沼氣發(fā)電工藝中沼氣干燥設(shè)備的應(yīng)用

張靜

摘? 要：沼氣干燥是沼氣發(fā)電之凈化過程中的重要環(huán)節(jié);努力降低沼氣的相對(duì)濕度，達(dá)到沼氣發(fā)電等進(jìn)氣品質(zhì)要求;減少沼氣凈化及發(fā)電過程中稀硫酸、H2S等有害物質(zhì)及氣體的腐蝕。

關(guān)鍵詞：沼氣凈化;沼氣干燥;

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：突尼斯蘇斯省污水處理廠，平均日處理城市工業(yè)及生活污水52376立方，日平均產(chǎn)生泥漿1400方，通過泥漿靜態(tài)及機(jī)械處理，消化池儲(chǔ)存泥漿9860立方，日平均產(chǎn)生沼氣7350方產(chǎn);沼氣通過砂礫石過濾，陶瓷過濾，木炭過濾，沼氣增壓，沼氣干燥等凈化環(huán)節(jié)后輸入沼氣發(fā)電機(jī)。本文著重討論沼氣干燥設(shè)備的應(yīng)用，希望能得到同行專家的指點(diǎn)及幫助，進(jìn)而優(yōu)化提高。

沼氣組成及產(chǎn)量如下：

名稱???????????????????? 比例????????????????????? 產(chǎn)量

CH4???????????????????? 60-70%?????????????????? 4852方/天

CO2????????????????? ???30-38%?????????????????? 2205方/天

O2?????????????????????? 0.5%???????????????????? 36方/天

CO?????????????????????? 2%????????????????????? 147方/天

N2?????????????????????? 1%????????????????????? 73方/天

CnHm??????????????????? 0-1.5%?????????????????? 7方/天

H2S????????????????????? 0.1-0.4%???????????????? 14方/天

H2?????????????????????? 0.2%??????????????????? 14方/天

1沼氣干燥設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1沼氣干燥的方法

沼氣的干燥有多種方式，按照其工藝的不同主要分為溶劑吸收法、吸附法、冷凍法等。

（1）溶劑吸收法

容器吸收法指的是沼氣經(jīng)過吸水性極強(qiáng)的溶液，使水分得以分離。此類脫水劑通常有氧化鈣、氧化鋰、甘醇類等物質(zhì)。

溶劑吸水法優(yōu)缺點(diǎn)：氧化鈣溶液成本少，損失小，但溶液會(huì)產(chǎn)生電解腐蝕，與硫化氫（H2S）接觸后會(huì)發(fā)生沉淀，溶液具有很強(qiáng)的腐蝕性。氧化鋰溶液吸水能力強(qiáng)，腐蝕性較小，但價(jià)格昂貴。甘醇類脫水劑性能優(yōu)越，但初期投資較高。

（2）吸附法

吸附法通常采用固體物質(zhì)，通過固體表面力作用實(shí)現(xiàn)水分的脫除，根據(jù)表面力的性質(zhì)分為化學(xué)吸附（脫水后不能再生）和物理吸附（脫水后可以再生）。能用于沼氣脫水的干燥劑有硅膠、活性氧化鋁、分子篩以及復(fù)式固定干燥劑等。

吸附法優(yōu)缺點(diǎn)：吸附法干燥器對(duì)沼氣含油及液態(tài)水極為敏感，工作時(shí)雙塔處于頻繁的切換狀態(tài)，控制閥件容易疲勞破壞，變壓吸附作用使吸濕劑表面頻頻擠壓摩擦，易產(chǎn)生粉塵脫落，給沼氣造成二次污染。

（3）冷凍法

冷凍式干燥器是利用冷凍技術(shù)，將含有水蒸氣的沼氣強(qiáng)制冷卻到露點(diǎn)以下，使之冷卻到液態(tài)水與沼氣分開，以獲得干燥的沼氣。

冷凍法優(yōu)缺點(diǎn)：能耗低、體機(jī)小、工作可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低廉，但是冷凍發(fā)在運(yùn)行中，對(duì)環(huán)境溫度較為敏感。

由于冷干機(jī)造價(jià)低、工作穩(wěn)定、運(yùn)行成本低廉，對(duì)氣源負(fù)載無特殊要求等多種優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在沼氣凈化工藝中，本文主要論述干冷式沼氣干燥設(shè)備在沼氣凈化工藝中的應(yīng)用研究。

1.2干冷式沼氣干燥設(shè)備

（1）PID及主要結(jié)構(gòu)圖

（2）工藝描述

沼氣通過內(nèi)循環(huán)泵，經(jīng)過空冷裝置將含有水蒸氣的沼氣冷凝至露點(diǎn)以下，冷凝水流至填料塔底部，通過冷凝水泵排除，干燥沼氣通過填料塔頂排出。

2沼氣干燥設(shè)備選型

2.1沼氣干燥設(shè)備一般設(shè)計(jì)參數(shù)

