垃圾填埋場滲濾液厭氧處理過程中沼氣的綜合利用

時間：2021-11-19作者：武漢天禹智控科技有限公司瀏覽：182

     沼氣是由各種**物質在適宜溫度、濕度及無空氣的條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃氣體。沼氣的主要成分是CH4，含量為50%~70%；另外還含有30%~40%的CO2，0%~5%的N2，以及少量的H2、H2S、NH3、硫醇、硫醚和微量的不飽和烴垃圾滲濾液處理厭氧工藝過程中會產(chǎn)生大量的沼氣，通常1m3垃圾滲濾液會產(chǎn)生15~30m3的沼氣。



1 垃圾焚燒發(fā)電廠沼氣回收利用

      沼氣的熱值約為36090kJ/m3，如果用內(nèi)燃機來發(fā)電的話，每立方米純凈甲烷可以發(fā)電4kWh。當沼氣中甲烷含量為60%~70%時，其低位熱值為20934~25120kJ/m3。用內(nèi)燃機發(fā)電每立方米沼氣可以發(fā)電1.8~2kWh。沼氣具有、少灰、不產(chǎn)生污染等特性。將沼氣中的C02提取后還可以把沼氣制成氣:CNG (壓縮氣）和LNG（液化氣)。

1.1 沼氣燃燒

      沼氣通過沼氣鍋爐直接燃燒可以生產(chǎn)熱水和蒸汽，多余的沼氣通過火焰炬燃燒后排入大氣，以便減少對環(huán)境的污染。這種應用方式一般用在沼氣量較少，又沒有穩(wěn)定的熱用戶情況下使用。沼氣燃燒原理如圖1示。

沼氣發(fā)電原理圖

1.2 沼氣發(fā)電

      沼氣通過內(nèi)燃機發(fā)電是沼氣能量利用的一種有效形式。沼氣的能量在沼氣發(fā)電過程中經(jīng)歷由化學能一熱能一機械能一電能的轉化過程，其能量轉化效率受熱力學二定律的限制，熱能不能轉化為機械能，熱能的卡諾循環(huán)效率小于40%，大部分能量隨廢氣排掉。因此，將發(fā)動機的廢氣回收是提高沼氣能量總利用效率的有效途徑，有余熱回收的發(fā)電系統(tǒng)總效率可以達到60%~70%。一般稍大點的沼氣內(nèi)燃機發(fā)電項目可以將內(nèi)燃機產(chǎn)生的高溫廢氣(420~550°C)導入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的熱水和蒸汽提供給生產(chǎn)和生活使用。在垃圾焚燒發(fā)電廠中以沼氣為燃料的內(nèi)燃機可以不再另設余熱鍋爐，可以直接利用垃圾焚燒余熱鍋爐回收內(nèi)燃機的廢氣余熱，從而簡化了系統(tǒng)，減少了投資。采用這種工藝每立方米沼氣通過內(nèi)燃機可以生產(chǎn)1.8~2kWh的電能，通過垃圾焚燒發(fā)電廠余熱鍋爐回收廢氣的余熱發(fā)電還可以生產(chǎn)0.7kWh的電能，目前可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電價為0.65元/kWh，經(jīng)濟效益顯著。

       在4000kW以下的功率范圍內(nèi)，采用內(nèi)燃機具有較高的利用效率。相對燃煤、燃油發(fā)電來說，沼氣發(fā)電功率小。對于這種類型的發(fā)電動力設備，、國內(nèi)普遍采用內(nèi)燃機發(fā)電機組進行發(fā)電，否則運行不經(jīng)濟。因此，采用沼氣發(fā)動機 (內(nèi)燃機）和發(fā)電機組是目前利用沼氣經(jīng)濟和有效的途徑。 在理論上沼氣也可利用燃氣輪機發(fā)電，但沼氣項目的規(guī)模要大，否則運行經(jīng)濟性差。沼氣燃燒發(fā)電和余熱回收利用工藝如圖2所示。

       沼氣在導入內(nèi)燃機時一般需要進行預處理并經(jīng)過穩(wěn)壓防爆裝置。由于沼氣中含有少量的H2S氣體，該氣體對發(fā)動機有強烈的腐蝕作用，因此沼氣必須行脫硫。通常用氧化鐵作為脫硫劑，而且可以反復再生使用，另外沼氣中含有的飽和水需要去除。沼氣作為燃氣，其流量調節(jié)是基于壓力差實現(xiàn)的，為了使調節(jié)準確，必須確保沼氣壓力穩(wěn)定，因此在沼氣進氣管路上安裝穩(wěn)壓裝置。另外，為了防止進氣管路回火引起沼氣管路發(fā)生爆炸的問題，應在沼氣供應管路上安裝防回火與防爆裝置。

