餐厨垃圾制沼气净化后返供城镇燃气管网的技术方案

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　　摘  要：介绍当前餐厨垃圾的处理方式。以某市餐厨垃圾处理项目为例，探讨餐厨垃圾制沼气净化后返供燃气管网的技术方案：从数据采集分析、工艺流程优化、报警系统及远传监控系统运用等多方面进行探讨，达到节省能源、废物利用的目的。
　　关键词：餐厨垃圾;沼气净化;数据分析;工艺流程;监控系统
　　中图分类号：TU996.6+2     文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0137-02
　　Abstract： Introduce the current disposal methods of kitchen waste. Taking the kitchen waste treatment project in a city as an example， this paper discusses the technical scheme of returning to gas pipe network after biogas purification from kitchen waste： discussed from the aspects of data collection and analysis， process optimization， alarm system and remote monitoring system， to achieve the purpose of energy saving and waste utilization.
　　Keywords： kitchen waste; biogas purification; data analysis; technological process; monitoring system
　　餐厨垃圾主要的特点在于含水率、含盐量与有机物含量高，存在有病原菌和病原微生物，容易发酵、腐烂、变质。传统的处理方式是集运到垃圾填埋厂进行预处理、消毒后填埋地下。这种方式缺点在于需要占用大量的土地，且在处理的过程中会出现渗滤液体，处理不当会造成土壤及水资源污染。随着社会的不断发展、科技不断的创新，餐厨的处理方式不仅限于填埋处理，当前餐厨垃圾处理的新型方式为中温、湿法、两相、连续式厌氧消化处理工艺。该工艺的优势：（1）经过厌氧消化后生成的沼气可以发电;（2）经过厌氧消化后得到有机肥料;（3）经过厌氧消化后有机物质转变成甲烷等气体，可以二次利用，并实现垃圾减量化。
　　1 工程概况
　　某市餐厨垃圾处理项目日均生产沼气量为1.5×104 m3/d，经过净化提纯后生成产品气，需要反供城镇燃气管网。产品气容积成分包括：甲烷约为96%，二氧化碳约为3%，氧气约为0.5%，硫化氢含量约为10ppm。产品气的输出压力为0.52～0.6MPa，温度为25℃～45℃，流量为0～470N m3/h，高位发热量≥31.4MJ/m3（以甲烷含量换算在101.325kPa，20℃时实际热值>35MJ/m3）。产品气的质量达到国家标准GB17820-2018《天然气》规定的“二类气”标准。目前，某市在役城镇燃气管网上游气源来自两处不同产地，其燃气组分也不同。本文对沼气净化后如何接入燃气管网进行技术方案探讨。
　　2 现状城镇燃气管网数据采集分析
　　某市在役城镇燃气管网上游气源来自两处不同产地，其燃气组分及物理特征也不同。本文以A、B组分分别进行介绍。A组分与B组分天然气及物理特征见表1。
　　根据表1资料显示：城镇燃气管网有两种不同气源混入，混入后的管网在不同区域其温度、压力、组分及热值也不同。沼气净化后的成品气若要接入城镇燃气管网，首先需要确定接入点位置，其次需要采集接入点附近区域的数据进行分析。
　　根据餐厨垃圾处理厂选址，确定接入点位于管网的045区。根据2019年9月的监测报告，接入位置处于045区的数据符合相关规定。2019年9月监测报告（见表2）。
　　根据表2监测报告显示：管网045区的燃气低位热值在37.66MJ/m3，沼气净化后成品气的热值为35MJ/m3与现状管网045区低位热值相比略有偏低。由于接入点位置045区近期及远期规划均为商住用地，目前已接入管网的部分下游用户均为商业及居民用气，其对燃气的热值高低并无特殊要求，故判定该区域位置可以实施管网连接。若接入点附近为工业用地，且生产工艺需要较高的热值及稳定性，则需重新评估该方案的可行性。
