■ 唐洪兴1，施玉书2，宋玉良2，牛文科2，付银松2，马建萍2，徐　建2
（1.杭州市农村

能源

办公室，浙江 杭州 310020；
2.建德市农村能源办公室，浙江 建德 311600）
2007年第五期

摘　要：对杭州市九个规模畜禽场的沼气

/柴油双燃料

发电技术

应用项目

的成功实践进行了初步探讨和科学分析，总结出沼气/柴油双燃料发电技术应用中应具备的条件、技术措施和操作要点。
关键词：沼气/柴油；双燃料发电；规模畜禽场；规范化

0　引? 言
　　近年来，随着杭州市社会经济的快速发展

，电力供需矛盾日益突出，拉闸限电现象频繁出现，给规模畜禽养殖场饲料加工、抽水等生产造成困难。为了应对拉闸停电给畜禽养殖生产带来的影响，一些建有沼气工程的规模畜禽养殖场纷纷配置了沼气/柴油双燃料发电机组，利用养殖场丰富的沼气资源，将沼气与柴油两种燃料混合进行燃烧发电。这种双燃料发电模式已逐渐成为规模畜禽场应对停电和节约能源的有效途径。迄今为止，本市已有十多家规模畜禽养殖场安装使用了沼气/柴油双燃料发电机组。
　　采用沼气发电技术是充分利用沼气的好方法，其运行灵活，可调率高，机组启动快捷，建设周期短，且投资少。在获得生产所需电力的同时，又充分利用了富余的沼气，增加了养殖企业的经济效益，减少了因富余沼气排空对大气环境造成的污染。但是，沼气/柴油双燃料发电是一项涉及诸多行业的系统工程，它包括沼气生产、储存、沼气净化与内燃机的改装以及使用管理等工作。然而大部分畜禽养殖场对此缺乏科学了解，安全意识也较为淡薄，使这项技术在应用上存在着一定的盲目性和安全隐患。因此，这种自给自用的沼气/柴油双燃料发电技术，亟需有关部门认真重视并加以规范管理。本文以本市九个规模畜禽场沼气/柴油双燃料发电技术应用实践为例，对规模畜禽场在应用双燃料发电技术的条件、技术措施、操作要点等规范化方面进行了初步探索。

1　沼气/柴油双燃料发电技术应用的基础条件
　　1.1　沼气/柴油双燃料发电机的技术特性
　　在不改变柴油机原有的供油方式、不降低原柴油发电机组性能情况下，对普通常规中小型柴油发电机组进行改造，通过切换机构方便地控制和调节沼气与柴油的混合燃烧来完成内燃机的工作。改造后的发电机组既可以继续保持纯柴油的燃烧方式，又可方便地使用柴油和沼气的混合燃料来进行运转。
　　1.2　具备完善的沼气工程设施
　　畜禽场应拥有足够的沼气发酵原料和性能良好的沼气工程设施，稳定、优质的沼气来源是畜禽场实现沼气/柴油双燃料发电的基本条件。
　　畜禽场应具备完善的沼气净化设施。进入内燃机的沼气必须经过气水分离、脱硫、稳压等处理，以达到适合内燃机工作的气质要求。
　　必须的审批与管理程序。沼气/柴油双燃料发电属于用户的自备电力，安装前应向电力管理部门进行申请备案，经同意后方可进行安装使用。
　　自备发电机的管理流程、装置标准和安装使用，严格按照《浙江省电力工业局用户不并网自备电源管理办法》、《杭州市电力局客户自备电源管理办法》的相关规定执行。
2　规模畜禽场的沼气设施与柴油发电机选配
　　2.1　畜禽场的生产规模和沼气工程配置情况
实施双燃料发电的9个畜禽场均有稳定的畜禽存栏量和性能良好的沼气工程设施，主要配置设施有：沼气发酵池、气水分离器、脱硫塔、储气柜、回火阻燃器、沼气净化房、沼气发电房等。
　　2.2　畜禽场自备电力的用途与发电机的选配
　　2.2.1 柴油发电机的用途和选配
　　一般畜禽场配置柴油发电机的主要用途为饲料加工、抽水和输送沼肥供应电力。一般畜禽场每天饲料加工的时间为3～6h，水泵抽水时间约3h，自备发电机每天运行时间约为3～8h（≤12h）。
　　综合以往柴油机改装成双燃料机的实践经验，结合畜禽场发电机的用途和使用特点，我们通过认真的调研分析，认为畜禽场在选用柴油发电机时，宜选用高速、增压、油耗低、调速性能较好的柴油机，发电机宜选用工作较可靠、故障率低、维护检修较方便的无刷励磁同步电机。在确定发电机组容量时，首先考虑发电机组输出功率与畜禽场用电负载总功率的匹配相适应。
　　九个畜禽养殖场结合实际的用电需求，配置了经济实用、工作稳定的卧式单缸内燃机，发电机组额定功率在10～15kW之间，见表1。

