大中型沼气工程设备运行维护技术

1、大中型沼气工程设备使用与维护技术提纲 大中型沼气工程设备构成大中型沼气工程设备构成 预处理设备技术现状与使用维护预处理设备技术现状与使用维护 厌氧发酵装置技术现状与使用维护厌氧发酵装置技术现状与使用维护 沼气净化与储存装置现状与使用维护沼气净化与储存装置现状与使用维护 沼气应用技术现状与设备使用维护沼气应用技术现状与设备使用维护1.大中型沼气工程设备构成1.1 我国沼气工程发展现状2010年底，已有大中小型沼气工程73032处，大型沼气工程4963处，中型沼气工程22795处；年产沼气总量142.6亿m3,折合标准煤2500万t，形成了户用沼气池、小型联户沼气、小型沼气工程、中型沼气工程、大型

2、沼气工程和特大型沼气工程全面发展的局面。沼气工程应用领域由粪污治理、工厂废水、生活污水治理发展到秸秆集中供气、生活垃圾沼气化处理等多元领域，原料多元化1.1 我国沼气工程发展现状1.1 我国沼气工程发展现状沼气能源应用也拓展到生活供气、工业能源供气（锅炉）、烤烟烤酒、沼气发电、净化压缩、汽车燃料等各方面，产业链得到极大延伸。沼气工程建设质量、技术装备水平提高,出现一 批有代 表性的沼气工程，起到良好的推广示范作用。新装置、新材料的技术引进和吸收缩小了和世界先进水平的差距。沼气工程运行管理水平需要进一步提高。1.大中型沼气工程设备构成按照工艺流程可分为 沼气发酵预处理装置与配套设备 沼气厌氧消化

3、器与配套设备 沼气净化与储存设备 “三沼”利用装置与设备 附属设备1.2 沼气工程设备构成与分类2.预处理设备技术现状与使用维护预处理设备技术现状与使用维护 预处理装置及配套设备预处理设施主要包括： 格栅渠、集料池、调配池、沉砂池、储料间、粉碎间等预处理配套机电设备主要包括： 格栅、混合搅拌、输送及进料泵、粉碎机等预处理设施和配套设备的功能定位： 收集原料并去除杂物；对秸秆等进行预处理达到工艺要求；原料混合得到工艺要求的浓度；保证进料顺畅保证进料顺畅预处理装置及配套设备格栅 畜禽粪便水中通常含有较多的浮渣（粪草、动物毛发等），这些悬浮物不仅可导致水泵、阀门和管道等机械设备损坏，而且会导致管道堵

4、塞、在厌氧器内发生淤积，减小有效容积，还会严重影响后续处理工艺的处理效果。因此畜禽粪污的处理必须强化预处理。 养牛场粪污采用综合利用处理工艺时，预处理应有粪草分离、切割装置。养鸡场粪污采用综合利用处理工艺时，粪水混合前应先清除鸡粪中的羽毛。当废水中含有羽毛、毛发等漂浮物较多时，应考虑在调节池前设置二级水力筛网、楔形筛网，以达到进一步去除杂质的目的。格栅可分为：固定格栅、水力筛网和格栅过滤机固定格栅在小型畜禽场沼气与废水处理系统中可采用固定格栅，在粪水沟进入集粪池之前安装固定格栅，栅条间距一般为1530mm，用以在粪水进入集粪池和水泵前拦截较大的悬浮物和杂质，防止后续的泵、管渠等设备被堵塞。格栅

5、一般可采用不锈钢材料，并且制成可移动式以便于清洗。水力筛网 作用：回收短小纤维（1-200mm直径）等杂物 筛滤是以机械处理为主的常用的固液分离方法，它是物理分离方法，是根据发酵物料的粒度分布状况进行固液分离的方法。大于筛网孔径的固体物留在筛网表面，而液体和小于筛网孔径的固体则通过筛网流出。物料中固体物的去除率取决于筛孔大小，筛孔越大则去除率越低，但这种筛网不容易堵塞，清洗次数少，反之，筛孔小则去除率高，但易堵塞，清洗次数多。目前最常用的是全不锈钢楔形固定筛，在适当的筛距下固体物去除率高、不易堵塞、而且结构简单且运行稳定可靠，因此成为畜禽养殖场污水处理沼气工程中首选的固液分离设备。 在养猪场废

