沼气是由60%～65%的甲烷、30%～35%的二氧化碳和少量一氧化碳、氢、硫化氢和碳氢化合物等组成的混合气体。沼气池产生的沼气经过净化后，输至沼气发动机驱动发电机组发电。按发电规模的划分，通常50千瓦以下的为小型沼气发电系统，50～500千瓦的为中型沼气发电系统，500千瓦以上的为大型沼气发电系统。

与沼气的成分和燃烧条件有关。①因沼气中含有30%～35%二氧化碳等惰性气体，其辛烷值可达到125～130，故沼气是抗爆性高的气体，所以沼气发动机可选择较高的压缩比。②沼气具有较高的热值，一般为20934～25121焦/米³（标准状态），相当于0.45～0.55千克柴油。当沼气的甲烷含量达50%时，即可进行正常燃烧。1立方米沼气可发电1.2～1.8千瓦时（标准状态）。③在密闭条件下沼气与空气的混合比在5%～15%时，遇火引燃即迅速燃烧、膨胀。利用这一特性可使发动机获得理想的工作范围。④沼气具有临界温度低（-25.7～-48.42℃）而临界压力高（5.29×102～58.2×102兆帕）的特点，因此沼气是低速（0.268～0.4288米/秒）燃烧、液化困难的气体，所以必须把点火期提前。⑤沼气中含有硫化氢，对金属管道和设备有腐蚀作用，因此作为发动机燃料必须经疏水、脱硫净化处理，使发动机排烟浓度降低、灰尘杂质减少。

对沼气气源及气质的要求包括：①沼气池所产生沼气经稳压装置稳压后输给沼气发动机，沼气必须连续稳定在一定压力（1470～2940帕）；②沼气需经疏水、脱硫净化处理，去除杂质、水分，使硫化氢含量降至500米³/千克以下（标准状态下）。当沼气中甲烷含量低于50%时，还需要考虑脱除二氧化碳的提纯处理。

主要由沼气池、净化提纯装置、沼气发电机组、废热回收装置等构成。

①沼气池是提供厌氧和其他适宜条件（温度、湿度和酸碱度）以生产沼气的反应器。

②净化提纯装置是脱除沼气中的硫化氢、水和二氧化碳等杂质的装置，包括气水分离器、脱硫塔等，以达到净化沼气和提高沼气中甲烷纯度的目的。

③沼气发电机组包括沼气发动机和发电机。以沼气为燃料的发动机为往复式内燃发动机，有纯沼气发动机和沼气/柴（汽）油混烧发动机两种。

纯沼气发动机用电点火方式点燃沼气和空气的混合气体，通过活塞的往复运动得到机械能。这种发动机改装比较困难，但不需要辅助燃料油及其供应系统，控制简单，维修方便，输出功率随沼气量的减少而降低。沼气发动机的工作过程与柴油机相同。

沼气/柴（汽）油混烧发动机利用压缩点火方式，由燃气的压缩热点燃喷射的液体燃料油，燃烧热使混合气体点火爆发，通过活塞的往复运动得到机械能。这种发动机改装容易，既可以燃用沼气/柴（汽）油，也可以在没有沼气供应时完全燃用柴（汽）油。由于它需保留原机的燃料供给装置，因而在控制和结构上较复杂一些。

对沼气发电机组的一般要求包括：启动方便，运行平稳，噪声较低（最好低于85分贝），使用寿命较长，成本较低。基本技术要求包括：机组在常温（不低于5℃）下采用机组的启动装置启动，三次启动应至少有两次成功；电压和频率的各项指标应不大于表1中的规定；沼气的甲烷含量大于60%时，沼气发动机应能满足对机组额定功率的要求，并符合表2中的规定。

④废热回收装置是将沼气发动机排出的废气和冷却水中的热量回收利用的装置。包括料液热交换器、废气热交换器等。沼气发动机一般采用水冷却，30%～35%的热量有效做功，其余65%～70%的热量随排出的废气、冷却水、机油带走；采用废热回收装置加以回收利用，可使机组总能量利用率达到65%～85%。废热回收通常采用热水热交换器、废气锅炉、废气吸收式冷热水器等装置产生蒸汽、热水和冷热风，用于沼气池料液升温或采暖空调。中国沼气发动机废热回收率为35%～45%，总能量利用率为55%～75%。

沼气池产生的沼气经净化提纯后，由储气柜供给沼气发动机，驱动与沼气发动机相连的发电机产生电力。沼气发动机排出的废气和冷却水中的热量，通过废热回收装置进行回收后作为沼气池料液加温热源或其他用途。沼气发电系统的工艺流程见图。

沼气发电系统工艺流程图