沼氣干燥設(shè)備的選型主要取決于沼氣進(jìn)氣量，沼氣干燥后相對(duì)濕度要求，沼氣中硫化氫氣體含量，沼氣出口溫度要求等相關(guān)參數(shù)確定沼氣干燥設(shè)備型號(hào)及所需附屬件。沼氣干燥設(shè)備一般的設(shè)計(jì)參數(shù)為：

沼氣進(jìn)口流量：10-6000m?/h。

硫化氫氣體含量：不超過20000PPM。

進(jìn)口溫度：不超過105°C

出口溫度：降低3-5°C

進(jìn)口壓力：-100-500mbar

外界溫度：-20-45°C

2.2沼氣干燥設(shè)備附屬件選擇

因?yàn)槔鋬鍪秸託飧稍镌O(shè)備是通過降低沼氣溫度，使水蒸氣變成液態(tài)水排出，所有經(jīng)過沼氣干燥設(shè)備后，沼氣溫度會(huì)降低，根據(jù)用戶對(duì)沼氣溫度的要求，可以選擇熱交換機(jī)對(duì)出口沼氣進(jìn)行加熱或繼續(xù)降溫，在電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中沼氣的熱交換一般選擇管式熱交換機(jī)，如圖所示：

3沼氣干燥設(shè)備在沼氣凈化工藝中的應(yīng)用

3.1典型的沼氣凈化工藝流程

每個(gè)厭氧池頂安裝一體式消化池頂蓋，用于收集沼氣。沼氣匯集后，首先通過顆粒過濾器，該過濾器能去除固體顆粒物質(zhì)，并且收集大量的冷凝水。沼氣隨后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，除去沼氣中硫化氫氣體。為滿足后續(xù)沼氣鍋爐、發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣要求，沼氣經(jīng)脫硫后，進(jìn)入沼氣冷干機(jī)組單元，除去沼氣中的水蒸氣。沼氣經(jīng)脫水系統(tǒng)后進(jìn)入氣柜存儲(chǔ)緩沖、穩(wěn)定壓力。穩(wěn)壓后的沼氣，還要經(jīng)過沼氣增壓器以滿足沼氣發(fā)電設(shè)備對(duì)沼氣壓力的要求。增壓后沼氣進(jìn)入活性炭過濾器去除固體硫化物。在沼氣進(jìn)入用戶設(shè)備前，還應(yīng)通過陶瓷過濾器，以進(jìn)一步去除微小顆粒。沼氣火炬作為應(yīng)急安全裝置，用于燃燒過剩的沼氣。

3.2沼氣干燥設(shè)備在沼氣凈化中所處的環(huán)節(jié)

沼氣干燥設(shè)備放置在沼氣脫硫設(shè)備之后，沼氣罐之前，除去沼氣中的水蒸氣，降低沼氣相對(duì)濕度，沼氣干燥之后，不宜產(chǎn)生稀硫酸腐蝕，減少H2S氣體對(duì)管道及沼氣罐等后續(xù)設(shè)備的腐蝕作用。

3.3安裝位置的選擇

沼氣干燥設(shè)備安裝的位置應(yīng)滿足以下要求：

1.沼氣干燥設(shè)備必須安裝在通風(fēng)條件良好的室外。

2.應(yīng)避免某些設(shè)備組件被大氣腐蝕。

3.在H2S含量較高的地方應(yīng)采用相應(yīng)的防腐措施。

4.被安裝的位置應(yīng)便于操作、維修、清理。

3.4沼氣干燥設(shè)備安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

沼氣凈化系統(tǒng)通過采用兩臺(tái)沼氣干燥設(shè)備，一臺(tái)工作一臺(tái)備用，沼氣管道出入口應(yīng)布置手動(dòng)操作閥門，旁通管道的布置，安全操作距離等要求，安裝布置如下圖所示：

沼氣干燥設(shè)備入口處布置蝶閥，控制沼氣的進(jìn)入，沼氣通過冷卻器進(jìn)行風(fēng)冷，使水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)水，液態(tài)水通過冷水泵排出，沼氣出口安裝有管式熱交換器，控制沼氣溫度，沼氣干燥設(shè)備設(shè)有旁通管道，兩臺(tái)設(shè)備的旁通管道互聯(lián)，當(dāng)干燥設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可關(guān)閉設(shè)備入口、出口蝶閥，打開旁通管道蝶閥，則可進(jìn)行沼氣干燥設(shè)備的維修，而不影響沼氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行。

4結(jié)語

本人有幸參與了突尼斯蘇斯污水處理廠的設(shè)計(jì)、施工建設(shè)與生產(chǎn)調(diào)試等工作，目前系統(tǒng)運(yùn)行正常;以上是工作中的一點(diǎn)心得累積，希望得到同行及專業(yè)人士的指點(diǎn)及幫助！