基本介紹
- 中文名：沼氣摻燒
- 外文名：biogas blending
- 含義：將沼氣動態摻混至其它燃料中燃燒
- 屬性：利用沼氣的方法
- 套用：鍋爐中與煤的混合燃燒
- 學科：熱力工程
發展前景,物化性質,技術特點,運行效果,
沼氣摻燒是將沼氣動態的摻混至其它燃料中燃燒，是一種利用沼氣的方法。
這種方法多數是指套用在鍋爐中與煤的混合燃燒。對於不同的鍋爐燃燒方式不同的摻燒比例需要專業人員制定技術實施方案。
沼氣摻燒需要考慮一下幾個方面問題：
1、沼氣的安全收集；
2、沼氣的安全輸送；
3、爐前安全保障系統；
4、安全高效燃燒系統；
5、對上下游設備的影響。
對於鏈條爐排鍋爐和循環流化床鍋爐要做不同的系統設計。
對於不同的摻燒比例系統方案也是區別較大。
發展前景
據中國造紙協會統計，2004年全國工業廢水排放總量為221.1億t，其中造紙業廢水排放量高達31.8億t，占總量的14.4%；全國工業C O D總排放量為509.7萬t，其中造紙業占了33.0%。在污水處理系統中，高濃度有機廢水主要採用厭氧處理法，以每噸C OD產CH40.5m3計算，可產CH4250萬m3，而CH4對空氣溫室效應是CO2的21倍。因此，利用好沼氣發電是節約能源、資源、降低企業成本、解決沼氣排放對環境污染的一種行之有效的節能方式，利國利民。
國內外廢水厭氧處理產生的沼氣一般用作生活燃料，數量少的企業直接燃燒排空；另一種方法是用來發電，沼氣燃燒發電主要採用沼氣脫硫後，用燃氣機組進行燃燒發電，但用這一方法，需要購買新的燃氣發電機組及配套設備，投資較大，而且其電產品需要變壓才能上網，對一般沼氣量不算很大的造紙企業來說不夠經濟。對於製漿造紙企業來說，如果將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發電，不但節約資源又保護環境，還能創造經濟效益。但是將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發電還存在許多技術問題。岳陽紙業通過技術創新解決沼氣貯存壓力不穩定、系統運行安全性等關鍵技術問題，直接將沼氣送入鍋爐摻燒，用於發電，項目於2008年9月10日一次性開機成功，從近兩年運行情況看系統運行安全穩定。
物化性質
為了解沼氣的成分以便綜合利用，公司對沼氣的發熱量及成分進行了分析測定。沼氣發熱量為27.63M J/m(6600kcal/m)，沼氣成分見表1。
CH4的性能參數:
(1)物理性質:氣體熔點-182.5℃，相對密度(空氣=1) 0.55，自燃點538℃，沸點一161.5℃，閃點一188℃，臨界溫度一82.6℃,爆炸極限(V%)的下限5%、上限15%;
(2)化學性質:極難溶於水的可燃性氣體，跟強酸、強鹼或強氧化劑(如KMn04)等一般不起反應。燃燒性質C H4+202點燃後生成CO2+2H2O.
H2的性能參數:相對密度(空氣=1) 0.07，最小點火能0.02m J，燃燒熱286.9kJ/mol，自燃點560℃，最大爆炸壓力0.74MPa，擴散係數0.635cm/s,爆炸極限(V%)的下限4%、上限75.6%.
