北京排水集團高碑店污水處理廠(chǎng)沼氣熱電聯(lián)供情況介紹論文

　　目錄

　　一、沼氣來(lái)源及利用

　　二、沼氣安保、凈化、儲存、分配設施設備配置狀況

　　三、沼氣發(fā)動(dòng)機-余熱回收-發(fā)電機組設施設備配置狀況

　　四、沼氣熱電聯(lián)供經(jīng)濟分析

　　五、沼氣熱電聯(lián)供運行維護方式及現存問(wèn)題

　　北京排水集團高碑店污水處理廠(chǎng) 沼氣熱電聯(lián)供情況介紹

　　北京排水集團高碑店污水處理廠(chǎng)是北京市擬建的15座城市污水處理廠(chǎng)中規模最大的，也是目前全國規模最大的城市污水處理廠(chǎng)，承擔著(zhù)市中心區及東部工業(yè)區總計9661公頃流域范圍內的污水收集與治理任務(wù)，服務(wù)人口240萬(wàn)，廠(chǎng)區總占地68公頃，總處理規模為每日100萬(wàn)立方米，約占北京市目前污水總量40％。高碑店污水處理廠(chǎng)位于北京市朝陽(yáng)區高碑店鄉界內，根據上游管網(wǎng)配套情況及資金狀況，按統一規劃分期建設的原則，分兩期實(shí)施。一期工程日處理污水50萬(wàn)立方米，總投資5.24億元人民幣，于1990年開(kāi)工，1993年底建成通水，1998年底一期泥區運行成功；二期工程日處理污水50萬(wàn)立方米，總投資11.2億元人民幣，于1995年開(kāi)工，1999年9月建成通水，2002年底二期泥區運行成功；自1993年底建成通水后，高碑店污水處理廠(chǎng)始終堅持滿(mǎn)負荷運行、全達標排放的水平，取得了明顯的社會(huì )效益和環(huán)境效益。

　　一、沼氣來(lái)源及利用

　　高碑店污水處理廠(chǎng)采用傳統活性污泥法二級處理工藝。污泥處理采用中溫及高溫兩級消化工藝，日產(chǎn)生化沼氣設計量為53000方，目前約25000方，其主要成份為甲烷（CH4）。其典型的組成為：

　　CH4 60%

　　CO2 30%

　　N2 8.0%

　　CO 0.3%

　　H2S 0.1%

　　其它 1.2%

　　LHV 5000-6000kcal/Nm3

　　經(jīng)科學(xué)認定，作為溫室氣體的甲烷CH4對大氣的危害是C02的24.5倍。如對沼氣處理不當，排放到大氣中，其對局部環(huán)境和整個(gè)地球的環(huán)境危害極大，國際環(huán)保組織對各個(gè)國家的`溫室氣體排放量都有一定的限制；同時(shí)，以甲烷為主要成份的生化沼氣是非常理想的再生能源。在城市污水處理行業(yè)，生化沼氣利用途徑一般有三種：

　　1．沼氣鍋爐：利用沼氣燃燒產(chǎn)生熱源加熱消化污泥--這種利用途徑只能利用沼氣熱值的50%;

　　2．沼氣內燃機-余熱回收-鼓風(fēng)機組：利用沼氣內燃機驅動(dòng)鼓風(fēng)機，并利用余熱回收裝置回收沼氣內燃機的余熱加熱消化污泥--這種利用途徑能充分利用沼氣熱值，一般可達沼氣熱值的85％到90%;

　　3．沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組：利用沼氣內燃機驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電與廠(chǎng)內供電并網(wǎng)，并利用余熱回收裝置回收沼氣內燃機的余熱加熱消化污泥--這種利用途徑能充分利用沼氣熱值，一般可達沼氣熱值的85%90%；

　　高碑店污水處理廠(chǎng)對生化沼氣采用“沼氣內燃機一余熱回收一發(fā)電機組”利用途徑，共計7臺機組，總發(fā)電功率近4MW，總熱功率約5MW，能夠解決全廠(chǎng)優(yōu)％的用電量和污泥消化5肌的用熱量，是一種典型的小型“燃氣熱電聯(lián)供”模式。

