青島啤酒上海松江有限公司 宋建華

0 前言

目前，啤酒生產企業(yè)污水處理產生的沼氣一般采用簡單的直接燃燒的排空方法，不僅大量的熱能未被利用，燃燒產生了大量的二氧化硫等污染物，污染了環(huán)境，因此啤酒企業(yè)如何充分利用這些沼氣，不僅是提高企業(yè)經濟效益的需要，也是節(jié)能減排發(fā)展循環(huán)經濟的需要，更是企業(yè)實現(xiàn)社會責任的需要[1]。

1 青啤松江公司沼氣利用狀況

根據企業(yè)發(fā)展循環(huán)經濟的必要性和緊迫性，青島啤酒上海松江有限公司（以下簡稱青啤松江公司）作為青島啤酒集團所屬五十多家工廠中的低碳工廠之一，2010年初被評為上海市“清潔生產示范企業(yè)”的稱號，在企業(yè)發(fā)展壯大過程中始終堅持把節(jié)能減排的循環(huán)經濟理念貫穿全過程。

經取樣測定，污水處理產生的沼氣含有70%～80%的甲烷氣體，作為溫室氣體的甲烷對大氣危害是CO2的24.5倍，沼氣的燃燒熱值為5500～6500kcal/Nm3，一般1Nm3沼氣相當于0.86kg標煤，0.71Nm3天然氣[2]。沼氣作為可再生、低污染的生物質能，其回收利用價值也逐步受到了工業(yè)企業(yè)的認可。

青啤松江公司污水處理系統(tǒng)為厭氧UASB+好氧生化工藝，之前受困于沼氣利用技術和設備條件的限制，污水處理產生的沼氣通過管道直接引致燃燒火炬高空露天燃燒。隨著公司產能的不斷增大，2010年完成了對污水處理系統(tǒng)重點對預處理和厭氧UASB反應器的擴建，使得系統(tǒng)處理能力達到了8000t/d。在對污水擴建的同時配套了沼氣回收利用設備，回收的高品位能源（沼氣）經蒸汽鍋爐燃燒產生低品位能源（蒸汽）回用到生產中，使得以往直接燃燒排放的這部分生物質能達到資源化利用，創(chuàng)造了較好的經濟效益和社會效益，真正實現(xiàn)變廢為寶?，F(xiàn)已正常運行，每天產生約10t0.8MPa的高壓蒸汽回用到啤酒生產車間[3]。

2 沼氣回收系統(tǒng)工藝技術及設備控制要點

2.1 工藝方案的選擇

目前國內外啤酒生產企業(yè)利用沼氣的方案主要有如下四種方案：①蒸汽鍋爐燃燒；②用于制冷空調；③酵母干燥機燃燒干燥酵母；④發(fā)電+制冷（制熱）[4]。青啤松江公司根據企業(yè)廠區(qū)環(huán)境和規(guī)劃、現(xiàn)有構筑物和設備分布狀況、設備選型和經濟可行性分析，經過多方選擇和論證，最終采用了方案成熟穩(wěn)定熱傳遞效率較高的蒸汽鍋爐燃燒方案。

新增一臺1.5蒸噸/小時的以沼氣為燃料的專用蒸汽鍋爐，配有沼氣的脫硫和增壓等預處理設備。沼氣脫硫和增壓設備設于UASB反應器西側約20m處，沼氣通過燃氣專用PE管道輸送，沼氣鍋爐間位于便于連接蒸汽管道和軟化水管道的包裝車間東側[5]。該方案主設備的布置靠近污水站和包裝車間，便于取水、接電和排污，及日常運行的巡檢，對工藝整體布置比較合理，符合相關規(guī)范要求。

2.2 工藝流程及設備

該沼氣回收系統(tǒng)工藝流程及設備見圖1～圖5。該系統(tǒng)工藝方案（見圖1）是以污水處理過程中厭氧UASB反應器產生的高品位能源（生物質能—沼氣）為能源，通過沼氣專用蒸汽鍋爐燃燒產生低品位能源（不低于0.80MPa的高壓蒸汽），直接分配到生產車間用于生產，降低了能源中心蒸汽的供應量，最高效的實現(xiàn)了能源的階梯利用，提高了能源的利用效率，節(jié)約了外購天然氣的使用量，降低了污染物的排放量。

1）沼氣收集及超壓控制設備

厭氧UASB反應器產生的沼氣經三相分離器收集后通過管道匯集進入汽水分離水封器，該設備選擇耐腐蝕的304不銹鋼材質，定期放水或補水，保持相應的液位，確保灌內水位浸沒進氣口約2～5cm，液位過高則降低沼氣出氣壓力，液位過低則起不到水封的作用。

沼氣經汽水分離水封器后通過三通分為兩路(見圖2)，一路通過PE管道進入沼氣脫硫增壓處理設備，另一路進入露天火炬。當脫硫增壓設備異常不能正常運行或產氣量過大壓力上升到1000Pa時，壓力傳感器控制火炬自動點火燃燒，確保設備運行安全。

2）沼氣脫硫工藝流程

沼氣脫硫方法有很多，主要有：物理吸附，化學反應，生物處理?；瘜W反應又分為干式脫硫和濕法脫硫。根據車間生產和污水處理系統(tǒng)中和過程中未使用硫酸等含硫化合物，進入UASB反應器的含硫量較低，故產出的沼氣含硫量基本低于1g/m3。綜合厭氧UASB反應器的產氣量等因素，選擇了脫硫技術比較成熟運行穩(wěn)定的常溫Fe2O3干式脫硫法。Fe2O3脫硫劑為條狀多空結構固體，置于立式直徑為1m容積為1m3的脫硫罐內（見圖3），沼氣從下向上流經脫硫劑時，經如下反應，對沼氣中含有少量的H2S進行快速吸附：

