沼氣摻燒發(fā)展前景

據(jù)中國(guó)造紙協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2004年全國(guó)工業(yè)廢水排放總量為221.1億t，其中造紙業(yè)廢水排放量高達(dá)31.8億t，占總量的14.4%；全國(guó)工業(yè)C O D總排放量為509.7萬(wàn)t，其中造紙業(yè)占了33.0%。在污水處理系統(tǒng)中，高濃度有機(jī)廢水主要采用厭氧處理法，以每噸C OD產(chǎn)CH40.5m3計(jì)算，可產(chǎn)CH4250萬(wàn)m3，而CH4對(duì)空氣溫室效應(yīng)是CO2的21倍。因此，利用好沼氣發(fā)電是節(jié)約能源、資源、降低企業(yè)成本、解決沼氣排放對(duì)環(huán)境污染的一種行之有效的節(jié)能方式，利國(guó)利民。

國(guó)內(nèi)外廢水厭氧處理產(chǎn)生的沼氣一般用作生活燃料，數(shù)量少的企業(yè)直接燃燒排空；另一種方法是用來(lái)發(fā)電，沼氣燃燒發(fā)電主要采用沼氣脫硫后，用燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行燃燒發(fā)電，但用這一方法，需要購(gòu)買(mǎi)新的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組及配套設(shè)備，投資較大，而且其電產(chǎn)品需要變壓才能上網(wǎng)，對(duì)一般沼氣量不算很大的造紙企業(yè)來(lái)說(shuō)不夠經(jīng)濟(jì)。對(duì)于制漿造紙企業(yè)來(lái)說(shuō)，如果將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發(fā)電，不但節(jié)約資源又保護(hù)環(huán)境，還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。但是將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發(fā)電還存在許多技術(shù)問(wèn)題。岳陽(yáng)紙業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新解決沼氣貯存壓力不穩(wěn)定、系統(tǒng)運(yùn)行安全性等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，直接將沼氣送入鍋爐摻燒，用于發(fā)電，項(xiàng)目于2008年9月10日一次性開(kāi)機(jī)成功，從近兩年運(yùn)行情況看系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。

為了解沼氣的成分以便綜合利用，公司對(duì)沼氣的發(fā)熱量及成分進(jìn)行了分析測(cè)定。沼氣發(fā)熱量為27.63M J/m³(6600kcal/m³)，沼氣成分見(jiàn)表1。

CH₄的性能參數(shù):

(1)物理性質(zhì):氣體熔點(diǎn)-182.5℃，相對(duì)密度(空氣=1) 0.55，自燃點(diǎn)538℃，沸點(diǎn)一161.5℃，閃點(diǎn)一188℃，臨界溫度一82.6℃,爆炸極限(V%)的下限5%、上限15%;

(2)化學(xué)性質(zhì):極難溶于水的可燃性氣體，跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑(如KMn0₄)等一般不起反應(yīng)。燃燒性質(zhì)C H₄ 20₂點(diǎn)燃后生成CO₂ 2H₂O.

H₂的性能參數(shù):相對(duì)密度(空氣=1) 0.07，最小點(diǎn)火能0.02m J，燃燒熱286.9kJ/mol，自燃點(diǎn)560℃，最大爆炸壓力0.74MPa，擴(kuò)散系數(shù)0.635cm²/s,爆炸極限(V%)的下限4%、上限75.6%.

從發(fā)熱量、成分分析及成分性能參數(shù)情況看，公司的沼氣發(fā)熱量較高，甲烷、氫氣等可燃?xì)怏w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。

沼氣摻燒沼氣摻燒鍋爐工藝流程

沼氣儲(chǔ)柜的沼氣經(jīng)變頻加壓風(fēng)機(jī)加壓、過(guò)濾器過(guò)濾，通過(guò)鍋爐二次加壓進(jìn)口風(fēng)管進(jìn)入鍋爐內(nèi)的噴嘴燃燒，工藝流程見(jiàn)圖1。

沼氣摻燒沼氣摻燒鍋爐系統(tǒng)特點(diǎn)

鍋爐摻燒沼氣系統(tǒng)由沼氣加壓站、沼氣管網(wǎng)、爐內(nèi)沼氣燃燒器（氣槍?zhuān)?、放散裝置、吹掃系統(tǒng)（用于檢修前置換系統(tǒng)內(nèi)可燃?xì)怏w）、壓縮空氣系統(tǒng)（供氣動(dòng)快關(guān)閥用氣）和惰性氣體吹掃（用于沼氣燃燒器投運(yùn)前爐前管道的置換）等裝置以及控制系統(tǒng)組成。其主要目的是將供水車(chē)間厭氧處理站外排的沼氣通入熱電廠鍋爐中燃燒，以節(jié)能并改善鍋爐的燃燒狀況。

