某化工廠沼氣發電可行性分析

李繼君 郭超

摘 要：本文在對利用生物燃料沼氣發電技術應用分析的基礎上，結合某化工廠實際生產情況，對沼氣發電機組產生的經濟效益、社會效益進行分析，綜合考慮沼氣發電機組實施的可行性，為用戶提供數據支持。

關鍵詞：化工廠；沼氣發電；可行性分析

1 前言

沼氣燃燒發電是隨著大型沼氣池建設和沼氣綜合利用的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術，它是將沼氣用于發動機上，通過綜合發電裝置將生物質能轉化成轉化成電能和熱能。沼氣發電技術是實現畜禽糞便、農作物秸稈、有機生活垃圾以及生活污水等各類生物質資源能源化利用的有效途徑之一，具有高效、節能、安全和環保等綜合效益。

1.1 國內外現狀

沼氣發電在發達國家已受到廣泛重視和積極推廣。生物質能發電并網在西歐一些國家占能源總量的10%左右。

我國沼氣發電有30多年的歷史，在“十五”期間研制出20～600kW純燃沼氣發電機組系列產品，氣耗率0.6～0.8m3/Kwh（沼氣熱值>21MJ/m3）。但國內沼氣發電研究和應用市場都還處于不完善階段，特別是適用于我國廣大農村地區小型沼氣發電技術研究更少，我國農村偏遠地區還有許多地方嚴重缺電，如牧區、海島、偏僻山區等高壓輸電較為困難，而這些地區卻有著豐富的生物質原料。如能因地制宜地發展小沼電站，則可取長補短就地供電。

據統計，國內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電機組，每方沼氣可發電2.2-2.6度，而現在很多企業為節省投資，上容量小的機組，每方沼氣只能發1.8度電。以17000M3/天，熱值為25MJ/M3沼氣為例，每方沼氣發1.8度電的機組比每方沼氣發2.6度電的機組每年少發300多萬度電。

1.2 基本原理

生物質發酵又稱厭氧消化，是在厭氧環境中微生物分解有機物最終生成沼氣的過程，其產品是沼氣和發酵殘留物（高效的有機肥）。沼氣發酵是生物質能轉化最重要的技術之一，它不僅能有效處理有機廢物，降低化學需氧量（COD），還有殺滅致病菌，減少蚊蠅孿生的功能。此外，沼氣發酵作為廢物處理的手段，不僅能耗省，還能產生優質的燃料沼氣和肥料。嚴格地說，有機物在一定的條件下，經微生物轉化都可轉化成沼氣，只是物質的分子結構不同，被轉化利用的時間存在差異。

沼氣發電技術是集環保和節能于一體的能源綜合利用新技術。它是利用厭氧發酵處理產生的沼氣，驅動沼氣發電機組發電，并可充分將發電機組的余熱用于沼氣生產。沼氣發電熱電聯產項目的熱效率，視發電設備的不同而有較大的區別，如使用燃氣內燃機，其熱效率為70%～75%之間，而如使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。

2.沼氣發電技術在某化工廠中的應用分析

某化工廠主要從事丙烯酸、丁酯及附屬產品的生產，并對產生的丙烯酸廢水及丁酯廢水進行污水處理。

2.1工藝流程

該化工廠經過主化工裝置廢水收集裝置將生產過程中產生廢水經過高壓泵打到污水處理單元，經過污水厭氧發酵產生沼氣，沼氣經過脫硫凈化，經過增壓風機加壓后，經管道運輸到沼氣發電機組進行發電。主要流程如下：

該化工廠的污水處理廠每天處理500噸廢水，經過厭氧發酵產生沼氣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熱最為 34000焦耳，每立方米沼氣的發熱量約為22100焦耳。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。該工程產沼氣較少，故按每方沼氣發1.8度電計算，該工程每小時可發1260度電。

2.2 經濟效益分析

2.2.1 工程投資預算

污水處理廠以及沼氣產生的過程全部由工廠負責投資、建設、運行和維護，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。自沼氣在電廠內的輸送、發電機組、電力輸送線（該輸送線得長度對投資的影響很大）等的投資、運營和維護等由電廠負責。標準配置的沼氣電站（不包含沼氣處理、不包含土地），單位千瓦的投資約為3500元/kW（包括沼氣發電機組采購），當輸送低壓電纜較長時，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，從風險控制的角度需要由工廠負責。按標準配置投資計算該沼氣發電項目預計投資3500×1260=441萬元。

本文采用濟南柴油機股份有限公司生產的6000系列閉環電控沼氣發電機組，根據發電機組技術參數分析如表1所示。

2.2.2 工程經濟效益分析

按每度電0.7元電價計算，產生利潤如表2，從表2可以了解到該項目八個月可收回投資，開始盈利。

據此我們可以看出該化工廠沼氣發電項目的經濟效益非常可觀，可以進行論證實施。除此，利用發電余熱進行廠區供暖還可以節省蒸汽用量，本文不進行論述。

3 沼氣發電技術的應用前景

3.1 技術支持

國內數家有實力的研究院所和大型企業進行了強強合作，針對市場需求開發出不同規格的沼氣發電機組系列產品。在大機組方面，濟南柴油機股份有限公司已開發出了全燒沼氣內燃機的1000kW 沼氣發電機組，并在科技攻關項目《大型高效厭氧沼氣發電技術及示范電站》的工程應用成功。值得一提的是，國內新一輪開發出來的沼氣發電機組，已不是過去簡單改裝內燃機的發電機組。新的發電機組在性能方面已縮小了與國外先進機組的技術指標。

因此可以看出，在發電技術方面國內已可為沼氣發電的實施提供有力支持。

3.2 經濟社會效益

3.2.1 經濟效益

沼氣發電的經濟效益從兩方面考慮：一方面是沼氣用來發電，減少的商品電消耗部分；另一方面是沼氣發電工程的余熱做為熱能循環使用所節約的其他能源的消耗。

節約商品電部分：以本項目為例，由于采用了沼氣發電，沼氣電每日產量約30240kW·h，相當于每日節約30240kW·h的電能消耗，每年節約電能1100萬kW·h。

沼氣發電的余熱利用主要分為兩部分，一是排煙的余熱利用；二是發電機自身冷卻熱量的利用。余熱利用的主要形式有以下4種：①利用發電機的余熱可以產生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組，可以提供冷源負荷；③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很小，蒸汽產量較小；④利用發電機的余熱，配合螺桿膨脹動力機發電。

3.2.2 社會效益

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

沼氣發電綜合利用工程將會開辟一個新的經濟增長領域。加快該工程項目的推廣，可在 一定程度上替代化石能源，減少污染物排放、保護環境，優化產業結構，增加地方財政收入的同時， 還會為農村勞動力提供更多的就業機會，進而為我國經濟社會環境的可持續發展做出貢獻。

4 結語

本文從沼氣發電的經濟效益，社會效益和國家政策扶持三方面進行分析，及對沼氣發電設備的安全穩定性分析得出以下結論：

①利用污泥厭氧消化產生的沼氣進行發電在經濟上完全可行 ，一年內收回投資成本。②污水處理廠沼氣發電不僅有很好的社會效益，經濟效益和環境效益均十分突出，污水廠沼氣發電還可保證污水廠的供電穩定性，可解決由于突發斷電而產生的一系列問題。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將有助于污水處理廠沼氣發電的迅速發展。④國內已有大型企業生產出高性能的沼氣發電機組，為沼氣發電提供有力的設備支持。

綜上所述，沼氣發電技術在某化工廠中應用完全可行。

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