天然气和沼气的区别有哪些？
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天然气和沼气的区别有哪些？
提问者：吕高寒|
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回答数：26166
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沼气是废物产生的，里面的主要成分还是甲烷，即天然气的主要成分。之所以说它是绿色能源，只是因为它来自废物利用，取之不尽。天然气是植物经过千百年的化石变化形成的，用一点就少一点，所以说是化石能源，和煤、石油一样。
回答数：5334
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一、沼气中含有硫化氢气体，在燃烧使用前必须要进行脱硫；
二、沼气中的甲烷成份含量为55—65%，而天然气中的甲烷含量达90%以上，所以天然气燃烧起来火力要强一些；
三、天然气的压力大，沼气的压力小，由于压力的关系，两者之间灶具是不能通用的。
沼气和天然气在甲烷的含量的方面是有很大不同的。
一般沼气中，甲烷占60％，二氧化碳约占40％。
天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重质碳氢化合物。还有少量的氮气、氧气、二氧化碳和硫化物。
当然，燃烧性质方面就会有所不同了;
天然气由于其热值高，储量大，适用范围广，一般采用液化天然气运输，或是天然气管道运输。而且远距离运输的成本也特别高！
而沼气主要是用于农村地区，一般不需要远距离运输，而且沼气不稳定。如果非要运输沼气的话，估计也是可以的。但是可能产生的沼气成分估计会有很大的变化，而且适用范围不是很广。
回答数：13301
| 被采纳数：15
都可以当作燃料使用，主要成分为甲烷，两者来源不同，天然气来自地下，是石油、媒田开发中的附带产品，尤以石油开搜索发中的天然气为主，沼气是在地表环境下生成的，天然气，除了甲烷，还有乙烷等轻烃类。扫二维码下载作业帮
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用沼气作燃料,与用煤相比能减少的空气污染物有什么
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沼气主要含甲烷污染物是二氧化碳煤含有硫污染物有二氧化碳和二氧化硫
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扫描下载二维码沼气的应用解决了农村哪些实际问题
沼气的应用解决了农村哪些实际问题
09-12-15 &匿名提问
沼气在我国目前的前景沼气是我国目前大力发展的四大重点能源项目之一。《中国新能源和可再生能源发展优先项目》就有农村沼气这一项目。因此如何开发利用沼气能源具有广阔的市场，正面临着前所未有的发展机遇。国家《年新能源和可再生能源发展规划要点》曾提出沼气在我国具有巨大的市场空间。为此，中央出台了《农村沼气建设国债项目管理办法》，国家计委印发了关于《新能源基本建设项目管理的暂行规定》等。国务院在全国范围内组织发展资源节约活动,全面推进能源材料、水、土地等资源的节约和综合利用工作，而在构建节约型和谐社会主义新农村过程中低成本、无污染，可利用的能源被越来越多的人接受，以沼气为主的能源正处于迅速发展趋势。自2002年以来，国家及地方政府出台了一系列鼓励农民兴建沼气的政策，国家对投资者的补助标准为：西北、东北地区每户1200元，西南地区1000元，其它地区800元，各地方政府也出台了一系列配套制度保证沼气项目的顺利进行。沼气是一种热值较高的可燃气体，与其它燃气相比，其抗爆性，耐腐性都优于先者，是一种很好的清洁能源，既可以用于取暧、做饭、照明、洗浴,又可用于发电、大棚养殖、种殖等各种行业,所以投资沼气项目商机无限,优厚的国家政策加上我公司先进的技术优势，是每个投资者成功的保障。现行的国家政策为每个投资者打开了绿灯，铺平了道路……农村沼气是社会主义新农村建设的基础性工作，是党和政府为人民办实事的具体体现，是密切党群关系的有效途径，也是贯彻落实科学发展观、构建和谐社会的实际行动。发展农村沼气对充分利用农村资源、优化农村生态环境、改善农村能源结构、转变农业增长方式、促进农村经济发展、提高农民生活质量具有重大现实意义和深远历史意义。一、新能源效应：发展沼气是发展农村新能源、建设节约型社会的现实选择。能源紧缺决定了我们必须走节流与开源并重的能源发展道路。通过发展沼气，充分利用农村秸杆和人畜粪便等废弃物，为农民生产生活提供清洁、安全、高效能源。沼气的应用把广大农民特别是农村妇女从脏累的厨房中解放出来，使她们不再受烟熏火燎之苦。据专家测算，安装一个6—8立方米的沼气罐年产沼气400立方米左右，能解决3-5口之家一年的正常生活燃料，年可节煤约1600公斤，节电约230千瓦时。“过去做饭满屋烟，如今生火拧开关”是农民对沼气新能源效益真实而生动的描述。二、环境保护效应：农村沼气建设已成为改善农村环境卫生的清洁工程。农村的脏、乱、差是由不合理的生产生活方式造成的。特别是厕所、猪圈没有分离，人畜粪便得不到及时有效的处理，污水横流，蚊蝇乱飞，既影响农民的生活质量，也容易导致疾病、疫病的发生。以人畜粪便为原料的沼气建设改变了农村脏、乱、差环境，把长期乱堆乱放的农作物秸杆和人畜粪便转换成沼气原料，直接进入沼气罐，通过发酵进行无公害化处理，病菌和寄生虫卵被杀灭，消除了传染源，切断了疾病、疫病传播渠道，减少了疾病发生。小小沼气罐既是燃料库，又是卫生池，它改变了农村庭院、街道污水横流的状况，改善了农村空气和水质质量，把农村环境卫生问题解决在居家、庭院之内，使农村村貌在潜移默化中发生根本变化，使广大农民走上了清洁、卫生的健康之路。一个6-8立方米的沼气罐一年生产的沼气发酵残留物相当于150公斤硫酸氨、120公斤过磷酸钙、85公斤氯化钠，对40多种农作物病虫害有等同于农药的防治效果，沼气这种对化肥、农药的替代作用消除了农业污染源。三、经济和生态效应：沼气可用作生活燃料，做饭、照明、取暖、洗浴，沼气发酵后的沼渣可用作饲料、肥料、浸种剂等，农民建成沼气后，解决了农业生产生活中燃料、饲料和“肥料”等矛盾，一举多得，降低了农业生产投入成本。据粗略测算，一个家庭安装一个6-8立方米的沼气罐，每年可节约2500元以上，解决了农民全年生活燃料。无需再上山砍柴，每年至少可节约薪柴2吨以上，相当于封育了4亩山林，有效保护森林资源和防治水土流失。无论山上、山下种林栽果，还是林间、果园发展树下经济，无疑都保护和建设了生态环境。沼渣、沼液是农田、林果、蔬菜、鱼池、家禽家畜的优质肥料和饲料，沼气上接养殖业，下连种植业，从而形成沼气——畜牧业——林果业——渔业——蔬菜花卉等生态经济模式，把农民从繁忙的家务中解放出来，节约了大量农村劳动力投入到其它生产和非农业领域，促进了农村劳动力结构不断优化，为农村经济发展奠定了坚实基础。四、政治效应：沼气建设已成为密切党群关系的民心工程，是躬身实践“三个代表”重要思想的具体行动。沼气池起到了“三省”（省柴、省电、省劳力）、“三增”（增肥、增产、增效益）、“一净”（净化农村环境）的重要作用，解决了农村“三料”（燃料、饲料、肥料）的难题，既解决了农民缺资金、缺劳力等实际困难，又有效地增加了农民收入，使他们切身感受到党和政府的关怀，农民亲切地把沼气池称为“致富池”、“小康池”、“聚财池”。基层党组织和党员干部也在引导和帮扶农民发展沼气的过程中，转变了作风，接受了教育，从而进一步密切了党群关系，党和政府在群众中的威信明显提高，号召力、凝聚力明显增强，过去农村工作中的一些棘手难办的事情现在迎刃而解。
