[科普中国]-沼气掺烧

沼气掺烧是将沼气动态的掺混至其它燃料中燃烧，是一种利用沼气的方法。2

这种方法多数是指应用在锅炉中与煤的混合燃烧。对于不同的锅炉燃烧方式不同的掺烧比例需要专业人员制定技术实施方案。

沼气掺烧需要考虑一下几个方面问题：

1、沼气的安全收集；

2、沼气的安全输送；

3、炉前安全保障系统；

4、安全高效燃烧系统；

5、对上下游设备的影响。

对于链条炉排锅炉和循环流化床锅炉要做不同的系统设计。

对于不同的掺烧比例系统方案也是区别较大。2

发展前景据中国造纸协会统计，2004年全国工业废水排放总量为221.1亿t，其中造纸业废水排放量高达31.8亿t，占总量的14.4%；全国工业C O D总排放量为509.7万t，其中造纸业占了33.0%。在污水处理系统中，高浓度有机废水主要采用厌氧处理法，以每吨C OD产CH40.5m3计算，可产CH4250万m3，而CH4对空气温室效应是CO2的21倍。因此，利用好沼气发电是节约能源、资源、降低企业成本、解决沼气排放对环境污染的一种行之有效的节能方式，利国利民。3

国内外废水厌氧处理产生的沼气一般用作生活燃料，数量少的企业直接燃烧排空；另一种方法是用来发电，沼气燃烧发电主要采用沼气脱硫后，用燃气机组进行燃烧发电，但用这一方法，需要购买新的燃气发电机组及配套设备，投资较大，而且其电产品需要变压才能上网，对一般沼气量不算很大的造纸企业来说不够经济。对于制浆造纸企业来说，如果将沼气直接引入锅炉与煤粉燃烧发电，不但节约资源又保护环境，还能创造经济效益。但是将沼气直接引入锅炉与煤粉燃烧发电还存在许多技术问题。岳阳纸业通过技术创新解决沼气贮存压力不稳定、系统运行安全性等关键技术问题，直接将沼气送入锅炉掺烧，用于发电，项目于2008年9月10日一次性开机成功，从近两年运行情况看系统运行安全稳定。3

沼气的物化性质为了解沼气的成分以便综合利用，公司对沼气的发热量及成分进行了分析测定。沼气发热量为27.63M J/m3(6600kcal/m3)，沼气成分见表1。 2

CH4的性能参数:

(1)物理性质:气体熔点-182.5℃，相对密度(空气=1) 0.55，自燃点538℃，沸点一161.5℃，闪点一188℃，临界温度一82.6℃,爆炸极限(V%)的下限5%、上限15%;

(2)化学性质:极难溶于水的可燃性气体，跟强酸、强碱或强氧化剂(如KMn04)等一般不起反应。燃烧性质C H4+202点燃后生成CO2+2H2O.

H2的性能参数:相对密度(空气=1) 0.07，最小点火能0.02m J，燃烧热286.9kJ/mol，自燃点560℃，最大爆炸压力0.74MPa，扩散系数0.635cm2/s,爆炸极限(V%)的下限4%、上限75.6%.

从发热量、成分分析及成分性能参数情况看，公司的沼气发热量较高，甲烷、氢气等可燃气体含量高、硫化氢等腐蚀性气体比例小，适合引入煤粉锅炉掺烧。23

沼气掺烧锅炉技术特点沼气掺烧锅炉工艺流程沼气储柜的沼气经变频加压风机加压、过滤器过滤，通过锅炉二次加压进口风管进入锅炉内的喷嘴燃烧，工艺流程见图1。3

沼气掺烧锅炉系统特点锅炉掺烧沼气系统由沼气加压站、沼气管网、炉内沼气燃烧器（气枪）、放散装置、吹扫系统（用于检修前置换系统内可燃气体）、压缩空气系统（供气动快关阀用气）和惰性气体吹扫（用于沼气燃烧器投运前炉前管道的置换）等装置以及控制系统组成。其主要目的是将供水车间厌氧处理站外排的沼气通入热电厂锅炉中燃烧，以节能并改善锅炉的燃烧状况。23

