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生沼氣引入熱電廠垃圾焚燒鍋爐聯合焚燒發電，并對系統的工藝可靠性、經濟性進行了分析認證。

關鍵詞：厭氧沼氣、垃圾焚燒鍋爐、聯合焚燒發電、經濟性

1、沼氣利用的現狀

根據相關研究表明，至2020年我國工業有機廢水排放可轉化為沼氣資源量將達到215億立方，常規沼氣大型化利用利用方式以沼氣作為燃料產生動力來驅動發電機產生電能的發電方式為主，每立方米沼氣可發電1.8-2.6kWh，污水處理廠的大中型環保能源工程，主要以50-600kW的沼氣發電機組為主。目前沼氣發電機技術的開發和研究主要集中在內燃機上，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，產品質量不過關，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、除濕設備和過濾設備等配套技術跟不上，以及沼氣發電技術產業化和商化轉化程度低等問題，導致我國沼氣發電停滯不前，阻礙了沼氣發電的推廣。

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。

（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，所以垃圾在爐膛內燃燒時經常遇到熄火、燃燒效率低等問題。在發生上述問題時，現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，燃燒產生的污染物較多，不符合時代發展要求，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，保護環境。

但是如果僅僅只是向焚燒爐內通人沼氣，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與運用：

本公司經過多年研究開發，成功將周邊造紙企業污水處理站厭氧處理工藝產生的沼氣，引入公司垃圾焚燒爐進行焚燒發電，并設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，沼氣輸送管道設置有用于控制沼氣流量的伺服閥，伺服閥電信號連接有調控機構，調控機構包括：燃燒檢測組件，設置于焚燒爐，用于檢測焚燒爐內的燃燒效果并輸出燃燒檢測值;控制組件，連接于檢測組件，接受響應檢測值，并根據燃燒檢測值控制伺服閥。

通過采用上述技術方案，可以利用燃燒檢測組件對垃圾焚燒爐內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燃燒檢測值采用控制組件對伺服閥控制，實現調節沼氣輸送管道的沼氣通量，即調節沼氣摻燒占比，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。火焰檢測器監測焚燒爐內的燃燒情況，利用PLC控制器來接收燃燒檢測值，并根據燃燒檢測值控制伺服閥調節沼氣通量，以調節沼氣摻燒效果。

調控機構包括壓力檢測組件，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。

調控機構包括用于輸送燃煤的輸送帶的驅動電機，驅動電機電信號連接于PLC控制器，PLC控制器預設燃煤輸送觸發值，當壓力變送器輸出的沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發值，PLC控制器控制驅動電機驅動輸送帶輸送燃煤。在沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發值時，即沼氣供應過少時，PLC控制器可以自動控制驅動電機驅使輸送帶向焚燒爐中添加燃煤，以保證對垃圾的助燃效果，保證焚燒爐內的垃圾等能夠高效燃燒產熱。

驅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，以實現對驅動電機的轉速控制，即控制輸送帶輸送燃煤的速度，此時可以將本實用新型設置為沼氣壓力檢測值越小，驅動電機轉速越快，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，且預設有報警觸發定時值，當壓力變送器輸出的沼氣壓力檢測值小于燃煤輸送觸發值，PLC控制器計時，當PLC控制器的計時值超出報警觸發定時值，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值持續的時間超出報警觸發定時值后，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出現問題。

沼氣輸送管道設置有安全閥組，安全閥組包括若干電磁閥，電磁閥信號連接于PLC控制器。在焚燒爐出現問題時，工作人員可以通過PLC控制器控制電磁閥關閉沼氣輸送管道，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、本工藝的顯著優點：

①設置有火焰檢測器對垃圾焚燒爐內的燃燒情況檢測，設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，從而可以根據焚燒爐內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控制器還連接有驅動電機，而驅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，即沼氣供應不足時開啟驅動電機，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工作人員沼氣供應出現問題，保證使用效果。

6、結語：

在環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酵生成沼氣，通人焚燒爐中助燃，以減少煤炭使用量，保護環境。項目通過設置有火焰檢測器對垃圾焚燒爐內的燃燒隋況檢測，設置壓力變送器檢測沼氣壓力，從而控制沼氣供應合理利用燃煤、垃圾配合沼氣助燃，提高了沼氣利用效率，以保證設備可以更高效的運作，節能效果顯著，極具推廣意義。