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栏目:生物质沼气
农村沼气发电的研究
2008-05-02 16:39:50 冰冷科技 搜索 】 浏览:943次 评论:0
摘要: 近年来,各地在综合利用沼气的基础上,因地制宜地办起了沼气发电站,补充了部分农村用电电源,取得了一定成绩,应引起我们重视。 一、发展农村沼气发电的意义 沼气是有机废物在一定温度、酸碱度和密闭等条件下,经细菌嫌气发酵而产生的一种以甲烷为主的可燃气体..
作者:
 近年来,各地在综合利用沼气的基础上,因地制宜地办起了沼气发电站,补充了部分农村用电电源,取得了一定成绩,应引起我们重视。
     一、发展农村沼气发电的意义
        沼气是有机废物在一定温度、酸碱度和密闭等条件下,经细菌嫌气发酵而产生的一种以甲烷为主的可燃气体。它通常含甲烷(CH4)55~70%,是一种良好的气体燃料,可以完全代替汽油或柴油进行开机发电。
        农村大办沼气发电,意义重大,好处很多。①能有效地解决农村普遍缺电的困难。②可以扩大肥源,提高肥效,促进农业生产和养猪事业的发展。③改善环境卫生,减少疾病传染,提高人民健康水平。④可以促进社队企业的发展,增加集体收入,同时,减轻了大电网负担,可以支援工业。⑤有了电,可以丰富社员群众的文化生活。如果大办沼气发电和大办家庭沼气结合起来,则其效益将更加显著。对发展农业和养猪事业,建设社会主义新农村,提高社员群众的物质生活文化生活水平,保护森林,保持水土,改良气候,加速农业现代化等,将起到积极的作用,具有十分现实的和深远的意义。
     二、农村沼气发电的应用
     1、沼气发电的型式
     沼气发电的型式,按沼气机所用燃料分,有单燃机(即电火花点火式)和双燃机(即液体燃料引燃式)两种。单燃机是用沼气单一燃料,要有一个点火系统,不需高压喷油系统,采用煤气机或汽油机最简单,在空气进口处加上一个沼气――空气混合器即可,完全用沼气代替煤气或汽油作燃料,便能正常运行。如果用柴油机改装,则不用高压喷油系统,加上一个点火系统和一个沼气――空气混合器便成,其效率比前两者高。双燃机是用沼气和柴油两种燃料,以沼气为主,少量柴油用来引燃。这种机主要是和用柴油机压燃的特点,一般用柴油机改装,只在空气进口处,加上沼气――空气混合器即成,不用作其他改装。
     单燃机和双燃机各有其优缺点。双燃机改装非常简单,使用亦很方便,但需要一定柴油用量。沼气不足时,可以单烧柴油。我们进行过测定,农村使用的双燃机,对照纯烧柴油,其节油率达80%左右。这种机用手扶拖拉机头来改装很方便,还可以发挥一机多能的作用,白天照常耕田或运输,晚上用来发电。由于这种机的柴油用量,可随沼气的多少而进行调节,故在生产应用中不受沼气充足与否的影响。总言之,这种机的改装简单容易,使用方便,投资小,效益大,很有利于农村生产队推广。单燃机的改装,虽然要外加点火系统,但可省去价格较贵的喷油系统。由分电器、点火线圈、火花塞和蓄电池组成的,它不用柴油,只烧沼气,在沼气充足的条件下,固定使用这种机是合适的。如果保留高压喷油系统,在油泵齿轮轴外端接出分电器和点火线圈,火花寒和喷油嘴可以互换,用火花塞,可单烧沼气,换回喷油嘴,又可单烧柴油。另外,我们也可以在气缸盖上喷油嘴附近,选一位置另钻一孔,专用来装火花塞,再按上面改装方法,保留高压喷油系统,同时加装点火系统。这样,既可以进行单烧,也可以进行双燃。
     从发酵池的结构型式分,有水压式沼气池和气袋式沼气池两种。水压式沼气池即是现在常见的家庭用沼气池,它有一个水压箱,沼气贮存在发酵池内,有一定压力,一般控制最高气压在150cm水柱左右,伴随用气过程,气压会发生变化。利用沼气有压力,作普通燃料直接引向沼气炉燃烧,很方便而且效果好。但是,作为内燃机燃料,则不理想,在非进气过程,因为沼气有压力,继续关气至混合器,使得气缸吸入的混合气浓度不稳定,以至发生爆炸,同时会有少量沼气从进气口逸出,污染空气,不卫生。由于沼气贮存于发酵池内且有压力,因此,发酵池结构要求较高,建池费用相应较大,池越大,顶盖强度要求则越大,这个问题也就越突出。因为池内发酵液面高度受池内气压影响,随气压变化,故发酵池有效容积的实际利用率较低。气袋式沼气池没有水压箱,沼气贮存于塑料薄膜制的气袋内,产气贮气系统都不变地处于低压(一般控制在2~5cm水柱压力),因而,不致有混合气浓度不稳定和逸出沼气造成了污染浪费等现象,同时,池内液面高度也保持不变,故池的有效容积利用率较高,池的受力和防渗要求不高,所以建池费用较低。综上分析可见,沼气发电用气袋式沼气池为有利,它具有建池费用低,池有效容积利用率高,较经济,较卫生和占地面积较小等优点。
