沼氣摻燒運行效果

厭氧污水處理系統(tǒng)沼氣燃燒 發(fā)電技改項目投運后，優(yōu)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，相當于節(jié)約標煤466t，節(jié)約燃煤成本44萬元，經(jīng)濟環(huán)保效益顯著。岳陽紙業(yè)公司年產(chǎn)40萬t含機械漿印刷紙項目于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煤7300t。該技術的成功實施，不但節(jié)約資源保護環(huán)境，還能為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益。將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發(fā)電技術，工藝流程簡單，設備投資少，系統(tǒng)運行安全有保障。利用工業(yè)廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣，也可利用城市污水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣用來摻燒鍋爐發(fā)電，其應用前景十分廣闊。

沼氣摻燒沼氣摻燒鍋爐工藝流程

沼氣儲柜的沼氣經(jīng)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(nèi)的噴嘴燃燒，工藝流程見圖1。

沼氣摻燒沼氣摻燒鍋爐系統(tǒng)特點

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）、放散裝置、吹掃系統(tǒng)（用于檢修前置換系統(tǒng)內(nèi)可燃氣體）、壓縮空氣系統(tǒng)（供氣動快關閥用氣）和惰性氣體吹掃（用于沼氣燃燒器投運前爐前管道的置換）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）共兩個，分別安裝在#4鍋爐的甲、丙角中二次風噴口中，由于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，由于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(tǒng)配備了相應的控制系統(tǒng)及保護裝置。沼氣系統(tǒng)主要設備特性如表2。

沼氣摻燒沼氣輸送安全保護系統(tǒng)

沼氣輸送安全保護系統(tǒng)包括控制模塊、報警模塊、聯(lián)鎖保護模塊，各模塊以硬接線方式與沼氣儲柜、變頻加壓風機、過濾器、鍋爐連接，由控制模塊對沼氣輸送及燃燒全過程進行監(jiān)測，報警模塊根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)作出相應報警并由聯(lián)鎖保護模塊作出不同操作。鍋爐二次加壓進口風管內(nèi)各設置可旋轉的噴嘴一支，在變頻加壓風機進出口、噴嘴進口均設置有溫度壓力測量點，信號傳入安全保護系統(tǒng)。沼氣安全保護系統(tǒng)與鍋爐DCS控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連成一體，實現(xiàn)了沼氣安全監(jiān)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。采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(fā)電，啟動排空裝置。保護系統(tǒng)見圖2。

公司本著以產(chǎn)定銷的原則，主要從安全穩(wěn)定的角度出發(fā)，以儲氣柜的液位為主信號對加壓機進行變頻控制，從而保證儲氣柜液位的相對穩(wěn)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(tǒng)保持正壓。當產(chǎn)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(fā)電；當產(chǎn)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(tǒng)安全運行，采取措施：（1）當儲氣柜液位低于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(tǒng)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(xiàn)回火造成管道內(nèi)燃燒，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)啟動保護邏輯停運風機。（5）當鍋爐滅火，F(xiàn) S S S（鍋爐安全保護系統(tǒng)）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(chǎn)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(chǎn)生爆燃事故，系統(tǒng)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(tǒng)按緊急停爐程序啟動保護邏輯關閉氣源停運風機。上述保護邏輯啟動后，其輸出結果是停運整個沼氣輸送系統(tǒng)，并做相應報警，系統(tǒng)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。

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

CH₄的性能參數(shù):

(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:極難溶于水的可燃性氣體，跟強酸、強堿或強氧化劑(如KMn0₄)等一般不起反應。燃燒性質C H₄ 20₂點燃后生成CO₂ 2H₂O.

H₂的性能參數(shù):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。

據(jù)中國造紙協(xié)會統(tǒng)計，2004年全國工業(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31.8億t，占總量的14.4%；全國工業(yè)C O D總排放量為509.7萬t，其中造紙業(yè)占了33.0%。在污水處理系統(tǒng)中，高濃度有機廢水主要采用厭氧處理法，以每噸C OD產(chǎn)CH40.5m3計算，可產(chǎn)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(fā)電是節(jié)約能源、資源、降低企業(yè)成本、解決沼氣排放對環(huán)境污染的一種行之有效的節(jié)能方式，利國利民。

國內(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；另一種方法是用來發(fā)電，沼氣燃燒發(fā)電主要采用沼氣脫硫后，用燃氣機組進行燃燒發(fā)電，但用這一方法，需要購買新的燃氣發(fā)電機組及配套設備，投資較大，而且其電產(chǎn)品需要變壓才能上網(wǎng)，對一般沼氣量不算很大的造紙企業(yè)來說不夠經(jīng)濟。對于制漿造紙企業(yè)來說，如果將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發(fā)電，不但節(jié)約資源又保護環(huán)境，還能創(chuàng)造經(jīng)濟效益。但是將沼氣直接引入鍋爐與煤粉燃燒發(fā)電還存在許多技術問題。岳陽紙業(yè)通過技術創(chuàng)新解決沼氣貯存壓力不穩(wěn)定、系統(tǒng)運行安全性等關鍵技術問題，直接將沼氣送入鍋爐摻燒，用于發(fā)電，項目于2008年9月10日一次性開機成功，從近兩年運行情況看系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定。

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算、精益實施、精細管理為目標，系統(tǒng)以配煤摻燒模型為基礎，以鍋爐設計參數(shù)、來煤信息、發(fā)電計劃、負荷分布、煤場庫存、歷史摻配評價、設備運行工況等因素為基礎生成最經(jīng)濟、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），提供支持模擬摻配、經(jīng)濟摻配多種方式，基于電廠負荷自動生成摻配列表，形成最優(yōu)排序，從sis取鍋爐數(shù)據(jù)監(jiān)控摻配燃煤對鍋爐影響，優(yōu)化摻配模型并對入爐煤質分析，通過定位裝置監(jiān)控斗輪機（堆取料機）實時工況，跟蹤摻配執(zhí)行。

配煤摻燒模型：

系統(tǒng)提供神經(jīng)網(wǎng)絡算法等多種最優(yōu)方案求解的算法模型，主要有：最經(jīng)濟方案、最環(huán)保方案、綜合最優(yōu)方案。以設定的目標為優(yōu)化方向，在保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的前提下，進行配比計算。對求解得到的優(yōu)化摻配結果，按原則（成本、環(huán)保、綜合）進行排序。用戶可以在自動計算所得到的原始配方的基礎上，自動執(zhí)行5%調整（也可以設定為其它的調整比例）。用戶可以手工調整原始配方或執(zhí)行5%調整后得到的各煤種的摻配數(shù)量，重新進行計算與比較，得到實用配方。

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

1） 以配煤摻燒閉環(huán)管理確保應用效果

2） 以現(xiàn)場設備狀態(tài)監(jiān)控確保摻配執(zhí)行

3） 基于煤場數(shù)據(jù)的多種方案精確計算

4） 基于負荷計劃的多種方案精確計算

5） 基于負荷計劃的配煤調度單的管理

6） 與SIS同步模擬入爐煤質燃燒監(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用，有效降低了提升了摻配，提高了數(shù)據(jù)傳遞效率，應用效果具體體現(xiàn)在：

1) 配煤數(shù)據(jù)實時化，實現(xiàn)摻配數(shù)據(jù)數(shù)字化

2) 摻配計算智能化，實現(xiàn)配煤配比數(shù)字化

3) 摻配實施流程化，實現(xiàn)實施管理數(shù)字化

4) 摻配執(zhí)行數(shù)字化，實現(xiàn)摻配調度數(shù)字化

5) 摻燒過程圖形化，實現(xiàn)摻配評價數(shù)字化