　　3 沼气净化成品气工艺流程优化
　　本项目设计方案主要优化产权分界点下游区域工艺流程，上游区域为现状工艺流程，合格的产品气从产权分界处进入调压计量装置，经过调压计量后进入止回装置（止回阀）从而进入城镇燃气管网。调压计量装置包括：进气控制阀、过滤器、防爆电磁阀、调压器、流量计、出气控制阀，在调压器与流量计前后各设置一处压力表，进行压力监测。
　　 根据成品气的输出参数进行合理选用调压计量设备的选型参数。调压器进口压力为0.5～0.7MPa，出口压力为0.2～0.4MPa，额定流量为800m3/h，调压器前后各设置一处压力传感器。流量计公称压力为1.6MPa，额定流量为800m3/h，配温度、压力补偿仪及整流器。
　　防爆电磁阀需预留220V消防电源与后期安裝的可燃气体探测器进行联动。压力表应选用弹簧压力表，进口控制阀门处安装压力表量程为0～1.0MPa，出口控制阀门处安装压力表量程为0～0.6MPa为宜。
　　 在调压计量装置下游设置止回阀，防水处理。在止回阀的前后各设置一个控制阀，安装时需注意气流方向与设备标定的安装方向相同，避免城镇燃气管网内较高压力的天然气回流而损毁燃气设备，确保燃气设备的安全。沼气净化成品气返供城镇燃气管网工艺流程见图1。 　　4 报警系统及远传监控系统运用
　　调压计量装置顶部需设置防雨罩棚，在棚顶安装两处可燃气体探测器，用于检测可燃气体泄漏。探测器通过耐火电线电缆连接至控制器并与防爆电磁阀联动。控制器安装在沼气站内的消防控制中心，防爆电磁阀安装在调压计量装置上游。
　　 调压计量装置附近需设置1台防爆型数据远传装置（数据采集控制器），对调压器前后的压力信号和流量计的压力、温度、流量信号进行监控，并远传至沼气站的PLC控制柜。PLC控制柜带有触屏液晶文本显示，具备参数设置、查询、保存功能。PLC编译器具备PROFIBUS-DP外接通讯接口，可将各项工艺参数实时上传至沼气站内PLC控制柜。燃气公司利用SCADA系统经由DTU通讯将沼气站内的PLC控制柜的工艺数据远传至抢险控制中心。如遇突发事件，可以紧急联系巡检人员进行现场控制。
　　5 注意事项
　　5.1 防雷防静电
　　防雷方面：调压计量装置在沼气站所属的防雷范围内，故不用考虑设备的防雷问题。架空管道的壁厚不小于4mm。防静电方面：在调压计量装置基础底部四周预埋扁钢。进气管道与出气管道均采用圆钢与扁钢进行搭接。焊接处需进行防腐处理，管道的接地电阻值不得大于10欧姆。调压计量装置采用法兰连接，在连接部位的两端应采用截面积不小于6mm2的金属导线进行跨接。
　　5.2 管道施工方式及安全措施
　　经过调压计量后的成品气管道优先选择埋地敷设。沼气站内管道包括：雨污水管、给水管、消防水管、沼气管（多组）等。埋地管道优先选用钢管或聚乙烯管。由于可敷设位置有限，实际施工时需满足《大中型沼气工程技术规范》GB/T51063规范的净距要求。埋地无位置时，也可采用架空敷设，架空管道与其他管道的净距需满足《工业企业煤气安全规程》GB6222规范的净距要求。成品气管道需沿耐火等级不低于二级的不燃烧实体墙进行敷设，满足后期巡检维护要求。市政管网接入点位置需设置一处埋地阀井。该阀井位于用地红线外，便于巡检人员及时维护与抢修。
　　5.3 管道加臭的具体要求
　　管道加臭的位置由產权单位之间进行协商确定。本次技术方案约定为调压计量前进行加臭处理。城镇燃气管道内的加臭剂为四烃噻吩，且加臭剂含量不低于15mg/m3。供气单位在成品气接入调压计量前进行加臭，加臭量应满足《城镇燃气设计规范》GB50028要求，加臭剂的最小用量应符合：无毒燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时应能察觉。
　　参考文献：
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　　[2]牛军，等.城镇燃气报警控制系统技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
　　[3]金石坚，等.城镇燃气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.
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