沼氣摻燒系統(tǒng)的燃燒器（沼氣槍?zhuān)┕矁蓚€(gè)，分別安裝在#4鍋爐的甲、丙角中二次風(fēng)噴口中，由于摻燒沼氣量較小且設(shè)計(jì)流速不高，因此對(duì)鍋爐燃燒空氣動(dòng)力場(chǎng)影響很?。涣硪环矫?，由于沼氣的易燃易爆特性對(duì)鍋爐設(shè)備的安全性影響很大，該系統(tǒng)配備了相應(yīng)的控制系統(tǒng)及保護(hù)裝置。沼氣系統(tǒng)主要設(shè)備特性如表2。

沼氣摻燒沼氣輸送安全保護(hù)系統(tǒng)

沼氣輸送安全保護(hù)系統(tǒng)包括控制模塊、報(bào)警模塊、聯(lián)鎖保護(hù)模塊，各模塊以硬接線方式與沼氣儲(chǔ)柜、變頻加壓風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器、鍋爐連接，由控制模塊對(duì)沼氣輸送及燃燒全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，報(bào)警模塊根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作出相應(yīng)報(bào)警并由聯(lián)鎖保護(hù)模塊作出不同操作。鍋爐二次加壓進(jìn)口風(fēng)管內(nèi)各設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的噴嘴一支，在變頻加壓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口、噴嘴進(jìn)口均設(shè)置有溫度壓力測(cè)量點(diǎn)，信號(hào)傳入安全保護(hù)系統(tǒng)。沼氣安全保護(hù)系統(tǒng)與鍋爐DCS控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連成一體，實(shí)現(xiàn)了沼氣安全監(jiān)控與鍋爐燃燒控制的有機(jī)結(jié)合。加壓機(jī)進(jìn)口氣動(dòng)閥為氣開(kāi)式單動(dòng)閥，去厭氧排空閥為氣關(guān)式單動(dòng)閥。采用單動(dòng)式氣動(dòng)閥則可在控制電源或控制氣源中斷故障情況下及時(shí)自動(dòng)中斷沼氣發(fā)電，啟動(dòng)排空裝置。保護(hù)系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

公司本著以產(chǎn)定銷(xiāo)的原則，主要從安全穩(wěn)定的角度出發(fā)，以儲(chǔ)氣柜的液位為主信號(hào)對(duì)加壓機(jī)進(jìn)行變頻控制，從而保證儲(chǔ)氣柜液位的相對(duì)穩(wěn)定。變頻加壓風(fēng)機(jī)精確調(diào)整壓力，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓差30k P a，整個(gè)系統(tǒng)保持正壓。當(dāng)產(chǎn)氣量大時(shí)，正常投入兩支噴嘴（只裝二支噴嘴）至150t/h的燃煤鍋爐對(duì)角二次加壓進(jìn)風(fēng)管里噴嘴進(jìn)入鍋爐直接摻燒發(fā)電；當(dāng)產(chǎn)氣量不夠時(shí)，爐前沼氣壓力下降至8k Pa以下時(shí)，自動(dòng)退出一支氣槍。為了保證沼氣系統(tǒng)安全運(yùn)行，采取措施：（1）當(dāng)儲(chǔ)氣柜液位低于20%下限值或增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力過(guò)低時(shí)，為防止增壓風(fēng)機(jī)將其進(jìn)口管道抽成真空，造成空氣進(jìn)入沼氣管道，系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯停運(yùn)風(fēng)機(jī)。（2）當(dāng)爐前總管壓力低時(shí)，為防止氣槍和爐前管道出現(xiàn)回火造成管道內(nèi)燃燒，系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯關(guān)閉氣源停運(yùn)風(fēng)機(jī)。（3）當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)出口總管壓力高時(shí)，為了防止因出口壓力過(guò)高而損壞風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯停運(yùn)風(fēng)機(jī)。（4）當(dāng)油泵出口油壓低時(shí)，為了防止增壓風(fēng)機(jī)因缺油而損壞，系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯停運(yùn)風(fēng)機(jī)。（5）當(dāng)鍋爐滅火，F(xiàn) S S S（鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)）動(dòng)作時(shí)，必須立即切斷進(jìn)入爐膛的所有燃料，以防止燃料聚集產(chǎn)生爆燃事故。（6）當(dāng)鍋爐各角火檢檢測(cè)到氣槍都熄滅時(shí)，為防止沼氣聚集產(chǎn)生爆燃事故，系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯關(guān)閉氣源停運(yùn)風(fēng)機(jī)。（7）當(dāng)鍋爐送風(fēng)機(jī)跳閘或M F T動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)按緊急停爐程序啟動(dòng)保護(hù)邏輯關(guān)閉氣源停運(yùn)風(fēng)機(jī)。上述保護(hù)邏輯啟動(dòng)后，其輸出結(jié)果是停運(yùn)整個(gè)沼氣輸送系統(tǒng)，并做相應(yīng)報(bào)警，系統(tǒng)能自動(dòng)切斷進(jìn)入加壓機(jī)的沼氣，同時(shí)打開(kāi)排空通道直接燃燒排空。

