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摘要：本文就垃圾填埋气发电机系统的设计及安装调试的特殊要求，根据实践经验的总结，对该类沼气电站工程的各系统(包括冷却、排烟、通风、润滑、电气、沼气)进行了详细的分析和研究，可为类似的沼气发电系统工程设计提供参考。
关键词：填埋气；发电；工艺改进
1项目背景
杭州市天子岭废弃物处理总场是杭州市政府“七·五”重点工程项目，是全国首座符合建设部卫生填埋标准的大型山谷型垃圾填埋场。1998年10月27日，杭州天子岭垃圾填埋气体发电厂正式并网运行。这是我国内陆第一家垃圾填埋气体发电厂，安装了二台美国卡特彼勒的沼气发电机组，单机功率970kW。
杭州市第二垃圾卫生填埋场(二期工程)设计装机容量8.24MW。第一阶段2.06MW的沼气发电厂，安装了二台美国卡特彼勒G3516型沼气发电机组，单机功率1030kW。项目已于2011年4月成功并网发电。
2电站系统设计方案及设备组成
电站的系统设计方案是基于工期项目运行的经验，并结合当今先进技术的发展，在一期项目的基础上作了进一步的完善，系统的主要方案如下。
2.1电气一次线路图
2.2厂家提出的对填埋气成份要求如下
燃气压力：10～35kPa
燃气温度：10～60℃
相对湿度：小于80％
甲烷浓度：大于48％
H2S含量：小于57mg／MJ
CL卤化物：小于19mg／MJ
油份：小于1.19mg／MJ
颗粒物：0.8mg／MJ
颗粒直径：小于1mm
硅含量：小于0.56mg／MJ
氨含量：小于2.81mg／MJ
低热值：15.72-23.58MJ／Nm3
2.3主要设备组成
填埋气发电机组：2台
型号：CAT G3516
制造商：Caterpillar，美国
连续功率：1030ekw
额定电压：400V／230V，3相／4线
额定转速／频率：1500rpm／50Hz
功率因数：0.8(滞后)
沼气进气系统：垃圾填埋场的沼气采集后，通过管道输送到预处理设备，通过处理后达到厂家的上述燃要求，恒定压力的气源给发电机组。
远置式散热水箱
并网控制开关柜：配置为SI EMENS／S7-200PLC及触摸屏，GPC系统为DEIF模块，断路器采用ABB SACE系列的。处理同步检测、功率控制、PF控制、数据通讯等等。
机房通风风机：带走发电机组表面热辐射散热，并且在瓦斯泄漏时通风。其中瓦斯泄漏干接点提供给通风机控制箱，可以强迫通风机工作。
3工程设计和施工中的问题及工艺改进
尽管前期的设计方案经过多次会议的协商，在工程实施过程中，结合厂家的建议，我们作了以下方面的技术改进。
3.1冷却系统
冷却系统的主要功能是将发动机的缸套水和中冷却水的热量带走并散热至大气中，采用远置式安装于屋顶的卧式散热水箱
3.1.1散热水箱风机控制，自动控制。
由于散热水箱是由8个2KW／3相的风机组成，这部份是需要消耗发电机的电力。为提高发电机输出电能的数量，尽量避免或减少风机运行的数量，以提供更多的电能到电网。所以在散热水箱控制方面，设置PLC可编程控制器，根据2个水回路的温度自动控制8个风机分4组逐步投入。
主要好处：避免使用一个大风机采用变频调速，减低成本。在冬季或是气温较低的工况下，减少风机运行的数量以提供更多的电能输出
3.1.2中冷却系统不锈钢材质的选择
由于现代燃气发动机上的中冷器一般都采用铜材料，容易被燃气中的H2S腐蚀。而采用不锈钢的中冷却器，则能有效防止填埋气内的H2S腐蚀。
3.1.3采用机带循环冷却水泵
不需要使用电动水泵来消耗发电机功率。有效减少发电机输出电能的损耗。
3.1.4出口110℃水温设计
防止CH4和空气的燃烧物H2O的气态成分凝结成液态，与H2S的氧化物SO2结合成酸，硫酸具有极高的腐蚀作用，会对发动机内部零件带来灾难，导致机组过早的报废。
3.1.5压力平衡水管的加装