表1?? 杭州市建德市各畜禽场沼气工程柴油发电机配置情况表
目次	养殖场名称	畜禽存栏数	沼气工程/m3	主要用电设备	用电总负荷/kW	发电机 配置/kW
1	建德市新牧 养猪场	3200头	500(干湿分离)	粉碎机 抽水机	11.5	15
2	建德市远坤 养猪场	1600头	240(干湿分离)	粉碎机	7.5	10
3	建德市火红 养殖场	1400头	300(干湿分离)	粉碎机 抽水机	9.8	15
5	建德市增富生态养殖场	800头	300(干湿分离)	粉碎机 抽水机	11.5	15
6	建德市新安江种猪场	2500头	400干湿分离)	粉碎机 抽水机	11.5	15
7	建德市银坤 养殖场?	600头	300	粉碎机 抽水机	9.8	15
8	建德市伍泽 文养猪场	500头	240	粉碎机	7.5	10
9	建德市万秋 养殖场	1500头	320(干湿分离)	粉碎机 抽水机	11.5	15

　　2.2.2　柴油发电机的技术参数与特点
　　本市畜禽养殖场配置的S1100卧式单缸内燃机具有结构紧凑、小巧灵活、性能可靠、维修方便的特点。
　　配置的发电机为防滴转场式结构，采用谐波励磁系统，防护等级IP21。使用安全可靠，维护简单方便。发电机为三相四线制，采用带有中性点的星形接法，额定线电压400V，相电压230V，频率50Hz，功率因素0.8（滞后）。
3　双燃料发电系统实施与应用中的技术要求
　　3.1　沼气的收集与处理
　　沼气是一种具有较高热值的可燃气体，其最低着火温度645℃、自燃点650～750℃，比较符合内燃机的燃烧特性。但是,畜禽粪便厌氧处理产生的沼气是含有多种成份的混合气体，不宜直接作为内燃机的燃料，需经过收集与净化处理后方能使用。主要技术措施为：
　　沼气收集与稳压。根据沼气的产量和用量配置一个沼气储气柜，畜禽粪便厌氧产生的沼气通过储气柜进行收集、储存、稳压和调节供需平衡。?
　　沼气净化。沼气中少量的H2S，对内燃机有很强的腐蚀作用，在储气柜前的输气管上设置装有氧化铁（Fe2O3）脱硫剂的脱硫装置对其进行脱硫处理；为了减少沼气中的水分，采用了重力式气水分离器进行脱水处理。
　　回火阻燃。在沼气输气管的终端前设置了回火阻燃器，以防止沼气在使用过程中出现的回火现象，确保沼气设施的安全。
禽畜养殖场的沼气净化与输送工艺流程图：
　　 3.2　发电机（组）房
　　发电机组要选择合适的场地进行固定安装。在选择发电机安装场地时，主要要考虑防震、通风良好、远离火源和易燃、易爆、及有毒、易腐蚀物质，卫生条件好、噪声不影响居民生活等条件。
　　3.3　空气/沼气混合器的设计
　　沼气－空气混合器是柴油机改成双燃料机的关键部件。柴油与沼气在内燃机内燃烧需要充足的空气，当空气量过少或者沼气与柴油的混合比不协调，则成为不完全燃烧或不能燃烧，影响发电机的正常工作。因此，为适应内燃机的工作状况，我们在设计安装沼气/空气混合器时，主要进行了三个方面的考虑：
　　1）结构设计：为适应内燃机的燃烧特性，依据沼气与空气不同的比重和压力，混合器的构造应确保净化处理后的沼气与经过空气滤清器过滤后的空气合理的混合比和混合的均匀性。
　　2）流量设计：为提高混合气的进气效率，对进入燃烧室内柴油与沼气混合气完全燃烧所需的理论空气量进行计算， 确定混合器沼气进气管的尺寸。并在混合器前端沼气输气管上安装一个调节阀以调节沼气的供给量，以适应内燃机工作时的负荷变化。
　　3）混合器的安装位置：为保留内燃机原有的柴油供给系统，混合器一般安装在内燃机空气滤清器后面，分别与空气滤清器和进气管进行连接。
　　 3.4　沼气/柴油双燃料发电系统的安装与注意事项
　　1）发电机的安装：发电机必须由专业人员进行安装，安装时，应对机组进行减震、吸音、隔声等技术处理。
　　2）发电机的接地装置：发电机必须要有单独的接地装置，作为保护接地和重复接地使用，且接地电阻应小于10Ω。
　　3）闭锁装置与控制装置的安装：为了保证安全，发电机房内应设置四极带熔断器闸刀开关、双投闸刀开关等控制板， 其中双投闸刀应尽可能安装在市电的总进线处，避免因用户私拉乱接，造成向电网倒送电。
　　4）沼气管路和电缆线的连接：发电机工作时处于震动状态，沼气管道与发电机应采用软连接，以防止沼气管破裂或产生漏气现象；与发电机连接的各电缆线接口容易产生松动，必须进行可靠连接，以避免在供电后因接触电阻过大而发热燃烧。
　　5）发电机所处的建筑物应视为重点防火部位，柴油机储油的油灌不能与发电机设备同处一室，并严禁烟火，加强防火安全管理。
　　3.5　沼气/柴油双燃料发电机的操作要点
　　沼气/柴油双燃料发电机操作技术的核心，是如何保持机组运行处于良好状态，以达到最佳的运行效率和节油率。操作中应注意的要点为：
　　1）双燃料机起动运行前，操作工要检查市电与自备供电双投闸刀是否合闸到自备供电这一端；并检查沼气管积水、燃油、润滑油、水箱冷却水情况，以及各种皮带松紧度是否合适。
　　2）柴油机起动时要关闭沼气阀，按柴油机未改装前一样的使用方法进行操作，起动预热后带上负荷， 将柴油机油门放在合适位置，待机组工作稳定后，　慢开沼气，逐渐切换到双燃料运转。
　　3）停车时，先关闭沼气阀，使双燃料发电机按柴油机工作，再关闭油门，停止内燃机的工作。停机后，除例行内燃机的保养工作外，要特别注意沼气管道的技术状态，做到沼气不泄漏。
4　双燃料与纯柴油发电机性能对比试验
　　在建德市万秋生态养殖场的沼气/柴油双燃料发电机组改装完成并经过一段时间的正常运行后，对其进行了双燃料发电与纯柴油发电的对比试验。试验时柴油机冷却水温为80℃的热机，沼气压力为300mmH2O，用电设备为7.5kW饲料粉碎机。见表2 。

