文档介绍：Π
第 12 卷 3 期城市环境与城市生态 Vol 12 ,No. 3
1999 年 6 月 URBAN ENVIRONMENT &URBAN ECOLOGY Jun. 1999 57
城市污水处理厂沼气发电的两种方式①
林荣忱,周伟丽林文波,李玉庆
(天津大学环境工程系,天津 300072) (天津市东郊污水处理厂,天津 300300)
摘要:作为污泥厌氧消化处理的副产品,沼气是城市污水厂极具使用价值的能源。本文主要介绍了城市污水
处理厂沼气发电的两种方式:沼气发电机和沼气燃料电池发电。
关键词:城市污水处理厂;沼气;效率;发电机;燃料电池
气产量低但仍供大于求,多余能量无法利用,很多
前言
情况下只好将多余沼气白白放掉,既污染了大气,
城市污水厂沼气的有效利用,不仅对改善排又浪费了资源。
气质量而且对节能和降低运行费用都有很大的意
沼气发电机
义。本文将就污水处理厂沼气发电和沼气燃料电 1
池发电作一个介绍。沼气可以有效地作为往复式发动机和汽轮机
沼气的主要成分是甲烷(CH4 ) ,一般污水厂的主要燃料来源,以发动机的动力来驱动发电机
消化气中甲烷的含量约为 60 %~65 % ,CO2 含量发电,将沼气化学能转变为电能,是沼气能量的一
种有效利用方式。目前国内外有不少污水处理厂
约 20 %~25 % ,其它各种气体如 H2 S、水蒸气等约
占 5 %~15 %。燃烧热值约为 21~23 mJ m3 ,是采用这种方式,如国内的天津市东郊污水处理厂
优良的燃料。许多污水厂用沼气烧锅炉为污泥消和纪庄子污水处理厂等。日本 17 座污水处理厂
化池加热或者为污水厂生活提供炊事、采暖、洗浴应用沼气发电设备,电的自给率为 15 %~30 % ,
的热源。这种沼气利用方式系统组成简单,沼气横滨市北部污泥处理中心的电自给率可达 64 %
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的能量利用率高(约为 70 %~90 % ,因设备的不~73 %。1 kg 干污泥可产生 0. 35 Nm 沼气,可
同而异) ,维修管理方便,应用工艺成熟。但这种发电 0. 7 kWh。沼气的燃烧能约 30 %~37 %转化
方式存在热量不平衡的矛盾,冬季需热量大,沼气为电能。图 1 为日本某污水处理厂沼气发电系统
产量可能无法满足热量需求;夏季需热量小,虽沼的流程简图。
图 1 日本某污水处理厂沼气发电机发电系统图
该厂所产沼气一部分用于沼气锅炉,另一部沼气发电系统中发动机的效率取决于发动机
分用于发电机,发动机排出的废气余热由冷却水的设计和运行方式,沼气能量在这种方式下经历
收回。热水送至废热锅炉或沼气锅炉,产出的蒸由化学能→热能→机械能→电能的转换过程,其
汽回用于加热消化池,可满足消化池所需的全部能量转换效率受热力学第二定理的限制,热能不
热量。能完全转化为机械能,热机的卡诺循环效率不超
①收稿日期:1999 - 04 - 20
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过 40 % ,大部分能量随废气排出。因此,将发动 2. 1. 3 电流转换系统:主要任务是把直流电转
机的废气回收以提高沼气能量总利用率的必要途换为交流电。
径,