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多年来的实践证明，农村沼气是一项利在当代，功在千秋的项目。它能给社会和个人带来许多好处，是建设社会主义新农村的重要举措。农村办沼气的好处，概括起来主要有以下几个方面。    第一、可以变废为宝，解决农村燃料问题，增加农民收入。农村修建一口8－10立方米的沼气池，只要发酵原料充足，管理得好，每年可以提供450— 550m3的沼气，能为3—5口人的家庭解决点灯、煮饭的用能问题。每年可节省燃料和电费1300元左右；减少农药和化肥使用量，节支150－200元，养畜增效300元，生态模式增效400元左右。一口沼气池直接效益2000元以上，有效增加农民收入；    第二、可以保护森林资源。沼气作为一种优质能源，可以解决农民的生活用能，缓解农村能源紧缺局面，减少农民对森林的砍伐和植被的破坏，有利于森林资源的保护和恢复。一口沼气池，每年为农民节省柴草3t，相当于保护5亩薪炭林的年生长量。    第三、可以增强农业发展后劲。沼气肥料比一般粪坑的氮、磷、钾元素高出60%左右，作物吸收利用率高20%，增产可达18%。沼肥中还有丰富的氨基酸、水解酶、某些植物激素和对病虫害抑制的物质，可以减少农业生产的农药和化肥使用量，还具有增加土壤有机质和疏松土壤的作用。    第四、有利于保护生态环境。农村兴建沼气池，在短期内以低投入而改变农村的环境卫生状况，解决养殖业带来的环境污染问题，改变村容村貌，改善人居环境，提高水资源质量，阻断疫病传染源，保障农民的身体健康，增强生态环境保护能力，促进构建和谐生态家园与农村文明进步的发展。    第五、节省劳动力和资金。可以减少农民拣柴、运煤的大量劳动力，投入到其他行业第一线上去，开辟经济收入门路，使农民得到实惠。有利于建设经济繁荣的新农村。    第六、增强科学意识。通过沼气宣传，推动农民学科技用科技意识，提高科学理论素质。有利于建设资源节约型、环境友好型的新农村。
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　沼气沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。[编辑本段]沼气成分组成　　沼气的主要成分是甲烷。沼气由60％～80％甲烷(CH4)、20％～40％二氧化碳(CO2)、0％～5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0．4％的氧气(O2)与0．1％～3％硫化氢(H2S)等气体组成 。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8％（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。　　沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为 34000千焦，每立方米沼气的发热量约为2千焦。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。[编辑本段]沼气的原材料　　制取沼气的原材料有：农作物秸秆，人畜粪便（人，牛，马，猪，鸡，羊）、农作物秸秆、树叶，杂草，菜叶，淀粉废渣、城市有机垃圾、污水处理厂的污泥等。[编辑本段]沼气燃烧产物所含的有害物质　　沼气燃烧产物所含的有害物质主要有一下几种：　　（1）一氧化碳。当沼气燃烧不完全时，烟气中便含有一氧化碳。一氧化碳很容易取代氧而和人体血液中的血红素结合。人呼吸了较多一氧化碳时，就会因缺氧而窒息。　　（2）二氧化硫。沼气中含有少量硫化氢和有机硫。在燃烧过程中氧化生成二氧化硫，二氧化硫会强烈刺激人的呼吸器官。　　（3）氮氧化物。当沼气在高温下燃烧时，促使空气中的氮和氧反应，生成氮氧化物（包括一氧化氮和二氧化氮等），氮氧化物对人的呼吸器官有强烈的刺激作用，其浓度在0.25%以上就能导致死亡。　　使用沼气灶时，随着烟气不断排放，室内有害物的浓度也将不断增加。为了保证环境卫生和人身安全，沼气的燃烧产物应不断排出室外，凡使用沼气灶和沼气灯的房间须有良好的通风。[编辑本段]沼气的发现与沼气发酵的发展　　沼气是由意大利物理学家A.沃尔塔于1776年在沼泽地发现的。1916年俄国人Β.П.奥梅良斯基分离出了第一株甲烷菌（但不是纯种）。中国于1980年首次分离甲烷八叠球菌成功。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株。　　世界上第一个沼气发生器（又称自动净化器）是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。1925年在德国、1926年在美国分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池，这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世界大战后，沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展，但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响。后随着世界性能源危机的出现，沼气又重新引起人们重视。1955年新的沼气发酵工艺流程──高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程，使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.7～1.5立方米沼气,提高到4～8立方米沼气，滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。　　中国于20世纪20年代初期由罗国瑞在广东省潮梅地区建成了第一个沼气池,随之成立了中华国瑞瓦斯总行,以推广沼气技术。目前中国农村户用沼气池的数量达 1300万座。而高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行。最近几年，华园新能源工程公司采用多种新能源复合专利技术，对传统的农村沼气使用进行技术更新，采用太阳能和沼气工程相结合的技术—即大型太阳能恒温窖室沼气工程，有效解决了传统单户使用沼气的6大弊病，广泛适用于养殖场、新农村改造、食品加工等各行业。产生的沼渣沼液还是富有营养的有机肥，可以为工程项目方增加工程收益。[编辑本段]沼气发酵　　沼气发酵基本条件：①.优良的沼气细菌②.严格的厌氧环境③.充足的发酵原料④.适宜的发酵温度⑤.合适的料液浓度⑥.中性适度的PH值⑥.控制避免有毒物质入罐。 　　1 沼气发酵微生物（联想 细菌之间的关系：促进、抑制、竞争等）　　沼气发酵微生物是一个统称，包括发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类群。五大类群细菌构成一条食物链，从各群细菌的生理代谢产物或它们的活动对发酵液pH值的影响来看，沼气发酵过程可分为水解、产酸和产甲烷阶段。前三类群细菌的活动可使有机物形成各种有机酸，因此，将其统称为不产甲烷菌。后二类群细菌的活动可使各种有机酸转化成甲烷，因此，将其统称为产甲烷菌。　　（1）不产甲烷菌　　不产甲烷菌能将复杂的大分子有机物变成简单的小分子量的物质。它们的种类繁多，根据作用基质来分，有纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和一些特殊的细菌，如产氢菌、产乙酸菌等。　　（2）产甲烷菌　　产甲烷菌是沼气发酵的主要成分--甲烷的产生者。是沼气发酵微生物的核心，它们严格厌氧，对氧和氧化剂非常敏感，最适宜的pH值范围为中性或微碱性。它们依靠二氧化碳和氢生长，并以废物的形式排出甲烷，是要求生长物质最简单的微生物。　　2. 沼气发酵的原理 （联想 微生物生长代谢） 　　沼气发酵又称厌氧消化 ，是指各种有机物在厌氧条件下 ，被各类沼气发酵微生物 分解转化 ，最终生成沼气的过程。目前为大家所公认的沼气发酵的过程如图所示:　　(说明：① I、I I为三阶段理论，②I、II、II、IV、为四类群理论 )　　3.