Способ утилизации газа станций аэрации Советский патент 1982 года по МПК F23G7/06 

154) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ГАЗА СТАНЦИЙ АЭРАЦИИ

Изобретение относится к сфере коммунального хозяйства и может приме няться на очистных сооружениях -городских канализационных сетей, а конкретно на станциях аэрации с биологической очисткой осадка, образующегося в отстойниках. Образующийся при обработке осадка в метантенках биогаз в значительной мере (до 65% ) состоит из метана и имеет теплоту сгорания около 5000 ккал/м.

Известен способ сжигания газа в теплоагрегате при стабилизации регулятором тепловой нагрузки выходного параметра теплоагрегата, например давления пара парового котла,

В основу известного способа положен принцип автоматического регулирования соотношения тепло - топливо при помощи регулятора нагрузки, который поддерживает неизменным значение- давления пара в барабане котла. В случае увеличения расхода пара его давление в барабане котла падает, регулятор нагрузки дает команду регулирующему исполнительному органу на линий подачи газа и :количество подаваемого в горелки газа увеличивается до тех пор,пока не произойдет восстановление

величины давления пара в барабане котла. Необходимое соотношение газа и воздуха, подаваемого в горелку, автоматически поддерживается регулятором соотношения топливо воздух tl .

Недостатком указанного способа при условии его применения для утилизации биогаза, вырабатываемого в

10 метантенках, является количественное несоответствие между количеством газа, вырабатываемого в металтенках, и количествен газа, идущего на сжигание в котельную для полу15чения необходимой теплопроизводительности. Так, в летнее время,когда пар на станциях аэрации нужен в основном для технологических нужд ( проведения технологического про20цесса сбраживания осадка в металте1Гках ), вырабатываемое количество биогаза соответствует потребному. В этом случае выработанный газ сжигают в теплоагрегатах. В зимнее время

25 потребность в паре резко возрастает как для технологических нужд, так и для нужд отопления. Вырабатываемого биогаза не хватает для покрытия потребной теплопроизводительности

Тлк как способы совместного сжигания биогаза и природного газа в одном теплоагрегатв отсутствуют, недостающее тепло восполняют путем сжигания только природного газа, а вырабатываемый биогаз сбрасывают в атмосферу. Поэтому в случае применения известного способа для утилизации биогаза, вырабатываемы15 биогаз утилизируется лишь частично, что приводит к повышенному расходу природного газа и загрязнению окружающей среды.

Цель изобретения - снижение расхда природного газа в теплоагрегатах станций аэрации, уменьшение загрязнения окружающей среды за счет полной утилизации вырабатываемого биогаза .

Цель достигается тем, что согласно способу утилизации газа станции аэрации путем сжигания его в качестве топлива, утилизируемый газ накапливают в мокром газгольдере с последующей подачей на смешение при давлении 60-250 мм вод. ст. с природны газом и полученную смесь сжигают.

Способ осуществляется следующим образом.

В мокром газгольдере аккумулируется определенний запас биогаза. Перед подачей биогаза в горелку для сжигания, его смешивают с природным газом в смесителе. Утилизируемый газ подают в смеситель при давлении 60-250 мм вод. ст., а полученную смесь направляют в горелки.

Наиболее целесообразно подавать биогаз на смешениеi при давлении 60-250 1 мм.вод ..ст ., , что обеспечивает нормальную работу горелочных устройств, так как снижение давления биогаза перед смесителем менее 60 мм. вод. ст. приводит к неустойчивой работе горелки вследствие прокока пламени внутрь горелки, а увеличение давления биогаза более 250 мм вод.ст. приводит к срыву пламени.

Регулятор тепловой нагрузки связан с регулирующим исполнительным устройством, установленным на линии природного газа и, увеличивая или уменьшая подачу природного газа, обеспечивает стабилизацию параметра теплоагрегата путем поддержания требуемого суммарного количества тепла от сжигания биогаза и природного газа.

Связь между выpaбaтывaeмы -i в метантанках количеством биогаза и количестве этого газа, направляемого на сжигание в тёплоагрегате,осуществляется следующим образом.

Независимо от выработки биогаза в метантенках за счет нгшичия мокрого газгольдера давление в линии утилизируемого газа поддерживается постоянным. Газгольдер снабжен колоколом с водяным затвором для уравновешивания давления газа под колоколом.