從發熱量、成分分析及成分性能參數情況看，公司的沼氣發熱量較高，甲烷、氫氣等可燃氣體含量高、硫化氫等腐蝕性氣體比例小，適合引入煤粉鍋爐摻燒。
技術特點
沼氣摻燒鍋爐工藝流程
沼氣儲櫃的沼氣經變頻加壓風機加壓、過濾器過濾，通過鍋爐二次加壓進口風管進入鍋爐內的噴嘴燃燒，工藝流程見圖1。
沼氣摻燒鍋爐系統特點
鍋爐摻燒沼氣系統由沼氣加壓站、沼氣管網、爐內沼氣燃燒器（氣槍）、放散裝置、吹掃系統（用於檢修前置換系統內可燃氣體）、壓縮空氣系統（供氣動快關閥用氣）和惰性氣體吹掃（用於沼氣燃燒器投運前爐前管道的置換）等裝置以及控制系統組成。其主要目的是將供水車間厭氧處理站外排的沼氣通入熱電廠鍋爐中燃燒，以節能並改善鍋爐的燃燒狀況。
沼氣摻燒系統的燃燒器（沼氣槍）共兩個，分別安裝在#4鍋爐的甲、丙角中二次風噴口中，由於摻燒沼氣量較小且設計流速不高，因此對鍋爐燃燒空氣動力場影響很小；另一方面，由於沼氣的易燃易爆特性對鍋爐設備的安全性影響很大，該系統配備了相應的控制系統及保護裝置。沼氣系統主要設備特性如表2。
沼氣輸送安全保護系統
沼氣輸送安全保護系統包括控制模組、報警模組、聯鎖保護模組，各模組以硬接線方式與沼氣儲櫃、變頻加壓風機、過濾器、鍋爐連線，由控制模組對沼氣輸送及燃燒全過程進行監測，報警模組根據監測數據作出相應報警並由聯鎖保護模組作出不同操作。鍋爐二次加壓進口風管內各設定可旋轉的噴嘴一支，在變頻加壓風機進出口、噴嘴進口均設定有溫度壓力測量點，信號傳入安全保護系統。沼氣安全保護系統與鍋爐DCS控制系統通過網路連成一體，實現了沼氣安全監控與鍋爐燃燒控制的有機結合。加壓機進口氣動閥為氣開式單動閥，去厭氧排空閥為氣關式單動閥。採用單動式氣動閥則可在控制電源或控制氣源中斷故障情況下及時自動中斷沼氣發電，啟動排空裝置。保護系統見圖2。
公司本著以產定銷的原則，主要從安全穩定的角度出發，以儲氣櫃的液位為主信號對加壓機進行變頻控制，從而保證儲氣櫃液位的相對穩定。變頻加壓風機精確調整壓力，風機進出口壓差30k P a，整個系統保持正壓。當產氣量大時，正常投入兩支噴嘴（只裝二支噴嘴）至150t/h的燃煤鍋爐對角二次加壓進風管里噴嘴進入鍋爐直接摻燒發電；當產氣量不夠時，爐前沼氣壓力下降至8k Pa以下時，自動退出一支氣槍。為了保證沼氣系統安全運行，採取措施：（1）當儲氣櫃液位低於20%下限值或增壓風機進口壓力過低時，為防止增壓風機將其進口管道抽成真空，造成空氣進入沼氣管道，系統啟動保護邏輯停運風機。（2）當爐前總管壓力低時，為防止氣槍和爐前管道出現回火造成管道內燃燒，系統啟動保護邏輯關閉氣源停運風機。（3）當增壓風機出口總管壓力高時，為了防止因出口壓力過高而損壞風機，系統啟動保護邏輯停運風機。（4）當油泵出口油壓低時，為了防止增壓風機因缺油而損壞，系統啟動保護邏輯停運風機。（5）當鍋爐滅火，F S S S（鍋爐安全保護系統）動作時，必須立即切斷進入爐膛的所有燃料，以防止燃料聚集產生爆燃事故。（6）當鍋爐各角火檢檢測到氣槍都熄滅時，為防止沼氣聚集產生爆燃事故，系統啟動保護邏輯關閉氣源停運風機。（7）當鍋爐送風機跳閘或M F T動作時，系統按緊急停爐程式啟動保護邏輯關閉氣源停運風機。上述保護邏輯啟動後，其輸出結果是停運整個沼氣輸送系統，並做相應報警，系統能自動切斷進入加壓機的沼氣，同時打開排空通道直接燃燒排空。
運行效果
厭氧污水處理系統沼氣燃燒 發電技改項目投運後，最佳化了鍋爐配風方式，消除了沼氣投運造成煙氣溫度升高等不利影響。2009年上半年，累計摻燒沼氣494641m3，相當於節約標煤466t，節約燃煤成本44萬元，經濟環保效益顯著。岳陽紙業公司年產40萬t含機械漿印刷紙項目於2009年9月投產，厭氧污水處理系統沼氣量最高可達22000m/d，日均產量約為20000m，按27.63MJ/m(6600kcal/m)折算，全年生成的沼氣約合標煤7300t。該技術的成功實施，不但節約資源保護環境，還能為企業創造顯著的經濟效益。將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發電技術，工藝流程簡單，設備投資少，系統運行安全有保障。利用工業廢水厭氧處理過程中產生的沼氣，也可利用城市污水厭氧處理過程中產生的沼氣用來摻燒鍋爐發電，其套用前景十分廣闊。