6、水处理沼气工程项目中，全不锈钢楔形的固定式水力筛较适用于处理猪粪水，但其长度比通常使用的水力筛需增加，即增加猪粪水在格栅上的过流时间以保证充分的分离。 全不锈钢楔形固定水力筛的安装角度为60度，在万头猪规模的养殖场沼气工程中可使用一台SW1200型水力筛。格栅过滤机 与水力筛网相似，同属固定平面式水力筛网。固定式格栅过滤机用于去除污水中细小纤维和固体颗粒及液体中的固体颗粒的分离。 成本较高，在城镇污水处理工程中应用较多，在沼气工程项目还需要推广。 秸杆粉碎机由进料斗粉碎机上下机体定刀、动刀筛网风机出料管集料罐等组成。粉碎室内三组锤片动刀按120度角度均匀安装在主轴上。每组动刀由多片硬质刀片组成

7、，紧密排列。 工作中各种物料可直接投入料斗，进入粉碎室后，物料在高速旋转的锤片打击、切削撞击下而破碎。破碎物料在气流的引导下，沿着刀盘外沿连续不断受到锤片、齿板、筛片的打击、撞碰、挤压、搓擦，而被迅速粉碎，粉碎后的物料因受到离心力和风机的引力，迅速经过筛网，从风机管道输送到集料袋中。秸杆粉碎机的使用 1. 秸杆粉碎机应该固定在地上，最好是水泥地面，如需经常变动工作地点，粉碎机和电动机则要安装在用角钢制成的机座上。2. 秸杆粉碎机安装后要检查各部件的紧固情况，同时要检查皮带松紧度是否合适，电动机轴和粉碎机轴是否平行。3. 秸杆粉碎机启动前，操作者应先用手转动轮子，检查机壳内有无碰撞现象，轮子的旋

8、转方向是否与机器上箭头所指方向一致，电动机和粉碎机润滑是否良好。 4. 操作者不要随便更换粉碎机的皮带轮，以防转速过高或过低。5. 秸杆粉碎机启动后要先空转2-3分钟，无异常后再投料工作。6. 送料要均匀，以防堵塞闷车，不要长时间超负荷工作。若发现有杂音、轴承与机体温度过高和向外喷料等现象，应立即停机检查，排除故障。7. 仔细检查物料，以免金属等硬物进入秸杆粉碎机室造成事故。 8. 工作人员不要戴手套，送料时应站在粉碎机侧面，以防秸杆粉碎机反弹出的杂物打伤脸部，粉碎长茎秆时手不可抓得过紧，以防手被带入，粉碎机工作时，工作人员不得离开岗位。9. 停机前应停止秸杆粉碎机送料，待机内物料排除干净后，

9、再切断电源停机，停机后要进行清扫和维护保养。10. 秸杆粉碎机作业300小时后，须清洗轴承，更换机油，轴承内装机油以充满轴承座隙的1/3为好，最好不要超过1/2。长时间停机时，应把皮带卸下。集料（水）池 养殖场畜禽粪污（主要是冲洗水）经过格栅进入集料（水）池，经输送泵（一般使用潜污泵）输送至厌氧发酵装置。 1. 调配池一般采用机械搅拌或液下搅拌。 2. 水位不得低于泵的最低水位线 3. 调配池需要注意池底沉积物，特别是沉砂。可根据实际情况，每三个月清理一次。 4. 搅拌器应定期检查。 自吸式无堵塞排污泵使用要求1.环境温度45，介质温度 60。2.介质的PH值铸铁泵为6-9，不锈钢泵为1-14

10、。3.介质重度1240kg/m3。4.新泵工作前打开泵上方的加水阀门，加入不少于泵腔容积2/3的储液水，关紧阀门，以后使用不需要再加水。螺杆泵工作原理 由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间， 就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。1. 输送高粘度介质和含有颗粒或纤维的高固体含量的介质。2. 压力高而稳定，流量均匀，转速高，能与电机直联。