Если количество биогаза, вырабатываемого в метантенках, превышает количество биогаза расходуемого на сжигание, колокол поднимаеся вверх.В случае же, если количество вырабатываемого биогаза меньше количества потребляемого, то колокол опускается вниз. Регулирующий исполнительный орган на линии утилизируемого газа, например регулирующую заслонку, располагают между газгольдером и смесителем. Работу регулирующей заслонки связывают с положением колокола газгольдера. В случае, если колокол газгольдера достиг верхнего концевого включателя, регулирующая заслонка открывается полностью, и перед смесителем устанавливается давление равное 250 мм вод.ст. Расход утилизируемого газа при полностью откртой регулирующей заслонке iзыбиpaют равным или даже большим, ч4м максимально возможная выработка биогаза в метантенках. Вследствие этого колокол газгольдера начинает опускаться вниз. По достижении колоколом газгольдера нижнего концевого выключателя регулирующая заслонка прикрывается. Степень прикрытия регулирующей заслонки выбирают таким образом, чтобы расход утилизируемого газа был не более максимально возможной выработки газа в метант€;нках. Этому условию отвечает такая степен прикрытия заслонки, при которой давление перед смесителем устанавливаеся не менее 60 мм. вод. ст.

Реализация способа позволяет полностью утилизиро.вать вырабатываемый биогаз путем сжигания в тёплоагрегате и обеспечить требуемую теплопроизводительность .

На чертеже представлена принципиальная схема технологического процесса использования предлагаемого способа.

Биогаз вырабатывается в метантенке 1 и поступает газосборник 2. В газосборнике 2 от него отделяется влага во влагоотделителе ( не показан ), и далее биогаз направляют в мокрый газгольдер 3 под колокол 4 газгольдера 3. Из-под колокола 4 по трубопроводу 5 утилизируемого биогаза через предохранительнозапорный клапан 6 и регулирующую заслонку 7 с электроприводом биогаэ направляют в смеситель 8. На мокром газгольдере 3 устанавливают концевые выключатели: верхний 9 и нижний 10. Верхний концевой выключатель 9 устанавливают вблизи верхнего крайнего положения колокола

4, обеспечивающего давление биогаза мм. вод. ст., а нижний концевой выключатель 10 - вблизи нижнего крайнего положения колокола 4, обеспечивающего давление биогаза перед смесителем 60 мм вод. Природный газ через регулятор 11 давления предохранительно-запорный клапан 12, регулируюидую заслонку 13 с электроприводом и дроссель ( сопло 14 подают в смеситель 8.

Смешанный газ направляют для сжигания в газовую горелку 15 парового котла 16, снабженного регулятором 1 нагрузки. Воздух на горение подают от вентилятора 18 с направляющим ап;паратом 19 по воздуховодам 20 в га,зовую горелку 15. Соотношение топливо - воздух поддерживают двумя регуляторами 21 и 22 соотношения.

Работу по предлагаемому способу организуют следующим образом.

Давление биогаза под колоколом 4 газгольдера 3 поддерживают равным 250 мм. вод. ст. Давление природного газа перед смесителем 8 выбира выше, чем давление утилизируемого богаза перед смесителем 8, например 400 мм. вод. ст. Это давление устанавливают регулятором 11. Величину площади сечения дросселя 14 рассчитывают, исходя из выбранных давлений утилизируемого биогаза и природного газа, а также площади сечения газовыпускных отверстий газовой горелки 15, по известным формулам гидравлики с учетом потребной теплопроизводительности парового котла 16. Процесс сжигания начинают при полностью открытой заслонке Биогаз подают к смесителю 8 при давлении, равном давлению в газгольдере 3 за вычетом потерь на преодоление гидравлических сопротивлений трубопровода 5 от газгольдера 3 до смесителя 8, т.е. несколько ниже 250 мм.вод.ст. Величина потерь может быть определена расчетные или экспериментальным путем. Регулятор 19 нагрузки поддерживает необходимое значение давления пара в котле 18, открывая или прикрывая заслонку 13. Необходимое соотношение газ - воздух поддерживают регулятором 21, который воздействует на направляющий аппарат 19 вентилятора 18 в зависимости от давления смешанного газа. Колокол 4 опускается до нижнего концевого выключателя 10, управляющий иг-тульс прикрывает заслонку 7 таким образом, что давление перед смесителем 8 становится не менее 60 мм. вод. ст. В соответствии с известными формулами гидравлики это равносильно снижению расхода утилизируемого биогаза в 2 раза. Так как практически

