某化工廠沼氣發(fā)電可行性分析

李繼君 郭超

摘 要：本文在對(duì)利用生物燃料沼氣發(fā)電技術(shù)應(yīng)用分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合某化工廠實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)沼氣發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益進(jìn)行分析，綜合考慮沼氣發(fā)電機(jī)組實(shí)施的可行性，為用戶提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：化工廠；沼氣發(fā)電；可行性分析

1 前言

沼氣燃燒發(fā)電是隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù)，它是將沼氣用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，通過綜合發(fā)電裝置將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成電能和熱能。沼氣發(fā)電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、有機(jī)生活垃圾以及生活污水等各類生物質(zhì)資源能源化利用的有效途徑之一，具有高效、節(jié)能、安全和環(huán)保等綜合效益。

1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

沼氣發(fā)電在發(fā)達(dá)國家已受到廣泛重視和積極推廣。生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)在西歐一些國家占能源總量的10%左右。

我國沼氣發(fā)電有30多年的歷史，在“十五”期間研制出20～600kW純?nèi)颊託獍l(fā)電機(jī)組系列產(chǎn)品，氣耗率0.6～0.8m3/Kwh（沼氣熱值>21MJ/m3）。但國內(nèi)沼氣發(fā)電研究和應(yīng)用市場(chǎng)都還處于不完善階段，特別是適用于我國廣大農(nóng)村地區(qū)小型沼氣發(fā)電技術(shù)研究更少，我國農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)還有許多地方嚴(yán)重缺電，如牧區(qū)、海島、偏僻山區(qū)等高壓輸電較為困難，而這些地區(qū)卻有著豐富的生物質(zhì)原料。如能因地制宜地發(fā)展小沼電站，則可取長補(bǔ)短就地供電。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)很多廢水厭氧處理的沼氣，CH4含量在50-60%之間，如果選用合適的沼氣發(fā)電機(jī)組，每方沼氣可發(fā)電2.2-2.6度，而現(xiàn)在很多企業(yè)為節(jié)省投資，上容量小的機(jī)組，每方沼氣只能發(fā)1.8度電。以17000M3/天，熱值為25MJ/M3沼氣為例，每方沼氣發(fā)1.8度電的機(jī)組比每方沼氣發(fā)2.6度電的機(jī)組每年少發(fā)300多萬度電。

1.2 基本原理

生物質(zhì)發(fā)酵又稱厭氧消化，是在厭氧環(huán)境中微生物分解有機(jī)物最終生成沼氣的過程，其產(chǎn)品是沼氣和發(fā)酵殘留物（高效的有機(jī)肥）。沼氣發(fā)酵是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化最重要的技術(shù)之一，它不僅能有效處理有機(jī)廢物，降低化學(xué)需氧量（COD），還有殺滅致病菌，減少蚊蠅孿生的功能。此外，沼氣發(fā)酵作為廢物處理的手段，不僅能耗省，還能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的燃料沼氣和肥料。嚴(yán)格地說，有機(jī)物在一定的條件下，經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化都可轉(zhuǎn)化成沼氣，只是物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不同，被轉(zhuǎn)化利用的時(shí)間存在差異。

沼氣發(fā)電技術(shù)是集環(huán)保和節(jié)能于一體的能源綜合利用新技術(shù)。它是利用厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣，驅(qū)動(dòng)沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并可充分將發(fā)電機(jī)組的余熱用于沼氣生產(chǎn)。沼氣發(fā)電熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的熱效率，視發(fā)電設(shè)備的不同而有較大的區(qū)別，如使用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，其熱效率為70%～75%之間，而如使用燃?xì)馔钙胶陀酂徨仩t，在補(bǔ)燃的情況下，熱效率可以達(dá)到90%以上。

2.沼氣發(fā)電技術(shù)在某化工廠中的應(yīng)用分析

某化工廠主要從事丙烯酸、丁酯及附屬產(chǎn)品的生產(chǎn)，并對(duì)產(chǎn)生的丙烯酸廢水及丁酯廢水進(jìn)行污水處理。

2.1工藝流程

該化工廠經(jīng)過主化工裝置廢水收集裝置將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢水經(jīng)過高壓泵打到污水處理單元，經(jīng)過污水厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣經(jīng)過脫硫凈化，經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)加壓后，經(jīng)管道運(yùn)輸?shù)秸託獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。主要流程如下：

該化工廠的污水處理廠每天處理500噸廢水，經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣700m3/h（即16800m3/d），沼氣成分為：甲烷含量65%、二氧化碳含量30%、硫化氫含量6.5mg/L（4500ppm）及其他惰性氣體約5%。每立方米純甲烷的發(fā)熱最為 34000焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為22100焦耳。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供的熱量。該工程產(chǎn)沼氣較少，故按每方沼氣發(fā)1.8度電計(jì)算，該工程每小時(shí)可發(fā)1260度電。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

2.2.1 工程投資預(yù)算

污水處理廠以及沼氣產(chǎn)生的過程全部由工廠負(fù)責(zé)投資、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)，該部分投資全部是為了污水處理的需要，不論沼氣是否用來發(fā)電，該部分投資都是必須的，該廠已有沼氣脫硫凈化工程。自沼氣在電廠內(nèi)的輸送、發(fā)電機(jī)組、電力輸送線（該輸送線得長度對(duì)投資的影響很大）等的投資、運(yùn)營和維護(hù)等由電廠負(fù)責(zé)。標(biāo)準(zhǔn)配置的沼氣電站（不包含沼氣處理、不包含土地），單位千瓦的投資約為3500元/kW（包括沼氣發(fā)電機(jī)組采購），當(dāng)輸送低壓電纜較長時(shí)，單位千瓦投資將超過4000元。

