进行处理，处理过程中产生大量沼气，应用于沼气发电机组发电后，排出的废烟气进入沼气发电机组余热锅炉后，烟气与锅炉水换热，输出热水或蒸汽，再次应用于加热沼气池，促进沼气池厌氧发酵，从而增加沼气生成量。沼气用于发电是一种非常好的燃料，每方沼气可以发1.7度电，效益非常可观，而用沼气作为能源进行发电，不同的发电设备产生的热效率也有很大分别：比如燃气内燃机的效率为70%～75%，但如果用燃气透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上，所以优化的系统设计能极大地提高余热利用率。

沼气发电机组余热锅炉促进能源高效综合利用，并且有效降低了工业生产中治理“三废”所需的费用越来越高的情况，对节能环保有着重大的意义。

1 沼气发电机组余热利用

沼气发电机的余热利用分为两部分，一是排烟的余热利用，二是发电机自身冷却热量的利用。目前，国内的发电机不提供机组自身冷却热量的利用，只有排烟的余热可用。国外机组，例如GE Jenbacher的内燃机，可以提供上述两部分的余热利用。余热利用有以下四种方案：

（1）热水型。利用发电机的余热可以产生90℃甚至更高温度的热水。这种形式在需要供暖的北方地区可以使用。

（2）烟气型。利用烟气的余热配合吸收式制冷机组，可以提供冷源负荷。

（3）蒸汽型。利用烟气的余热可以产生饱和蒸汽或者过热蒸汽，但是沼气发电机组的容量较小，蒸汽的产量较小。例如，一台1MW的沼气发电机组，可以产生1.0吨左右，蒸汽压力为0.6MPa的饱和蒸汽，作为供汽负荷使用。

（4）发电型。利用发电机的余热，配合螺杆膨胀动力机发电。一台1MW的沼气发电机组，利用排烟余热，可以配置一台70kW的螺杆膨胀动力机发电。

目前，我国集约化养殖场一般建在农村比较偏远的地方，养殖场周围没有热、汽用户，冷源用户也非常少，沼气发电厂通常建在养殖场的附近。因此，采用发电型方案可能是沼气发电余热利用的最佳方式。

2 余热锅炉结构

（1）余热锅炉一般由过热器段、蒸发器段、省煤器段及其附属设备和附件等组成。余热锅炉利用发电机组排出的烟气导入余热锅炉进行热交换，产生过热蒸汽或热水，从而达到节约燃料，达到经济、节能的目的。

（2）余热锅炉主要的换热部分包括：过热器段、蒸发器段和省煤器段。根据热平衡原理，余热锅炉要达到最大的余热利用率，必须设置省煤器段，通过加热低温段的给水进一步降低烟气温度，提高热效率。

优点：余热锅炉的生产采用的是模块化结构，主要的换热部分按过热器段、蒸发器段、省煤器段分别加工，最后再与框架、进出口烟箱组装在一起，以便于后期的维修和更换。

3 存在的问题及改进措施

现有的沼气发电机组余热锅炉，仅从余热利用、節约能源这方面考虑，为节约成本，能满足机械使用性能，锅炉换热元件材质使用普通碳钢，而沼气发电机组烟气中含有的硫化物会形成硫酸盐，硫酸盐对碳钢的腐蚀性较大，这样一直处于沼气发电机组烟气中的换热元件，在锅炉运行一段时间后就会发生腐蚀，出现漏水、堵塞等情况，不仅缩短锅炉使用寿命，由于腐蚀而发生的堵塞物附着在锅炉管上就会导致锅炉管传热效率大大降低，从经济回收效益来说，沼气发电机组余热锅炉使用碳钢换热元件并不能节约成本，反而增加项目后期的投资费用。

针对以上问题，我们拿螺纹管+省煤器型锅炉为例，做了以下改进：

高温烟气段采用螺纹管管壳式余热锅炉产生饱和蒸汽，有效利用高温烟气;

低温段烟气采用ND钢及不锈钢翅片管水管锅炉，有效利用低温段烟气。

优势：

（1）新增I、II级省煤器，不仅将水温度提高，提高饱和蒸汽产量，更有效的降低烟温，提高余热利用效率;

（2）高温段采用碳钢材质，低温段采用ND钢及不锈钢材质，解决沼气发电机组烟气腐蚀问题。

合理利用烟气温度，提高余热利用率，节约成本。

4 总结

余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径，沼气发电技术以沼气作为清洁能源，既能消耗废弃物，减少环境污染，又可以产生热能和电能，满足生产和生活需求，符合可持续发展的战略需求。

参考文献：

[1]刘显明，李和平，贠小银等.沼气发电技术工艺及余热利用技术[J].华电技术，2009.

[2]林永锋.低碳能源革命刻不容缓[J].中国能源报，2009，11（16）.