餐廚垃圾制沼氣凈化后返供城鎮燃氣管網的技術方案

譚麗娜 李新強

摘? 要：介紹當前餐廚垃圾的處理方式。以某市餐廚垃圾處理項目為例，探討餐廚垃圾制沼氣凈化后返供燃氣管網的技術方案：從數據采集分析、工藝流程優化、報警系統及遠傳監控系統運用等多方面進行探討，達到節省能源、廢物利用的目的。

關鍵詞：餐廚垃圾;沼氣凈化;數據分析;工藝流程;監控系統

中圖分類號：TU996.6+2? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

餐廚垃圾主要的特點在于含水率、含鹽量與有機物含量高，存在有病原菌和病原微生物，容易發酵、腐爛、變質。傳統的處理方式是集運到垃圾填埋廠進行預處理、消毒后填埋地下。這種方式缺點在于需要占用大量的土地，且在處理的過程中會出現滲濾液體，處理不當會造成土壤及水資源污染。隨著社會的不斷發展、科技不斷的創新，餐廚的處理方式不僅限于填埋處理，當前餐廚垃圾處理的新型方式為中溫、濕法、兩相、連續式厭氧消化處理工藝。該工藝的優勢：（1）經過厭氧消化后生成的沼氣可以發電;（2）經過厭氧消化后得到有機肥料;（3）經過厭氧消化后有機物質轉變成甲烷等氣體，可以二次利用，并實現垃圾減量化。

1 工程概況

某市餐廚垃圾處理項目日均生產沼氣量為1.5×104 m3/d，經過凈化提純后生成產品氣，需要反供城鎮燃氣管網。產品氣容積成分包括：甲烷約為96%，二氧化碳約為3%，氧氣約為0.5%，硫化氫含量約為10ppm。產品氣的輸出壓力為0.52～0.6MPa，溫度為25℃～45℃，流量為0～470N m3/h，高位發熱量≥31.4MJ/m3（以甲烷含量換算在101.325kPa，20℃時實際熱值>35MJ/m3）。產品氣的質量達到國家標準GB17820-2018《天然氣》規定的“二類氣”標準。目前，某市在役城鎮燃氣管網上游氣源來自兩處不同產地，其燃氣組分也不同。本文對沼氣凈化后如何接入燃氣管網進行技術方案探討。

2 現狀城鎮燃氣管網數據采集分析

某市在役城鎮燃氣管網上游氣源來自兩處不同產地，其燃氣組分及物理特征也不同。本文以A、B組分分別進行介紹。A組分與B組分天然氣及物理特征見表1。

根據表1資料顯示：城鎮燃氣管網有兩種不同氣源混入，混入后的管網在不同區域其溫度、壓力、組分及熱值也不同。沼氣凈化后的成品氣若要接入城鎮燃氣管網，首先需要確定接入點位置，其次需要采集接入點附近區域的數據進行分析。

根據餐廚垃圾處理廠選址，確定接入點位于管網的045區。根據2019年9月的監測報告，接入位置處于045區的數據符合相關規定。2019年9月監測報告（見表2）。

根據表2監測報告顯示：管網045區的燃氣低位熱值在37.66MJ/m3，沼氣凈化后成品氣的熱值為35MJ/m3與現狀管網045區低位熱值相比略有偏低。由于接入點位置045區近期及遠期規劃均為商住用地，目前已接入管網的部分下游用戶均為商業及居民用氣，其對燃氣的熱值高低并無特殊要求，故判定該區域位置可以實施管網連接。若接入點附近為工業用地，且生產工藝需要較高的熱值及穩定性，則需重新評估該方案的可行性。

3 沼氣凈化成品氣工藝流程優化

本項目設計方案主要優化產權分界點下游區域工藝流程，上游區域為現狀工藝流程，合格的產品氣從產權分界處進入調壓計量裝置，經過調壓計量后進入止回裝置（止回閥）從而進入城鎮燃氣管網。調壓計量裝置包括：進氣控制閥、過濾器、防爆電磁閥、調壓器、流量計、出氣控制閥，在調壓器與流量計前后各設置一處壓力表，進行壓力監測。