厭氧污水處理系統(tǒng)沼氣燃燒 發(fā)電技改項(xiàng)目投運(yùn)后，優(yōu)化了鍋爐配風(fēng)方式，消除了沼氣投運(yùn)造成煙氣溫度升高等不利影響。2009年上半年，累計(jì)摻燒沼氣494641m3，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤466t，節(jié)約燃煤成本44萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益顯著。岳陽(yáng)紙業(yè)公司年產(chǎn)40萬(wàn)t含機(jī)械漿印刷紙項(xiàng)目于2009年9月投產(chǎn)，厭氧污水處理系統(tǒng)沼氣量最高可達(dá)22000m³/d，日均產(chǎn)量約為20000m³，按27.63MJ/m³(6600kcal/m³)折算，全年生成的沼氣約合標(biāo)煤7300t。該技術(shù)的成功實(shí)施，不但節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境，還能為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益。將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發(fā)電技術(shù)，工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，系統(tǒng)運(yùn)行安全有保障。利用工業(yè)廢水厭氧處理過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣，也可利用城市污水厭氧處理過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣用來(lái)?yè)綗仩t發(fā)電，其應(yīng)用前景十分廣闊。

博晟科技智能配煤摻燒管理系統(tǒng)以燃料配煤摻燒精確計(jì)算、精益實(shí)施、精細(xì)管理為目標(biāo)，系統(tǒng)以配煤摻燒模型為基礎(chǔ)，以鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)、來(lái)煤信息、發(fā)電計(jì)劃、負(fù)荷分布、煤場(chǎng)庫(kù)存、歷史摻配評(píng)價(jià)、設(shè)備運(yùn)行工況等因素為基礎(chǔ)生成最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保、綜合最優(yōu)的摻配方案，系統(tǒng)支持線性、非線性算法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），提供支持模擬摻配、經(jīng)濟(jì)摻配多種方式，基于電廠負(fù)荷自動(dòng)生成摻配列表，形成最優(yōu)排序，從sis取鍋爐數(shù)據(jù)監(jiān)控?fù)脚淙济簩?duì)鍋爐影響，優(yōu)化摻配模型并對(duì)入爐煤質(zhì)分析，通過(guò)定位裝置監(jiān)控斗輪機(jī)（堆取料機(jī)）實(shí)時(shí)工況，跟蹤摻配執(zhí)行。

配煤摻燒模型：

系統(tǒng)提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等多種最優(yōu)方案求解的算法模型，主要有：最經(jīng)濟(jì)方案、最環(huán)保方案、綜合最優(yōu)方案。以設(shè)定的目標(biāo)為優(yōu)化方向，在保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的前提下，進(jìn)行配比計(jì)算。對(duì)求解得到的優(yōu)化摻配結(jié)果，按原則（成本、環(huán)保、綜合）進(jìn)行排序。用戶可以在自動(dòng)計(jì)算所得到的原始配方的基礎(chǔ)上，自動(dòng)執(zhí)行5%調(diào)整（也可以設(shè)定為其它的調(diào)整比例）。用戶可以手工調(diào)整原始配方或執(zhí)行5%調(diào)整后得到的各煤種的摻配數(shù)量，重新進(jìn)行計(jì)算與比較，得到實(shí)用配方。

本系統(tǒng)以智能摻配計(jì)算為手段，摻配精確執(zhí)行為目標(biāo)，特點(diǎn)如下：

1） 以配煤摻燒閉環(huán)管理確保應(yīng)用效果

2） 以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控確保摻配執(zhí)行

3） 基于煤場(chǎng)數(shù)據(jù)的多種方案精確計(jì)算

4） 基于負(fù)荷計(jì)劃的多種方案精確計(jì)算

5） 基于負(fù)荷計(jì)劃的配煤調(diào)度單的管理

6） 與SIS同步模擬入爐煤質(zhì)燃燒監(jiān)視

智能配煤摻燒管理系統(tǒng)目前已在華電西塞山電廠、國(guó)電銅陵電廠、中電投分宜電廠、大唐南京電廠、華能瑞金電廠、粵電中粵能源等二十幾家火電廠得到深入應(yīng)用，有效降低了提升了摻配，提高了數(shù)據(jù)傳遞效率，應(yīng)用效果具體體現(xiàn)在：

1) 配煤數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化，實(shí)現(xiàn)摻配數(shù)據(jù)數(shù)字化

2) 摻配計(jì)算智能化，實(shí)現(xiàn)配煤配比數(shù)字化

3) 摻配實(shí)施流程化，實(shí)現(xiàn)實(shí)施管理數(shù)字化

4) 摻配執(zhí)行數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)摻配調(diào)度數(shù)字化

5) 摻燒過(guò)程圖形化，實(shí)現(xiàn)摻配評(píng)價(jià)數(shù)字化