三阶段理论　　3.1 沼气发酵过程的液化阶段 　　用作沼气发酵原料的有机物种类繁多，如禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水，以及酒精废料等，其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分，它包括淀粉、纤维素、半纤维 素、果胶质等。这些复杂有机物大多数在水中不能溶解，必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶 性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶 性物质吸收进入细胞后，经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定过程中，发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸(TVA)。蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸，又可被细菌合成细胞物质而加以利用，多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少，直接影响沼气中氨及硫化氢的含量，而氨基酸分解时所生成的有机酸类，则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪 酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可进一步按糖代谢途径被分解，脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。 　　3.2 沼气发酵过程的产酸阶段 　　3．2．1 产氢产乙酸菌 　　发酵性细菌将复杂有机物分解发酵所产生的有机酸和醇类，除甲酸、乙酸和甲醇外 ，均不能被产甲烷菌所利用，必须由产氢产乙酸菌将其分解转化为乙酸、氢和二氧 化碳。 　　3．2．2 耗氢产乙酸菌 　　耗氢产乙酸菌也称同型乙酸菌，这是一类既能自养生活能异养生活的混合营养型细菌。它们既能利用 Hz+c0z生 成 乙酸 ，也能代谢产生乙酸。通过上述微生物的活 动，各种复杂有机物可生成有机酸和Hz／c0z等。 　　3．3 沼气发酵过程中的产甲烷阶段 　　3．3．1 产甲烷菌的类群 　　产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两大类群。在沼气发酵过程中，甲烷 的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌一产甲烷菌所引起的，产甲烷菌包括食 氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员，尽 管它们具有各种各样的形态，但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性。它们在厌氧条件下将前三群细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的情况下把乙酸 和 H2／CO2。转化为气体产 生-CH4／CO2，使有机物在厌氧条件下的分解作用以顺利完成。目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。　　① 由C02和H2产生甲烷反应为 ：C02+4H4—CH4+ H20 　　② 由乙酸或乙酸化合物产生甲烷反应为：　　CH3C00H—CH4+CO2 ; CH 3COONH4+ H20—CH4+ NH4 HCO3　　3．3．2 产甲烷菌的生理特性 　　① 产甲烷菌的生长要求严格厌氧环境 　　产甲烷菌广泛存在于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中。　　② 产甲烷菌食物简单产甲烷菌只能代谢少数几种碳素底物生成甲烷。 　　③ 产甲烷菌适宜生存在pH值中性条件下 （最好是微碱性。）　　④ 产甲烷菌生长缓慢 （有没有办法提高生长速度？）　　下图为沼气发酵中食物链和能量的分配图：　　4.四类群理论　　有人按生物化学转化过程(如下图)将发酵过程分为:　　①水解作用:由棱菌属、拟杆菌属等细菌将碳水化合物和蛋白质等大分子有机质降解为小分子有机化合物，如葡萄糖、氨基酸等；　　②发酵作用：由梭菌属、拟杆菌属及其他细菌（如乳酸菌类、丙酸杆菌属）进一步将水解的产物降解为小分子的醇类、有机酸类、二氧化碳、氢气、氨气等；　　③产乙酸和产氢作用：把发酵作用所产生的小分子醇类和一些脂肪酸降解为乙酸、甲酸、二氧化碳和氢。人们对这类细菌了解尚少，甚至连种、属都还没有明确。但已肯定这类细菌所产生的氢对其自身进一步生长繁殖有抑制作用。因此，产乙酸和氢的细菌，必须与能利用氢的细菌，如产甲烷细菌和伍氏乙酸杆菌等共同生存；　　④产甲烷作用：由产甲烷细菌将前3阶段所产生的氢气、二氧化碳以及甲酸、乙酸、甲醇和甲胺类等转化为甲烷。产甲烷细菌形态多样，但生理特性却大致相同，在缺氧条件下，均以甲烷为主要代谢产物。（由这里可以看出二氧化碳也可以转化成甲烷，那么是真的吗？是怎么转化的呢？） 　　沼气发酵微生物之间的生态关系　　在沼气发酵过程中，不产甲烷细菌和产甲烷细菌之间，相互依赖，互为对方创造与维持生命活动所需要的良好环境条件，但它们之间又互相制约，在发酵过程中总处于平衡状态。它们之间的主要关系表现在下列几方面：　　①不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质　　②不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位条件　　③不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有害物质　　④产甲烷细菌又为不产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制　　⑤不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值　　5 . 发酵工艺 　　根据发酵原料和发酵条件的不同，所采用的发酵工艺也多种多样。　　5．1 沼气发酵的基本工艺流程 　　一个完整的大中型沼气发酵工程 ，无论其规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料(废水)的收集、预处理、消化器(沼气池)、出料的后处理和沼气的净化与储存 等，如下图所示 ： 　　5．2 沼气发酵工艺的基本条件 （联想微生物培养条件和培养基的制备）　　（1） 适宜的发酵温度 　　沼气池的温度条件分为：①常温发酵 (也称为低温发酵)10℃～30℃，在这个温度条件下，产气率可为0．15～0．3 m3／m3od。② 中温发酵 30℃～ 45℃，在这个温度条件下，池容产气率可达1m3 ／m3od左右。③高温发酵45℃～ 6O℃，在这个温度条件下，池容产气率可达2～2．5 m3／m3od左右。沼气发酵最经济的温度条件是35℃ ，即中温发酵。 　　（2）适宜的发酵液浓度 　　发酵液的浓度范围是2～30% 。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20
请登录后再发表评论!沼气燃烧技术及应用
一､沼气的基本性质
1、沼气的成分
沼气是一种混合可燃气体,其成分不仅取决于发酵原料的种类及其相对含量,而且承受发酵条件及发酵阶段的不同而变化｡一般情况下沼气的主要成分是甲烷
(CH4)和二氧化碳
(CO2)｡此外还有少量的氢
(H2)､一氧化碳
(CO)､氮(N2)､硫化氢
(H2S)等气体｡占50%～70%,二氧化碳约占30%～40%｡沼气是无色气体,略有气味是因含少量硫化氢的缘故｡
2、沼气的密度
