某化工厂沼气发电可行性分析

摘 要：本文在对利用生物燃料沼气发电技术应用分析的基础上，结合某化工厂实际生产情况，对沼气发电机组产生的经济效益、社会效益进行分析，综合考虑沼气发电机组实施的可行性，为用户提供数据支持。

关键词：化工厂；沼气发电；可行性分析

1 前言

沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它是将沼气用于发动机上，通过综合发电装置将生物质能转化成转化成电能和热能。沼气发电技术是实现畜禽粪便、农作物秸秆、有机生活垃圾以及生活污水等各类生物质资源能源化利用的有效途径之一，具有高效、节能、安全和环保等综合效益。

1.1 国内外现状

沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网在西欧一些国家占能源总量的10%左右。

我国沼气发电有30多年的历史，在“十五”期间研制出20～600kW纯燃沼气发电机组系列产品，气耗率0.6～0.8m3/Kwh（沼气热值>21MJ/m3）。但国内沼气发电研究和应用市场都还处于不完善阶段，特别是适用于我国广大农村地区小型沼气发电技术研究更少，我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。如能因地制宜地发展小沼电站，则可取长补短就地供电。

据统计，国内很多废水厌氧处理的沼气，CH4含量在50-60%之间，如果选用合适的沼气发电机组，每方沼气可发电2.2-2.6度，而现在很多企业为节省投资，上容量小的机组，每方沼气只能发1.8度电。以17000M3/天，热值为25MJ/M3沼气为例，每方沼气发1.8度电的机组比每方沼气发2.6度电的机组每年少发300多万度电。

1.2 基本原理

生物质发酵又称厌氧消化，是在厌氧环境中微生物分解有机物最终生成沼气的过程，其产品是沼气和发酵残留物（高效的有机肥）。沼气发酵是生物质能转化最重要的技术之一，它不仅能有效处理有机废物，降低化学需氧量（COD），还有杀灭致病菌，减少蚊蝇孪生的功能。此外，沼气发酵作为废物处理的手段，不仅能耗省，还能产生优质的燃料沼气和肥料。严格地说，有机物在一定的条件下，经微生物转化都可转化成沼气，只是物质的分子结构不同，被转化利用的时间存在差异。

沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它是利用厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。沼气发电热电联产项目的热效率，视发电设备的不同而有较大的区别，如使用燃气内燃机，其热效率为70%～75%之间，而如使用燃氣透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上。

2.沼气发电技术在某化工厂中的应用分析

某化工厂主要从事丙烯酸、丁酯及附属产品的生产，并对产生的丙烯酸废水及丁酯废水进行污水处理。

2.1工艺流程

该化工厂经过主化工装置废水收集装置将生产过程中产生废水经过高压泵打到污水处理单元，经过污水厌氧发酵产生沼气，沼气经过脱硫净化，经过增压风机加压后，经管道运输到沼气发电机组进行发电。主要流程如下：

该化工厂的污水处理厂每天处理500吨废水，经过厌氧发酵产生沼气700m3/h（即16800m3/d），沼气成分为：甲烷含量65%、二氧化碳含量30%、硫化氢含量6.5mg/L（4500ppm）及其他惰性气体约5%。每立方米纯甲烷的发热最为 34000焦耳，每立方米沼气的发热量约为22100焦耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。该工程产沼气较少，故按每方沼气发1.8度电计算，该工程每小时可发1260度电。

2.2 经济效益分析

2.2.1 工程投资预算

污水处理厂以及沼气产生的过程全部由工厂负责投资、建设、运行和维护，该部分投资全部是为了污水处理的需要，不论沼气是否用来发电，该部分投资都是必须的，该厂已有沼气脱硫净化工程。自沼气在电厂内的输送、发电机组、电力输送线（该输送线得长度对投资的影响很大）等的投资、运营和维护等由电厂负责。标准配置的沼气电站（不包含沼气处理、不包含土地），单位千瓦的投资约为3500元/kW（包括沼气发电机组采购），当输送低压电缆较长时，单位千瓦投资将超过4000元。

