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(duì)系統(tǒng)的工藝可靠性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析認(rèn)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(jì)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(guó)工業(yè)有機(jī)廢水排放可轉(zhuǎn)化為沼氣資源量將達(dá)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(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)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(jī)組為主。目前沼氣發(fā)電機(jī)技術(shù)的開發(fā)和研究主要集中在內(nèi)燃機(jī)上，一般只對(duì)柴油機(jī)和汽油機(jī)進(jìn)行淺層次的改裝，對(duì)機(jī)組的熱工性能研究不深，產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，運(yùn)行使用中熱負(fù)荷高、可靠性差和啟動(dòng)困難等問(wèn)題不斷。再加上脫硫技術(shù)、除濕設(shè)備和過(guò)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(wèn)題，導(dǎo)致我國(guó)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(diǎn)：

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?xì)怏w，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(shí)的沼氣特性參數(shù)。

（2）沼氣的燃點(diǎn)高，為650-700℃。

（3）沼氣具有較強(qiáng)的腐蝕性。硫化氫來(lái)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(huì)污染大氣。同時(shí)硫化氫還會(huì)強(qiáng)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(shí)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(wèn)題越來(lái)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?yàn)槔嬖诔煞謴?fù)雜、熱值低、含水率高等特點(diǎn)，所以垃圾在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)經(jīng)常遇到熄火、燃燒效率低等問(wèn)題。在發(fā)生上述問(wèn)題時(shí)，現(xiàn)有的做法為適當(dāng)添加煤炭來(lái)助燃，以保證垃圾焚燒的正常進(jìn)行。又因?yàn)槊禾繛椴豢稍偕Y源，燃燒產(chǎn)生的污染物較多，不符合時(shí)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(guò)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(hù)環(huán)境。

但是如果僅僅只是向焚燒爐內(nèi)通人沼氣，因?yàn)槔紵闆r等影響，沼氣無(wú)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(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

4、垃圾焚燒爐沼氣摻燒工藝的開發(fā)與運(yùn)用：

本公司經(jīng)過(guò)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(jìn)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(qiáng)垃圾等燃燒效果。該工藝通過(guò)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(hào)連接有調(diào)控機(jī)構(gòu)，調(diào)控機(jī)構(gòu)包括：燃燒檢測(cè)組件，設(shè)置于焚燒爐，用于檢測(cè)焚燒爐內(nèi)的燃燒效果并輸出燃燒檢測(cè)值;控制組件，連接于檢測(cè)組件，接受響應(yīng)檢測(cè)值，并根據(jù)燃燒檢測(cè)值控制伺服閥。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，可以利用燃燒檢測(cè)組件對(duì)垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒情況檢測(cè)并利用控制組件獲取檢測(cè)燃燒檢測(cè)值，之后工作人員可以根據(jù)燃燒檢測(cè)值采用控制組件對(duì)伺服閥控制，實(shí)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(guò)多或是過(guò)少影響助燃效果，從而提高沼氣利用率，加強(qiáng)垃圾等燃燒效果，

燃燒檢測(cè)組件包括若干火焰檢測(cè)器，控制組件包括PLC控制器，火焰檢測(cè)器電信號(hào)連接于PLC控制器，且檢測(cè)輸出燃燒檢測(cè)值至PLC控制器，PLC控制器電信號(hào)連接于伺服閥。火焰檢測(cè)器監(jiān)測(cè)焚燒爐內(nèi)的燃燒情況，利用PLC控制器來(lái)接收燃燒檢測(cè)值，并根據(jù)燃燒檢測(cè)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(jī)構(gòu)包括壓力檢測(cè)組件，壓力檢測(cè)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(cè)輸出沼氣壓力檢測(cè)值，壓力變送器電信號(hào)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(jí)伺服閥，二級(jí)伺服閥電信號(hào)連接于PLC控制器。壓力變送器對(duì)沼氣輸送管道內(nèi)的沼氣壓力做檢測(cè)，并輸出沼氣壓力檢測(cè)值到PLC控制器上;此時(shí)若沼氣輸送管道的沼氣壓力檢測(cè)值過(guò)小，即沼氣供給過(guò)少，則可以利用PLC控制器控制二級(jí)伺服閥開啟備用管道，利用其它的沼氣源補(bǔ)充沼氣，從而保證沼氣摻燒助燃效果。