沼气的密度是指单位容积的沼气所具有的质量,单位为kg/m3｡沼气的密度可以根据各组成气体的密度来确定｡各单一气体的密度列于下表：
沼气的相对密度是指沼气的密度和空气的密度之比,以S表示:
S=ρ0/ρa=ρ0/1.293
—空气密度,kg/m3;
ρ0—沼气密度,kg/m3｡
沼气的密度随沼气成分中二氧化碳的体积浓度而变化｡当它占50%时,相对密度大于1;当它占40%时,相对密度于小于1｡因此,当沼气中二氧化碳含量较多时,漏气后不易向周围扩散｡
3、沼气的含湿量沼气中一般都含有不同程度的水蒸气,特别是高､中温发酵,水蒸气含量较多｡每一标准立方米沼气中所含有的水蒸气质量称为沼气的绝对湿度｡绝对湿度在数值上等于水蒸气在其分压力与温度下的重量｡绝对湿度只表示湿沼气中实际所含水蒸气的多少｡
相对湿度Ф可以用沼气中实际的水蒸气分压力Pvp和同温度下饱和水蒸气的分压力Ps
的比值来表示：
Ф=(Pvp/Ps)&100%
含湿量是指与1m3干沼气同时存在的水蒸气质量,用d表示,单位为kg水蒸气/m3干沼气｡相对湿度反映了湿沼气中水蒸气含量接近饱和的程度,故也称饱和度,当Ф=1时,即为饱和湿沼气｡
在工作计算中,可以用下式把某状态的湿沼气体积换算成标准状态下干沼气的体积｡
Vod=Vw(273/273+t)&[(B+P-Pvp)/101325]
—标准状态下干沼气体积,m3;
—工作状态下湿沼气体积,m3;
B—工作状态下大气压,Pa;
P—沼气压力,Pa;
Pvp—沼气的水蒸气分压,Pa;
t—沼气的温度,℃｡
二､沼气的燃烧特性
沼气的燃烧特性,如燃烧温度､燃烧速度､爆炸极限､理论空气需要量等都由其成分所决定｡
(一)沼气的燃烧
沼气中的甲烷､氢､硫化氢都是可燃物质,在空气中氧的作用下,一遇明火即可燃烧,并散发出光和热｡例如,当点燃甲烷时,它就和空气中的氧化合,产生二氧化碳及水蒸气,这种最普通的反应,可用下列方程表示:
CH4+2O2→CO2+2H2O+35.91MJ
H2+0.5O2→H2O+10.8MJ
H2S+1.5O2→SO2+H2O+23.38MJ
(二)理论空气需要量和过剩空气系数
1、理论空气需要量
沼气燃烧需要供给适量的氧气,氧气过多或过少都对燃烧不利｡在燃气应用设备中燃烧所需要的氧气一般是从空气中直接获得｡由于空气中的氧占20.9%,其余为氮及微量二氧化碳｡因此,干空气中氮与氧的容积比为3.76%｡
所谓理论空气需要量,是指每立方米燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量,单位为m3空气/m3沼气｡沼气的理论空气需要量可按下式求得:
=r1V01+r2V02+……+rnV0n
式中V0—理论空气需要量,m3/m3;
V01,V02,…V0n
—沼气中可燃组分的理论空气需要量,m3/m3;
r1,r2,…rn
—沼气中各可燃组分的体积分数,%｡
从可燃气燃烧反应方程式中可以看出,燃气的热值越高,燃烧所需的理论空气量也越多｡
2、过剩空气系数理论空气需要量是沼气燃烧所需的最小空气量｡由于沼气和空气的混合不均匀性,如果只供给燃烧装置以理论空气量,则难以保证沼气与空气的充分混合,达到完全燃烧程度｡因此,实际供给的空气量应大于理论空气量,其比值即称为过剩空气系数｡
通常α&1,α值的大小决定于燃气的燃烧方法和设备的运行工况｡在民用燃具中α一般控制在1.3左右｡α过小将导致不完全燃烧;α过大,则增大烟气体积,降低炉膛温度,增加排烟热损失,其结果都将使加热设备的热效率降低｡
(三)燃烧产物
沼气燃烧后的产物就是烟气｡
1、理论烟气量
当只供给理论空气量时,沼气完全燃烧产生的烟气量称为理论烟气量｡理论烟气的组分是CO2､SO2､N2
和H2O｡前3种组分在一起称为干烟气｡包括
H2O在内的烟气称为湿烟气｡
2、实际烟气量
当有过剩空气时,烟气中除理论烟气组分外,尚含有过剩空气,这时的烟气量称为实际烟气量,按近似计算为:
Vf—实际烟气量,m3/m3;
V0f—理论烟气量,m3/m3;
V0—理论空气量,m3/m3;
α—过剩空气系数｡
如果燃烧不完全,则除上述组分外,烟气中还将出现
CO､CH4､H2
等可燃组分｡
1m3沼气完全燃烧时所放出的热量称为该沼气的热值,单位为kJ/m3｡热值分为高热值和低热值｡高热值是1m3沼气燃烧后,其烟气被冷却到原始温度,包括其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的全部热量｡低热值是指1m3沼气完全燃烧后,其烟气被冷却到原始温度,而其中的水蒸气仍为气态时所放出的热量｡高热值与低热值之差为水蒸气的气化潜热｡
在工程上由于烟气中的水蒸气一般不会冷凝｡通常仍以气体状态随烟气排出,所以常用低热值进行计算｡
干沼气和湿沼气的热值可按下式进行换算:
Qd=Q&0.833/(0.833+d)
Qd=Q[1-(ФPsb/P)]
Qd—湿沼气的低热值,kJ/m3;
Q—干沼气的低热值,kJ/m3;
d—沼气含湿量,kg/m3干沼气;
Ф—湿沼气的相对湿度;
P—沼气的绝对压力,Pa;
Psb—与沼气温度相同时水蒸气的饱和分压力,Pa｡
(五)着火温度
所谓着火,就是可燃气体与空气中的氧由稳定缓慢的氧化反应,加速到发热发光的燃烧的突变点,其反应产生的热量比散发的热量略高,从而使可燃气体混合物温度升高,突变点的最低温度称为着火温度｡
着火温度不是一个固定数值,它取决于可燃气体在空气中的浓度及其混合程度､压力以及燃烧室的形状与大小｡如氢的最低着火温度为400℃,甲烷为540℃｡沼气中因含大量CO2惰性气体,所以,它的着火温度高于甲烷的着火温度,也就是说沼气比其它可燃气体难以点燃。
(六)爆炸极限
当沼气与空气混合到一定浓度时,遇到明火会引起爆炸,这种能爆炸的混合气体中所含沼气的溶度范围称为爆炸极限,用百分数表示｡沼气在空气中的浓度如低于某一限度时,氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量,因此,无法燃烧,此时称为爆炸下限;当沼气在空气混合物中含量增加到能形成爆炸混合物时的最大浓度,称为爆炸上限｡
沼气中因含惰性气体CO2,其爆炸上限及下限均有提高｡含有CO2
惰性气体的沼气,其爆炸极限按下式计算:
L&=L&[1+(&/1-&)]/[100+(L&&/1-&)]&100%
L&—含有惰性气体的沼气爆炸极限,%;
L—沼气中纯可燃气体的爆炸极限,%;
&—惰性气体的体积分数,%｡
(七)燃烧速度
燃烧速度又称火焰传播速度,它是沼气燃烧最重要的特性之一｡当点燃一部分可燃混合物后,在着火处形成一层极薄的燃烧焰面,这层高温燃烧焰面加热了相邻的沼气空气混合物,使其温度升高,当达到着火温度时,开始着火并形成新的焰面｡焰面不断地向未燃气体方向移动,使每层气体都相继经历加热､着火和燃烧的过程,这个现象称为火焰的传播｡未燃气体与燃烧产物的分界面称为焰面,焰面向前移动的速度称为火焰传播速度,单位为m/s｡
气体燃烧速度的大小与燃气的成分､温度､混合速度､混合气体压力､燃气与空气的混合比例有关｡如:
1、氢的热导率λ大,燃烧速度快为2.8m/s,而甲烷燃烧速度慢,仅为0.38m/s;
2、沼气中因含惰性气体CO2,火焰传播速度降低;当沼气中含40%CO2
时为0.198m/s,含50%CO2
时则为0.152m/s;
3、可燃气体温度上升,火焰传播速度和火焰温度也上升;
4、当空气量略低于理论空气量,即一次空气系数小于1时,燃烧速度为最大｡如甲烷的最大火焰传播速度Smax
n为0.38m/s,此刻的一次空气系数为0.90｡而对于氢来说,最大火焰传播速度Smax
n为2.80m/s,此时的一次空气系数为0.57;
5、燃烧速度因火焰的方向而异,一般是向上最快,横向次之,向下最慢｡
(八)单一可燃气体的燃烧性能及沼气的主要特性参数，如下表：
三､沼气的燃烧方法及燃烧器
(一)扩散式燃烧及燃烧器
人工沼气在燃烧前不预先混合空气
(即一次空气系数α&=0),而是在喷出燃烧器后,依靠扩散作用从周围大气中获得氧气｡即沼气与空气边混合边燃烧,这种燃烧方法称为扩散式燃烧｡按此方法设计的燃烧器称为扩散器｡