表2　双燃料发电与纯柴油发电对比试验数据分析表
纯柴油发电	发电机组	试验运行时间/h	试验沼气流量/m3	有效负荷/kW	柴油耗量/g
	15GF+STC-15	1	0	7.5	1530
沼气/柴油发电	发电机组	试验运行时间/h	试验沼气流量/m3	有效负荷/kW	柴油耗量/g
	15GF+STC-15	1	4.24	7.5	350
数据 分析	发电机组	燃油消耗/g·(kW·h)-1	平均节油率/%	气耗率/m3·(kW·h)-1
	?柴油发电	204	——?	——?
	柴油+沼气发电	46.7	77.1	0.37

　　　　试验表明，沼气/柴油双燃料发电机在沼气品质和输入流量稳定时，发电机标定转速2000r/min，输出电压400V，50%负荷，沼气消耗为0.37m3/(kW·h)，引燃油量为46.7g/(kW·h)，发动机和发电机机组工作运行稳定正常，具有良好的动力性，无敲击声，电流电压稳定，节油率为77.1%。 　　 5　沼气/柴油双燃料发电与纯柴油发电成本效益比较
　　根据在建德市万秋生态养殖场利用沼气/柴油双燃料发电实验数据对比分析，沼气/柴油双燃料发电，每度电耗柴油46.7g，按现行柴油销售价为5.85元/Kg计，折合燃油成本为0.273元。纯柴油发电，每度电需耗柴油204g，按现行柴油价折算，燃油成本为1.19元。用沼气/柴油双燃料发电比纯柴油发电每度电节约燃油成本0.917元，经济效益明显。良好的能源经济效益推动了畜禽养殖企业配置沼气工程的积极性，有利于加快养殖污染的治理进度，实现农业废弃物的资源化利用，从而促进生态农业发展，达到农业增效、农民增收的目标。2004年7月，建德市第一家养殖场沼气工程实现沼气/柴油双燃料发电，到2005年底，该市已有12家畜禽养殖企业沼气工程配置了双燃料发电机组。
6　结语和讨论
　　通过畜禽养殖场沼气/柴油双燃料发电技术的应用实践，认为该技术的推广应用，有利于促进富余沼气资源的充分利用，为农民降低养殖生产成本、增加经济收入创造条件，并且可以缓解电力供需矛盾，不受停电影响，保证养殖场正常、安全生产。因此，该项技术在畜禽养殖场具有推广应用价值。沼气发电属于绿色电力，是对可再生能源的开发性利用，建议政府在制定相关政策时，应考虑对畜禽养殖场沼气发电进行鼓励和补助。
　　为提高该技术应用的规范化，在管理层面上，应加强农村能源管理部门和电力部门的协调工作，对该技术的规范应用进行综合把握和管理，并制定出相应的操作技术规范。
　　目前沼气/柴油双燃料发电机组的运行，通常由养殖场人员自行改装和操作，无论在技术上还是在使用管理上均存在着一定的安全隐患，有关单位应对养殖场操作人员进行沼气技术、内燃机改装技术、安全使用方法等专业培训和技术指导。

参考文献
[1] 张全国.?沼气技术及其应用[M]. 北京：化学工业出版社. 2005.
[2] 袁任光, 林由娟.? 柴油发电机组与柴油机实用技术手册[M].? 北京：机械工业出版社. 2006.
[3] 周孟津. 沼气生产利用技术 [M]. 北京：中国

农业大学出版社.