根據成品氣的輸出參數進行合理選用調壓計量設備的選型參數。調壓器進口壓力為0.5～0.7MPa，出口壓力為0.2～0.4MPa，額定流量為800m3/h，調壓器前后各設置一處壓力傳感器。流量計公稱壓力為1.6MPa，額定流量為800m3/h，配溫度、壓力補償儀及整流器。

防爆電磁閥需預留220V消防電源與后期安裝的可燃氣體探測器進行聯動。壓力表應選用彈簧壓力表，進口控制閥門處安裝壓力表量程為0～1.0MPa，出口控制閥門處安裝壓力表量程為0～0.6MPa為宜。

在調壓計量裝置下游設置止回閥，防水處理。在止回閥的前后各設置一個控制閥，安裝時需注意氣流方向與設備標定的安裝方向相同，避免城鎮燃氣管網內較高壓力的天然氣回流而損毀燃氣設備，確保燃氣設備的安全。沼氣凈化成品氣返供城鎮燃氣管網工藝流程見圖1。

4 報警系統及遠傳監控系統運用

調壓計量裝置頂部需設置防雨罩棚，在棚頂安裝兩處可燃氣體探測器，用于檢測可燃氣體泄漏。探測器通過耐火電線電纜連接至控制器并與防爆電磁閥聯動?？刂破靼惭b在沼氣站內的消防控制中心，防爆電磁閥安裝在調壓計量裝置上游。

調壓計量裝置附近需設置1臺防爆型數據遠傳裝置（數據采集控制器），對調壓器前后的壓力信號和流量計的壓力、溫度、流量信號進行監控，并遠傳至沼氣站的PLC控制柜。PLC控制柜帶有觸屏液晶文本顯示，具備參數設置、查詢、保存功能。PLC編譯器具備PROFIBUS-DP外接通訊接口，可將各項工藝參數實時上傳至沼氣站內PLC控制柜。燃氣公司利用SCADA系統經由DTU通訊將沼氣站內的PLC控制柜的工藝數據遠傳至搶險控制中心。如遇突發事件，可以緊急聯系巡檢人員進行現場控制。

5 注意事項

5.1 防雷防靜電

防雷方面：調壓計量裝置在沼氣站所屬的防雷范圍內，故不用考慮設備的防雷問題。架空管道的壁厚不小于4mm。防靜電方面：在調壓計量裝置基礎底部四周預埋扁鋼。進氣管道與出氣管道均采用圓鋼與扁鋼進行搭接。焊接處需進行防腐處理，管道的接地電阻值不得大于10歐姆。調壓計量裝置采用法蘭連接，在連接部位的兩端應采用截面積不小于6mm2的金屬導線進行跨接。

5.2 管道施工方式及安全措施

經過調壓計量后的成品氣管道優先選擇埋地敷設。沼氣站內管道包括：雨污水管、給水管、消防水管、沼氣管（多組）等。埋地管道優先選用鋼管或聚乙烯管。由于可敷設位置有限，實際施工時需滿足《大中型沼氣工程技術規范》GB/T51063規范的凈距要求。埋地無位置時，也可采用架空敷設，架空管道與其他管道的凈距需滿足《工業企業煤氣安全規程》GB6222規范的凈距要求。成品氣管道需沿耐火等級不低于二級的不燃燒實體墻進行敷設，滿足后期巡檢維護要求。市政管網接入點位置需設置一處埋地閥井。該閥井位于用地紅線外，便于巡檢人員及時維護與搶修。

5.3 管道加臭的具體要求

管道加臭的位置由產權單位之間進行協商確定。本次技術方案約定為調壓計量前進行加臭處理。城鎮燃氣管道內的加臭劑為四烴噻吩，且加臭劑含量不低于15mg/m3。供氣單位在成品氣接入調壓計量前進行加臭，加臭量應滿足《城鎮燃氣設計規范》GB50028要求，加臭劑的最小用量應符合：無毒燃氣泄漏到空氣中，達到爆炸下限的20%時應能察覺。

參考文獻：

[1]張學妙.凈化沼氣進入城鎮天然氣管網的技術措施[J].煤氣與熱力，2019，39（4）：B10-B12.

[2]牛軍，等.城鎮燃氣報警控制系統技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]金石堅，等.城鎮燃氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.