      沼氣發(fā)動機一般由柴油機改造而成，分為壓燃式和點燃式兩種。

      壓燃式發(fā)動機采用柴油和沼氣雙燃料，通過壓燃少量的柴油以點燃沼氣進行燃燒做功。這種發(fā)動機的特點是可調節(jié)柴油與沼氣的燃料比，當沼氣供應正常時，發(fā)動機引燃油量可保持基本不變，只改變沼氣供應量來適應外界負荷變化；當沼氣不足甚至停氣時，發(fā)動機能夠自動轉為燃燒柴油的工作方式。這種方式一般用在小型沼氣發(fā)電項目中，對供電負荷可靠性連續(xù)性要求較高的場合般不會并網(wǎng)運行。缺點是系統(tǒng)復雜，所以大型沼氣發(fā)電并網(wǎng)工程往往不采用這種發(fā)動機，而采用點燃式沼氣發(fā)動機。

      點燃式沼氣發(fā)動機的特點是結構簡單，操作方便，一般采用較低的壓縮比，用火花塞使沼氣和空氣混合氣點火燃燒，而且*輔助燃料，適合在中大型沼氣工程上使用。沼氣通過內(nèi)燃機燃燒，產(chǎn)生的廢氣可以采用熱交換器或者余熱鍋爐回收利用，該系統(tǒng)稍微復雜，但具有較好的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益。

2 用沼氣制氣并食品級的二氧化碳工藝

      沼氣中含有30%~40%的CO2，可以很容易地制備成食品級的CO2。對沼氣進行脫硫、脫碳、脫水等一系列凈化處理，即可制得清潔無污染的使其燃燒熱值大幅提升的清潔能源一氣（甲院）。脫碳尾氣還可以制取食品級液體二氧化碳，從而可以將沼氣進行充分有效的利用。該工藝一般要求日產(chǎn)生沼氣達15000m3以上，才可獲得一定的經(jīng)濟效益。

      根據(jù)終產(chǎn)品目標要求，可將沼氣制成氣直接輸送至氣管網(wǎng)作為民用燃氣，或將氣壓縮至20~25MPa制成CNG(車用壓縮氣)作為車用燃料，也可以將沼氣深冷液化終制成LNG(液化氣）。沼氣制氣并食品級的二氧化碳工藝流程圖如圖3所示。



3 應用實例

       徐州某垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理工程設計處理能力為300t/d，污水通過預處理后進入?yún)捬跎磻?，?jīng)過2.5個月對生化反應器的調試，進入正常運行階段。在正常運行工況下每天對生化反應器進出口水流量、COD、pH、VFA等指標進行監(jiān)測，連續(xù)核算記錄生化反應器進出水水量、循環(huán)量、三相反應器沼氣排放量好氧段生化反應沼氣產(chǎn)生量，連續(xù)監(jiān)測210d。厭氧反應器進出水COD濃度與去除率見圖4。



      從圖4可以看出，在25?27周，厭氧反應器進水COD值高為46000mg/L左右，出水C0D在8000?9000mg/L內(nèi)波動，COD去除率為80.4% ~82.6%。厭氧反應器出水中VFA濃度為2000~3000mg/L，較高的VFA有助于后續(xù)的好氧生物處理。



      圖5為進水量、循環(huán)量、循環(huán)比與沼氣產(chǎn)率圖，從圖中可以看出，厭氧反應器進水達到設計流量12.5m3/h左右時，厭氧反應器出水循環(huán)量大都集中在30~40m3/h，循環(huán)比在250%~320%內(nèi)波動，1m3滲濾液沼氣的產(chǎn)率約9~19m3，沼氣的產(chǎn)率系數(shù)為每去除1kgCOD產(chǎn)生0.5m3沼氣，沼氣產(chǎn)率與COD產(chǎn)率線性相關，COD的去除率直接影響到沼氣的產(chǎn)率。