沼气电站所需的土地和厂房很小，由于土地与厂房不可移动，从风险控制的角度需要由工厂负责。按标准配置投资计算该沼气发电项目预计投资3500×1260=441万元。

本文采用济南柴油机股份有限公司生产的6000系列闭环电控沼气发电机组，根据发电机组技术参数分析如表1所示。

2.2.2 工程经济效益分析

按每度电0.7元电价计算，产生利润如表2，从表2可以了解到该项目八个月可收回投资，开始盈利。

据此我们可以看出该化工厂沼气发电项目的经济效益非常可观，可以进行论证实施。除此，利用发电余热进行厂区供暖还可以节省蒸汽用量，本文不进行论述。

3 沼气发电技术的应用前景

3.1 技术支持

国内数家有实力的研究院所和大型企业进行了强强合作，针对市场需求开发出不同规格的沼气发电机组系列产品。在大机组方面，济南柴油机股份有限公司已开发出了全烧沼气内燃机的1000kW 沼气发电机组，并在科技攻关项目《大型高效厌氧沼气发电技术及示范电站》的工程应用成功。值得一提的是，国内新一轮开发出来的沼气发电机组，已不是过去简单改装内燃机的发电机组。新的发电机组在性能方面已缩小了与国外先进机组的技术指标。

因此可以看出，在发电技术方面国内已可为沼气发电的实施提供有力支持。

3.2 经济社会效益

3.2.1 经济效益

沼气发电的经济效益从两方面考虑：一方面是沼气用来发电，减少的商品电消耗部分；另一方面是沼气发电工程的余热做为热能循环使用所节约的其他能源的消耗。

節约商品电部分：以本项目为例，由于采用了沼气发电，沼气电每日产量约30240kW·h，相当于每日节约30240kW·h的电能消耗，每年节约电能1100万kW·h。

沼气发电的余热利用主要分为两部分，一是排烟的余热利用；二是发电机自身冷却热量的利用。余热利用的主要形式有以下4种：①利用发电机的余热可以产生90℃甚至更高温度的热水；②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很小，蒸汽产量较小；④利用发电机的余热，配合螺杆膨胀动力机发电。

3.2.2 社会效益

沼气发电技术本身提供的是清洁能源，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放，而且变废为宝，产生了大量的热能和电能，符合能源再循环利用的环保理念，给我们带来了巨大的社会效益。

沼气发电综合利用工程将会开辟一个新的经济增长领域。加快该工程项目的推广，可在 一定程度上替代化石能源，减少污染物排放、保护环境，优化产业结构，增加地方财政收入的同时， 还会为农村劳动力提供更多的就业机会，进而为我国经济社会环境的可持续发展做出贡献。

4 结语

本文从沼气发电的经济效益，社会效益和国家政策扶持三方面进行分析，及对沼气发电设备的安全稳定性分析得出以下结论：

①利用污泥厌氧消化产生的沼气进行发电在经济上完全可行 ，一年内收回投资成本。②污水处理厂沼气发电不仅有很好的社会效益，经济效益和环境效益均十分突出，污水厂沼气发电还可保证污水厂的供电稳定性，可解决由于突发断电而产生的一系列问题。③我国能源紧缺，污水处理厂能耗高、污染物资源化和能源回收利用的程度低，实行污泥厌氧消化并综合利用沼气是十分必要的，国家宏观政策的引导将有助于污水处理厂沼气发电的迅速发展。④国内已有大型企业生产出高性能的沼气发电机组，为沼气发电提供有力的设备支持。

综上所述，沼气发电技术在某化工厂中应用完全可行。

参考文献：

[1]曾邦龙，吕增安.欧洲沼气发电技术引进与应用[C].2007年新农村与可再生能源国际研讨会，2007.

[2]夏来庆，陈泽智，郑彪.谈沼气发电技术及其应用[J].农村电气化，1996（8）：20-21.

[3]曾友为，颜丽.我国“沼气发电”发展趋势分析[C].2003年中国生物质能技术研讨会，2003.

[4]鄂佐星，周曙光.畜禽场沼气工程技术[M].北京：中国农业科学技术出版社，2009.

推荐访问:沼气 化工厂 发电 可行性分析