11、3. 流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性。4. 体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。5. 螺杆泵损失小，经济性能好。开机前必须先确定运转方向，不得反转。2.严禁在无介质情况下干运转，以免损坏定子。3.新安装或停机数天后的单螺杆泵，不能立即起动，应先向泵体内注入适量机油，再用管子钳板动几转后才可起动。4.输送高粘度或含颗粒及腐蚀性的介质后，应用水或溶济进行冲洗，防止阻塞，以免下次起动困难。5.冬季应排除积液，防止冻裂。6.螺杆泵使用过程中轴承箱内应定期加润滑油，发现轴端有渗流时，要及时处理或调换油封。7.管道中的进出口阀门关闭时不能开启泵。8.在运行中发生异常情况，应立即停车

12、检查原因，排除故障。 潜水搅拌机适用范围潜水搅拌机适用范围 1.最高介质温度不超过40； 2.介质的PH值在5-9之间； 3.液体密度不超过1.15千克/立方米； 4.长期潜水运行，潜水深度一般不超过20m。 沼气锅炉的安全使用1.沼气管道要严防泄漏。炉前段管道，送沼气前应用蒸气吹刷管道内的空气，然后送沼气。停沼气时，再用蒸气吹刷管内沼气。 2.点火之前先将风闸拉开，微开引风机，使炉膛内存气排出，并有一定负压。然后先点火，后开沼气，燃烧后逐渐调节沼气量。严禁先开气后点火。3.如果送沼气点不着或点着后又熄灭，在找出原因、排净炉膛内混合气体后再点。4. 停炉时要先关沼气再停风机。 沼气发电的余热利

13、用系统包含一换热总成，换热总成包括底架、循环水泵、缸套水换热器、烟气换热器和控制箱，还包括起连通作用的若干管路和设置在管路中的若干截止阀，换热总成上还设有循环水入口和出口，与储水罐、沼气反应罐内的热交换器构成水循环系统，即换热总成的循环水入口与储水罐连通，出口与沼气反应罐内的热交换器介质入口连通，沼气反应罐的热交换器介质出口与储水罐连通。缸套水换热器与烟气换热器串联，提供高温水用于沼气反应罐的保温及物料升温。 只有稳定运行的反应器才会有高的运行效果。在进料方面应按工艺设计要求进行，严禁有机负荷过高或过低、温度骤升或骤降等情况发生。这是因为厌氧微生物生活的温度要求比较广泛，中温甲烷菌的最佳生存温

14、度为300C380C，高温甲烷菌的最佳生存温度为500C600C，但对环境的突变比较敏感，在短时间内温度产生剧烈变化，将导致甲烷菌无法适应，影响甚至破坏消化过程。因此在厌氧反应器运行中应维持温度恒定。从提高处理效率减少能源消耗的角度讲，厌氧反应器宜维持稳定的中温或近中温（35或者305左右）的消化温度。采用热交换器加热的，应每日测量热交换器污水进、出口的水温。厌氧消化装置的管理运行与维护 厌氧消化器在启动之前应做好以下准备工作： a) 厌氧消化器及有关设施的底部沉砂应完全清除。 b) 厌氧消化器、管道、阀门及有关设备应试水试压合格。 c) 对各种水泵、电机、加热装置、搅拌装置、气体收集系统以及

15、其他附属设备等应进行单机调试和联动试运行。 d) 对与厌氧消化器运行有关的各种仪表应分别进行校正。 e) 应使水泵、阀门及相关设备处于正常状态，水路、气路畅通。 f) 水封加水至设计高度。 固态厌氧接种污泥在进入厌氧消化器前应加水溶化，经滤网滤去大块杂质后方可用泵抽入厌氧消化器。 应逐步升温(以每日升温2C为宜)使厌氧消化器达到设计的运行温度。 厌氧消化器进料应按相对稳定的量和周期进行，并不断总结，获得最佳的进料量和进料周期。 厌氧消化器的搅拌宜间隙进行，在出料前30min（1.5小时最佳），应停止搅拌。采用沼气搅拌的，产气量不足时，应辅以机械搅拌或水力搅拌等其它方式搅拌。 厌氧消化器的搅拌不