扩散式燃烧器结构简单,使用方便,火焰稳定,但其燃烧速度较慢,火焰较长而呈黄色,无清晰的轮廓｡为达到完全燃烧,需要较多的过剩空气,因此燃烧温度较低,最高不超过900℃｡扩散式燃烧器适用于温度不高,但要求温度比较均匀的工业炉和民用燃具｡小型扩散式燃烧器也常用作点火器｡
(二)大气式燃烧及燃烧器
沼气在燃烧前预混部分空气
(0&α&&1)而进行的燃烧称为大气式燃烧,按此方法设计的燃烧器称为大气式燃烧器｡沼气以一定压力自喷嘴喷出,进入混合管
(即引射器),由于喷嘴后形成的负压,使所需的一部分空气被吸入,在混合管中混合后从燃烧器头部火孔逸出而燃烧,形成了火焰的内锥｡其余的燃气依靠扩散作用和周围的二次空气混合燃烧,形成火焰的外锥｡火焰呈淡蓝色,在内外焰交界处的火焰温度为最高｡大气式燃烧器燃烧比较完全,使用方便,但负荷较大时结构较庞大笨重｡多孔大气式燃烧器如下图所示,广泛用于民用燃具｡
(三)无焰式燃烧及燃烧器
燃气和燃烧所需的全部空气预先混合,并且能在很小的过剩空气系数下
(α&=1.05～1.10)达到完全燃烧,燃烧过程中火焰很短,火焰外锥几乎完全消失,这种燃烧器一般采用引射器吸入空气,经混合后在高温网络或小孔式火道中完成燃烧,因此具有无焰的特性｡
多孔陶瓷板上进行的无焰燃烧使其表面呈现一片红色,其表面温度可达850～900℃,甚至更高｡燃烧产生的热量相当一部分以辐射热形式散发出来,因此,又称为沼气红外线辐射板｡
四､沼气用于炊事
沼气是一种优质能源,沼气中含有约60%左右的甲烷,其热值约为21524kJ/m3,仅低于天然气｡沼气燃烧后基本上是二氧化碳和水蒸气｡对于大中型沼气工程所产生的沼气,其利用主要为两个方面:一是进行沼气集中供气,根据日产气量大小,可以外供附近的居民生活小区或职工宿舍区作为生活用能;二是作为沼气站内的自用,这又分为三种用途:即本厂的职工食堂的生活用能;也可以作为锅炉燃料,为沼气厌氧装置提供热能,对料液进行加温,或在冬季对厂房进行采暖;另外,利用沼气作为内燃机燃料发电,可以满足站内动力电的需要｡
在家庭中使用沼气制备食品､热水等,需要相应的沼气灶具｡一般家用灶具由燃烧､供气､辅助及点火等四个部分组成｡
(一)沼气灶的构造
一般家用灶具由燃烧､供气､辅助及点火等四个部分组成｡
1、燃烧器在灶具的组成部分中,是最重要的部件｡它是由喷嘴､调风板､一次空气入口､引射器及头部火盖等构成｡通常沼气以一定的压力自喷嘴射出时,在其周围的空气形成负压而被吸入,从而在引射器内,约为60%～70%的一次空气与沼气混合后,从燃烧器头部火孔逸出,点燃后形成火焰内锥;其余的沼气依靠扩散作用与周围的二次空气混合燃烧,形成火焰的外锥,火焰呈淡蓝色,在内外焰交界处的火焰温度为最高｡这就是大气式燃烧器,多孔大气式燃烧器如上图所示。
2、供气部分包括沼气阀和输气管,沼气阀主要用于控制沼气通路的关闭,应经久耐用,密封性能可靠｡
3、辅助部分是指灶具的整体框架､灶面､锅支架等｡简易锅支架采用3个支爪,可以120°角上下翻动｡较高级的双眼灶上都配有整体支架,一面放平底锅,另一面放尖底锅｡
4、自动点火器多配在中､高档灶具上,它是利用点火装置产生的高电压,使两电极之间产生电火花将沼气点燃｡目前,电火花点火按电源种类区分,主要有压电陶瓷火花点火和电脉冲火花点火｡
压电陶瓷点火器采用陶瓷晶体作为电极,此电路不需外电源,而借助外力使压电陶瓷晶体A与B冲击,将机械能变为电能,输出电压可达8000V～15000V,电极间形成火花放电｡由于每操作一次点火开关,只产生一个电脉冲火花,所以又称单脉冲点火装置｡
干电池电火花点火,根据所用放电元件不同,其电路也有差异｡但因按下点火开关时,可连续不断地放出电脉冲火花,所以,又称连续脉冲点火装置｡它与单脉冲点火相比,其优点是操作方便,点火着火率高。
(二)灶具的性能
在国标GB/T3606—2001家用沼气灶中,已列出13项性能要求,其中最重要的有燃烧稳定性,烟气中CO含量,热效率,热流量及电点火器的性能｡根据近年来用户使用中存在的问题,以下就沼气燃烧稳定性及灶具的自动点火部分加以说明｡
首先认识一下沼气的组成及几项影响沼气点火及稳定燃烧的性能,为了更好说明,下面可用天然气与含
H2､CO及CH4
的城市煤气做个比较,见下表和图：
从表中数据和图中曲线可以看出以下几点:
纯甲烷天然气的燃烧范围在5%～15%,火焰传播速度仅为0.38m/s,最小点火能量
0.47mJ,着火温度540℃｡那么,对于含有近40%左右CO2的沼气来说,其燃烧范围虽然比天然气略宽,即在8.8%～24.44%之间,而火焰传播速度低于甲烷,仅有0.198m/s;其点火最小能量与着火温度都相应提高｡由于上述特性造成了沼气灶的点火比其它燃气困难得多,而且,当灶具设计或加工质量不好时,极易出现脱火现象｡
1、沼气燃烧的稳定性是以有无脱火､回火和黄焰现象来衡量｡上述三种现象都是不允许存在的,因为它们都会引起不完全燃烧,产生CO有毒气体｡这些现象的产生是与一次空气系数､火孔出口流速､火孔直径以及制造燃烧器的材料等有关｡一般防止脱火的方法有:
(1)采用少量较大火孔代替同面积数量较多的小孔;
(2)利用稳焰器使局部气流产生旋转或降低沼气流速;
(3)在火焰根部加热,起连续点火作用;
(4)采用密置火孔｡
2、电火花点火装置有时点不着火,其原因有以下几点:
(1)所用点火元件不具有足够高的能量和电压,难以击穿空气产生电火花引燃沼气;
(2)点火电极间距不当,火花射出与沼气流的位置不合适,点火电极或绝缘子太脏;
(3)点火喷嘴孔径大小､沼气压力的高低､沼气中甲烷浓度及射流速度等,对点火着火率均有影响｡这里除了点火装置本身的质量外,还与沼气的质量以及日常对灶具的维护保养有关｡
(三)沼气饭锅
目前使用的沼气饭锅主要是户用型的（如上图）,热负荷比较小,基本满足农户做饭的要求,一次焖饭最大稻米量2.5kg｡公用的饭锅最大稻米量10kg,虽然公用产品目前还不普及,但随着沼气工程集中供气模式的推广,公用饭锅的使用量会随之增加,由于在结构上户用和公用没有差异,只是大小不同而已,其产品技术指标基本相同｡
目前在使用的沼气饭锅产品的热流量多数在0.8～1kW
之间,在这个热流量状况下,能够满足农户做饭的要求｡公用饭锅热流量指标为4.0kW,在这个热流量下,按每人一次300g稻米计算,一次焖饭可以满足约70人进餐,专业养殖户也可用其煮猪食｡
根据沼气系统压力状况,规定家用沼气饭锅前额定压力为800Pa和1600Pa两档｡公用饭锅前额定压力为1600Pa｡沼气饭锅前额定压力的规定可以和目前沼气池设计压力和沼气输配系统以及其它产品的压力范围一致,在使用过程中可以满足使用要求｡饭锅与输气连接方式采用外径分为16mm和20mm两种的软聚氯乙烯塑料管和硬质塑料管两种｡
饭锅的耐用性能对于农村用户非常重要,因此对饭锅的点火装置､熄火保护装置､控温器和电磁阀规定,采用了国家标准的要求,以引起生产企业的重视｡对燃烧噪声由
提高到&45dB,熄火噪声&65dB提高到&55dB,热效率指标由55%提高到60%｡
(四)家用智能燃气表
IC卡智能家用燃气表是以IC卡为信息载体的智能型机电一体化的家用燃气表｡其主要部件由大规模集成电路和微处理器(CPU)组成｡用户通过IC卡的写卡､读卡来购气计量用气｡IC卡智能家用燃气表主要有写卡购气､读卡供气;用气信息回收;提示用户购气;卡用完后自动断气;运行状态自检;电压欠压报警;阀门关闭报警等功能｡它具有先收费,后供气;记录用户每日用气量;用户可根据自己的实际需要决定每次的购气量;安装方便;低功耗和通过自动计费管理系统可查询到长期不购气及短期大量用气的用户等优点｡
IC卡智能家用燃气表系统最大优点是它为改革原有的经营管理模式创造了条件,改变了传统的先供气后收费的被动管理方式,为在社会主义市场经济条件下将燃气作为商品进入用户家庭和经济流通领域提供技术保障｡它不但可以大量节省查表､收费等繁杂的手续与人工还可解决拖欠气费问题,并能提前收取气费加快企业资金周转,降低企业管理费用｡提高企业的经济效益和管理水平｡
(五)沼气配件
