新能源转换与控制技术惠晶方光辉第5章节生物质能的转换与控制技术.ppt

第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 项 目 名 称 指 标 发力输出功率 200 kW 输出电压(频率) 400V(50Hz) ， 480V(60Hz) 发电效率 40% 余热利用效率/温度 41% / 60 ℃热水 燃料/ 消耗量 天然气 / 43 m3/ h 有害排放物 NOX：低于5ppm SOX：可忽略不计 噪音 约60 分贝(距设备10 米处) 排水 净水(接近于零污染) 应用时供应水 自来水或纯净水(接近于零) 应用时供应氮气N2 4 个圆柱型容器存有 7 m3 的氮气用于一次启动与停机循环(保护) 操作 自动，可远程控制 表5－2 　PC25TMC 主要性能及技术指标 广州市番禺水门种猪场正在建设的由日本政府提供的 200 kW 的沼气燃料电池装置。该200 kW 燃料电池设备由东芝公司下属的 ONSI 公司提供，型号为 PC25TMC，主要技术指标,见表5－2。 沼气燃料电池系统的组成 燃料处理单元 发电单元 电流转换单元 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 1）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，反应过程如式5－1 (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 (5-1) (5-2) 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 2）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，其工作原理简图如图5－8所示。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 (5-3) (5-4) 图5－8 沼气燃料电池（磷酸型燃料电池）工作原理 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 3） 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，因而需要对沼气进行提纯。双塔式吸收法是沼气提纯的一种简单而有效的方法，装置简图如图5－9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。 3．沼气发电的控制策略 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 围绕着提高沼气燃烧发电或沼气燃料电池的转化效率，沼气发电的控制主要从以下两个方面进行考虑： （1）净化及提纯沼气 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。 2）沼气发电机组的防腐处理。 3）电控混合器技术。 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 图5－9　双塔式吸收法提纯沼气 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 图5－10 沼气热、电、冷三联供系统 利用沼气热、电、冷三联供，提高沼气发电系统的总体利用率，系统如图5－10所示。 (2)沼气燃料电池的发电控制 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 一套完整的沼气燃料电池发电系统除了具备沼气燃料电池组、沼气供气系统、沼气净化及提纯系统、直流稳压器、逆变器以及冷却系统之外，最重要的是燃料电池控制器，这样才能对系统中的气、水、电、热等进行综合管理，形成能够自动运行的发电系统。其交流发电系统如图5－11所示。 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 图5－11 沼气燃料电池的交流发电系统框图 5.3.2 垃圾焚烧发电、电能变换与控制策略 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 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。 填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法，所谓直接填埋法是将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实，使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。 焚烧法是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产生的热量用于发电和供暖。随着中国“十一五”规划对发展新能源，提倡环保型循环经济的进一步重视，国家对垃圾发电产业的政策扶持会继续加强。 1．垃圾焚烧发电的工艺流程 第5章 生物质能的转换与控制技术 * 机械工业出版社 （1）垃圾焚烧前无分检处理 图5－12为垃圾焚烧