随着社会的不断进步和工业的不断发展,世界范围内对能源的需求量也日益增大。然而常规能源煤、石油、天然气的储备量却在不断减少,其次,常规能源作为燃料利用给环境造成了严重的污染,对此开发清洁的新能源已成为能源与环境领域的研究热点。最近几年来,由于国家对环境和清洁能源的重视,沼气工程在农村发展迅速,沼气技术也得到的快速提高。进而,出现有沼气过剩现象,特别是夏季出现了沼气得不到利用而排放到大气中,增加了环境的温室效应。再者,由于沼气池气压过高导致沼液溢出,产生刺鼻的气味,给当地环境也造成一定程度的污染。沼气发电项目能实现沼气的高品位利用,把沼气的化学能转化为电能的同时也降低了环境的污染得到国家的高度重视。本文旨在研究户用中小型沼气发电项目,以户用沼气发电装置为研究对象通过对沼气的燃烧特性和内燃机工作原理的深入研究,设计专烧沼气的内燃机和发电机匹配的发电装置,并对发电装置影响较大的沼气内燃机进行了优化设计,对影响沼气内燃机工作性能的重要结构参数进行了设计和选用。如沼气—空气混合器的设计,空燃比的选择,燃烧室的设计与优化,合理压缩比的选择,点火装置的选择,调速装置的设计及发电机与内燃机的匹配。并且对户用沼气发电装置作了整机运行试验。通过试验,得到如下结论:(1)空燃比在6.2左右时,整机运行性能稳定。如果为了提高沼气内燃机的动力性,应当控制空燃比为5.7左右;当空燃比约在6.9左右时,燃烧速度稍慢,这种情况,有利于沼气的完全燃烧,减低内燃机的气耗和尾气污染排放,经济性能好。(2)提高压缩比可以提高内燃机的平均压力和热效率,提高压缩比有助于沼气内燃机的沼气燃烧,该系列沼气内燃机的压缩比选择12较为合适。试验研测试中得出该系列户用沼气发电装置在气压为2kPa时也能正常启动,但理想的沼气气压要求在6kPa～10kPa之间,沼气中甲烷的含量不宜低于50%,最佳的工作转速为1600r/min,输出电压基本稳定在220V,波动较小,尾气排放温度低于500℃,沼气消耗率约为0.52m~3/kWh。在新郑和周口等地对户用沼气发电装置开展了整机运行性能测试,运行性能良好,基本能解决夏季用电高峰的电力紧张问题,该装置冬季也能正常运行,得到广大用户的肯定。建议在以后的研究中能提高沼气的产率和沼气的纯度,设计一套完整的沼气储备系统和稳压控制装置。