污泥厌氧消化沼气安全系统的工艺设计

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1、污泥厌氧消化沼气安全系统的工艺设计摘要：本文以典型的污泥厌氧消化沼气安全利用系统为例，着重从系统角度介绍了流程的设计、安全装置的设置以及系统压力的设定和控制。关键词：沼气利用安全系统工艺设计　　污泥厌氧消化是一种使污泥达到稳定状态的非常有效的处理方法。污泥中的有机物在厌氧条件下，在产酸细菌和甲烷细菌的先后作用下，经酸性消化阶段和碱性消化阶段分解为甲烷和二氧化碳为主要产物的消化气（沼气）。大中型污水处理厂对消化产生的沼气进行回收利用，可以达到节约能源、降低运行成本的目的。　　沼气由55％～70％的甲烷、25％～40％的二氧化碳和1％～5％的氮

2、硫化物和硫化氢组成。沼气与空气以1：5～14（体积比）混合时，如遇明火会引起爆炸。混合比超过此值时，是燃烧热值约4500～6000千卡／米3的燃料。空气中沼气含量到达一定浓度会具有毒性。因此，沼气是具有很高利用价值同时如果系统设计操作不当也有一定危险性的能源。　　图1、图2所示是一典型的污水处理厂污泥厌氧消化沼气利用系统的流程图。　　流程图2所示为常规低压系统。1沼气系统工艺流程设计及安全装置的设置　　沼气从消化池流入管道，首先经过冷凝水去除罐和脱硫装置，其目的是净化沼气。1.1沼气净化1.1.1冷凝水及杂质的去除　　沼气是高湿度的混合气。

3、沼气自消化池进入管道时，温度逐渐降低，管道中会产生大量含杂质的冷凝水。如果不从系统中除去，容易堵塞、破坏管道设备。　　沼气管道最靠近消化池的位置，沼气温降值最大，产生的冷凝水最多，在此点设置了冷凝水去除罐。在沼气系统中，管线一般都设计为1％左右或更大的坡度，低点设置冷凝水去除罐。较长的管线特别考虑一定的距离设置了一个去除罐。另外，在重要设备如沼气压缩机、沼气锅炉、沼气发电机、废气燃烧器、脱硫塔等设备沼气管线人口，在干式气柜的进口和湿式气柜的进出口处都设置冷凝水去除罐。有时在某些设备如沼气压缩机出口处还需要设置高压水去除罐。　　正常运行时，操

4、作人员每天检查时，都会发现一些去除器（特别是靠近消化池的）有大量的冷凝水排出。当构筑物和设备检修时，还可以向冷凝水去除器中注水，作为水封罐。1.1.2硫化氢的去除　　城市污水产生的污泥中温消化产生的沼气中含有0.005～0.01％的H2S，以粪便为原料消化产生的沼气中H2S约占总体积的0.5～1.0％。一般沼气利用设备要求沼气中H2S的含量低于0009％，所以，城市污水产生的污泥为原料产生的沼气利用时，可以不设脱硫装置，但是，以粪便为原料的消化沼气利用系统必须设置脱硫装置。1.2沼气安全利用　　沼气净化后进入贮气柜，贮气柜对整个系统具有气量

5、调蓄和稳压的作用。1.2.1火焰消除及爆炸防护　　在贮气柜进口管线上设置了消焰器，此外，在所有沼气系统与外界连通部位（如：与真空压力安全阀、机械排气阀连接安装。）以及沼气压缩机、沼气锅炉、沼气发电机等设备的进出口处、废气燃烧器沼气管进口处都安装了消焰器。消焰器内部填充了金属填料，当火焰通过消焰器填料间缝隙时，热量被吸收，气体温度降低到燃点以下，达到消焰目的。沼气与空气一定的混合比和遭遇明火是沼气爆炸或燃烧两个条件。消焰器的设置有效地防止了外部火焰进入沼气系统及火焰在管路中传播，进而防止了系统产生爆炸。从消化池流出的沼气中常带有泡沫和浮渣等杂

6、质，容易堵塞填料，阻碍气体通过，增加管路阻力。处理厂操作人员可以测量记录沼气通过不同部位消焰器的压力变化以确定检查清洗填料的周期，实际运行中经常会由于消焰器清洗不及时出现的系统压力波动和运行问题。设计时，在消焰器的前后一般设置阀门以便维护。1.2.2沼气利用　　净化后的沼气从贮气柜进入后续沼气利用系统，一般有三个分支：　　（1）沼气搅拌系统　　沼气由沼气压缩机送回消化池用以对消化污泥进行搅拌。　　（2）沼气利用系统　　沼气利用系统一般有：使用沼气锅炉直接为消化池或其他建筑物提供热能；使用沼气发电机发电提供电能处理厂内部使用，余热还可为消化池

7、或其他建筑物提供热能；使用沼气发动机提供直接带动处理厂的某些设备，余热还可为消化池或其他建筑物提供热能；直接作为可燃气体供给。　　（3）废气燃烧系统　　当沼气利用设备不能完全消耗消化池产生的沼气时，为防止沼气量不断增加致使系统压力超出正常范围，多余的沼气将被废气燃烧器烧掉。1.2.3压力安全防护装置沼气利用系统是一个压力系统，如果沼气收集和使用不平衡，系统压力可能升高超过允许值；污泥或沼气从消化池或气柜过快地排出可能引起构筑物内部的真空状态；为防止系统超压或处于真空状态对构筑物和设备可能造成的破坏性影响，保证系统的操作压力，使沼气不会经常排

8、放到空气中，在消化池和气柜顶部都设置了真空压力安全阀。　　因为真空压力安全阀安装在沼气系统与外界大气连通的部位，需要与消焰器同安，以避免外部的火焰进入沼气系统。在真空压力安全阀和