沼氣電站所需的土地和廠房很小，由于土地與廠房不可移動(dòng)，從風(fēng)險(xiǎn)控制的角度需要由工廠負(fù)責(zé)。按標(biāo)準(zhǔn)配置投資計(jì)算該沼氣發(fā)電項(xiàng)目預(yù)計(jì)投資3500×1260=441萬元。

本文采用濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的6000系列閉環(huán)電控沼氣發(fā)電機(jī)組，根據(jù)發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)分析如表1所示。

2.2.2 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

按每度電0.7元電價(jià)計(jì)算，產(chǎn)生利潤如表2，從表2可以了解到該項(xiàng)目八個(gè)月可收回投資，開始盈利。

據(jù)此我們可以看出該化工廠沼氣發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，可以進(jìn)行論證實(shí)施。除此，利用發(fā)電余熱進(jìn)行廠區(qū)供暖還可以節(jié)省蒸汽用量，本文不進(jìn)行論述。

3 沼氣發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景

3.1 技術(shù)支持

國內(nèi)數(shù)家有實(shí)力的研究院所和大型企業(yè)進(jìn)行了強(qiáng)強(qiáng)合作，針對(duì)市場(chǎng)需求開發(fā)出不同規(guī)格的沼氣發(fā)電機(jī)組系列產(chǎn)品。在大機(jī)組方面，濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司已開發(fā)出了全燒沼氣內(nèi)燃機(jī)的1000kW 沼氣發(fā)電機(jī)組，并在科技攻關(guān)項(xiàng)目《大型高效厭氧沼氣發(fā)電技術(shù)及示范電站》的工程應(yīng)用成功。值得一提的是，國內(nèi)新一輪開發(fā)出來的沼氣發(fā)電機(jī)組，已不是過去簡(jiǎn)單改裝內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電機(jī)組。新的發(fā)電機(jī)組在性能方面已縮小了與國外先進(jìn)機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)。

因此可以看出，在發(fā)電技術(shù)方面國內(nèi)已可為沼氣發(fā)電的實(shí)施提供有力支持。

3.2 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

3.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

沼氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益從兩方面考慮：一方面是沼氣用來發(fā)電，減少的商品電消耗部分；另一方面是沼氣發(fā)電工程的余熱做為熱能循環(huán)使用所節(jié)約的其他能源的消耗。

節(jié)約商品電部分：以本項(xiàng)目為例，由于采用了沼氣發(fā)電，沼氣電每日產(chǎn)量約30240kW·h，相當(dāng)于每日節(jié)約30240kW·h的電能消耗，每年節(jié)約電能1100萬kW·h。

沼氣發(fā)電的余熱利用主要分為兩部分，一是排煙的余熱利用；二是發(fā)電機(jī)自身冷卻熱量的利用。余熱利用的主要形式有以下4種：①利用發(fā)電機(jī)的余熱可以產(chǎn)生90℃甚至更高溫度的熱水；②利用煙氣的余熱配合吸收式制冷機(jī)組，可以提供冷源負(fù)荷；③利用煙氣的余熱可以產(chǎn)生飽和蒸汽或者過熱蒸汽，但是沼氣發(fā)電機(jī)組的容量很小，蒸汽產(chǎn)量較小；④利用發(fā)電機(jī)的余熱，配合螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)發(fā)電。

3.2.2 社會(huì)效益

沼氣發(fā)電技術(shù)本身提供的是清潔能源，不僅解決了沼氣工程中的環(huán)境問題、消耗了大量廢棄物、保護(hù)了環(huán)境、減少了溫室氣體的排放，而且變廢為寶，產(chǎn)生了大量的熱能和電能，符合能源再循環(huán)利用的環(huán)保理念，給我們帶來了巨大的社會(huì)效益。

沼氣發(fā)電綜合利用工程將會(huì)開辟一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長領(lǐng)域。加快該工程項(xiàng)目的推廣，可在 一定程度上替代化石能源，減少污染物排放、保護(hù)環(huán)境，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加地方財(cái)政收入的同時(shí)， 還會(huì)為農(nóng)村勞動(dòng)力提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)而為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語

本文從沼氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益和國家政策扶持三方面進(jìn)行分析，及對(duì)沼氣發(fā)電設(shè)備的安全穩(wěn)定性分析得出以下結(jié)論：

①利用污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電在經(jīng)濟(jì)上完全可行 ，一年內(nèi)收回投資成本。②污水處理廠沼氣發(fā)電不僅有很好的社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益均十分突出，污水廠沼氣發(fā)電還可保證污水廠的供電穩(wěn)定性，可解決由于突發(fā)斷電而產(chǎn)生的一系列問題。③我國能源緊缺，污水處理廠能耗高、污染物資源化和能源回收利用的程度低，實(shí)行污泥厭氧消化并綜合利用沼氣是十分必要的，國家宏觀政策的引導(dǎo)將有助于污水處理廠沼氣發(fā)電的迅速發(fā)展。④國內(nèi)已有大型企業(yè)生產(chǎn)出高性能的沼氣發(fā)電機(jī)組，為沼氣發(fā)電提供有力的設(shè)備支持。

綜上所述，沼氣發(fā)電技術(shù)在某化工廠中應(yīng)用完全可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾邦龍，呂增安.歐洲沼氣發(fā)電技術(shù)引進(jìn)與應(yīng)用[C].2007年新農(nóng)村與可再生能源國際研討會(huì)，2007.

[2]夏來慶，陳澤智，鄭彪.談?wù)託獍l(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化，1996（8）：20-21.

[3]曾友為，顏麗.我國“沼氣發(fā)電”發(fā)展趨勢(shì)分析[C].2003年中國生物質(zhì)能技術(shù)研討會(huì)，2003.

[4]鄂佐星，周曙光.畜禽場(chǎng)沼氣工程技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2009.