調(diào)控機(jī)構(gòu)包括用于輸送燃煤的輸送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電信號(hào)連接于PLC控制器，PLC控制器預(yù)設(shè)燃煤輸送觸發(fā)值，當(dāng)壓力變送器輸出的沼氣壓力檢測(cè)值小于燃煤輸送觸發(fā)值，PLC控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸送帶輸送燃煤。在沼氣壓力檢測(cè)值小于燃煤輸送觸發(fā)值時(shí)，即沼氣供應(yīng)過(guò)少時(shí)，PLC控制器可以自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)使輸送帶向焚燒爐中添加燃煤，以保證對(duì)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(dòng)電機(jī)連接有變頻器，所述變頻器電信號(hào)連接于PLC控制器。

PLC控制器控制變頻器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，即控制輸送帶輸送燃煤的速度，此時(shí)可以將本實(shí)用新型設(shè)置為沼氣壓力檢測(cè)值越小，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，即燃煤供給越多，從而加強(qiáng)沼氣摻燒效果。

PLC控制器為內(nèi)置有定時(shí)器的PLC控制器，PLC控制器電信號(hào)連接有聲光報(bào)警器，且預(yù)設(shè)有報(bào)警觸發(fā)定時(shí)值，當(dāng)壓力變送器輸出的沼氣壓力檢測(cè)值小于燃煤輸送觸發(fā)值，PLC控制器計(jì)時(shí)，當(dāng)PLC控制器的計(jì)時(shí)值超出報(bào)警觸發(fā)定時(shí)值，PLC控制器控制聲光報(bào)警器開啟。沼氣壓力檢測(cè)值小于燃煤輸送觸發(fā)值持續(xù)的時(shí)間超出報(bào)警觸發(fā)定時(shí)值后，PLC控制器會(huì)控制聲光報(bào)警器開啟以提示工作人員沼氣供應(yīng)出現(xiàn)問(wèn)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(hào)連接于PLC控制器。在焚燒爐出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，工作人員可以通過(guò)PLC控制器控制電磁閥關(guān)閉沼氣輸送管道，以加強(qiáng)安全性。安全閥組還包括若干備用手動(dòng)閥，在必要時(shí)，如PLC控制器故障時(shí)，工作人員可以通過(guò)手動(dòng)操作手動(dòng)閥來(lái)啟閉沼氣輸送管道，以進(jìn)一步增強(qiáng)安全性。

5、本工藝的顯著優(yōu)點(diǎn)：

①設(shè)置有火焰檢測(cè)器對(duì)垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒情況檢測(cè)，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(cè)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(duì)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(cè)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(dòng)電機(jī)，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)為輸送燃煤至焚燒爐的輸送帶的動(dòng)力源，從而在沼氣壓力過(guò)小，即沼氣供應(yīng)不足時(shí)開啟驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)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(bào)警器，當(dāng)沼氣壓力長(zhǎng)時(shí)間過(guò)小時(shí)控制聲光報(bào)警器開啟，以及時(shí)提示1工作人員沼氣供應(yīng)出現(xiàn)問(wèn)題，保證使用效果。

6、結(jié)語(yǔ)：

在環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受重視的今天，本項(xiàng)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(hù)環(huán)境。項(xiàng)目通過(guò)設(shè)置有火焰檢測(cè)器對(duì)垃圾焚燒爐內(nèi)的燃燒隋況檢測(cè)，設(shè)置壓力變送器檢測(cè)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(yùn)作，節(jié)能效果顯著，極具推廣意義。