      沼氣的產(chǎn)生主要來自厭氧反應器，其主要成分是甲烷（CH4）,厭氧生物反應產(chǎn)生的沼氣含甲烷量為50%~60%，熱值約為20934kJ/m3。用沼氣直接導入焚燒爐焚燒可以提高垃圾焚燒溫度，改善垃圾焚燒污染物治理效果，沼氣中含有的氨在垃圾焚燒爐中還可以把氮氧化物還原為氮氣，從而降低煙氣中的氮氧化物濃度，沼氣中含有的硫化氫在燃燒后轉化為二氧化硫,后續(xù)脫硫裝置會將二氧化硫去除。

4 天禹智控沼氣濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)

       近年來,農(nóng)村沼氣建設收到了黨、**和各級地方黨委、的高度重視。沼氣的利用,有效的促進了農(nóng)村科技進步,引導農(nóng)民改變傳統(tǒng)的生活和生產(chǎn)方式,提高農(nóng)民生活質量。沼氣技術是農(nóng)村廢棄資源化利用,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村環(huán)境治理的紐帶。通過農(nóng)業(yè)廢棄物和生活垃圾為原料,可產(chǎn)出沼氣來提供生活和生產(chǎn)用能,沼渣和沼液可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),實現(xiàn)種植、養(yǎng)殖和加工的良性循環(huán),減少環(huán)境污染。沼氣是一種以甲烷和二氧化碳為主要成分的可燃性混合氣體,若管理不善,容易造成氣體蓄積,當達到一定濃度后,若泄漏會造成人員中毒,遇明火則易產(chǎn)生爆炸,造成傷亡事故,對人民群眾的人身和財產(chǎn)安全造成危害。目前,我國的沼氣池工程正朝著設備標準化、模塊化、自動化的方向發(fā)展。沼氣成分的測定是維持沼氣工程正常運行、確保沼氣正常使用的重要環(huán)節(jié)。因此,建立一種的、網(wǎng)絡化的農(nóng)村沼氣工程監(jiān)測預警平臺,對安全利用沼氣能源,提高沼氣利用監(jiān)管效率和服務質量,具有非常重要的現(xiàn)實意義。
4.1 工作原理
       天禹智控的沼氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)通過各種傳感器采集沼氣池的環(huán)境信息,數(shù)據(jù)在STC/STM單片機處理之后以數(shù)碼管或LCD屏顯示出來。系統(tǒng)將同時允許授權的用戶,通過多種移動終端(如手機、PC等)掌握實時數(shù)據(jù),實現(xiàn)遠程監(jiān)控。單片機通過實時比對數(shù)據(jù)與設定的閾值,來決定是否采取預警措施,**沼氣池的安全和正常工作。
4.2 系統(tǒng)硬件設計
       系統(tǒng)采用模塊化設計,由單片機,傳感器,數(shù)據(jù)顯示模塊,無線傳輸模塊,報警電路等組成的智能監(jiān)測與報警系統(tǒng)。
       系統(tǒng)通過各種傳感器采集沼氣池的環(huán)境信息,并通過觸摸屏或LCD顯示出來,可以在非規(guī)定工作時間內(nèi)對沼氣池安全進行監(jiān)控,而后通過無線通信網(wǎng)絡技術分析現(xiàn)場數(shù)據(jù),對沼氣池內(nèi)各項指標進行綜合評價,以便允許授權的用戶通過多種移動終端(如手機、PC等)掌握實時數(shù)據(jù),實現(xiàn)遠程監(jiān)控,通過分析數(shù)據(jù)與設定的數(shù)值,當測定數(shù)據(jù)標時,通過預警系統(tǒng)通知客戶或管理人員,**沼氣池的安全和正常工作。
4.3軟件設計
       在系統(tǒng)實現(xiàn)開機操作之后，系統(tǒng)將調用模塊實時監(jiān)測沼氣環(huán)境中各項指標的情況，如甲烷CH4含量、PH值、溫度等。各項數(shù)據(jù)經(jīng)單片機的處理，通過數(shù)據(jù)顯示模塊實時滾動顯示，達到時刻監(jiān)測的效果。同時數(shù)據(jù)還將實時與設定閾值進行比較。
       出于安全考慮，系統(tǒng)配置聲光報警模塊，一旦環(huán)境中的各項指標過了設定的閾值，沼氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)將通過遠程終端（PC  端或APP）提醒工作人員，以便及時采取措施。通過這樣的設計，能夠實現(xiàn)池內(nèi)問題早發(fā)現(xiàn)、早預警、早處理。
4.4 沼氣濃度監(jiān)測的意義