沼气掺烧系统的燃烧器（沼气枪）共两个，分别安装在#4锅炉的甲、丙角中二次风喷口中，由于掺烧沼气量较小且设计流速不高，因此对锅炉燃烧空气动力场影响很小；另一方面，由于沼气的易燃易爆特性对锅炉设备的安全性影响很大，该系统配备了相应的控制系统及保护装置。沼气系统主要设备特性如表2。23

沼气输送安全保护系统沼气输送安全保护系统包括控制模块、报警模块、联锁保护模块，各模块以硬接线方式与沼气储柜、变频加压风机、过滤器、锅炉连接，由控制模块对沼气输送及燃烧全过程进行监测，报警模块根据监测数据作出相应报警并由联锁保护模块作出不同操作。锅炉二次加压进口风管内各设置可旋转的喷嘴一支，在变频加压风机进出口、喷嘴进口均设置有温度压力测量点，信号传入安全保护系统。沼气安全保护系统与锅炉DCS控制系统通过网络连成一体，实现了沼气安全监控与锅炉燃烧控制的有机结合。加压机进口气动阀为气开式单动阀，去厌氧排空阀为气关式单动阀。采用单动式气动阀则可在控制电源或控制气源中断故障情况下及时自动中断沼气发电，启动排空装置。保护系统见图2。3

公司本着以产定销的原则，主要从安全稳定的角度出发，以储气柜的液位为主信号对加压机进行变频控制，从而保证储气柜液位的相对稳定。变频加压风机精确调整压力，风机进出口压差30k P a，整个系统保持正压。当产气量大时，正常投入两支喷嘴（只装二支喷嘴）至150t/h的燃煤锅炉对角二次加压进风管里喷嘴进入锅炉直接掺烧发电；当产气量不够时，炉前沼气压力下降至8k Pa以下时，自动退出一支气枪。为了保证沼气系统安全运行，采取措施：（1）当储气柜液位低于20%下限值或增压风机进口压力过低时，为防止增压风机将其进口管道抽成真空，造成空气进入沼气管道，系统启动保护逻辑停运风机。（2）当炉前总管压力低时，为防止气枪和炉前管道出现回火造成管道内燃烧，系统启动保护逻辑关闭气源停运风机。（3）当增压风机出口总管压力高时，为了防止因出口压力过高而损坏风机，系统启动保护逻辑停运风机。（4）当油泵出口油压低时，为了防止增压风机因缺油而损坏，系统启动保护逻辑停运风机。（5）当锅炉灭火，F S S S（锅炉安全保护系统）动作时，必须立即切断进入炉膛的所有燃料，以防止燃料聚集产生爆燃事故。（6）当锅炉各角火检检测到气枪都熄灭时，为防止沼气聚集产生爆燃事故，系统启动保护逻辑关闭气源停运风机。（7）当锅炉送风机跳闸或M F T动作时，系统按紧急停炉程序启动保护逻辑关闭气源停运风机。上述保护逻辑启动后，其输出结果是停运整个沼气输送系统，并做相应报警，系统能自动切断进入加压机的沼气，同时打开排空通道直接燃烧排空。3

运行效果厌氧污水处理系统沼气燃烧 发电技改项目投运后，优化了锅炉配风方式，消除了沼气投运造成烟气温度升高等不利影响。2009年上半年，累计掺烧沼气494641m3，相当于节约标煤466t，节约燃煤成本44万元，经济环保效益显著。岳阳纸业公司年产40万t含机械浆印刷纸项目于2009年9月投产，厌氧污水处理系统沼气量最高可达22000m3/d，日均产量约为20000m3，按27.63MJ/m3(6600kcal/m3)折算，全年生成的沼气约合标煤7300t。该技术的成功实施，不但节约资源保护环境，还能为企业创造显著的经济效益。将沼气直接引入锅炉与煤粉燃烧发电技术，工艺流程简单，设备投资少，系统运行安全有保障。利用工业废水厌氧处理过程中产生的沼气，也可利用城市污水厌氧处理过程中产生的沼气用来掺烧锅炉发电，其应用前景十分广阔。3