陳業(yè)鋼， 陳漫漫
(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150090)

　　摘　要：針對厭氧生物處理過程中沼氣回收與利用的特點，總結(jié)了沼氣燃燒系統(tǒng)的設(shè)計要點，并提出了切實可行的設(shè)計方案。
　　關(guān)鍵詞：厭氧生物處理；沼氣燃燒系統(tǒng)；設(shè)計要點
　　中圖分類號：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)07-0065-02

1 沼氣系統(tǒng)的應(yīng)用情況

　　國內(nèi)城市污水廠污泥消化所產(chǎn)生的沼氣通過各種方式得到應(yīng)用，如西安污水廠的污泥消化罐(直徑為20m、高為14.5m)共8座，利用沼氣生產(chǎn)CCl₄；深圳污水廠的污泥消化罐直徑為15m、總高為13.6m，引進(jìn)廢氣燃燒塔、燃?xì)忮仩t等設(shè)備處理沼氣；遼寧的鞍山南部污水廠利用沼氣發(fā)電并網(wǎng)試運行，大連春柳河污水廠則將沼氣供給煤氣公司。
　　在實際工程中，沼氣的組成為：CH₄的體積分?jǐn)?shù)為45%～80%，CO₂的體積分?jǐn)?shù)為20%～45%，此外還有少量的H₂、H₂S、CO、N₂、O₂以及甲烷以外的其他碳?xì)浠衔?，其組成由于厭氧消化的工藝和機(jī)理不同而有較大的差別。
　　在味精、抗生素、糖蜜酒精等生產(chǎn)廢水中含有較高濃度的硫酸鹽，在酸化反應(yīng)階段往往有大量硫酸鹽還原菌參與生物反應(yīng)，最終使其厭氧消化后的沼氣中含有較高濃度的H2S，此時沼氣系統(tǒng)的設(shè)計一方面要注意沼氣燃燒系統(tǒng)防腐(因濕態(tài)時較低含量的H₂S就有很強(qiáng)的腐蝕性)，另一方面因沼氣燃燒后有相當(dāng)部分的硫化物逸出，故要充分考慮其對周圍環(huán)境的影響。

2　沼氣燃燒系統(tǒng)設(shè)計

　　沼氣燃燒系統(tǒng)包括沼氣的輸送、脫硫、燃燒器以及燃燒器的控制，在每一步驟的設(shè)計中都要充分注重安全性，避免產(chǎn)生漏氣、水堵、負(fù)壓、靜電、信號失控等問題。沼氣燃燒系統(tǒng)流程為：反應(yīng)器沼氣出口→水封罐→氣水分離器→脫硫罐→緩沖罐→阻火器→沼氣燃燒器。
2.1 水封罐
　　 厭氧反應(yīng)器一般在中溫(30～35℃)或常溫(20～25℃)下運行，因沼氣中水蒸氣含量較高，故在管道中流動時隨著溫度的逐漸降低不斷有冷凝水析出，這就要求輸氣管道除以一定的坡度敷設(shè)外，還要在低處設(shè)置水封和排水孔。水封罐的設(shè)計要有觀察孔、排水管和加水管，以便能調(diào)節(jié)水封高度。水封如果設(shè)于室外，應(yīng)有防凍措施(可采取加熱、充裝防凍液或連續(xù)供水等方法)。沼氣中的H₂S含量高時應(yīng)采取防腐措施。
2.2 氣水分離器
　　某些設(shè)計系統(tǒng)中安裝氣水分離器以降低沼氣濕度，減少對管道及設(shè)備的腐蝕，并防止凝結(jié)水對氣路的阻塞。在氣水分離器中加裝冷凝聚結(jié)填料以使氣流和冷凝水處在不同的通道^［1］，同時起到凝水和沉淀作用，它也可和水封罐結(jié)合應(yīng)用。
2.3 脫硫罐
　　為了消除硫化氫的影響，沼氣在進(jìn)入燃燒器之前要進(jìn)行脫硫，可采用干法脫硫、濕法脫硫和生物脫硫。干法是將氧化鐵屑和木屑拌合制成脫硫劑，以濕態(tài)(含水量為40%左右)填充于脫硫裝置內(nèi)，當(dāng)沼氣通過時H₂S與Fe₂O₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)而達(dá)到脫硫目的；濕法是用水或堿液(堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%，堿液可再生)洗滌沼氣，堿洗后的廢液可采用催化法脫硫，另外鄂海利等采用鐵鹽接觸氧化法脫除H₂S也取得了較好的效果［2］；生物脫硫 是在脫硫罐內(nèi)的填料上培養(yǎng)能降解H₂S及其他臭味物質(zhì)的微生物以達(dá)到脫硫目的，通過設(shè)在填料上部的穿孔管定時噴灑水分及微生物生長所需的養(yǎng)分，沼氣的空塔速率一般控制在100～200m³/(m²·h)^［3］。
2.4 緩沖罐
　　在工業(yè)廢水處理中，厭氧反應(yīng)器的運行受到多方面因素的影響，而反應(yīng)器的運行狀況直接關(guān)系到沼氣產(chǎn)生的穩(wěn)定性。在有條件的情況下，宜在厭氧反應(yīng)器和沼氣燃燒器之間設(shè)沼氣緩沖罐 以增加燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性。緩沖罐容積可按日產(chǎn)氣量的5%設(shè)計，可采用低壓濕式氣體貯罐，貯罐的浮罩導(dǎo)向裝置、重力平衡調(diào)節(jié)裝置應(yīng)有較好的設(shè)計安裝質(zhì)量，緩沖罐應(yīng)設(shè)置安全閥。近來，有的工程采用以彈性密封橡膠頂蓋來代替浮罩的沼氣貯柜，在使用上更為方便，其工作方式是通過密封橡膠頂蓋高度的變化(設(shè)有高度監(jiān)測裝置)來調(diào)節(jié)貯罐的容積。?
2.5 阻火器
　　阻火器的作用是防止因明火沿沼氣管道流竄而引起貯氣柜、集氣室及其他重要附屬設(shè)施的爆炸。阻火器分干式和濕式兩種，濕式阻火器相當(dāng)于一個水封罐，水封高度根據(jù)系統(tǒng)沼氣壓力而定，一般為300～500mm；干式阻火器是通過金屬網(wǎng)的快速散熱使溫度降至燃點以下使火熄滅。此外，還有一種熱閥板式阻火器，當(dāng)明火燒臨時，熱閥板即遇熱升起截斷氣路。?
2.6 沼氣燃燒器
　　 沼氣燃燒器是燃燒系統(tǒng)的核心設(shè)備，要求有較高的安全性和控制靈敏度。表1是有代表性的幾種燃燒器的概況，具體應(yīng)用時需根據(jù)設(shè)備供應(yīng)情況對設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表1　沼氣燃燒器概況 生產(chǎn)公司名稱 型號 設(shè)備類型 設(shè)備組成 主體材質(zhì) 安裝高度 價格 Roediger(德國) FAVAENW40 火炬(Flare) 自動點火裝置、引火 火苗點火裝置、阻焰器、控制器、電磁閥 不銹鋼 3.98m 23290德國馬克(運 輸費、包裝費、關(guān)稅另計) VAREC(美國) 239A 燃燒器(Burner) 240HOA點火系統(tǒng)233系列 冷 凝水及沉淀裝置217系列壓力計及紅外流動指示儀5810系列真空閥及火焰安全裝置 不銹鋼或鋁合金 3.0m 15000美元(運輸費、包裝費、關(guān)稅另計) TAESUNG(韓國) WGB100 燃燒器(Burner) 點火裝置、燃燒送風(fēng)扇 、壓力調(diào)節(jié)風(fēng)扇、壓力開關(guān)、燃燒爐主體及煙囪 不銹鋼 1.5m 　