     2、气袋式沼气发电站的建设
     气袋式沼气发电站大致可分为发酵产气、贮气输气和发电三个部分。发酵产气部分主要是发酵池的建议。贮气输气部分由气袋、输气管道、气阀和安全装置等组成,由于系统低压,气袋可用塑料薄膜焊制,容易制造且费用低。国外一般系用金属或塑料板做成浮动气罩进行贮气。我们也会进行过试验,结果,金属浮动气罩的费用比同体积的塑料薄膜气袋高20倍以上,还有材料不易解决和安装麻烦等问题。若用聚乙烯薄膜做气袋,则破袋回收,仍能拿回约为原价50%的收旧费,这样就更加经济了。易腐蚀的金属气阀,可用塑料管制成U形水封式气阀代替,经济且可靠。安全装置也可用简单办法解决,在输管道中,引出一支管,插入水中2-5cm便成,简易而有效。发电部分包括沼气机、发电机和配电盘,沼气机的改装,上面已作了介绍,这里不再赘述了。
     农村小型沼气电站,宜规划生产队和大队两级,以生产队为主。在目前情况下,生产队发电6~8千瓦,大队发电12~15千瓦,对发酵原料来源、投资和用途等比均较合适。公社有大型猪场或鸡场,原料来源丰富的,可办大型沼气电站。
     办一个小型沼气电站,应首先考虑发酵原料来源和作什么用途两个因素。然后,决定建多大容量的发酵池,配几个千瓦的发电机组。通常生产队用电来开动粉碎机、切菜机或打浆机以及抽水、照明等,按目前水平,装机7千瓦,一天发电35度左右,基本能够满足用电需要。按1米3沼气(甲烷含量为60%左右)发1.5度计,一天需沼气约23.3米3,在正常投料和注意管理的情况下,我国南方农村沼气的产气率一般可维持0.2米3/米3池上(据我们进行的观测,广东农村沼气的产气率一般是0.2~0.3米3/米3池,)在发酵原料来源充足的条件下,建池100~120米3,便可得到一天所需的沼气量。原料的产气量可以这样粗略算算:一条80~100斤的猪,每天的粪便可产沼气0.2米3左右。一条大水牛,每天的粪便可产沼气1~1.4米3。一斤鲜青草可产气0.3米3左右。一斤干禾草可产沼气0.12米3。因此,一个生产队集体养猪〔以平均80~100斤计〕60头,水牛5头,上集体厕所的100人,加上少量青草和禾草,便足以生产所需的沼气量。大队的企业用电较多,要注意按原料来源的多少来安排建池,以免基建投资大,效益小。
     沼气池的结构,以圆柱形、锅形底、拱形顶盖为优,施工容易,比较牢固,所占土地面积、所用材料和费用均较小。土质差,水位高的地方,则建球形池较有利。按总容积分建2~3个池并联使用比单建一个池为好。一个池的容积大约50米3为合适,这样,施工较易,清池和出料等可以错开进行,不致完全停气,中断使用。
     三、发展农村沼气发电的潜力和前景
     上面已经作过分析,大力发展农村沼气发电,不仅完全可能,而且很有必要。目前,世界各国都很重视生物能源,把它列到很高的位置,广泛开展研究利用的工作。我国近年虽然也开展了农村沼气利用的研究和推广,取得了好成果,但是还有许多工作有待我们去深入研究,进一步提高。沼气发酵的潜力是很大的。仅发酵工艺方面,潜力就未充分发挥,农村沼气池的实际产气率与实验室的试验结果就存在较大差距,前者是后者的20~30%,作出努力,使现在沼气池的产气率提高一倍是有可能的。现有的池子,大都没有发挥出它的能力,提高投料浓度,讲究科学管理,还能提高产气。在对沼气池的科学管理上,农村普遍存在不合理现象,如不经常投料,投料量不定,发酵液稀浓不定,平时不清渣、不揽拌等。我们在佛山市军桥沼气试验电站作过连续搅拌的试验,产气率提高80%以上。很清楚,经常进行搅拌,必能促进发酵,提高产气。从沼气发酵机理方面来看,现在农村的沼气发酵是处于无控制的自然发酵状态,如果在这方面的研究有所突破,那其前景必将更美!
     一个生产队的沼气发电量虽然不大,然而滴水成河,全面发展农村沼气发电。其总发电量将是巨大的,尤其要看到,大办农村小沼电,普遍有条件办又容易办,能解决大电网难以解决的远距离输电等困难。只要我们认真重视,抓好统一规划安排沼气发电的科研与推广工作,那么,在新能源建设中,农村沼气发电,一定会象一朵鲜花,得到充分的阳光雨露和滋养而绚丽开放!

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责任编辑:液化天然气
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