餐厨垃圾处理沼气发电并网系统设计.docx

餐厨垃圾处理沼气发电并网系统设计摘要：上海市浦东区某有机质餐厨垃圾处理过程伴随产生大量沼气，为合理利用资源，减少对环境污染，设计采用沼气发电上网对资源进行再生利用，并从发电机容量、发电用途、并网电压等级、并网系统、发电机接入系统等方面分析，提出最优方案。确保沼气发电并网可靠、稳定运行的同时，也带来可观的经济效益。关键词：有机质餐厨处理厂；沼气发电；并网运行一项目概况随着生活水平的提高，附带餐厨垃圾量也与日俱增。餐厨垃圾资源利用过程伴随产生大量沼气，如能将沼气变废为宝，既响应国家节能的政策，也产生可观的经济价值。上海市某区餐厨处理厂项目沼气产生由以下构成：现有餐厨垃圾填埋产生的沼气（1800Nm？/h），远期工程厌氧发酵产生的沼气（约600Nm？/h）及渗滤液处理产生的沼气（约500Nm？/h）。为了合理利用沼气资源，根据当前沼气资源情况，对比提纯天然气、发电、作为锅炉燃料三种处理方案，最终设计采用沼气发电并网，实现能源再生利用。二系统分析根据沼气发电量及工程特性，设计从发电机容量、发电机组类型、发电用途、并网电压等级、并网系统、发电接入系统方式等方面进行了分析，并得出适合本项目的最优方案，具体如下：1、发电机组容量本工程近期填埋气利用规模约为1800Nm3/h，考虑到国内外发电机组的效率差异，单位填埋气发电量区间为1.5～2.0kWh/Nm3，根据本工程投资情况，按进口发电机组考虑，单位填埋气发电量取1.85kWh/Nm3，则本工程填埋气最大理论装机容量可达3.29MW。本工程远期处理对象还包括有机质固废处理厂厌氧发酵产生的的沼气（600Nm3/h）及渗滤液处理产生的沼气（500Nm3/h），则远期最大装机容量可达4.98MW。根据沼气发电机组与沼气热值换算公式，计算如下：其中，P——全厂总装机容量，单位为千瓦（KW）（为远期计算值，近期计算值同理）k——装机容量与发电机效率的综合比例系数，根据需要取值k=1.08～1.20（本次取值1.1）V——每小时最大沼气产量换算为标准状况下的体积，单位为立方米每小时，m？/h；（根据工艺提资，取值2445m3/h）H——沼气的低热值，单位为千焦每标准立方米，Kj/Nm3；G——发电机组热消耗率，单位为千焦每千瓦时，Kj/（k·Wh）。（按进口发电机组考虑，H/G取值1.85kWh/Nm3）根据近远期沼气量不同，设计采用分期配置沼气发电机组。近期配置2×1.2MW发电机组，远期增设2台，共4×1.2MW。有效利用沼气资源的同时，针对不同阶段沼气量所需要配套的发电机组设备进行了优化。2、发电机组类型选择利用填埋气作为燃料，或者利用填埋气燃烧产生的热烟气或蒸汽来带动发电机发电。根据机组处理沼气方式不同，常用沼气发电机组可分为燃气内燃机、燃气轮机及蒸汽轮机三种。1）燃气内燃机利用填埋气作为燃料，带动内燃机和发电机发电，适合于发电量为1～4MW的小型填埋气利用工程。2）燃气轮机利用填埋气燃烧产生的热烟气推动涡轮机，涡轮机带动发电机发电，适合于3～10MW的填埋气利用工程。3）蒸汽轮机发电是利用填埋气作为锅炉燃料产生蒸汽，蒸汽带动蒸汽轮机发电，适用于填埋气产量大的工程，一般发电量在5MW以上。结合本工程发电容量（2×1.2MW～4×1.2MW），综合考虑发电效率及投资，设计采用燃气内燃机组发电机。经招标，最终确定采用卡特彼勒CG系列燃气内燃机组发电机，该发电机组满足就地/远程控制、具备并网运行功能（在该模式下可自动根据沼气量调节发电机组出力）、满足排放标准等要求。其在国外及国内都有很好的工程应用实例。本项目发电机组参数如下：机组型号为CG170-12，单机额定功率为1.2MW，额定电压10.5kV，平均发电效率为42.1%（较其他进口品牌同功率发电机组高3%），频率50Hz。3、发电用途目前现有沼气发电的应用用途通常有以下三种：1）所发电能全部用于并网售电；2）抵消自用电后并网；3）獨立自用电。本工程发电量约为2.4MW（远期为4.98MW），远大于厂区内自用设备容量（主要设备为空气压缩机、罗茨风机及发电机组等，稳定运行有功功率约为580KW），如独立自用方式，发电设备大部分时间不能有效利用，需要将填埋气直接燃烧排放，资源化效率和设备利用率较低，故不采用第三种方式，所发电能主要用于上网。因厂区内发电、锅炉及火炬设备（主要用于沼气利用及废气处理）有部分自用电，如采用所发电能全部用于并网售电，自用电需从市电再次买进，会增加供电设备的投资，也不符合供电部门绿色能源发电并网相关规定，故采用第二种（抵消自用电后并网）方式。4、出口电压等级发电机组容量不同，出口电压不同。1.5MW发电机组出口电压有0.4KV和10.5KV两种电压等级。本工程发电机厂房属于甲类厂房，变电所为非专用变电所，根据GB50016规定