на всех станциях аэрации максимально возможная выработка биогаза составляет не менее 50% от максимально возможной, . биогаз начинает накапливаться в газгольдере 3, и колокол 4 поднимается вверх. В связи с падением давления биогаэа перед смесителем 8 падает давление смешанного газа, которое примерно равно давлению биогаза перед смеси0телем 8, поэтому падает теплопроизводительность горелки 15. Падение теплопроизводительности горелки 15 сказывается на величине давления пара в котле 18 - давление падает.

5 Регулятор 17 нагрузки реагирует на падение давления пара открытием заслонки 13. Давление природного газа возрастает, а следовательно, увеличивается поступление природного газа в смеситель 8.Доля природного газа в смеси возрастает, возрастает и теплота сгорания смешанного газа, компенсируя уменьшение его расхода вследствие падения давления перед горелкой 15. Значение теплопроиз5водительности горелки 15 восстанавливается, а следовательно, восстанавливается и давление пара в котле 16.

Количество поступающего воздуха

0 корректируется регулятором 22 соотношения воздуха, который включается по достижении заслонкой 7 прикрытого положения. Одновременно с включением регулятора 22 отключается от работы регулятор 21. Такое переклю5чение легко реализуется, например, с помощью переключателя, связанного с концевым выключателем, имеющемся в схеме управления электроприводом заслонки 7, отключающим его при

0 достижении заслонкой 7 установленной степени прикрытия.

Колокол 4 газгольдера 3 поднимается вверх до тех пор, пока не достигнет верхнего концевого выклю5чателя 9. По достижении колоколом 4 верхнего конп.евого выключателя 9 управляющий сигнал заставляет заслонку 7 полностью открыться. Давление перед смесителем 8 становится равным

0 250 мм. вод. ст.

Теплопроизводительность горелки 15 растет, возрастает давление пара в котле 16. Регулятор 19 нагрузки реагирует на это прикрытием заслонки

5 13 до тех пор, пока значение давления пара в котле 16 не восстанавливается. Одновременно с открытием заслонки 7 производится переключение работы регулятора 22 соотно0шения на работу регулятора 21, например с помощью переключателя, управляемого концевым, выключателем привода заслонки 7. Колокол 4 газгольдера 3 начинает опускаться.

5

Далее цикл повторяется.

Предохранительно-запорные клапаны б и 12 являются приборами безопасности они выключают соответственно подачу утилизируемого биогаза и природного газа в случае повышения или понижения давления этих газов перед смесителем 8 или ниже установленных пределов.

В случае, когда оптимальное количество вырабатываемого биогаза по каким-либо причинам может становиться чрезвычайно малым (вплоть до нулевого значения ), процесс ведут аналогично описанному с той разницей, что заслонка 7 до достижении колоколом 4 газгольдера 3 концевого выключателя 10 закрывается полностью и горелка 17 переходит на работу на чистом природном газе,

Д двление утилизируемого биогаза перед смесителем 8 равно нулю.

По достижении колоколом 4 газго ьдера 3 верхнего концевого выключателя 9 заслонка 7 открывается , полностью, и процесс идет, как сано выше.

Использование предлагаемого способа уитлизации газа, вырабатываемого на станциях аэрации, по .сравнению с существую1 миобеспечи1ает полнуюугилизацию всего вырабатываемого На станции аэрации биогаза, что приводит к экономии природного газа и предотвращаетзагрязнение, окружающей среды.

Формула изобретения

Способ утилизации газа станций аэрации путем сжигания его в качестве топлива, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода

природного газа и уменьшения загрязнения окружающей среды, утилиз.ируемый газ накапливают в мокром газгольдере с последующей подачей на смешение при давлении 60-250 мм.вод.

ст. с природным газом и полученную смесь сжигают.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Спейшер В.А. Сжигание газа на

электростанциях и в промышленности, М.-Л,, Госэнергоиэдат, 1960, с. 170-172 (прототип).

f

П &

rf