16、得与排泥同时进行。 厌氧消化器的搅拌不得与排泥同时进行。 宜对温度、产气量、化学需氧量(COD)、 pH值、挥发酸、总碱度和沼气成分等指标进行监测，掌握厌氧消化器运行工况，并根据监测数据及时调整或采取相应措施。厌氧消化器正常运行应符合下列规定： a) pH 6.57.8； b) 挥发酸(乙酸计)小于1000mg/L； c) 总碱度(重碳酸盐计)应大于2000mg/L； d) 沼气CH4 含量为50%80%。 厌氧消化器溢流管必须保持畅通，并应保持溢流管水封和池顶保护水封的液位高度。 厌氧消化器宜3a5a清理检修一次，各种管道及闸阀应每年进行一次检查和维修。 寒冷地区冬季应做好溢流管、保护装置的

17、水封、设备和管道的保温、防冻，防止结冰。 厌氧消化器停运期间，应保持池内温度4C 20C。 厌氧消化器停用较长时间时，应定期搅拌。 应定期检查沼气管路系统和设备是否漏气，如发现漏气，应立即停气检修。 厌氧消化器运行过程中，不得超过设计压力，严禁形成负压。 维护保养搅拌设备时，应采取安全防护措施。 严禁随便进入具有有毒、有害气体的厌氧消化器、沟渠、管道及地下井(室)。凡在这类构筑物或容器进行放空清理、维修和拆除时，必须采取安全措施保证易燃气体和有毒、有害气体含量控制在安全规定值以下，同时防止缺氧。4 沼气净化与储存装置主要包括脱水器、脱硫器、凝水器、沼气储存装置（气柜）、增压器、火炬燃烧器等。化

18、学脱硫原理目前，我国沼气工程上普遍采用干法氧化铁脱硫。在常温下将沼气通过脱硫剂床层，沼气中的H2S与活性氧化铁接触，生成三硫化二铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单质硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。当沼气中H2S浓度较高时，脱硫剂需经常更换，运行费用较高。脱硫：Fe2O3H2O + 3H2S = Fe2S3H2O + 3H2O + 63KJ 再生：Fe2S3H2O + O2 = Fe2O3H2O + 3S + 609KJ沼气提纯技术脱硫传统生物脱硫该技术是国内新建大型沼气发电

19、工程的主流脱硫技术，例如德清源沼气发电工程和山东民和牧业沼气发电工程均采用该技术。在生物脱硫塔内，沼气中的H2S被脱硫细菌氧化为单质硫，同时利用沼气中的CO2作为细菌碳源。在大型沼气工程中，水洗和生物脱硫常联用以去除H2S，使用废水或者沼气罐中的上清液从滤床顶部通入，沼气从底部通入，进入滤床前的沼气中通入2%5%的空气，滤床为水吸收H2S和脱硫细菌的生长提供充足的接触面积。由于该技术的脱硫催化剂为可自我繁殖的微生物，因此该技术的运行成本较低。生物脱硫器及除尘器 沼气阻火器适用于安装在输送可燃性沼气气体的管道和储罐上，防止在非正常情况下火焰于管道中的逆向传播，以避免灾难性事故的发生。沼气阻火器是

20、利用金属波纹盘之间狭缝间隙，对管道中传播的亚音速或超音速火焰具有淬熄作用的原理设计制造的。储气装置安全规程储气装置应配置必要的安全警示标记及报警系统。储气装置出口管应有防止产生负压的措施。储气装置出口管道及放空管道中应设置阻火器。钢制低压湿式气柜应在钟罩上设置容量上、下限标志，上限高度可取为设计容积高度的90%，下限高度可取为设计容积高度的10%，宜设置限位开关。钢制低压湿式气柜须配置自动放空管和手动放空管，管安装高度应高于操作平台3米以上，且应高出所在地面5米以上，并宜接至火炬系统；储气装置安全规程使用湿式气柜地区冬季空气调节室外温度-5，应采取添加防冻液、水槽保温层、保温墙、蒸汽加热装置等

