文档介绍：工艺设计说明
1、沼气管道与前部接口
根据PURAC的总体设计,考虑到二期工程的总沼气量需要,从厌氧罐接出的沼气管汇总后将采用DN450管径的沼气输送管,在进入沼气进化系统前设三通,一端接DN300沼气管至沼气火炬,另一端接手动阀门后至沼气净化系统。本方案起始位置自此DN450阀门始。详见场内沼气管网平面布置图及工艺系统图。
2、沼气脱硫工艺设计
厌氧发酵罐刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体,其组成绝大部分为气体燃料CH4与CO2外,还含有H2S和悬浮的颗粒状杂质。H2S不仅有毒,而且遇水蒸汽反应后极容易生成有很强腐蚀性的稀硫酸。因此,沼气中过量的H2S含量会危及发电机组的寿命,因此需进行脱硫净化处理。
本工艺拟采用生物脱硫法对沼气进行脱硫处理。
生物脱硫法是利用微生物的作用,在微氧条件下将H2S氧化成单质硫或亚硫酸的脱硫过程。这种脱硫方法已在欧洲广泛使用,在国内某些工程已有采用,其优点是:不需要催化剂、不需处理化学污泥,产生很少生物污泥、耗能低、去除效率高。脱硫效率稳定,H2S去除率可达90%以上,脱硫成本低,,比化学脱硫法成本降低70%以上。
当沼气中进入了一定数量的氧气时,专门的好氧嗜硫细菌(如:丝硫细菌属或硫杆菌属等)可以将沼气中的硫化氢成分氧化成硫元素,并根据环境条件的不同,将其进一步氧化成硫酸。这种反应需要的条件为:氧气、营养液、温度、湿度与生长区域。
在不同的温度下会产生不同的好氧嗜硫菌群,一般认为,在25℃至35℃的温度环境下,好氧嗜硫菌群的生长与活动是最快的,因而在此温度下脱硫效果最高。
反应方程式如下:
2H2S + O2 →2H2O +2S
2H2S +3O2 →2H2SO3
氧气进入沼气中的方式有二种,一是将一定数量的压缩空气直接进入沼气管道内与沼气混合,在喷淋反应器内在特定的环境下与沼气中的硫化氢气体反应。二是将压缩空气通过曝气器进入培养液中,使培养液成为含有饱和氧分子的水,并在喷淋反应塔内与沼气中的硫化氢气体反应。
这二种方式各有优缺点,在此不做论述。在本案中,我们将二种方式并用,通过沼气成分分析仪的监测,控制脱硫后沼气中的氧含量并将信号输出至控制室,当沼气中氧含量超过设定值时停止一切与沼气有关的设备。
(2)脱硫系统工艺流程:

原沼气进入
沼气生物脱硫
喷淋反应塔
循环热水进出
(DN25)
泵送喷淋
培养液
喷淋培养
液回流
换热器
上清液回流
培养液补充
排渣
培养液
沉淀器
生物菌培养液曝气反应器
用于调节培养液的pH值
空气
备用加碱罐
罗茨鼓风机
图二:沼气生物脱硫系统工艺流程框图
(3)沼气生物脱硫系统说明
(a)沼气生物脱硫喷淋塔内的填料为微生物菌群提供了生存附着的场所与适宜的温度与湿度环境。
(b)通过反应器内的微孔曝气器通入空气,使培养液达到含饱和氧的程度。
(c)不断循环的喷淋培养液将溶解氧带入喷淋塔中,在微生物的作用下与沼气中的硫化氢行成生物化学反应。
(d)生物化学反应后所形成的物质与多余的脱硫细菌将从随喷淋营养液回流至生物菌培养液反应器内。
(e)生物反应的温度拟控制在一定的温度范围内,日常运行时温度的变化不宜太快,以控制在±2℃的范围内为宜。本案中将采用通过在循环水管道上设置小型热交换器的形式,用于保证培养液的温度维持稳定在一定范围内。
(f)正常运行时,培养液始终呈中性,并不需要加碱调节。当生物菌培养液中的pH值偏低,脱硫效果下降时,可适量加入液碱以调节培养液的pH值,以保证沼气脱硫的效果。
(4)生物脱硫系统的运行与控制
(a)沼气从喷淋反应器的下端进入,穿过填料层后从顶部离开,进入后续处理阶段,在沼气管道上应设有流量计,以随时监测管道内的沼气流量,此外,在沼气管道上还应安装有沼气成份分析仪,以定时监测沼气中脱硫后沼气内的硫化氢含量和甲烷含量。
(b)喷淋培养液从曝气反应器泵出经换热器后至喷淋反应塔上部进入,在实现喷淋循环的同时,通过换热器使系统中培养液维持在一定的温度环境下。
培养液的温度变化随进入脱硫系统的沼气温度、沼气流量、环境温度、补充液温度以及进入系统的空气温度的影响,由于难于准确计量这些参数对培养液温度的影响情况,因此,培养液的温度只能通过换热器来保证其具有较小的波动。
在调试运行时,首先确定一个适宜的温度值,如果温度下降,则开启换热器热水端的管道泵进行增温,而当温度增高到设定值时,则停管道泵。
(c)罗茨风机采用变频控制,通过培养液曝气反应器壁面上安装的ORP(氧化还原电位计)来测定培养液中的含氧量,并通过变频器调节控制罗茨风机的出风量,以使培养液中的含氧量控制在适当的范围。
这种控制方式的最终目的是控制进入沼