　　二、沼氣安保、凈化、儲存、分配設施設備配置狀況

　　城市污水處理廠(chǎng)的生化沼氣屬易燃易爆氣體，在生產(chǎn)和利用過(guò)程中必須配有相應的安保設施設備，一般為安全閥。阻火器、凝水器、水封、廢氣燃燒器等等；同時(shí)利用生化沼氣作燃料的燃氣內燃機對生化沼氣的質(zhì)量也有一定要求，典型值如下表，因此在進(jìn)入燃氣內燃機之前還要對生化沼氣進(jìn)行一系列凈化處理。

　　質(zhì)量保證不受限制

　　有條件質(zhì)量保證（可能會(huì )對排氣門(mén)、缸套和活塞環(huán)產(chǎn)生磨損） 氨最高含量（mg/10kwh）55殘油最高含量 （mg/10kwh）5

　　工程實(shí)踐中，生化沼氣凈化處理過(guò)程一般可歸納為沼氣脫硫、除油、除塵、除濕過(guò)程。根據燃氣內燃機對生化沼氣的要求不同和工程實(shí)踐的差別，沼氣脫硫、除油、除塵、除濕過(guò)程的工藝線(xiàn)路及其設施設備配置是有所差別的。

　　高碑店污水處理廠(chǎng)一期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”，共計4套，由美國庫伯公司供貨，沼氣內燃機型號為6GTLB，自帶簡(jiǎn)單進(jìn)氣過(guò)濾除塵、除濕、除油裝置，外配干式脫硫塔兩座，脫硫劑為鐵屑；6GTLB型沼氣內燃機對進(jìn)氣壓力要求2bar到5bar，而消化池產(chǎn)生沼氣壓力一般為0.02bar，不超過(guò)0.035bar，故相應配置2臺沼氣增壓機（由美國AC公司供貨，型號為Ro-Flo Mode1 H11SM），1座2000方的高壓球罐等，這種增壓處理伴生了一部分沼氣除濕功能。具體處理工藝線(xiàn)路如下圖：

　　高碑店污水處理廠(chǎng)二期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”，共計3套，由奧地利顏巴赫公司供貨，沼氣內燃機型號為JMS316GS-B.L，自帶簡(jiǎn)單進(jìn)氣過(guò)濾除塵裝置，外配濕式脫硫塔兩座，脫硫劑為濃度50％的NaOH堿溶液；JMS316GS-B.L型沼氣內燃機對進(jìn)氣壓力要求0.05bar到0.1bar，故相應配置2臺管道式沼氣增壓器直接增壓后進(jìn)沼氣內燃機。具體處理工藝線(xiàn)路如下：

　　一期干式脫硫屬精脫硫，脫硫范圍小，但運行成本低；二期堿液濕式脫硫屬粗脫硫，脫硫范圍大，但安全性要求高，運行成本也高�？傮w說(shuō)來(lái)，一期沼氣凈化處理過(guò)程較二期復雜一些，相應安保設施設備（如：安全閥、水封、水器、阻火器等）數量也多一些，建設投資費也高一些，但脫硫、除塵、除油等效果較好，這可以從沼氣內燃機排氣管道廢積物數量和成分證實(shí)。

　　三、沼氣發(fā)動(dòng)機-余熱回收-發(fā)電機組設施設備配置狀況

　　高碑店污水處理廠(chǎng)一期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”，共計4套，由美國庫伯公司供貨， 1991年訂貨，沼氣內燃機型號為6GTLB，機械功率513KW，熱功率約600KW；余熱回收裝置由美國Vaporphase公司制造，換熱參數：W=2420-2、S=0.188，H=0.375，熱媒介質(zhì)為軟化水，使用泥水熱交換器給消化汕污泥加熱；發(fā)電機由美國KAT0公司制造，型號8P6.5-2200，輸出電壓三相AC6300V，發(fā)電容量470KW：高壓并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜由美國P0WELL公司制造，廠(chǎng)內并網(wǎng)，屬無(wú)限源負載；控制系統由庫伯公司隨機配套；工程設計單位是北京市政設計院；工程施工安裝單位是北京市政四公司；具體配置狀況如下圖：

