谢浩琦 佘海林 邵淼清 罗丽霞

摘要：本文介绍了造纸污水厌氧处理工艺产生沼气引入热电厂垃圾焚烧锅炉联合焚烧发电，并对系统的工艺可靠性、经济性进行了分析认证。

关键词：厌氧沼气、垃圾焚烧锅炉、联合焚烧发电、经济性

1、沼气利用的现状

根据相关研究表明，至2020年我国工业有机废水排放可转化为沼气资源量将达到215亿立方，常规沼气大型化利用利用方式以沼气作为燃料产生动力来驱动发电机产生电能的发电方式为主，每立方米沼气可发电1.8-2.6kWh，污水处理厂的大中型环保能源工程，主要以50-600kW的沼气发电机组为主。目前沼气发电机技术的开发和研究主要集中在内燃机上，一般只对柴油机和汽油机进行浅层次的改装，对机组的热工性能研究不深，产品质量不过关，运行使用中热负荷高、可靠性差和启动困难等问题不断。再加上脱硫技术、除湿设备和过滤设备等配套技术跟不上，以及沼气发电技术产业化和商化转化程度低等问题，导致我国沼气发电停滞不前，阻碍了沼气发电的推广。

2、沼气的特点：

沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷和二氧化碳。甲烷占55%～70%，二氧化碳占30%～40%，还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体。甲烷是可燃气体，可做燃料。

（1）沼气的组成影响着沼气的特性，不同组分沼气的特性略有不同，上表为甲烷含量为60%，二氧化碳含量40%时的沼气特性参数。

（2）沼气的燃点高，为650-700℃。

（3）沼气具有较强的腐蚀性。硫化氢来源于发酵原料中的含硫化合物，是一种有毒气体，燃烧后生成二氧化硫会污染大气。同时硫化氢还会强烈腐蚀管路中的金属部件。

（4）沼气燃烧空气混合比大，沼气在燃烧时需要大量空气，正常情况下，一份沼气需要5.7倍的空气。

（5）厌氧消化产生的沼气含水量较多。

3、垃圾焚烧炉掺烧沼气的必要性：

目前，城市生活垃圾的处理问题越来越受重视，除了填埋、堆肥外，主要的处理方式为焚烧发电。因为垃圾存在成分复杂、热值低、含水率高等特点，所以垃圾在炉膛内燃烧时经常遇到熄火、燃烧效率低等问题。在发生上述问题时，现有的做法为适当添加煤炭来助燃，以保证垃圾焚烧的正常进行。又因为煤炭为不可再生资源，燃烧产生的污染物较多，不符合时代发展要求，所以目前我司和部分热电厂开始考虑使用垃圾过滤液、造纸污泥等发酵生成沼气，再将沼气通人焚烧炉中助燃，以减少煤炭使用量，保护环境。

但是如果仅仅只是向焚烧炉内通人沼气，因为垃圾燃烧情况等影响，沼气无法得到高效利用，沼气和垃圾的燃烧效果不好，因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

4、垃圾焚烧炉沼气掺烧工艺的开发与运用：

本公司经过多年研究开发，成功将周边造纸企业污水处理站厌氧处理工艺产生的沼气，引入公司垃圾焚烧炉进行焚烧发电，并设立了一种垃圾焚烧炉沼气掺烧装置，可以提高沼气利用率，加强垃圾等燃烧效果。该工艺通过研发一种垃圾焚烧炉沼气掺烧装置，包括安装在焚烧炉上的沼气燃烧器以及与之连通的沼气输送管道，沼气输送管道连通于沼气源，沼气输送管道设置有用于控制沼气流量的伺服阀，伺服阀电信号连接有调控机构，调控机构包括：燃烧检测组件，设置于焚烧炉，用于检测焚烧炉内的燃烧效果并输出燃烧检测值;控制组件，连接于检测组件，接受响应检测值，并根据燃烧检测值控制伺服阀。

通过采用上述技术方案，可以利用燃烧检测组件对垃圾焚烧炉内的燃烧情况检测并利用控制组件获取检测燃烧检测值，之后工作人员可以根据燃烧检测值采用控制组件对伺服阀控制，实现调节沼气输送管道的沼气通量，即调节沼气掺烧占比，避免沼气供给过多或是过少影响助燃效果，从而提高沼气利用率，加强垃圾等燃烧效果，