　　以239A型為例，沼氣燃燒器用碳鋼制造，火種環(huán)用耐熱鑄鐵制造，火種氣噴嘴用不銹鋼制造。燃燒器的外罩上有火焰觀察口、點火口和檢查口，燃燒器配備火種氣管。沼氣燃燒器的工作方式：通過壓力傳感器監(jiān)測厭氧反應(yīng)罐或沼氣貯罐的壓力，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓力后，先由點火系統(tǒng)自動在燃燒器上形成火種火苗(如火種火苗熄滅則系統(tǒng)會自動重新點火，如重新點燃未成功則系統(tǒng)會停車并告警)；火苗點燃后，沼氣進(jìn)入燃燒器開始燃燒，轉(zhuǎn)動風(fēng)門以調(diào)節(jié)沼氣空氣比使沼氣火焰和火種火苗達(dá)到最穩(wěn)定；當(dāng)罐內(nèi)壓力低于預(yù)定壓力后，壓力傳感器給出信號以控制熄滅火種火苗并關(guān)閉沼氣管路。?
　　沼氣燃燒器的安裝位置須按照建筑設(shè)計防火規(guī)范GBJ16—87(1997年版)的要求設(shè)計，與沼氣貯罐或厭氧反應(yīng)罐的距離應(yīng)大于25m，沼氣貯罐與二級建筑物的防火間距為12m。

3 結(jié)語

　　一個完善的沼氣燃燒系統(tǒng)的設(shè)計要充分考慮安全性、環(huán)境影響、控制和運行管理的可行性，并根據(jù)工程的實際情況和安裝條件來選擇沼氣燃燒器的類型及控制程度等。

參考文獻(xiàn)：

　?。?］Robert A Corbitt.Standard handbook of environmental engineering［M］.Washington DC:McGraw-Hill Inc,1990.
　　［2］ 鄂海利，周定.電化學(xué)間接氧化法處理H₂S氣體的研究［J］.化工環(huán)保，2001,21(1):6-10.
　?。?］ 黃兵.生物膜填料塔凈化低濃度硫化氫惡臭氣體研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1999,22(4)：18-22.

---

　　電　　話：(021)64369722 　013817760356
　　收稿日期：2001-11-29