余熱利用-沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐

趙文婷

摘 要：隨著沼氣利用技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今出現(xiàn)了一項新的沼氣利用技術(shù)：沼氣燃燒發(fā)電。它的原理是將沼氣作為能源用于發(fā)動機(jī)上，裝上綜合發(fā)電裝置后，經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生足夠多的電能和熱能以用于其他領(lǐng)域。發(fā)電機(jī)組自帶余熱回收裝置，可以回收沼氣發(fā)電機(jī)組的高溫?zé)煔饧案滋姿疅崃?，用于生物質(zhì)厭氧處理的工藝用汽和熱水。

關(guān)鍵詞：余熱利用;沼氣發(fā)電機(jī)組;余熱鍋爐

0 引言

隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，以煤炭、石油為主要能源的傳統(tǒng)模式已經(jīng)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(huán)境下顯得日益重要，它的無污染性對緩解工業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境污染能起到至關(guān)重要的作用。節(jié)能減排是現(xiàn)如今工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一部分，也是大勢所趨。我國工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)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(fā)電機(jī)組余熱回收利用，以優(yōu)化余熱回收利用方案為主要內(nèi)容。

沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐是為了回收燃燒沼氣的發(fā)電機(jī)組煙氣余熱而設(shè)計制造的高效余熱利用裝置。目前沼氣發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用于造紙廠、酒精廠、藥廠、生化長、淀粉廠等生產(chǎn)領(lǐng)域。為沼氣發(fā)電機(jī)組配套專業(yè)的沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐， 可有助于解決這些行業(yè)的環(huán)境污染和節(jié)能減排。這些行業(yè)目前處理污廢的主流方式是采用生化法進(jìn)行處理，處理過程中產(chǎn)生大量沼氣，應(yīng)用于沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電后，排出的廢煙氣進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐后，煙氣與鍋爐水換熱，輸出熱水或蒸汽，再次應(yīng)用于加熱沼氣池，促進(jìn)沼氣池厭氧發(fā)酵，從而增加沼氣生成量。沼氣用于發(fā)電是一種非常好的燃料，每方沼氣可以發(fā)1.7度電，效益非?？捎^，而用沼氣作為能源進(jìn)行發(fā)電，不同的發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的熱效率也有很大分別：比如燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的效率為70%～75%，但如果用燃?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，所以優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計能極大地提高余熱利用率。

沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐促進(jìn)能源高效綜合利用，并且有效降低了工業(yè)生產(chǎn)中治理“三廢”所需的費用越來越高的情況，對節(jié)能環(huán)保有著重大的意義。

1 沼氣發(fā)電機(jī)組余熱利用

沼氣發(fā)電機(jī)的余熱利用分為兩部分，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。目前，國內(nèi)的發(fā)電機(jī)不提供機(jī)組自身冷卻熱量的利用，只有排煙的余熱可用。國外機(jī)組，例如GE Jenbacher的內(nèi)燃機(jī)，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(fā)電機(jī)的余熱可以產(chǎn)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(qū)可以使用。

（2）煙氣型。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）蒸汽型。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)組的容量較小，蒸汽的產(chǎn)量較小。例如，一臺1MW的沼氣發(fā)電機(jī)組，可以產(chǎn)生1.0噸左右，蒸汽壓力為0.6MPa的飽和蒸汽，作為供汽負(fù)荷使用。

（4）發(fā)電型。利用發(fā)電機(jī)的余熱，配合螺桿膨脹動力機(jī)發(fā)電。一臺1MW的沼氣發(fā)電機(jī)組，利用排煙余熱，可以配置一臺70kW的螺桿膨脹動力機(jī)發(fā)電。

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

2 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)

（1）余熱鍋爐一般由過熱器段、蒸發(fā)器段、省煤器段及其附屬設(shè)備和附件等組成。余熱鍋爐利用發(fā)電機(jī)組排出的煙氣導(dǎo)入余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生過熱蒸汽或熱水，從而達(dá)到節(jié)約燃料，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的目的。

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

優(yōu)點：余熱鍋爐的生產(chǎn)采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，主要的換熱部分按過熱器段、蒸發(fā)器段、省煤器段分別加工，最后再與框架、進(jìn)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(jìn)措施

現(xiàn)有的沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐，僅從余熱利用、節(jié)約能源這方面考慮，為節(jié)約成本，能滿足機(jī)械使用性能，鍋爐換熱元件材質(zhì)使用普通碳鋼，而沼氣發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)組煙氣中的換熱元件，在鍋爐運行一段時間后就會發(fā)生腐蝕，出現(xiàn)漏水、堵塞等情況，不僅縮短鍋爐使用壽命，由于腐蝕而發(fā)生的堵塞物附著在鍋爐管上就會導(dǎo)致鍋爐管傳熱效率大大降低，從經(jīng)濟(jì)回收效益來說，沼氣發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐使用碳鋼換熱元件并不能節(jié)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(jìn)：

高溫?zé)煔舛尾捎寐菁y管管殼式余熱鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽，有效利用高溫?zé)煔?

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(yōu)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(chǎn)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(zhì)，低溫段采用ND鋼及不銹鋼材質(zhì)，解決沼氣發(fā)電機(jī)組煙氣腐蝕問題。

合理利用煙氣溫度，提高余熱利用率，節(jié)約成本。

4 總結(jié)

余熱回收利用是提高經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約燃料的一條重要途徑，沼氣發(fā)電技術(shù)以沼氣作為清潔能源，既能消耗廢棄物，減少環(huán)境污染，又可以產(chǎn)生熱能和電能，滿足生產(chǎn)和生活需求，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉顯明，李和平，贠小銀等.沼氣發(fā)電技術(shù)工藝及余熱利用技術(shù)[J].華電技術(shù)，2009.

[2]林永鋒.低碳能源革命刻不容緩[J].中國能源報，2009，11（16）.