　　高碑店污水處理廠(chǎng)二期“沼氣內燃機-余熱口收-發(fā)電機組”，共計3套，由奧地利顏已赫公司供貨，1995年訂貨，沼氣內燃機型號為JMS316GS-B.L，械功率約710KW，熱功率約850KW；余熱回收裝置國產(chǎn)化為“北京海淀永大機電設備制造有限責任公司”制造，產(chǎn)品系列號20023-5，換熱參數：面積＝46m2、壓力=0.55/1.09Mpa、溫度＝550／120℃，熱媒介質(zhì)為軟化水，使用泥水熱交換器給消化池污泥加熱；發(fā)電機型號DIDBN-110／105／1-4，輸出電壓三相AC6300V，發(fā)電容量652KW；高壓并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜由瑞典PURAC公司供貨，廠(chǎng)內并網(wǎng)，屬無(wú)限源負載；控制系統由奧地利顏巴赫公司隨機配套；工程設計單位是北京市政設計院；設備總承包單位是瑞典PURAC公司；工程施工安裝單位是北京市政四公司。具體配置狀況如下圖：

　　四、沼氣熱電聯(lián)供經(jīng)濟分析

　　高碑店污水處理廠(chǎng)一期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”于1999年初逐步投入運行；二期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”于2001年初使用一期消化池沼氣逐步投入運行。當時(shí)沼氣產(chǎn)量不足，同時(shí)機組設備故障率也居高不下，發(fā)電量嚴重不足；隨著(zhù)一期消化池沼氣產(chǎn)量逐步提高，機組設備也在逐步度過(guò)運行磨合期，完好率有所提高，2001年共完成發(fā)電量420萬(wàn)度（價(jià)值約250萬(wàn)元RMB），產(chǎn)熱量約43億大卡（相當于7000噸0.4Mpa壓力的水蒸汽熱量，價(jià)值約60萬(wàn)元RMB）； 2002年共完成發(fā)電量650萬(wàn)度（價(jià)值約390萬(wàn)元RMB），產(chǎn)熱量約65億大卡（相當于10000噸0.4Mpa壓力的水蒸汽熱量，價(jià)值約

　　80萬(wàn)元RMB）；2002年底隨著(zhù)二期消化池成功投入運行，到2003年初，整個(gè)泥區沼氣產(chǎn)量快速提高，日產(chǎn)沼氣約25000方，日發(fā)電量約4.8萬(wàn)度，日產(chǎn)熱量約5000萬(wàn)大卡；隨著(zhù)消化池溫度逐步提高和穩定，污泥消化將更趨穩定，2003年日平均產(chǎn)氣量可望達到31000方，日平均發(fā)電量可望達到5.5萬(wàn)度，日平均產(chǎn)熱量約6000萬(wàn)大卡， 2003年全年發(fā)電量可望達到2000萬(wàn)度（價(jià)值約1200萬(wàn)元RMB），產(chǎn)熱量約220億大卡（相當于37000噸0.4Mpa壓力的水蒸汽熱量，價(jià)值約300萬(wàn)元RMB）；

　　高碑店污水處理廠(chǎng)一期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”總投資約6000萬(wàn)元RMB（包括用于沼氣發(fā)電的沼氣管線(xiàn)和余熱利用設施設備，但不包括沼氣壓縮機房）；二期“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”由于沒(méi)有沼氣增壓機、高壓球罐等設施，同時(shí)也無(wú)需重復投資廢氣燃燒器設施設備，故總投資比一期有所降低，約5000萬(wàn)元RMB（包括用于沼氣發(fā)電的沼氣管線(xiàn)和余熱利用設施設備）；高碑店污水處理廠(chǎng)“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”總投資約1.1億元RMB。根據日處理污水100萬(wàn)噸的設計量，全面而穩定運行的污泥消化日產(chǎn)沼氣應為53000方，但目前高碑店污水處理廠(chǎng)實(shí)際處理水量不足，全面而穩定運行的污泥消化平均日產(chǎn)沼氣40000方應是現實(shí)可行的。平均日產(chǎn)沼氣40000方，平均日發(fā)電量可望達到7.5萬(wàn)度，平均日產(chǎn)熱量約8000萬(wàn)大卡，全年發(fā)電量可望達到2700萬(wàn)度（價(jià)值約1600萬(wàn)元RMB），產(chǎn)熱量約280億大卡（相當于48000噸0.4Mpa壓力的水蒸汽熱量，價(jià)值約400萬(wàn)元RMB）；高碑店污水處理廠(chǎng)泥區全面而穩定運行后，“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”年生產(chǎn)總值可達2000萬(wàn)元RMB。綜合考慮設備維護費、材料費（潤滑油、火花