21、防冻措施低压干式双膜气柜应设置补压与泄压自动恒压及手动恒压装置；钢制压力容器储气罐须设置安全阀，使用的安全阀须处于检验合格期内；储气罐须按照劳动安全部门规定进行管理；产气储气一体化膜气柜、玻璃钢等其他新材料气柜应设置相应自动及手动泄压装置；沼气增压压缩机宜露天或棚式布置；机棚或封闭式厂房顶部应采取通风措施。 储气装置安全规程每半年测定储气柜水封池内水的pH值。当pH值小于6时，应换水。储气柜外表面的油漆或涂料应定期重新涂饰。储气柜的升降装置应经常检查，添加润滑油；操作人员上下储气柜巡视或操作维修时，必须穿防静电的工作服，不得穿带铁钉的鞋子；严禁在储气柜钟罩处于低水位时排水。 沼气提纯技术概要沼

22、气提纯技术主要涉及脱硫、脱碳、脱水，而对于垃圾填埋气，还涉及脱氧、脱氮。脱碳是指脱除沼气中的CO2组分，脱碳技术是沼气提纯技术的核心。目前，商业化应用的沼气提纯方法主要有高压水洗法、物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法和深冷分离法，可以实现同步脱硫脱碳脱水。此外，还有专门用于脱硫或脱水的技术。沼气提纯技术高压水洗法高压水洗法是利用CO2 、H2S比CH4具有更强的水溶性的特点实现气体分离。最廉价的吸收剂是水，CO2和H2S在水中的溶解度比CH4大，且随着压力的升高， CO2和H2S在水中的溶解度将逐渐增大，从而实现高压水洗分离去除CO2和H2S 。通常沼气通过压缩后从吸收塔底部进入，水

23、从顶部进人进行错流吸收。吸收了CO2和H2S的水可以通过减压或者用空气吹脱再生，如果有废水利用，则不用对水进行再生。水洗法对沼气中的硫含量要求低，低硫沼气可不设计单独的脱硫装置。由于该方法需要大量的水资源，国内的示范工程均没有选用该技术。沼气提纯技术化学吸收法化学吸收法是以弱碱性溶液作为吸收剂将CO2和H2S从沼气中分离出来，化学反应的强选择性可以使CH4纯度更高，但一般需加热再生，能耗较高。化学吸收溶剂主要有醇胺溶液和碱溶液，例如：单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二甘醇胺（DGA）、甲基二乙醇胺（MDEA）、二异丙醇胺（DIPA）、NaOH、KOH、Ca(OH)2

24、和氨水。化学吸收法可再常压下运行，得到的生物甲烷浓度高，沼气中的H2S和CO2可同时脱除，但溶剂再生需要热量，需配套大量的其它设备。该技术适合不含O2的沼气，因为O2会氧化溶剂致其发泡变质。沼气提纯技术变压吸附法变压吸附法也叫分子筛吸附法，通过范德华力将气体分子吸附在具有较大比表面积的分子筛上，分离效果与分子特性和分子筛材料的亲和力有关。选择不同孔径的分子筛或调节不同的压力，能够将CO2、H2S、水蒸气和其它气体杂质选择性地从沼气中去除。变压吸附法是在加压条件下使CO2、 H2S、水蒸气和其它气体杂质吸附在碳分子筛上，当压力减小时，碳分子筛中吸附的化合物组分会释放出来，所以这个过程被称作“变压

25、吸附”（PSA）。通常用焦炭制作微米级孔隙结构的碳分子筛净化沼气。变压吸附法适合不含O2的情况，如果沼气中含O2在PSA的浓缩尾气中有可能使CH4达到爆炸极限，存在安全隐患。变压吸附与传统工艺相比反应条件温和、效果显著、经济可行，这就增加了其运用于工业生产的可能性。沼气提纯技术膜分离法膜分离法利用沼气中各种气体组分对渗透膜选择透过速率的不同，将CH4与CO2等气体分离，透过驱动力来自于膜两侧不同的气相分压，透过能力还取决于各组分对于膜的渗透性。膜分离技术装置简单，投资比溶剂吸收法低，但难以得到高纯度的CO2。膜分离主要有两种：高压气相膜分离、气相-液相吸收膜分离。沼气发电技术甲烷是一种可燃性气