2个水泵，中冷和高温水泵，在水泵的进水口各连接一根2寸的管到各自的膨胀水箱，防止水箱内部阻力大，导致水泵抽真空。
3.1.6冷却液的选择及加注
由于该项目的调试期正值冬季，杭州的最低气温达到-7℃，为防止调试时水的冻结而损坏散热器芯，充分考虑安全的因素，即使地试验阶段也必须在冷却液中加注合适的防冻剂。
3.1.7过滤网的安装
为防止由于管道施工中的安装焊接误入焊渣和异物，堵塞发动机内部水路或损坏水泵，在冷却水进入发动机前和进入水箱前各安装2片过滤网，在机组带载运转几个小时后，放水取出过滤网。
3.1.8冷却水管的阀门选择及安装位置和数量
与发动机连接处的水管上均安装阀门，与水箱连接处的管道上也均安装阀门，为今后维修检查提供方便，不需要放出全部的水就可以施工维修。
3.2排烟系统
3.2.1排烟管道的偏离中心线安装方式：
按通常的安装方式，发动机的排烟管均是通过中心线后垂直向上排出，这样不便于今后天车在今后顶部大修时起吊缸头。根据经验，排烟改由侧面排出。
3.2.2室内部份的保温处理
防止热量散发在机房内。
3.2.3预留烟气三通阀
为了今后烟气热回收，安装烟气余热锅炉做准备。
3.3沼气进气系统
3.3.1进气管路径的改进
由于朋预处理系统出口至发动机的入口的不锈钢管道路径较长，为防止产生的凝结水进入发动机，作了以下改进：管路设置放水口；在连接到每个机组的4寸管从20寸管的中上部焊接，防止水进入机组。 3.3.2进气过滤器的安装位置选择
由于该过滤器为燃气进入发动机的最后一障保护，所以在安装时要选择离发动机进气口尽可能的近距离。其次，安装的高度需考虑日常更换的方便性。采用双过滤器的型式，即使在更换过滤器芯时，也不用停机。
3.3.3燃气快速关断阀：
为考虑在紧急情况时能快速切断燃气供应，在发动机的最近的进气管路上加装24VDC控制的电磁操作关断阀，由发电机组控制盘控制
3.4机房通风系统
3.4.1排风风机的选择及安装位置
由于排风风机的主要功能是将机房内发电机组的辐射热带走，鉴于机房内安装的天车，高度比较高，原设计的每台机组二个散热风机均安装于天车下，考虑到热风具体向上升的特性，长时间运行的机器可能会在机房的上空形成一个温度较高的热空间区域，从而影响其它电气设备的正常工作(如天车、照明等)。所以在安装时将二个风机将水平并列的安装方式改为上下各安装工个的方式，保证在机房的最高点可将热风送出。
3.4.2沼气泄漏报警及逻辑控制
每个机组上瓦斯管法兰多的地方安装泄漏报警装置，此处最容易泄漏。一旦检测泄漏，控制盘提供干接点连接到并车柜使断路器跳闸和机组停机，同时另一个干接点接入风机控制盘，强迫风机起动进行通风。
3.5润滑系统
3.5.1润滑油的选择
采用卡特彼勒的沼气机组专用机油，带碱度可以中和填埋气H2S的燃烧氧化物。
3.5.2曲轴箱通风管道安装及抽风机的选择
防止H2S的燃烧氧化物滞留在曲轴箱进入机油系统，由于此部份的烟气量很少，但油份很多，必须加装小型抽风机将此部份烟气引至机房外，并且为防止室外对墙体的污染，将此管道引到低位排放至专用的回收器中。
3.6电气系统
3.6.1电气保护及逻辑控制
高压跳闸，则连锁并网开关柜跳闸；变压器低压侧总闸跳闸，则连锁并网开关柜跳闸；瓦斯泄漏，则连锁并网开关柜跳闸和停机。
3.6.2监控及通信系统
CAT发动机智能点火控制模块ElS和机组控制盘EMCPIl 的CAT DATA LlNK数据上传，励磁板CDVR和缸温表J1939数据上传加入PL1000E，转换成MODBUS后，显示在并车柜触摸屏上，并通过PLC，可以上传给SCADA系统，如今后的电脑显示和外接大屏幕显示器。
3.6.3控制信号线的防干扰
信号电缆采用屏蔽电缆，一端接地，阻止外界干扰信号进入控制系统。
4经验总结
通过上述对系统的改进，以及发电机组厂家技术服务人员的精心准备、检查，2台发电机组均已顺利调试成功和并网送电。
