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内燃机工作原理 燃气轮机工作原理 生物质发电-规模与发电机选择 生物质 Direct Combustion 内燃机 电能 生物质 IGCC 燃气轮机 电能 生物质 蒸汽轮机 电能 IGCC η=10-15％ η=25-35％ η=35-45％ 规模200KW 200KW规模1MW 1MW规模 4、沼气发电技术与控制策略 a.沼气燃烧发电 沼气燃烧发电类型 沼气燃烧发电类型 从图中可见，在4000 kW 以下的功率范围内，采用内燃机具有较高的利用效率。相对燃煤、燃油发电来说，沼气发电的特点是功率小，对于这种类型的发电动力设备，国际上普遍采用内燃机发电机组进行发电，否则在经济性上不可行。 不同动力设备的能量利用率 在沼气可以满足锅炉燃烧要求时，采用由沼气供气的方式；当沼气不能满足锅炉燃烧要求时，切换至天然气供气方式。这种方式是共用了一个燃烧器，即采用一拖二的方式使两种气源合用一个燃烧控制器。 沼气与天然气双气源锅炉 b.沼气燃料电池发电 沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能的一种装置，它所用的“燃料”并不燃烧，而是直接产生电能。 燃料处理单元 发电单元 电流转换单元 沼气燃料电池系统的组成: 燃料处理单元 该单元主要部件是改质器，它以镍为催化剂，将甲烷转化为氢气，反应过程如下 （参与反应的水蒸汽来自发电单元）　 为了降低CO的浓度，在铜和锌的催化作用下，混合气体在改质器后的变成器中得到进一步的改良，反应式如式 发电单元 发电单元基本部件由两个电极和电解质组成，氢气和氧化剂(O2)在两个电极上进行电化学反应，电解质则构成电池的内回路。电解质可采用磷酸，其发电效率虽然较低，但温度低(约200℃)。在磷酸电解质中，电池反应为 阳极 阴极 沼气燃料电池（磷酸型燃料电池）工作原理 电流转换系统 主要任务是把直流电转换为交流电，供交流负载使用还可以实现并网供电。 沼气燃料电池所用的沼气，其纯度要求较高，要求甲烷的浓度（体积分数）在90%以上，其他成分如CO2、H2S等对燃料电池有不利影响，必须对沼气进行提纯。双塔式吸收法是沼气提纯的一种简单而有效的方法，装置如下图所示。 这种装置具有组成简单、成本低、操作简便的特点。第一吸收塔用处理水吸收大部分CO2和H2S，第二吸收塔用NaOH水溶液溶解吸收，这样可节省NaOH的用量。用此装置提纯沼气，CH4的回收率高，系统运行稳定可靠。 双塔式吸收法提纯沼气 围绕着提高沼气燃烧发电或沼气燃料电池的转化效率， 沼气发动机要解决的核心问题是沼气的净化处理和混合。 1）沼气的净化处理 沼气中含有微量水分和H2S等腐蚀性介质，这些有害成分对输气管道和发动机部件产生腐蚀，影响发动机的正常运行和使用寿命，可在进气管道上安装脱硫塔、过滤除尘、除湿、除油装置。 c.沼气发电的控制策略 2）沼气发电机组的防腐处理 对输气管道、中冷器、增压器、活塞等部件进行涂漆、渗瓷、渗氮等防护处理。在燃烧室周围相关部件及排气管均应考虑采取防腐措施。 3）电控混合器技术 计算机监控系统实时监控燃烧室内的燃烧情况，并将燃烧信号反馈到电气控制单元（ECU），ECU发出指令，使电控混合器的执行器带动操纵机构，改变沼气和空气的进气流道面积，根据沼气中CH4浓度的变化合理匹配空气和沼气流量，达到实时调节空燃比的目的，使发动机转速和输出功率平稳。 沼气燃料电池发电与沼气发电机发电相比不仅发电效率和能量利用率高，而且振动和噪音小，排出的废气氮氧化物和硫化物浓度低，因此是很有发展前途的沼气利用工艺。表6-10是日本某座处理水量为20万m3/d的污水处理厂沼气燃料电池与沼气发电的经济分析比较。 d.沼气发电机发电与沼气燃料电池发电的比较 沼气用量（m3/d） 6804 发电方式 沼气燃料电池（200kW×4） 沼气发电（600 kW） 年发电量（kW/a） 56.1×105 44.2×105 发电设备耗电量（kWh/a） －3.3×105 －3.6×105 年供电量（kWh/a） 52.8×105 40.6×105 年节省电费（A）/万日元 7392 5684 建设费/万日元 72000 71000 年运行费用（B）/万日元 6248 5056 年盈利（C=A-B）/万日元 1144 628 沼气燃料电池与沼气发电机发电的经济比较 目前我国对垃圾的处理手段主要集中在填埋和焚烧两种方式。 填埋是大量消纳