燃烧检测组件包括若干火焰检测器，控制组件包括PLC控制器，火焰检测器电信号连接于PLC控制器，且检测输出燃烧检测值至PLC控制器，PLC控制器电信号连接于伺服阀。火焰检测器监测焚烧炉内的燃烧情况，利用PLC控制器来接收燃烧检测值，并根据燃烧检测值控制伺服阀调节沼气通量，以调节沼气掺烧效果。

调控机构包括压力检测组件，压力检测组件包括若干压力变送器，压力变送器设置于沼气输送管道，且用于检测输出沼气压力检测值，压力变送器电信号连接于PLC控制器，沼气输送管道连通有若干备用管道，备用管道分别连通各沼气源，备用管道设置有二级伺服阀，二级伺服阀电信号连接于PLC控制器。压力变送器对沼气输送管道内的沼气压力做检测，并输出沼气压力检测值到PLC控制器上;此时若沼气输送管道的沼气压力检测值过小，即沼气供给过少，则可以利用PLC控制器控制二级伺服阀开启备用管道，利用其它的沼气源补充沼气，从而保证沼气掺烧助燃效果。

调控机构包括用于输送燃煤的输送带的驱动电机，驱动电机电信号连接于PLC控制器，PLC控制器预设燃煤输送触发值，当压力变送器输出的沼气压力检测值小于燃煤输送触发值，PLC控制器控制驱动电机驱动输送带输送燃煤。在沼气压力检测值小于燃煤输送触发值时，即沼气供应过少时，PLC控制器可以自动控制驱动电机驱使输送带向焚烧炉中添加燃煤，以保证对垃圾的助燃效果，保證焚烧炉内的垃圾等能够高效燃烧产热。

驱动电机连接有变频器，所述变频器电信号连接于PLC控制器。

PLC控制器控制变频器，以实现对驱动电机的转速控制，即控制输送带输送燃煤的速度，此时可以将本实用新型设置为沼气压力检测值越小，驱动电机转速越快，即燃煤供给越多，从而加强沼气掺烧效果。

PLC控制器为内置有定时器的PLC控制器，PLC控制器电信号连接有声光报警器，且预设有报警触发定时值，当压力变送器输出的沼气压力检测值小于燃煤输送触发值，PLC控制器计时，当PLC控制器的计时值超出报警触发定时值，PLC控制器控制声光报警器开启。沼气压力检测值小于燃煤输送触发值持续的时间超出报警触发定时值后，PLC控制器会控制声光报警器开启以提示工作人员沼气供应出现问题。

沼气输送管道设置有安全阀组，安全阀组包括若干电磁阀，电磁阀信号连接于PLC控制器。在焚烧炉出现问题时，工作人员可以通过PLC控制器控制电磁阀关闭沼气输送管道，以加强安全性。安全阀组还包括若干备用手动阀，在必要时，如PLC控制器故障时，工作人员可以通过手动操作手动阀来启闭沼气输送管道，以进一步增强安全性。

5、本工艺的显著优点：

①设置有火焰检测器对垃圾焚烧炉内的燃烧情况检测，设置沼气燃烧器通人焚烧炉，沼气燃烧器连通沼气输送管，在沼气输送管上设置伺服阀;火焰检测器连接PLC控制器，PLC控制器连接伺服阀，从而可以根据焚烧炉内燃烧情况对伺服阀控制，控制沼气供给，以更加高效的利用沼气;

②沼气输送管道上设置压力变送器检测沼气压力，压力变送器连接PLC控制器，PLC控制器还连接有驱动电机，而驱动电机为输送燃煤至焚烧炉的输送带的动力源，从而在沼气压力过小，即沼气供应不足时开启驱动电机，通过输送带向焚烧炉中添加燃煤，利用燃煤配合沼气助燃，以避免焚烧炉受沼气不稳定的因素影响;

③PLC控制器连接声光报警器，当沼气压力长时间过小时控制声光报警器开启，以及时提示1工作人员沼气供应出现问题，保证使用效果。

6、结语：

在环境问题越来越受重视的今天，本项目利用造纸污水处置工艺发酵生成沼气，通人焚烧炉中助燃，以减少煤炭使用量，保护环境。项目通过设置有火焰检测器对垃圾焚烧炉内的燃烧隋况检测，设置压力变送器检测沼气压力，从而控制沼气供应合理利用燃煤、垃圾配合沼气助燃，提高了沼气利用效率，以保证设备可以更高效的运作，节能效果显著，极具推广意义。