为了用好沼气灶和灯具,还应配备性能良好的沼气开关､脱硫器､压力表等｡
1、压力表目前在沼气上主要使用的有液柱式和膜盒式二种｡液柱式压力表有
U形管和单管｡这类仪表适用于测量气体的微压或压差,灵敏度高,容易制造,不足之处是玻璃管易碎｡
膜盒式压力表适测不腐蚀性气体的微压和负压｡其作用原理是当被测气体通过接头进入膜盒时,气体的压力迫使膜盒产生位移,此位移通过齿轮传动机构放大后,由指针将被测压力值显示在刻度盘上｡
目前,由江西省农村能源环保技术开发中心生产的低压盒式压力表,大部分零部件采用耐磨的高强塑料
(ABS工程塑料､聚甲醛)为主要原料｡新标准要求仪表精确度为4级,仪表量程范围0～10kPa及0～16kPa｡同时对指示装置､零点误差､基本误差､来回差､轻敲位移､气密性､耐腐蚀性等方面都提出了技术要求｡虽然出厂产品都经过检测,但用户也可自己检查,判断其性能｡
(1)将表放在桌面上拍打几次,看指针是否离开“0”位;
(2)对压力表慢慢吹气,看指针旋转是否平稳;
(3)用气囊接压力表,压气后稳定1分钟,看是否漏气;
(4)压力表使用一个月后,如出现漏气,在0.5kPa压力时指针不动,指针运行时跳动或回落时不到“0”位等现象,都说明产品耐腐蚀性差｡
2、脱硫器脱硫器容积应≥1.5L,壁厚大于2mm,进出口长度≥20为便于脱硫剂再生卸出,筒口应与筒身直径一致,并以螺纹连接及垫圈密封,密封垫应有弹性;材质耐腐､耐压≥10kPa,气密性试验在10kPa压力下保持1min应无压降｡该脱硫器配以优质的脱硫剂时,其进出口沼气压力降应小于2kPa｡
根据所用脱硫剂的工作硫容､用户日产沼气量及沼气中H2S浓度,可计算出更换脱硫剂的周期,采用1.5L的脱硫器时,其计算结果列于下表：
3、沼气开关由合金铝材料制造的开关比铜质开关不易腐蚀,比塑料开关不会老化而漏气｡开关转芯孔应大于5mm,在使用前接上短管通气后放在水中检查,不应产生气泡｡
4、沼气调控净化器沼气调控净化器是由调控开关､脱水器､脱硫器及压力平衡器等组成｡在该装置上设有一旁通管,如下图所示：
它的工作原理是沼气进入后先经过脱水器,在脱水器底部装一泄水开关,可定期将冷凝水排除,然后沼气进入脱硫器,沼气中的
H2S与氧化铁脱硫剂作用后,从出气口送到沼气灶或沼气灯使用｡另外,从脱硫器中引出一段软管与压力平衡器相连,根据沼气压力大小,将少量水挤压至壳体表面的玻璃管内,通过最高和最低刻度,即可掌握灶前沼气的压力范围｡在使用过程中注意定时向压力平衡器内补水,调整液位高度,当沼气压力太低无法使液面维持在工作区时,可打开旁通开关,以保证沼气灶在低压时仍能燃烧｡同时应检查是否因脱硫剂的饱和,引起沼气的阻力过高而造成沼气压力的降低｡
五､沼气用于食堂
(一)沼气食堂灶具
根据站内职工人数及用餐规律,可初步估计日用气量,然后,按小时用气量确定沼气食堂灶的种类及热流量大小｡沼气食堂灶具分为炒菜灶及蒸锅灶｡
同时能满足爆､､､､因此,这种炒菜灶的热流量较大,而且设有主火､｡主火热流量以20～40kW为佳,采用400～500mm的煸锅,或用300～320mm的炒勺;次火的热流量为14kW,使用300～320mm为主的炒勺;子火一般为8～10kW,使用平底锅｡～800mm,高档炒菜灶的灶面前侧或后侧设有排水槽,便于冲洗灶面污物｡｡
蒸锅灶的热流量较大,但最大不超过80kW,一般根据锅的大小､燃烧方式､加热对象和工艺､保温性能等多种因素而定｡锅径与热流量的推荐值列于下表：
北京DZZI-A型蒸锅灶燃烧器分为内外圈,采用梯形火孔,以防脱火､回火｡蒸锅灶采用砖砌炉体,炉膛内壁用矾土水泥､硅酸盐水泥或耐火纤维保温｡蒸锅灶内壁与锅外表面均匀地保持30～50mm距离,燃烧器出火孔距锅底160mm｡北京ZZZI-A型炒菜灶可以砖砌炉体,也可用简易支架,灶面为铸铁板,围板采用普通钢板烤漆,适用300～400mm锅｡上海沼气食堂灶采用主管式燃烧器,根据烹调工艺要求,采取不同数量主管组装而成｡如4根管的热流量为13.34kW,6根管为21.46kW｡在燃烧器头部装有小盖板,此盖板可根据沼气热值变化而上下调节缝隙高度,以保证火焰稳定｡
(二)沼气中餐红外燃烧器
目前,中餐炒菜灶绝大多数都是采用大气式燃烧方式｡由于这种燃烧方式只预混了燃烧所需的部分空气,因此燃烧温度､燃烧强度受到限制｡大气式燃烧主要以对流形式传热,而且过剩空气系数较大
(一般a=1.3～1.8),火焰较长｡由于中餐炒菜灶要求热负荷较大､锅底的使用面积较小,采用大气式燃烧不能进行有效换热,大部分热量随烟气损失掉,因而造成设备热效率低｡此外,当火焰与锅底接触时,将造成不完全燃烧,导致烟气中有害物质CO含量的增加,在锅底积炭等。
红外线无焰燃烧是一种完全预混式无焰燃烧技术,具有过剩空气系数较小
(一般a=1.05～1.10)､燃烧速度快､燃烧完全､燃烧温度高､燃烧噪声低等特点｡这种燃烧是以辐射和对流两种形式传热,一般辐射热量占总热量的45%～60%｡通过调整辐射面的形状,可以达到定向加热的目的,能够满足中餐炒菜灶火力集中､锅底局部热强度高的要求,有利于提高设备的热效率｡此外,由于红外线具有一定的穿透能力,可以穿透锅底进行加热,因而可以缩短加热时间,这也是中餐炒菜灶所要求的｡从理论上讲中餐炒菜灶用红外线无焰燃烧是可行的｡
燃烧器辐射面采用多孔陶瓷板形式,按照传热理论,辐射面的形状影响着辐射换热量｡在设计燃烧时,考虑到中餐炒菜灶主要适用尖底锅的特点,将多孔陶瓷板分8块以等腰梯形与水平面呈45°倾斜布置｡为克服红外线无焰燃烧热负荷调节范围小的缺点,燃烧器设置成双引射器､两环结构｡内环热负荷为4.652kW,外环热负荷为6.978kW｡燃烧器的结构示意图如下：
实验测试结果说明了燃气中餐炒菜灶采用红外线无焰燃烧可以大幅度提高灶具的热效率,可由20%左右提高到40%,烟气中有害物质含量也明显降低｡
辅助燃烧器的采用经研究结果证实,采用红外线无焰燃烧与辅助燃烧器
(热负荷较小的大气式燃烧相结合的组合式灶具,既可提高灶具的热效率,又能扩大其热负荷的调节范围)｡为使设计的中餐炒菜灶具有较大的热负荷调节范围,并考虑一灶多用的功能要求,在主燃烧器内设置了热负荷为3.489kW的较小的大气式燃烧器｡
(三)食堂灶的安装
1、炒菜灶应有专用抽烟罩,蒸锅灶宜每台用单独烟道｡热流量大的灶应尽量靠近烟道,水平烟道一般不大于3m,转弯不多于3个｡
2、安装食堂灶的厨房应通风良好,厨房高度不应低于2.8m,食堂灶宜放置在底层｡
3、食堂灶与燃气表､电器设备的水平净距均不得小于0.5m,电源接头应有防爆措施｡
4、带有喷淋水设施的炒菜灶,安装时应将有排水槽一侧的腿调低些,以使喷淋水自动流向排水槽｡
(四)食堂灶的使用及注意事项
(1)使用前应仔细阅读使用说明书,熟悉操作程序,严格按说明书中要求操作｡
(2)对带有自动点火装置的食堂灶,先启动点火装置,点燃常明火或点火燃烧器;对自动点火装置的,可用点火棒点燃食堂灶｡如果燃烧器点不着,可检查总阀是否打开､喷嘴是否堵塞,排除管道内的空气,检查电火花与燃烧器火孔的距离｡
(3)调节调风板的开度,以保持火焰稳定和无黄焰,根据烹调需要调节热流量｡对燃烧器头部上的烹调污物应定期清除,以免堵塞部分火孔而产生黄焰｡
(4)定期擦拭排烟罩的油污､清除烟道烟尘､调节排烟口,以防止烟囱冒火或倒烟发生｡
(5)经常检查供气系统是否漏气,接头固定卡是否松动;对燃气阀应经常清理并加适量高温密封油｡
(6)鼓风式蒸锅灶,在点火前应吹扫炉膛,在2～3min后关闭风道阀门或电机｡当用点火器直接点燃主燃烧器时,若5s钟内未点燃,应查找原因､重新吹扫｡在主燃烧器点燃的同时,立即供风并调至正常燃烧状态｡停火时,关闭主火燃烧器及点火燃烧器阀,继续吹风1～3min,关闭风机､电源及燃烧器主阀｡
(7)长时间不用,应将点火燃烧器及常明火燃气阀关闭,熄灭小火,关闭燃气总阀｡
六､沼气用于锅炉燃料
锅炉是由锅和炉两部分组成｡炉是放热部分,燃料在其中燃烧,将化学能转化为热能;锅是吸热部分,高温烟气通过锅的受热面将热量传给锅内工质
(水或气)｡
(一)锅炉的分类
1、按结构分类
(1)火管锅炉
