厭氧沼氣在垃圾焚燒爐中高效摻燒

謝浩琦 佘海林 邵淼清 羅麗霞

摘要：本文介紹了造紙污水厭氧處理工藝產(chǎn)生沼氣引入熱電廠垃圾焚燒鍋爐聯(lián)合焚燒發(fā)電，并對系統(tǒng)的工藝可靠性、經(jīng)濟性進行了分析認證。

關(guān)鍵詞：厭氧沼氣、垃圾焚燒鍋爐、聯(lián)合焚燒發(fā)電、經(jīng)濟性

1、沼氣利用的現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)研究表明，至2020年我國工業(yè)有機廢水排放可轉(zhuǎn)化為沼氣資源量將達到215億立方，常規(guī)沼氣大型化利用利用方式以沼氣作為燃料產(chǎn)生動力來驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能的發(fā)電方式為主，每立方米沼氣可發(fā)電1.8-2.6kWh，污水處理廠的大中型環(huán)保能源工程，主要以50-600kW的沼氣發(fā)電機組為主。目前沼氣發(fā)電機技術(shù)的開發(fā)和研究主要集中在內(nèi)燃機上，一般只對柴油機和汽油機進行淺層次的改裝，對機組的熱工性能研究不深，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，運行使用中熱負荷高、可靠性差和啟動困難等問題不斷。再加上脫硫技術(shù)、除濕設(shè)備和過濾設(shè)備等配套技術(shù)跟不上，以及沼氣發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和商化轉(zhuǎn)化程度低等問題，導致我國沼氣發(fā)電停滯不前，阻礙了沼氣發(fā)電的推廣。

2、沼氣的特點：

沼氣是一種混合氣體，主要成分是甲烷和二氧化碳。甲烷占55%～70%，二氧化碳占30%～40%，還有少量氫、一氧化碳、硫化氫、氧和氮等氣體。甲烷是可燃氣體，可做燃料。

（1）沼氣的組成影響著沼氣的特性，不同組分沼氣的特性略有不同，上表為甲烷含量為60%，二氧化碳含量40%時的沼氣特性參數(shù)。

（2）沼氣的燃點高，為650-700℃。

（3）沼氣具有較強的腐蝕性。硫化氫來源于發(fā)酵原料中的含硫化合物，是一種有毒氣體，燃燒后生成二氧化硫會污染大氣。同時硫化氫還會強烈腐蝕管路中的金屬部件。

（4）沼氣燃燒空氣混合比大，沼氣在燃燒時需要大量空氣，正常情況下，一份沼氣需要5.7倍的空氣。

（5）厭氧消化產(chǎn)生的沼氣含水量較多。

3、垃圾焚燒爐摻燒沼氣的必要性：

目前，城市生活垃圾的處理問題越來越受重視，除了填埋、堆肥外，主要的處理方式為焚燒發(fā)電。因為垃圾存在成分復雜、熱值低、含水率高等特點，所以垃圾在爐膛內(nèi)燃燒時經(jīng)常遇到熄火、燃燒效率低等問題。在發(fā)生上述問題時，現(xiàn)有的做法為適當添加煤炭來助燃，以保證垃圾焚燒的正常進行。又因為煤炭為不可再生資源，燃燒產(chǎn)生的污染物較多，不符合時代發(fā)展要求，所以目前我司和部分熱電廠開始考慮使用垃圾過濾液、造紙污泥等發(fā)酵生成沼氣，再將沼氣通人焚燒爐中助燃，以減少煤炭使用量，保護環(huán)境。

但是如果僅僅只是向焚燒爐內(nèi)通人沼氣，因為垃圾燃燒情況等影響，沼氣無法得到高效利用，沼氣和垃圾的燃燒效果不好，因此需要提出一種新的方案來解決這個問題。

4、垃圾焚燒爐沼氣摻燒工藝的開發(fā)與運用：

本公司經(jīng)過多年研究開發(fā)，成功將周邊造紙企業(yè)污水處理站厭氧處理工藝產(chǎn)生的沼氣，引入公司垃圾焚燒爐進行焚燒發(fā)電，并設(shè)立了一種垃圾焚燒爐沼氣摻燒裝置，可以提高沼氣利用率，加強垃圾等燃燒效果。該工藝通過研發(fā)一種垃圾焚燒爐沼氣摻燒裝置，包括安裝在焚燒爐上的沼氣燃燒器以及與之連通的沼氣輸送管道，沼氣輸送管道連通于沼氣源，沼氣輸送管道設(shè)置有用于控制沼氣流量的伺服閥，伺服閥電信號連接有調(diào)控機構(gòu)，調(diào)控機構(gòu)包括：燃燒檢測組件，設(shè)置于焚燒爐，用于檢測焚燒爐內(nèi)的燃燒效果并輸出燃燒檢測值;控制組件，連接于檢測組件，接受響應(yīng)檢測值，并根據(jù)燃燒檢測值控制伺服閥。

通過采用上述技術(shù)方案，可以利用燃燒檢測組件對垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒情況檢測并利用控制組件獲取檢測燃燒檢測值，之后工作人員可以根據(jù)燃燒檢測值采用控制組件對伺服閥控制，實現(xiàn)調(diào)節(jié)沼氣輸送管道的沼氣通量，即調(diào)節(jié)沼氣摻燒占比，避免沼氣供給過多或是過少影響助燃效果，從而提高沼氣利用率，加強垃圾等燃燒效果，