26、体，热值也比较高。收集后的沼气和空气按照一定比例混合，喷射进发动机缸体，通过发电机组的发动机进行燃烧做功，内燃机做功后输出的扭矩带动发电机的转子绕组带动线圈高速旋转，完成发电流程。截至2007年底，我国累计建造的农业大中型沼气工程5,278座。其中沼气发电工程数量约占10%，总装机容量约20.8MW。BIOMA四冲程内燃机组四冲程内燃机组吸气行程吸气行程 压缩行程压缩行程点火作功点火作功 排气行程排气行程以上为一个周期，如此循环，以上为一个周期，如此循环，发动机不停运转，驱动发电机发动机不停运转，驱动发电机发电。发电。5 沼气发电对沼气质量要求沼气发电对沼气质量要求低热值不低于低热值不低于14

27、MJ/Nm3(相当于甲烷含量不低于相当于甲烷含量不低于40%）沼气温度在沼气温度在050 沼气成分要求见表沼气成分要求见表Volume content (CH4 %)H2S(mg/Nm3)氯氟化物Cl、 F(mg/Nm3)氨 NH3 (mg/Nm3)粉尘水405020010020粒度5m 总量30 mg/Nm3particle size 5m Content30 mg/Nm3无液体成分，湿度30 humidity 30 5060250125256030015030 工作原理：工作原理：将沼气、柴油的混合物在气缸内压缩，点火使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力，然后连接发电机发电。 优点：优点：

28、 可使用液体燃料或气体燃料； 能适应沼气产量和甲烷浓度的变化； 由气体燃料转为柴油燃料时，发电机组内不残留未燃烧的气体。 缺点：缺点：受沼气数量和质量的影响； 采用气体燃料时需要液体辅助燃料；需要液体燃料供给设备 ；控制机构较复杂，价格较单燃料发电机组稍高沼气沼气- -柴油双燃料发电机组柴油双燃料发电机组 工作原理：工作原理：将沼气在气缸内压缩，点火使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力，然后连接发电机发电。 优点：优点：无需辅助燃料油及供给设备 ； 燃料为一个系统，控制比双燃 料发电机组简单； 发电机组价格较低。 单燃料沼气发电机组单燃料沼气发电机组发电机组热利用热电联产能源平衡图 发电机组电

29、效率约为30%，余热能回收约为40%。冬季利用余热增温沼气发酵罐，若采用35 中温发酵工艺，则 不需外加热源。下面是TS浓度和加热量的一个大致比例。具体见热电联产能源平衡图。 TS = 8%，冬季余热100%用于增温； TS =10%，冬季余热60%用于增温； TS =12%，冬季余热40%用于增温。 沼气发电使用、维护、管理方便；冬季不需要新的热源；从能源输出率发电是最佳选择。发电机组热利用启动前准备：启动前准备：先测量电机是否正常，其次查电机的绝缘情况，如有漏电则难启动或运转以后时断时续。启动：启动：先断开电机输电负荷，同时不要将沼气阀全部打开，控制沼气流量，然后启动。运行：运行：启动后，不能急速加大进气量，因为沼气中含较多的二氧化碳，易导致发电机吭咽而停止。应缓慢开大气阀，用通气阀控制转速及电压，待机组转速增高、电机配电盘上电压表显示为220V时，加上负荷。此时电压必定下降而小于200V，继续开大沼气进量，使电压达到220V为止。 注意：注意：决不能将进气阀全部打开，尤其在无负荷的情况下，机组高速运行最易导致发电机烧毁！单燃料沼气发电机运行管理单燃料沼气发电机运行管理 发电机组应保持清洁，无漏油、漏水、漏气、漏发电机组应保持清洁，无漏油、漏水、漏气、漏电现象。电现象。 机组各部件应完