沼气发电工程是有效利用清洁能源主要途径之一，提高沼气的有效利用率和稳定运行，对从事沼气治理和利用的工程师和专家提出了更高的要求，期望通过本文所归纳的一些经验。对今后的类似工程设计和施工提供参考。
关键词：填埋气；发电；工艺改进
1项目背景
杭州市天子岭废弃物处理总场是杭州市政府“七·五”重点工程项目，是全国首座符合建设部卫生填埋标准的大型山谷型垃圾填埋场。1998年10月27日，杭州天子岭垃圾填埋气体发电厂正式并网运行。这是我国内陆第一家垃圾填埋气体发电厂，安装了二台美国卡特彼勒的沼气发电机组，单机功率970kW。
杭州市第二垃圾卫生填埋场(二期工程)设计装机容量8.24MW。第一阶段2.06MW的沼气发电厂，安装了二台美国卡特彼勒G3516型沼气发电机组，单机功率1030kW。项目已于2011年4月成功并网发电。
2电站系统设计方案及设备组成
电站的系统设计方案是基于工期项目运行的经验，并结合当今先进技术的发展，在一期项目的基础上作了进一步的完善，系统的主要方案如下。
2.1电气一次线路图
2.2厂家提出的对填埋气成份要求如下
燃气压力：10～35kPa
燃气温度：10～60℃
相对湿度：小于80％
甲烷浓度：大于48％
H2S含量：小于57mg／MJ
CL卤化物：小于19mg／MJ
油份：小于1.19mg／MJ
颗粒物：0.8mg／MJ
颗粒直径：小于1mm
硅含量：小于0.56mg／MJ
氨含量：小于2.81mg／MJ
低热值：15.72-23.58MJ／Nm3
2.3主要设备组成
填埋气发电机组：2台
型号：CAT G3516
制造商：Caterpillar，美国
连续功率：1030ekw
额定电压：400V／230V，3相／4线
额定转速／频率：1500rpm／50Hz
功率因数：0.8(滞后)
沼气进气系统：垃圾填埋场的沼气采集后，通过管道输送到预处理设备，通过处理后达到厂家的上述燃要求，恒定压力的气源给发电机组。
远置式散热水箱
并网控制开关柜：配置为SI EMENS／S7-200PLC及触摸屏，GPC系统为DEIF模块，断路器采用ABB SACE系列的。处理同步检测、功率控制、PF控制、数据通讯等等。
机房通风风机：带走发电机组表面热辐射散热，并且在瓦斯泄漏时通风。其中瓦斯泄漏干接点提供给通风机控制箱，可以强迫通风机工作。
3工程设计和施工中的问题及工艺改进
尽管前期的设计方案经过多次会议的协商，在工程实施过程中，结合厂家的建议，我们作了以下方面的技术改进。
3.1冷却系统
冷却系统的主要功能是将发动机的缸套水和中冷却水的热量带走并散热至大气中，采用远置式安装于屋顶的卧式散热水箱
3.1.1散热水箱风机控制，自动控制。
由于散热水箱是由8个2KW／3相的风机组成，这部份是需要消耗发电机的电力。为提高发电机输出电能的数量，尽量避免或减少风机运行的数量，以提供更多的电能到电网。所以在散热水箱控制方面，设置PLC可编程控制器，根据2个水回路的温度自动控制8个风机分4组逐步投入。
主要好处：避免使用一个大风机采用变频调速，减低成本。在冬季或是气温较低的工况下，减少风机运行的数量以提供更多的电能输出
3.1.2中冷却系统不锈钢材质的选择
由于现代燃气发动机上的中冷器一般都采用铜材料，容易被燃气中的H2S腐蚀。而采用不锈钢的中冷却器，则能有效防止填埋气内的H2S腐蚀。
3.1.3采用机带循环冷却水泵
不需要使用电动水泵来消耗发电机功率。有效减少发电机输出电能的损耗。
3.1.4出口110℃水温设计
防止CH4和空气的燃烧物H2O的气态成分凝结成液态，与H2S的氧化物SO2结合成酸，硫酸具有极高的腐蚀作用，会对发动机内部零件带来灾难，导致机组过早的报废。
3.1.5压力平衡水管的加装
2个水泵，中冷和高温水泵，在水泵的进水口各连接一根2寸的管到各自的膨胀水箱，防止水箱内部阻力大，导致水泵抽真空。
3.1.6冷却液的选择及加注
