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1、沼气发电在污水处理系统中的应用摘 要：我国燃气发动机早期规模小，且主要利用在农村以植物和粪肥等有机废弃物在沼气池中经过厌氧发酵产生的沼气。近年来，随着我国工农业向集约化发展的需要，以及沼气工程在各地农、牧、禽场中的建设和垃圾填埋场、污水处理、化工生产、煤矿等对可燃气体的综合利用，国内对燃气发动机需求开始增加，单机容量由小变大，燃气发动机在国内相关科研机构和大型内燃发电机企业的共同努力下，相继研制和生产出功率较大的沼气发动机。关键词：沼气发电应用；燃气内燃机组；渗沥液处理；设备选型；节能减排1 燃气内燃发电机组在渗沥处理系统中应用探索EBEP 是一家以固废、 污水处理和新能源为主业的企业，先后在
2、垃圾填埋场和垃圾焚烧发电厂的渗沥液处理系统中进行过沼气发电应用，在垃圾填埋场主要应用进口大型燃气内燃机组，在垃圾焚烧发电厂的渗沥液处理中应用国内成熟的小型燃气内燃机组。鉴于国产沼气内燃发电应用技术日益成熟，以及对小型机组的广泛需求，现以单机容量为180kW的沼气内燃发电的应用情况进行介绍，以供参考。在生活垃圾焚烧发电项目中，由于生活垃圾含水率较高，特别是我国由于饮食习惯和生活水平限制，一般含水率可达 50%，为降低入炉垃圾水分、提高热值，垃圾入厂后，一般进行5 7 天的堆放发酵预处理，经过堆放发酵后生活垃圾可析出部分水份，即渗沥液，析出的渗沥液可占垃圾入厂处理量的15%30% 。渗沥液属高浓度
3、有机污染物，CODcr浓 度 可 达20000 70000mg/L ， BOD5浓 度 在10000 45000mg/L ，常规物理或化学处理困难，但是可生化性较好，生化处理具有处理能力大、高效、处理成本低等优势，且在生化处理过程中得到沼气。沼气既是能源，同时也是高温室效益气体， CH4 的温室效益为CO2 的 26 倍，如何环保、经济、资源化使用沼气显得尤为重要，值得深入探索！1.1 沼气发电应用的背景EBEP 公司 J 市垃圾焚烧发电厂渗沥处理系统设计为日处理 300 吨，采用厌氧 -好氧生物法， 在 ? B 沥液生化处理工艺中的生化厌氧系统中产生大量沼气，根据沼气理论产气量分析，即渗沥液
4、在生化处理过程中每降解1gCODcr，产生0.35标准升CH4 ，同时依据实际运行情况测算，可产生不少于0.30升 CH4 。渗沥液处理系统厌氧进水CODcr约为40000mg/l ，厌氧出水CODcr 为 4000mg/l ，则厌氧系统每处理1m3 渗滤液产生的甲烷气量为：每立方渗沥液可产甲烷10.8m3，根据试验检测结果，沼气中甲烷含量为80.6%，以 80% 的甲烷含量计算我公司的沼气量，则每立方米渗滤液沼气产生量为：10.8/80%=13.5m3 。根据2008 年生产运营统计，在不同季节渗滤液产生量实际情况，进行沼气产生量测算，如上表可见，在正常运行时，每天约产生1600 3400m
5、3 沼气，折合热量约40 90GJ，由于前期没有沼气综合利用设备，为了减少温室效益影响，所产生的沼气采取点火炬对空燃烧方式处理，不仅影响厂区美观，而且造成较大能源浪费。为达到开源节流、节能减排和保护环境的目的，故决定因地制宜的在渗沥液处理站东侧空地建设沼气发电设备。1.2 沼气发电设备选型对水处理项目投运以来运行数据分析，水处理站沼气产气量 67.5-140m3/h ，沼气中的 CH4 含量达 80%，故 1m3 沼气发电可达 1.8 2 度以上，则每小时发电量约 122 252kW 。如二期工程建成后，沼气产气量达 101-169m3/h ，每小时发电量可达 182 304kW 。鉴于国产中
6、小型沼气发电机设备性能已较为成熟，且投资低，兼顾设备维护成本，以及维护便利，决定选用国产设备，关键部件选用进口配件。根据测算发电能力，同时考虑国产沼气发电设备实际出力达不到额定值的实际情况， 拟选装机总容量为 320-360kW 机组。根据市场价格行情，选择单台 100%容量机组与两台 50% 容量机组投资费用相差不大， 约在 3-10 万元范围内， 综合考虑沼气产气量季节性波动大、负荷调整的灵活性、机组运行经济性、维护成本以及机组设备的成熟程度等因素，最终选用2 台180kW 沼气发电机组。1.3 沼气发电工艺流程方案总体规划为一套沼气预处理系统、两台集装箱式180kW沼气发电机组，以缩短建
7、设周期。为提高机组热效率，机组设计要求考虑机组本体散热和排烟余热回收利用，并将回收的热量用于渗沥液处理系统加热或供热，以减少或停止渗沥液加热从焚烧热机的抽汽量。此外，在沼气分析数据中发现沼气含H2S 量严重超标，达 6000mg/L 以上，不能满足烟气环保和机组运行要求，故在沼气预处理过程中增加高效脱硫系统，脱硫系统采用二级湿式脱硫处理后再串接一级干式脱硫设备的组合脱硫装置。采用湿式氧化法脱硫，以纯碱溶液为吸收介质，配合沼气脱硫专用催化剂进行气体脱硫反应，最终H2S 脱除率达 96%，有机硫脱除率达80%，再进入干式脱硫装置，干式脱硫采用新型氧化铁脱硫剂，脱硫效率较高，并可以进行再生。整体设计
8、以脱硫前硫化氢含量为10000mg/m3 进行设计，脱硫后硫化氢含量少于100mg/m3，同时，再生过程可得到单质硫。2 沼气发电效益分析沼气发电属于新能源综合利用范畴，首先，要有可观环境效益，这是新能源发展的动力，其次，还需要产生一定经济效益，才有投资建设的可能性，故需要在环境效益和经济效益进行细致分析。2.1 沼气发电设备投资依据沼气发电机市场价格，2*180kWh沼气发电机组投资为：沼气200m3 贮气罐约26 万元，两台沼气发电机组约80 万元，机组配套设备约 42.3 万元，预处理系统约 34.2 万元，控制及电气系统约 16 万元，冷却及余热利用系统约 14万元，工程材料及安装费约23 万元，土建及配套系统约20万元，其他项目约8 万元，总投资约263.50 万元，单位投资额为 0.732 万元 /kWh ，不包括设计及各项报建等费用。