燃燒檢測組件包括若干火焰檢測器，控制組件包括PLC控制器，火焰檢測器電信號連接于PLC控制器，且檢測輸出燃燒檢測值至PLC控制器，PLC控制器電信號連接于伺服閥?；鹧鏅z測器監(jiān)測焚燒爐內(nèi)的燃燒情況，利用PLC控制器來接收燃燒檢測值，并根據(jù)燃燒檢測值控制伺服閥調(diào)節(jié)沼氣通量，以調(diào)節(jié)沼氣摻燒效果。

調(diào)控機構(gòu)包括壓力檢測組件，壓力檢測組件包括若干壓力變送器，壓力變送器設(shè)置于沼氣輸送管道，且用于檢測輸出沼氣壓力檢測值，壓力變送器電信號連接于PLC控制器，沼氣輸送管道連通有若干備用管道，備用管道分別連通各沼氣源，備用管道設(shè)置有二級伺服閥，二級伺服閥電信號連接于PLC控制器。壓力變送器對沼氣輸送管道內(nèi)的沼氣壓力做檢測，并輸出沼氣壓力檢測值到PLC控制器上;此時若沼氣輸送管道的沼氣壓力檢測值過小，即沼氣供給過少，則可以利用PLC控制器控制二級伺服閥開啟備用管道，利用其它的沼氣源補充沼氣，從而保證沼氣摻燒助燃效果。

調(diào)控機構(gòu)包括用于輸送燃煤的輸送帶的驅(qū)動電機，驅(qū)動電機電信號連接于PLC控制器，PLC控制器預(yù)設(shè)燃煤輸送觸發(fā)值，當壓力變送器輸出的沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發(fā)值，PLC控制器控制驅(qū)動電機驅(qū)動輸送帶輸送燃煤。在沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發(fā)值時，即沼氣供應(yīng)過少時，PLC控制器可以自動控制驅(qū)動電機驅(qū)使輸送帶向焚燒爐中添加燃煤，以保證對垃圾的助燃效果，保證焚燒爐內(nèi)的垃圾等能夠高效燃燒產(chǎn)熱。

驅(qū)動電機連接有變頻器，所述變頻器電信號連接于PLC控制器。

PLC控制器控制變頻器，以實現(xiàn)對驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速控制，即控制輸送帶輸送燃煤的速度，此時可以將本實用新型設(shè)置為沼氣壓力檢測值越小，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速越快，即燃煤供給越多，從而加強沼氣摻燒效果。

PLC控制器為內(nèi)置有定時器的PLC控制器，PLC控制器電信號連接有聲光報警器，且預(yù)設(shè)有報警觸發(fā)定時值，當壓力變送器輸出的沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發(fā)值，PLC控制器計時，當PLC控制器的計時值超出報警觸發(fā)定時值，PLC控制器控制聲光報警器開啟。沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發(fā)值持續(xù)的時間超出報警觸發(fā)定時值后，PLC控制器會控制聲光報警器開啟以提示工作人員沼氣供應(yīng)出現(xiàn)問題。

沼氣輸送管道設(shè)置有安全閥組，安全閥組包括若干電磁閥，電磁閥信號連接于PLC控制器。在焚燒爐出現(xiàn)問題時，工作人員可以通過PLC控制器控制電磁閥關(guān)閉沼氣輸送管道，以加強安全性。安全閥組還包括若干備用手動閥，在必要時，如PLC控制器故障時，工作人員可以通過手動操作手動閥來啟閉沼氣輸送管道，以進一步增強安全性。

5、本工藝的顯著優(yōu)點：

①設(shè)置有火焰檢測器對垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒情況檢測，設(shè)置沼氣燃燒器通人焚燒爐，沼氣燃燒器連通沼氣輸送管，在沼氣輸送管上設(shè)置伺服閥;火焰檢測器連接PLC控制器，PLC控制器連接伺服閥，從而可以根據(jù)焚燒爐內(nèi)燃燒情況對伺服閥控制，控制沼氣供給，以更加高效的利用沼氣;

②沼氣輸送管道上設(shè)置壓力變送器檢測沼氣壓力，壓力變送器連接PLC控制器，PLC控制器還連接有驅(qū)動電機，而驅(qū)動電機為輸送燃煤至焚燒爐的輸送帶的動力源，從而在沼氣壓力過小，即沼氣供應(yīng)不足時開啟驅(qū)動電機，通過輸送帶向焚燒爐中添加燃煤，利用燃煤配合沼氣助燃，以避免焚燒爐受沼氣不穩(wěn)定的因素影響;

③PLC控制器連接聲光報警器，當沼氣壓力長時間過小時控制聲光報警器開啟，以及時提示1工作人員沼氣供應(yīng)出現(xiàn)問題，保證使用效果。

6、結(jié)語：

在環(huán)境問題越來越受重視的今天，本項目利用造紙污水處置工藝發(fā)酵生成沼氣，通人焚燒爐中助燃，以減少煤炭使用量，保護環(huán)境。項目通過設(shè)置有火焰檢測器對垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒隋況檢測，設(shè)置壓力變送器檢測沼氣壓力，從而控制沼氣供應(yīng)合理利用燃煤、垃圾配合沼氣助燃，提高了沼氣利用效率，以保證設(shè)備可以更高效的運作，節(jié)能效果顯著，極具推廣意義。