　　塞、脫硫劑等）、人員管理費，以及設施設備折舊費（設施折舊期50年，設備折舊期20年）等各種因素，高碑店污水處理廠(chǎng)“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”投資匯報期約為7或8年，可見(jiàn)經(jīng)濟效益還是可觀(guān)的。

　　五.沼氣熱電聯(lián)供運行維護方式及現存問(wèn)題

　　高碑店污水處理廠(chǎng)“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”由分廠(chǎng)發(fā)電機班負責日常運行和維護，實(shí)行“橫班制”，保證24小時(shí)都有人值班。機組簡(jiǎn)單日常維護（如：換油、換火花塞等）和故障維修由發(fā)電機班負責，大修、中修和部分項修在總廠(chǎng)總工辦，設備科指導下由外協(xié)單位承擔；生產(chǎn)管理由分廠(chǎng)完成。經(jīng)過(guò)近三年運轉，在設施設備維護及生產(chǎn)管理兩方面仍存在不少問(wèn)題。

　　關(guān)于設施設備維護，可以分為沼氣凈化處理過(guò)程、沼氣內燃機組、發(fā)電并網(wǎng)用電調度過(guò)程、熱力利用調度過(guò)程等四方面，具體問(wèn)題有：

　　1．沼氣凈化處理過(guò)程：

　�。�1）沼氣硫含量居高不下，可達15000ppm，現有干式脫硫范圍約為500ppm到5000ppm，濕式脫硫范圍約為1200ppm到10000ppm，顯然不能完全徹底脫硫，建議將濕式脫硫和干式脫硫串聯(lián)起來(lái)，先濕式脫硫，后干式脫硫；

　�。�2）應設置單獨的沼氣除塵、除油、除濕裝置，以提高沼氣凈化程度；

　　2．沼氣內燃機組：一定要進(jìn)行機組設備備配件國產(chǎn)化工作，特別是火花塞的國產(chǎn)化工作以降低設備維護費用；

　　3．發(fā)電并網(wǎng)用電調度過(guò)程：

　�。�1）應由總廠(chǎng)統一協(xié)調和調度，保證沼氣發(fā)電能夠有效利用，避免送出廠(chǎng)外作無(wú)用功；

　�。�2）盡量在用電高峰多發(fā)電；

　　4．熱力利用調度過(guò)程：應由分廠(chǎng)統一協(xié)調，（1）盡可能利用沼氣內燃機組余熱；（2）加強熱力設施設備維護力量，充分提高熱交換器的換熱效率；

　　關(guān)于沼氣發(fā)電的生產(chǎn)管理，應設置單獨的生產(chǎn)統計和成本核算內容，其產(chǎn)出是熱、電，如前所述，年產(chǎn)值可達2000萬(wàn)RMB，其投入主要有：

　　1．設施設備維護費；

　　2．耗材費：主要有潤滑油、脫硫劑、火花塞等；

　　3．人工管理費；

　　4．設施設備固定資產(chǎn)折舊費；

　　建議一定要認真建立一支專(zhuān)業(yè)性較強的運行維護管理隊伍--在污水處理行業(yè)，“沼氣內燃機-余熱回收-發(fā)電機組”設備技術(shù)含量較高，運行安全性要求也較高，需要一支專(zhuān)業(yè)性較強的運行維護隊伍，并實(shí)行單獨成本核算管理。