圖3 沼氣脫硫、儲壓、增壓裝置

脫硫劑用一段時間后，其活性逐漸下降，脫硫效果逐步變差。綜合氣量等因素測算，該脫硫劑一般需要4～6個月更換一次，每次加入量月600～700kg。

3）增壓設備及控制

經脫硫后的沼氣進入緩沖罐除濕和壓力緩沖，然后進入防爆的羅茨風機進行增壓（見圖3）。羅茨風機采用變頻模式，在儲壓罐設有壓力傳感器，設定儲氣罐壓力400～700Pa區(qū)間對羅茨風機進行變頻控制運行，變頻范圍為10～50Hz。采用變頻模式既提高了沼氣的利用效率，也節(jié)約了電能。在羅茨風機出口處設有溫度和壓力檢測傳感器，當溫度超過62℃時，羅茨風機停止運行，避免高溫造成可燃沼氣燃爆風險，壓力超過18000Pa時泄壓裝置自動泄壓。

4）沼氣鍋爐

沼氣鍋爐（見圖4）采用進口品牌的高效沼氣專用蒸汽鍋爐[6]，根據污水處理系統(tǒng)匹配的最高負荷為1.5t蒸汽/h的立式爐，鍋爐完全自動化運行，進風量根據沼氣進氣量自動調整，排煙溫度一般為190℃～210℃，可實現(xiàn)沼氣回收率95%以上?，F(xiàn)由于污水處理系統(tǒng)日均處理量為約2200t，日生產0.8MPa壓力的蒸汽約11t，蒸汽經分氣缸后直接接入生產車間用于日常生產。

脫硫及沼氣鍋爐控制既可以在現(xiàn)場實現(xiàn)，也可以在控制室的電腦控制界面控制（具體見圖5）。

3 經濟效益和社會效益分析

3.1 經濟效益分析

青啤松江公司2010年預計啤酒產量在20萬kl以上?，F(xiàn)生產淡季青啤松江公司污水處理系統(tǒng)日處理量一般為2000t～2500t，日沼氣產生量如圖6所示：產生的經濟效益達118萬元。

3.2 社會及環(huán)境效益分析

隨著青啤松江公司沼氣回收系統(tǒng)的正常運行，不但緩解了天然氣消耗的負荷，降低了單位產品的能耗，同時每年減排二氧化碳792t和二氧化硫2.2t。對改善公司能源消耗結構和大氣環(huán)境有十分重要的意義。

沼氣鍋爐自2010年8月份起正常運行。從圖6可以看出，沼氣鍋爐日產生蒸汽量比較平穩(wěn)，日均產生蒸汽量為11.08t蒸汽，蒸汽出氣壓力基本穩(wěn)定在0.8MPa以上。

現(xiàn)青啤松江公司設施能源中心蒸汽鍋爐以天然氣為燃料，經計算2010年度前9個月公司月均使用蒸汽量約8269t，每噸蒸汽消耗69.81Nm3天然氣。沼氣鍋爐以現(xiàn)月均產生蒸汽量330t計算，將為公司單位啤酒標煤單耗做出下降3.99%的貢獻，每年節(jié)約27.25萬 Nm3天然氣，相當于330.84t標準煤。以現(xiàn)行公司天然氣采購價3.39元/Nm3元計算，年產生的經濟效益92萬元以上，沼氣回收系統(tǒng)120萬元的投資，消除電耗等成本支出，1.6年即可收回投資。

2011年產量計劃達到25萬kl，生產旺季時日均產汽量將在15t蒸汽以上，沼氣鍋爐產生的蒸汽將超過5000t蒸汽。隨著今年產量的上升和污水處理系統(tǒng)UASB反應器去除率的上升，沼氣回收系統(tǒng)每年至少節(jié)約35萬Nm3天然氣，相當于423t標準煤。

4 小結

本沼氣回收項目的成功運行，每年節(jié)約27.25萬 Nm3天然氣，減排二氧化碳792t和二氧化硫2.2t，不但有著可觀的經濟效益，同時環(huán)境效益也相當突出，達到了經濟效益和環(huán)境效益雙贏的結果，也是企業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、落實節(jié)能環(huán)?；緡叩慕Y果。

同時，自2009年哥本哈根世界氣候大會召開以來，CDM（Clean Development Mechanism 清潔發(fā)展機制）日趨成熟，青啤松江公司的沼氣回收若屆時可以申請CDM項目，也將可以得到可觀的減排費，具有非常良好的經濟效益和社會效益。

[1]潘志勇，劉宇，曹仕興，薛飛.污水處理過程中的沼氣回收試驗.能源技術，2009，（10）：276-279

[2]林雄平.啤酒生產過程中的廢水處理技術應用與實踐.化學工程與裝備，2008，（7）：107-108

[3]席鐵鵬.啤酒領域循環(huán)經濟新技術.節(jié)能與環(huán)保，2007，（11）：25-26

[4]楊佐毅等.廣州市沼氣發(fā)電的現(xiàn)狀的調查與思考.節(jié)能與環(huán)保，2009，（5）：24-26

[5]GB50016-2006，建筑設計防火規(guī)范，北京：中華人民共和國建設部，中華人民共和國質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2006

[6]王鋼，王欣，劉偉，高德玉等.沼氣脫硫技術研究.化學工程師，2008，（1）：42-44

[7]黎明玉.啤酒生產中的循環(huán)經濟—利用沼氣加工酒糟飼料.啤酒科技，2005，（10）：10-12