余熱利用-沼氣發電機組余熱鍋爐

趙文婷

摘 要：隨著沼氣利用技術的不斷發展，現如今出現了一項新的沼氣利用技術：沼氣燃燒發電。它的原理是將沼氣作為能源用于發動機上，裝上綜合發電裝置后，經過一系列復雜的化學反應而產生足夠多的電能和熱能以用于其他領域。發電機組自帶余熱回收裝置，可以回收沼氣發電機組的高溫煙氣及缸套水熱量，用于生物質厭氧處理的工藝用汽和熱水。

關鍵詞：余熱利用;沼氣發電機組;余熱鍋爐

0 引言

隨著人們對環境問題的日益重視，以煤炭、石油為主要能源的傳統模式已經逐漸被人們所放棄，而沼氣作為一種新型的清潔能源，在我國日漸緊張的能源環境下顯得日益重要，它的無污染性對緩解工業發展帶來的環境污染能起到至關重要的作用。節能減排是現如今工業生產中非常重要的一部分，也是大勢所趨。我國工業生產中產生的余熱資源非常豐富，尤其是中、低溫的煙氣余熱資源，但對這部分余熱資源的回收利用率卻不高，造成了資源的極大浪費。本文主要研究的是沼氣發電機組余熱回收利用，以優化余熱回收利用方案為主要內容。

沼氣發電機組余熱鍋爐是為了回收燃燒沼氣的發電機組煙氣余熱而設計制造的高效余熱利用裝置。目前沼氣發電機組廣泛應用于造紙廠、酒精廠、藥廠、生化長、淀粉廠等生產領域。為沼氣發電機組配套專業的沼氣發電機組余熱鍋爐， 可有助于解決這些行業的環境污染和節能減排。這些行業目前處理污廢的主流方式是采用生化法進行處理，處理過程中產生大量沼氣，應用于沼氣發電機組發電后，排出的廢煙氣進入沼氣發電機組余熱鍋爐后，煙氣與鍋爐水換熱，輸出熱水或蒸汽，再次應用于加熱沼氣池，促進沼氣池厭氧發酵，從而增加沼氣生成量。沼氣用于發電是一種非常好的燃料，每方沼氣可以發1.7度電，效益非常可觀，而用沼氣作為能源進行發電，不同的發電設備產生的熱效率也有很大分別：比如燃氣內燃機的效率為70%～75%，但如果用燃氣透平和余熱鍋爐，在補燃的情況下，熱效率可以達到90%以上，所以優化的系統設計能極大地提高余熱利用率。

沼氣發電機組余熱鍋爐促進能源高效綜合利用，并且有效降低了工業生產中治理“三廢”所需的費用越來越高的情況，對節能環保有著重大的意義。

1 沼氣發電機組余熱利用

沼氣發電機的余熱利用分為兩部分，一是排煙的余熱利用，二是發電機自身冷卻熱量的利用。目前，國內的發電機不提供機組自身冷卻熱量的利用，只有排煙的余熱可用。國外機組，例如GE Jenbacher的內燃機，可以提供上述兩部分的余熱利用。余熱利用有以下四種方案：

（1）熱水型。利用發電機的余熱可以產生90℃甚至更高溫度的熱水。這種形式在需要供暖的北方地區可以使用。

（2）煙氣型。利用煙氣的余熱配合吸收式制冷機組，可以提供冷源負荷。

（3）蒸汽型。利用煙氣的余熱可以產生飽和蒸汽或者過熱蒸汽，但是沼氣發電機組的容量較小，蒸汽的產量較小。例如，一臺1MW的沼氣發電機組，可以產生1.0噸左右，蒸汽壓力為0.6MPa的飽和蒸汽，作為供汽負荷使用。

（4）發電型。利用發電機的余熱，配合螺桿膨脹動力機發電。一臺1MW的沼氣發電機組，利用排煙余熱，可以配置一臺70kW的螺桿膨脹動力機發電。

目前，我國集約化養殖場一般建在農村比較偏遠的地方，養殖場周圍沒有熱、汽用戶，冷源用戶也非常少，沼氣發電廠通常建在養殖場的附近。因此，采用發電型方案可能是沼氣發電余熱利用的最佳方式。

2 余熱鍋爐結構

（1）余熱鍋爐一般由過熱器段、蒸發器段、省煤器段及其附屬設備和附件等組成。余熱鍋爐利用發電機組排出的煙氣導入余熱鍋爐進行熱交換，產生過熱蒸汽或熱水，從而達到節約燃料，達到經濟、節能的目的。

（2）余熱鍋爐主要的換熱部分包括：過熱器段、蒸發器段和省煤器段。根據熱平衡原理，余熱鍋爐要達到最大的余熱利用率，必須設置省煤器段，通過加熱低溫段的給水進一步降低煙氣溫度，提高熱效率。

優點：余熱鍋爐的生產采用的是模塊化結構，主要的換熱部分按過熱器段、蒸發器段、省煤器段分別加工，最后再與框架、進出口煙箱組裝在一起，以便于后期的維修和更換。

3 存在的問題及改進措施

現有的沼氣發電機組余熱鍋爐，僅從余熱利用、節約能源這方面考慮，為節約成本，能滿足機械使用性能，鍋爐換熱元件材質使用普通碳鋼，而沼氣發電機組煙氣中含有的硫化物會形成硫酸鹽，硫酸鹽對碳鋼的腐蝕性較大，這樣一直處于沼氣發電機組煙氣中的換熱元件，在鍋爐運行一段時間后就會發生腐蝕，出現漏水、堵塞等情況，不僅縮短鍋爐使用壽命，由于腐蝕而發生的堵塞物附著在鍋爐管上就會導致鍋爐管傳熱效率大大降低，從經濟回收效益來說，沼氣發電機組余熱鍋爐使用碳鋼換熱元件并不能節約成本，反而增加項目后期的投資費用。

針對以上問題，我們拿螺紋管+省煤器型鍋爐為例，做了以下改進：

高溫煙氣段采用螺紋管管殼式余熱鍋爐產生飽和蒸汽，有效利用高溫煙氣;

低溫段煙氣采用ND鋼及不銹鋼翅片管水管鍋爐，有效利用低溫段煙氣。

優勢：

（1）新增I、II級省煤器，不僅將水溫度提高，提高飽和蒸汽產量，更有效的降低煙溫，提高余熱利用效率;

（2）高溫段采用碳鋼材質，低溫段采用ND鋼及不銹鋼材質，解決沼氣發電機組煙氣腐蝕問題。

合理利用煙氣溫度，提高余熱利用率，節約成本。

4 總結

余熱回收利用是提高經濟性、節約燃料的一條重要途徑，沼氣發電技術以沼氣作為清潔能源，既能消耗廢棄物，減少環境污染，又可以產生熱能和電能，滿足生產和生活需求，符合可持續發展的戰略需求。

參考文獻：

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