生物能源沼气发电热电联产项目中沼气成分检测方法的探讨

厉亚辉，邱惠珍，俞建龙，杨遂平

(宝钢气体上海基量标准气体有限公司，上海201713)

1 概述

沼气属于可再生能源中的生物能源，它是各种有机物质在隔绝空气(还原条件)、适宜的温度、pH值条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可再生能源。沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。

1.1 因地制宜、就地供电

我国沼气发电有30多年的历史，在“十五”期间研制出20～600 kW纯燃沼气发电机组系列产品，气耗率0.6～0.8 m3/(kW·h)(沼气热值 ～ ＞21 MJ/m3)。但国内沼气发电研究和应用市场都还处于不完善阶段，特别是适用于我国广大农村地区小型沼气发电技术研究更少，我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。如能因地制宜地发展小沼气电站，则可取长补短就地供电。

1.2 环保、节能，变废为宝

沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物(例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等)，经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。

沼气发电技术本身提供的是清洁能源，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放，而且变废为宝，产生了大量的热能和电能，符合能源再循环利用的环保理念，同时也带来巨大的经济效益，因而沼气发电得到国家政策大力支持。

1.3 双赢回报机制

一般来说，无论是单独投资沼气发电站或者是工厂自行投资发电机组都可以得到双赢的回报效果。工厂将沼气免费提供给电站使用，沼气电站作为工厂的自备电厂，其发出的电将以相对网电而言较低的价格出售给工厂。一方面解决了产生的沼气处理的费用问题，另一方面可以得到免费的原料来源，同时，可以就近供电，达到双赢。

1.4 成本与收益分析

理想状态下，标准配置的沼气发电电站，电价可以按0.28元/(kW·h)考虑。对于工厂而言，以电网购电价格0.70元/(kW·h)计，工厂没有对电站投资，却节省了0.38～0.47元/(kW·h)的电费支出;对于电站而言，扣除运行成本后，还有可观的盈利。另外沼气的主要成分甲烷作为温室气体的一种，其温室气体效应是二氧化碳的21倍，因此，大型的沼气发电项目还可申请CDM项目。

沼气发电一般要求沼气热值＞21 MJ/m3，沼气中杂质含量如N2、H2S等应控制在一定的范围内，因此，沼气的成分检测及热值的计算就起到了关键作用，本文结合现场实例介绍了沼气成分分析的具体流程。

2 沼气主要成分

沼气主要成分见表1。

表1 沼气主要成分Table 1 Main components of Biogas

3 实验部分

3.1 仪器与试剂

仪器:GC-910(TCD)气相色谱仪、HP5890(FID)气相色谱仪、VARIAN3800(PFPD)气相色谱仪。气体标准物质:上海基量标准气体有限公司配制，详见表2。

表2 气体标准物质列表Table 2 The list of standard gas

3.2 分析流程

无机部分组分由 GC-910(TCD)与 VARIAN3800(PFPD)气相色谱仪检测;有机部分组分由HP5890(FID)气相色谱仪检测。

图1 GC-910(TCD)气相色谱仪色谱气路系统流程图Fig.1 The flow chart of GC-910(TCD)gas chromatograph

3.3 分析条件

分析条件见表3。

3.4 谱图

沼气TCD谱图及FID谱图分别见图2、3。

表3 分析条件表Table 3 The experimental condition

图2 沼气TCDFig.2 Biogas TCD

图3 沼气FIDFig.3 Biogas FID

3.5 检测结果列表

检测分析结果见表4。

3.6 其它杂质检测

沼气中氨、氯及微量元素的检测对项目的运行以及后续的排放有重要意义，采用原子吸收分光光度法与离子色谱法对燃气中金属离子和NH3、氯进行检测，数据见表5。

表4 分析结果表Table 4 The results of the analysis

表5 微量元素分析结果表Table 5 The results of the analysis Trace elements

4 热值计算

燃气组分气体的热值计算见表6。

根据表4的分析结果计算沼气的低位热值为21.73 MJ/m3。

表6 燃气组分气体的热值Table 6 The calorific value of gas components

5 结论与讨论

1.实践证明，利用生物能源沼气发电热电联产项目，不仅可以缓解企业用电、局部偏远地区供电成本高等问题，而且可以减少废弃物对环境的污染，减少温室效应气体的排放，取得节能、增电、改善环境并达到能源循环利用的效果，为企业创造可观的经济效益和综合社会效益，特别值得大中型牛羊猪等养殖场推广。

2.采用气相色谱法(热导、氢火焰、脉冲火焰光度检测器)可全面分析沼气成分，为沼气发电热值计算提供可靠数据，有利于沼气发电质量控制以及发电效率的改进提高。

3.如需持续提高沼气发电质量及加强安全生产控制，还可以采用其他分析方法，对沼气中氨、氯及微量元素作进一步检测。

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