由于该项目的调试期正值冬季，杭州的最低气温达到-7℃，为防止调试时水的冻结而损坏散热器芯，充分考虑安全的因素，即使地试验阶段也必须在冷却液中加注合适的防冻剂。
3.1.7过滤网的安装
为防止由于管道施工中的安装焊接误入焊渣和异物，堵塞发动机内部水路或损坏水泵，在冷却水进入发动机前和进入水箱前各安装2片过滤网，在机组带载运转几个小时后，放水取出过滤网。
3.1.8冷却水管的阀门选择及安装位置和数量
与发动机连接处的水管上均安装阀门，与水箱连接处的管道上也均安装阀门，为今后维修检查提供方便，不需要放出全部的水就可以施工维修。
3.2排烟系统
3.2.1排烟管道的偏离中心线安装方式：
按通常的安装方式，发动机的排烟管均是通过中心线后垂直向上排出，这样不便于今后天车在今后顶部大修时起吊缸头。根据经验，排烟改由侧面排出。
3.2.2室内部份的保温处理
防止热量散发在机房内。
3.2.3预留烟气三通阀
为了今后烟气热回收，安装烟气余热锅炉做准备。
3.3沼气进气系统
3.3.1进气管路径的改进
由于朋预处理系统出口至发动机的入口的不锈钢管道路径较长，为防止产生的凝结水进入发动机，作了以下改进：管路设置放水口；在连接到每个机组的4寸管从20寸管的中上部焊接，防止水进入机组。 3.3.2进气过滤器的安装位置选择
由于该过滤器为燃气进入发动机的最后一障保护，所以在安装时要选择离发动机进气口尽可能的近距离。其次，安装的高度需考虑日常更换的方便性。采用双过滤器的型式，即使在更换过滤器芯时，也不用停机。
3.3.3燃气快速关断阀：
为考虑在紧急情况时能快速切断燃气供应，在发动机的最近的进气管路上加装24VDC控制的电磁操作关断阀，由发电机组控制盘控制
3.4机房通风系统
3.4.1排风风机的选择及安装位置
由于排风风机的主要功能是将机房内发电机组的辐射热带走，鉴于机房内安装的天车，高度比较高，原设计的每台机组二个散热风机均安装于天车下，考虑到热风具体向上升的特性，长时间运行的机器可能会在机房的上空形成一个温度较高的热空间区域，从而影响其它电气设备的正常工作(如天车、照明等)。所以在安装时将二个风机将水平并列的安装方式改为上下各安装工个的方式，保证在机房的最高点可将热风送出。
3.4.2沼气泄漏报警及逻辑控制
每个机组上瓦斯管法兰多的地方安装泄漏报警装置，此处最容易泄漏。一旦检测泄漏，控制盘提供干接点连接到并车柜使断路器跳闸和机组停机，同时另一个干接点接入风机控制盘，强迫风机起动进行通风。
3.5润滑系统
3.5.1润滑油的选择
采用卡特彼勒的沼气机组专用机油，带碱度可以中和填埋气H2S的燃烧氧化物。
3.5.2曲轴箱通风管道安装及抽风机的选择
防止H2S的燃烧氧化物滞留在曲轴箱进入机油系统，由于此部份的烟气量很少，但油份很多，必须加装小型抽风机将此部份烟气引至机房外，并且为防止室外对墙体的污染，将此管道引到低位排放至专用的回收器中。
3.6电气系统
3.6.1电气保护及逻辑控制
高压跳闸，则连锁并网开关柜跳闸；变压器低压侧总闸跳闸，则连锁并网开关柜跳闸；瓦斯泄漏，则连锁并网开关柜跳闸和停机。
3.6.2监控及通信系统
CAT发动机智能点火控制模块ElS和机组控制盘EMCPIl 的CAT DATA LlNK数据上传，励磁板CDVR和缸温表J1939数据上传加入PL1000E，转换成MODBUS后，显示在并车柜触摸屏上，并通过PLC，可以上传给SCADA系统，如今后的电脑显示和外接大屏幕显示器。
3.6.3控制信号线的防干扰
信号电缆采用屏蔽电缆，一端接地，阻止外界干扰信号进入控制系统。
4经验总结
通过上述对系统的改进，以及发电机组厂家技术服务人员的精心准备、检查，2台发电机组均已顺利调试成功和并网送电。
沼气发电工程是有效利用清洁能源主要途径之一，提高沼气的有效利用率和稳定运行，对从事沼气治理和利用的工程师和专家提出了更高的要求，期望通过本文所归纳的一些经验。对今后的类似工程设计和施工提供参考。