      天禹智控的沼氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術為支撐，實時沼氣池在發(fā)酵過程中池內(nèi)甲烷CH4含量、二氧化碳CO2含量、PH值、溫度等指標，并通過顯示模塊實時顯示，能夠使監(jiān)測中心的工作人員實時數(shù)據(jù)，保證沼氣池發(fā)酵安全。
      同時，系統(tǒng)的監(jiān)測預警模塊也會實時分析數(shù)據(jù)，在指標臨近閾值時發(fā)出提醒，達到閾值時發(fā)出警報，及時告知工作人員。這樣保證了即使遠離工作崗位，也能即使采取措施。
      天禹智控的沼氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)，是為了適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展而提出的方案。該系統(tǒng)可實現(xiàn)實時顯示、實時預警的功能、具有安全、穩(wěn)定、實用性強、可預警可遠程交互等優(yōu)點，對于當代新型農(nóng)業(yè)發(fā)展以及清潔能源建設有所幫助，在監(jiān)測的同時也**了安全。

5 結語

      水的凈化保護是環(huán)境保護的一項非常重要內(nèi)容，污水處理需要消耗較高的成本，利用自然界相生相克轉化機理，通過對污水處理過程中產(chǎn)生的沼氣進行治理并綜合利用可以獲得寶貴的電能及的清潔能源和其他副產(chǎn)品。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、技術的進步和基礎能源電價、氣價格的提高，沼氣的深度開發(fā)加工效益會越來越好，高濃度的垃圾滲濾液污水也可能變成能源和資源。這不僅有助于減少環(huán)境污染，而且還可以替代部分化石能源消耗，可以獲得較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。


武漢天禹智控科技有限公司專注于在線氣體分析儀等

• 詞條

  詞條說明

• 垃圾填埋場滲濾液厭氧處理過程中沼氣的綜合利用

  沼氣是由各種**物質在適宜溫度、濕度及無空氣的條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃氣體。沼氣的主要成分是CH4，含量為50%~70%；另外還含有30%~40%的CO2，0%~5%的N2，以及少量的H2、H2S、NH3、硫醇、硫醚和微量的不飽和烴垃圾滲濾液處理厭氧工藝過程中會產(chǎn)生大量的沼氣，通常1m3垃圾滲濾液會產(chǎn)生15~30m3的沼氣。 1 垃圾焚燒發(fā)電廠沼氣回收利用 沼氣的熱值約為360

• 紅外氣體分析儀測量誤差來源有哪些？

  ? ? ??紅外氣體分析儀是基于被測介質對紅外光有選擇性吸收而建立的一種分析方法,屬于分子吸收光譜分析法。使紅外線通過裝在一定長度容器內(nèi)的被測氣體,然后通過測定通過氣體后的紅外線輻射強度來測量被測氣體濃度。? ? ??紅外氣體分析儀在測量過程中會遇到不同的環(huán)境，從而對結果造成一定的誤差，那么常見的誤差來源有哪些呢？1、

• 在線式氣體分析系統(tǒng)專業(yè)術語

  1、分析儀輸出信號為物料中一種或多種成分或組分的濃度、分壓、露點溫度或其它物理、化學特性的單調函數(shù)的儀器。2、氣體分析儀輸出信號為氣體混合物中一種或多種組分的濃度、分壓或露點溫度的單調函數(shù)的分析儀。3、在線氣體分析儀和源流氣體相連接，自動地長期連續(xù)給出輸出信號的分析器，其輸出信號是混合氣體中一種或多種組分的濃度、分壓或露點溫度的單調函數(shù)。試樣流從源流氣體中提取并輸送到分析儀器測量的稱取樣式在線氣體

• 高溫熱解技術原理

  ? ? ? 高溫熱解技術是在近幾年研究開發(fā)出來的一種垃圾處理新技術。90年代初，國外科學家研究發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生對人體較其有害的致癌物—二惡英。因此，西方發(fā)達國家在研究治理焚燒產(chǎn)生的二次污染的同時，投巨資開發(fā)研究新的垃圾處理技術。垃圾熱解技術被各國環(huán)保*普遍看好，認為這是垃圾處理無害化、減量化和資源化的一條新路。發(fā)達國家投入大量的人力物力進行研究開發(fā)，并**可