烟气在火管内流过,一般为小容量､低参数锅炉,热效率低但构造简单,水质要求低,运行维修方便｡
(2)水管锅炉
汽水在管内流过,可制成小容量､低参数,也可制成大容量､高参数锅炉｡后者热效率高､但对水质要求和运行水平要求也高｡
2、按燃烧方式分类
燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子,也叫火床炉｡它是目前国内供热锅炉中采用最多的一种燃烧设备｡
燃料随空气流喷入炉室呈悬浮状燃烧的炉子,又名悬燃炉,如燃用煤粉的煤粉炉,燃用液体､气体的燃油和燃气炉｡
燃料在炉室中被由下而上送入的空气流托起,并上下翻腾而进行燃烧的炉子,是目前燃用劣质燃料颇为有效的一种燃烧方式｡
(二)锅炉的构成
锅炉由主要部件和辅助装置构成｡
(1)主要部件包括炉膛､燃烧设备､锅筒､水冷壁､省煤器､空气预热器及炉墙构架等组成｡
(2)辅助装置包括燃料的储运､送风､引风､给水､除灰渣､除尘及自动控制装置等｡
此外,为了保证锅炉的正常工作和安全,蒸汽锅炉还必须装设安全阀､水位表､高低水位警报器､压力表､主汽阀､排污阀､止回阀等｡
（三）工业锅炉型号表示形式
如原型设计锅炉SHS10-13/250-A2表示双锅筒横置式室燃,蒸发量10t/h,压力1275kPa,过热蒸汽温度250℃,燃用烟煤,第二次设计的锅炉｡
(四)人工操作层燃炉—手烧炉
这种炉子加煤､拨火､清渣均由人工完成,由于它具有结构简单､操作方便,又基本上能适应各种煤种燃烧的特点,因此,目前在蒸发量小于1t/h的锅炉上,仍普遍采用｡在沼气工程上也多采用此种手烧炉。
在手烧炉中,绝大部分燃料呈层状在炉排上燃烧,一部分随气流升腾飞扬的细屑燃料,以及逸出的挥发物和焦炭未完全燃烧时生成的CO气体,则在炉膛空间呈悬浮状燃烧｡因此炉膛应保持一定的容积和高度,为飞逸出的可燃物的燃烧提供充足的空间和时间｡
1、手烧炉的构造
手烧炉的炉排结构,要求在整个燃烧层的横截面上将空气分布均匀,且通风阻力和漏煤损失要小;同时也须有足够的机械强度和良好的耐热､散热性能,以保证可靠的工作,炉排通常为铸铁铸造,有条状和板状两种｡
使用这种手烧炉对煤的粒度有个要求,一般烟煤颗粒直径不大于20～30mm,燃烧层厚度控制在100～150mm左右｡
手烧炉的根本缺点是燃烧工况的周期性变化｡特别在新加煤后,煤被迅速加热､烘干､挥发物大量逸出被点燃,而参与燃烧的空气远远满足不了燃烧的需要,大量已逸出的挥发物在较低炉温和缺氧情况下分解､裂化成微细的炭黑粒子——黑烟｡这便是手烧炉每次投料后黑烟滚滚的原因｡而当燃烧层变薄､阻力减小时,又易形成大量空气的过剩,排烟热损失增大,燃烧效率较低｡
2、双层炉排手烧炉该炉设有上､下两层炉排及上､中､下三个炉门｡上层炉排通常由直径为51～76mm的水管管排组成,倾角一般为8°～12°倾斜布置,俗称水冷炉排,上､下端分别与锅筒和前集箱相连,集箱两端接有下降管,构成单独的水循环回路,以保证良好的冷却条件｡下层炉排由铸铁制造,与一般手烧炉的固定炉排基本相同｡
双层炉排炉有上､中､下､三个炉门｡上炉门平时常开,是燃料和空气的入口;当采用沼气时,沼气与空气可从上炉门喷入炉膛,形成火炬｡中炉门常闭,只在点火和清炉出渣时打开;下炉门实际上是灰门,运行时微开,下炉排上焦炭粒子燃烧所需的空气由此进入｡一般说来,上､下炉门的开度随煤种､负荷等因素变化,是燃烧调节的重要手段｡
运行时,煤由上炉门间歇地添加在上层炉排上,厚度150～200mm左右,供燃烧的空气也由上炉门进入｡新煤着火燃烧,火焰和高温烟气则向下流动,所以也叫逆向燃烧｡一些燃烧着的煤粒和尚未燃尽的焦炭粒子,借自重和捅拨作用落到下层炉排继续燃烧,从而消除了黑烟,烟气在上下炉排之间的炉膛里汇集,尔后经烟窗进入对流受热面的烟道｡另炉膛温度较高,而空气由上､下炉门进入,炉内气流扰动也比一般手烧炉强烈,燃烧条件得到改善,固体和气体不完全燃烧热损失都比较小,使锅炉热效率有明显提高｡
由余姚市低压锅炉厂生产的LHG型立式水火管锅炉正是上述双炉排锅炉,该炉为负压分级燃烧,结构紧凑,不耗电,升火快,正常运行时不冒黑烟,热效率为70%左右｡双层炉排炉结构简图如下图所示：
(五)链条炉排炉
链条炉排炉简称链条炉,是一种结构比较完善的层燃炉｡由于它的加煤､清渣､除灰等项主要操作都实现了机械化,运行可靠稳定,因此链条炉不仅在中小型电厂和容量较大的供热锅炉中普遍使用,而且在一些小型锅炉
(0.5～1t/h)上也得以广泛的应用｡
快装水火管链条炉排锅炉
(KZL),炉膛在锅筒外面,炉膛内设前､后拱,炉排下设分区送风风室,风室间用带有弹簧的钢板分隔｡燃烧形成的高温烟气,从后拱上方左侧出口进入锅筒中的下半部烟管,流动至炉前再经前烟箱导入上半部烟管,最终在炉后汇集经省煤器和除尘装置,由引风机排入烟囱｡烟气的流动,也是经过三个回程｡
由于在锅筒外部增设左右两排水冷壁管,其上下端分别接于锅筒和集箱｡不难看出,烟管构成了锅炉的主要对流受热面,水冷壁管和锅筒下腹壁则构成锅炉的辐射受热面｡这种锅炉因炉体结构紧凑,可组装出厂,故俗称快装锅炉,其容量有0.5t/h､1t/h､2t/h及4t/h多种规格,小于0.5t/h容量的常采用固定炉排,此种炉型也常用于沼气工程上｡但该种锅型因以烟管为主,对煤种要求较高,在实际使用中适应性较差,出力不足,运行效率偏低｡KZL4-1.3-A型锅炉见下图：
(六)锅炉的改装
(1)燃煤锅炉改烧沼气,是在有充足的沼气时以沼气代煤作为主要燃料,这时可以全部拆除燃煤时的炉内设备｡但是,应尽可能利用原有鼓风机和引风机
(比燃煤时将有15%～40%的富裕量)｡在不更换鼓､引风机条件下,只要供给足够的沼气,锅炉产量就能提高｡随着蒸发量的提高,受热面的热负荷也会增加｡为了防止锅炉在运行中受热面上沉积水垢,必须对锅炉给水进行处理,它包括水的净化､软化､除盐､除氧等内容｡当锅炉蒸发量有所提高时,排烟温度不应超过400℃,同时对锅炉上原有安全阀进行复核,并应注意锅炉内气水分离装置的能力是否能保证蒸汽的质量｡
(2)当沼气产量不很充足时,多数情况是将沼气作为辅助燃料,与煤进行混燃｡在此情况下,要保留原锅炉上的供煤设备和炉内的炉门､炉箅及耐火砖等部件｡
(3)改装锅炉主要是选择或制造适合该锅炉的沼气燃烧器,燃烧器本身的质量及其布置,关系到锅炉工作的可靠性和经济性｡在改装锅炉时应注意以下几点｡
(a)保持火焰居于炉膛的几何中心区,使火焰尽可能充满目炉膛容积,达到炉内热量分布均匀｡
(b)根据单个燃烧器的火焰长度和直径,合理布置燃烧器间距,保证二次空气与沼气进行均匀混合｡
(c)火焰不应触及炉墙和受热面,以防受热面局部过热,使水管发生弯曲､破裂｡
七､沼气用于发电
沼气发电是一个系统工程,它包括沼气生产､沼气净化与储存､沼气发电及上网等多项单元技术的优化组合,也涉及到国家对沼气发电的扶持政策和技术法规等｡
沼气发电设备方面,国外的德国､丹麦､奥地利､美国的纯燃沼气发电机组比较先进,气耗率≤0.5m3/(kW·h)(沼气热值≥25MJ/m3),价格在300～500美元/kW｡我国在
“九五”､
“十五”期间研制出20～600kW纯燃沼气发电机组系列产品,气耗率0.6～0.8m3/(kW)(沼气热值≥21MJ/m3),价格在200～300美元/kW,其性价比有较大的优势,适合我国经济发展状况｡目前成熟的国产沼气发电机组的功率规格,主要集中在24～600kW
这个区段｡
从沼气工程的产气量来看,有不少沼气工程适宜配建500kW以上的沼气发电机组｡从沼气发电机组的性价来看,在有可以利用的动力原机的情况下,单机功率越大,越利于提高燃料发电效率,越利于降低发电机组单位功率成本,从而获得较理想的性价比｡
同样,从沼气工程的产气量以及从用电负荷性质来看,20kW以下的发电机组也大有市场｡例如一个万头猪场沼气工程,日产沼气80m3,显然不适合发电上网,只适宜内部用电｡其沼电用途一般为驱动沼气工程污水泵和猪场通风机､照明等,因此宜配备10kW左右的发电机组。
鉴于沼气发电广阔的发展前景,国内数家有实力的研究院所和大型企业进行了强强合作,针对市场需求开发出不同规格的沼气发电机组系列产品｡在大机组方面,胜利油田胜利动力机械集团已全面开发出了全烧沼气内燃机的沼气发电机组,并在污水处理､柠檬酸､酒精等行业应用成功｡值得一提的是,国内新一轮开发出来的沼气发电机组,在性能方面已不是过去简单改装内燃机的发电机组｡新的发电机组已缩小了与国外先进机组技术指标的差距｡可以说,在发电设备方面,已可为沼气发电的实施提供有力支持｡
(一)沼气发电的特点
(1)甲烷的燃烧速度较低,而沼气中除了甲烷外,又含40%左右的CO2,使其燃烧速度更低,容易造成沼气发动机的后燃现象严重,排烟温度高达650～700℃,从而造成发电机的耗能增加及热效率降低｡目前,国内已有单位研究的火花点火式全沼气发动机快速燃烧系统,使排气温度接近500℃的国际先进水平｡
(2)由于沼气中CO2的存在,它既能减缓火焰传播速度,又能在发动机高温高压下工作时,起到抑制
“爆燃”倾向的作用｡这是沼气较甲烷具有更好抗爆特性的原因,因此,可在高压缩比下平稳工作,同时使发动机获得较大功率｡
(3)用于发电的沼气,其组分中甲烷含量应大于60%,硫化氢含量应小于0.05%,供气压力不低于6kPa｡但对大型沼气发动机来说,一般自带有涡轮增压,对进气压力要求相对较低,但对压力波动有一定要求,最大允许变化速度为10bar/秒
(1bar=105Pa)考虑厌氧消化系统可能带来的沼气压力不稳定,在沼气发动机的燃料入口前加装一个恒压阀,以保证进气压力变化满足要求｡
(4)进入发动机的沼气中所含颗粒物要求小于3μm,必须在发动机前设置过滤装置,一般设置粗过滤器和细过滤器两道过滤,可满足使用要求｡另外,必须根据发动机使用的环境情况选择或改进空气过滤器,使经过滤后的空气含尘量不超过
2.3～11.6mg/m3｡
(5)以柴油机改装为全燃沼气的奥托机时,因为沼气中含CO2,在不改变原发动机容积的情况下,由于不能增加混合气的热值,所以沼气发动机热效率一般在25%～30%范围｡
(二)沼气发电系统
､｡经过水封､｡经脱水､驱动与燃气内燃机相连接的发电机而产生电力｡通过废热回收装置回收余热,作为厌氧发酵装置的加热源｡下：
1、沼气发动机
(1)用沼气作动力燃料的内燃机需根据动力机情况进行改装｡当用柴油机改烧沼气时,需要进行以下工作｡
a、为降低压缩比及燃烧室形状所必需的机器改装｡
b、设计沼气的进气系统和沼气一空气混合器结构｡
c、设计气体调节系统及与其调速器的联动机构｡
d、设计点火系统｡
柴油机由于热效率高,经济性能较好,是目前我国保有量最多的内燃机｡柴油机与汽油机等热效率及燃油率的比较见下表：
(2)燃气发动机按其压缩混合气体的点火方法有两种,因而分为由火花点火的燃气发动机和由压缩点火的双燃料发动机｡
a、火花点火式燃气发动机,是由电火花将燃气和空气混合气体点燃,其基本构造和点火装置等均与汽油发动机相同｡这种发动机不需要引火燃料,因此,不需设置燃油系统,如果沼气供给稳定,则运转是经济的｡但当沼气量供应不足时,有时会使发电能力降低而达不到规定的输出功率｡
b、压燃式燃气发动机,只是为了点火采用液体燃料,在压缩程序结束时,喷出少量柴油并由燃气的压缩热将油点着,利用其燃烧使作为主要燃料的混合气体点燃､爆发｡而少量的柴油仅起引火作用｡
2、发电机发电机是将发动机的输出转变为电力,而发电机有同步发电机和感应发电机两种｡由于同步发电机能够自己发出电力作为励磁电源,因此,它可以单独工作｡若沼气的发热量为23237kJ/m3,发动机的热效率为35%,发电机的热效率为90%时,那么每立方米沼气可发电约2度｡
3、废热回收燃气发动机的能量收支,随着发动机的种类和工作条件而不同,大约沼气总能量的33%,可直接变为发动机的机械能,其余的作为废热而排放｡
燃气发动机的冷却,与一般的汽油发动机和柴油发动机一样,都是用水冷却｡为防止产生水垢,冷却水要用软水,有时还要添加防腐剂｡为此,通常把调质的水作为一次冷却水,在发动机内部循环;而用热交换器把热传到二次冷却水的间接冷却方法｡此外,润滑油吸收的热,也通过润滑油冷却器,传输到二次冷却水中｡
可以认为,这样传输到冷却水中的热,几乎可以100%的被利用,特别是排气中的热量,可以通过废热锅炉而回收｡
由冷却水和排气中回收的热量,相当燃料供热量的44%左右,主要用于厌氧消化装置的加温｡沼气发电装置废热回收方法见下图：
(三)沼气发电机组的操作及故障排除
1、沼气发电机组的操作
在启动之前,应先测量电机是否正常,用万用表检查电机的绝缘情况,如有漏电则难启动或运转以后时断时续｡
开始发动应断开电机输电负载,同时不要将沼气阀全部打开,控制沼气流量,然后发动｡
电机发动后不能急速加大进气量,因为沼气中含较多二氧化碳,易导致发动机停止｡应缓慢开大气阀,用通气阀控制转速及电压,待机组转速增高,电机配电盘上电压表显示为200V时,然后带上负荷送电｡此时电压必定下降而小于200V,继续开大沼气进量,使电压达到220V为止｡绝不能将进气阀全部打开,特别在无负荷的情况下,机组高速运行,最易导致发动机烧毁｡
2、沼气发电机组的故障
主要故障是机组启动困难或功率不足,其原因是:气体混合器未调节好,火花塞不显火,点火时间不准及沼气的质量､燃烧室的密封等问题而导致电机达不到满负荷出功｡
(1)涉及沼气的质量有甲烷含量低于55%,运行压力在300Pa以下,气路系统有水或异物堵塞｡
(2)气体混合器内有三个阀门,分别调节沼气､空气及混合气｡一般是根据沼气的纯度
(甲烷含量)调节沼气阀;而空气阀开度大小也视沼气纯度而定｡混合气阀的主要功能一是引射沼气流使之能与空气均匀的混合,二是控制混合气体的进量｡
(3)火花塞问题通常有两种情况｡一是火花塞不显火花,用万用电表测定高压线路是否断路
(电表指针无反应),如有断路应进行排除｡二是火花塞有火花,但仍启动困难,这说明点火时间不准,那就必须重新调整点火器内白金触点｡
(4)在沼气供应充足情况下,发动机仍达不到转速,其原因有二:一是进出气门不密封,应用黏磨砂打磨气门,直至密封为止;二是活塞上的活塞环已磨损,此时需要更新活塞环｡
(四)重要部件的维护与保养
设备的良好运行,除了本身的制造质量好外,也需要使用者加强日常管理,做好日常维护与保养｡
1、点火系统的保养电极或绝缘子的污垢常常会引起火花塞的短路而导致不点火,火花塞的间隙太大也能引起启动的困难甚至不点火,因此必须根据使用运行情况定期清洁和调整｡坚持每天检查火花塞和导线的状态与工作情况,做到及时发现不正常的点火现象,及时解决故障,保证发动机的正常可靠运行｡还应保持点火系统的干燥和清洁,经常检查导线､接头和安装是否可靠｡日常要注意保持磁电机密封,避免灰尘进入磁电机｡
2、润滑系统的保养可靠的润滑对机械设备的良好运行有着极其重要的作用｡除了必须严格按照设备要求选择润滑油的型号,还应经常性地检查油的液面及油质情况,有条件的单位可以定期分析化验油质,及时更换变质的润滑油｡
3、冷却系统的清洗沼气发动机的能量转换效率较低,运行中将产生大量的热能,过热将极大地影响发动机的性能｡冷却水产生的水垢将妨碍热传导效率,因此整个冷却系统应至少每年清洗一次,并在冷却水中加入适量的防锈剂,定期检查其水质情况｡
4、建立日常的巡查检修制度规定每日每周详细的设备巡查项目要点,并做必要的情况记录;制定定期的检修与保养计划;定期组织各专业技术人员对发动机组进行全面的检查诊断｡这样就能保证及时发现问题及时解决故障,保证设备能在良好的状态下运行,提高可靠性｡
(五)减少污染的措施
发动机的污染主要来自于两方面,即排气和噪声,应尽量采取措施控制污染的产生｡
(1)排气的污染主要来自燃料沼气的不完全燃烧｡根据气候条件､燃料的成分与压力,控制调节好空气与燃料的比例,能保证燃料的充分燃烧,有效地降低排气的污染｡
(2)沼气发动机的运行会产生较大的噪声,对操作人员和周边环境造成不良影响｡一般的解决方法有两种:一种是将设备安置在消音罩内,另一种是在发动机房墙壁上安装消音材料,达到消音和隔音的效果｡经调查墙式消音更有利于设备的散热,便于日常巡查检修｡
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