【生產實踐】IC塔沼氣燃燒系統開車調試總結

黃光明 先生

CEC項目管理部自控儀表安裝調試專業帶頭人；

從事自控儀表工程管理和調試工作。

  制漿造紙行業產生的廢水COD含量高，污染濃度高，對環境影響較大，近年IC反應器燃燒系統項目較多，通過IC塔沼氣燃燒系統開車調試總結，介紹了伊朗里海項目IC塔沼氣燃燒系統工藝流程、主要設備、現場儀表和控制系統及調試注意事項等。

1  工藝流程和設備

1.1設備情況介紹

    主要設備為IC反應器、沼氣穩壓柜和沼氣燃燒器。

1.1.1IC反應器

    如圖1所示，IC塔是一種廢水處理的裝置,可以把污水中的COD轉化為厭氧顆粒狀污泥。產生氣體的主要成分為二氧化碳(CO2)、甲烷氣(CH4)及少量的硫化氣體(H2S)。IC反應器是由二個厭氧處理單元組成，一個為高負荷反應單元，另一個為低負荷反應單元。沼氣首先需要聚集并產生氣提作用引發內循環流。本項目中厭氧處理由1臺IC內循環厭氧反應器進行，IC反應器容積為796m3（直徑6.5m，高24m）。

1.1.2沼氣穩壓柜

    如圖2所示，沼氣穩壓柜是由氣囊和浮頂組成。浮頂頂部的配重用于穩定氣體的壓力，產生的壓力為2.5～3.0kPa的表壓。沼氣穩壓器的體積可增大/減小，但都能保持設定的壓力不變。氣液分離器收集的沼氣流入沼氣穩壓柜，用超聲波液位計連續監測沼氣穩壓柜的氣位。

1.1.3沼氣燃燒器

    如圖3所示，沼氣燃燒器的最大燃燒能力為300m3/h，能滿足4000m3/d廢水處理系統每小時產生的沼氣。沼氣燃燒器產生的火炬由沼氣罐的氣位自動控制。當穩壓柜的氣位達到一定值時點火器自動啟動。當溫度計檢測到有150℃以上的溫度時，說明沼氣已經開始燃燒。當穩壓柜氣位達到主閥開啟位的氣位時，火炬主閥聯鎖開啟；當穩壓柜氣位下降到一定氣位時，火炬主閥會聯鎖關閉。本項目沼氣燃燒器為內含式火焰燃燒器，燃燒溫度高于815℃。

1.1.4氣水分離器

如圖3所示，氣水分離器是一種將沼氣、泥水混合物分離的裝置，IC反應器產生的沼氣由第一級三相分離器收集，然后經過上升管至氣液分離器內。

1.1.5點火控制器

如圖3所示，點火控制器主要由電源、點火線圈、分電器、點火開關、火花塞、附加電阻及其短接裝置、高低壓導線等組成。

1.2工藝流程

圖4  工藝流程-厭氧單元

圖4  工藝流程-沼氣單元

圖4  工藝流程-化學處理

圖4  工藝流程-廢氣處理

本系統由厭氧單元、沼氣單元和化學投料系統組成，如圖4所示。

1.2.1厭氧單元

    當廢水溫度超過38℃時，廢水經過冷卻塔進行降溫。將廢水的溫度由最高50℃降溫至約35℃，冷卻后的廢水流入調節預酸化池，本項目調節預酸化池容積為1000m3，能為日產4000m3/d廢水調節和預酸化6h。廢水經過調節預酸化池水解酸化，在調節預酸化池內安裝有pH分析儀和溫度計用于對pH、溫度連續監測。調節預酸化池內還可以投加NaOH或HCl，對廢水的pH值進行初步調整。首先污水在預酸化池被部分預酸化，然后污水進入IC內循環厭氧反應器中，最終被轉化為沼氣。在厭氧單元中最主要的反應是將COD轉化為沼氣，化學反應式為：

COD→CH4↑+CO2↑+新生厭氧污泥

    厭氧處理由1臺IC內循環厭氧反應器進行，IC反應器容積為796m3（直徑6.5m，高24m）。IC反應器出水自流入后續的好氧曝氣池。在IC反應器內轉化的COD的2%將成為厭氧顆粒污泥。也就是說，每日的產量約156kg，在IC塔內的污泥被定時取出，污泥顆�？梢杂糜贗C反應器的啟動。

1.2.2沼氣單元

    IC反應器產生的沼氣經過沼氣穩壓柜后，通過沼氣燃燒器進行燃燒處理。

1.2.3化學投藥系統

    本項目設有化學投藥系統用于投加酸、堿、營養鹽和混凝絮凝劑（PAC、PAM）。

2  單機調試與聯動試車

2.1單機調試

2.1.1工作內容

    （1）對所有的電動設備進行送電點動。確認接線正確、電機轉動方向正確、遠程控制正確。如現場有條件（有消防水等），在不損害電機與轉動軸的情況下，對設備工作電流進行確認、電機發熱測溫、過載保護測試。（2）現場指定一人發啟閉指令，MCC室指定一人操作，DCS室指定一人操作，調試人員記錄調試過程與結果。

 2.1.2調試先決條件

    調試設備必須安裝完畢，外觀完整，場地干凈。電氣接線和儀表接線完成并經檢查和測試后，才可進行單機調試。

2.1.3安全事項

    必須有一個調試小組，有調試經驗的人員參加。在符合施工安全的要求規范下，對單機進行調試。所有的設備僅僅可以點動調試，且MCC和DCS室需配備滅火器材。

2.1.4調試范圍

    調試范圍為厭氧系統和沼氣系統所有電氣和儀表設備調試，主要包含：現場儀表回路調試和參數設定、閥門動作調試、現場馬達正反轉調試、電氣操作按鈕及低壓配電柜信號調試、管道氣密封實驗及設備檢查、PLC系統上電和UPS調試。

2.2聯動試車

2.2.1工作內容

    聯動調試主要核定設施能否協調穩定連續運行，試驗設施過水能力能否達到設計要求，對所有相關的設備進行送電、送水運行，實現遠程及自動控制。對設備性能狀態進行測試�，F場指定一人發啟閉指令，MCC 室指定一人操作，DCS室指定一人操作，試車人員記錄試車過程與結果。

2.2.2調試先決條件

    設備必須安裝完畢，所有相關管道安裝、試壓、吹掃完畢，場地干凈。電氣接線和儀表接線完成并完成檢查和模擬測試。有足夠聯動用的清水。在以上條件全部完成后，才可進行聯動調試。 

2.2.3調試要求

    在聯動調試前需要對流量、壓力、液位等儀表進行調校，使其能夠準確測量各工藝參數；聯動調試開始后需對各分析儀進行調試，調試后的儀表能基本上反映工藝參數；在聯動調試前需要完成各儀表、控制閥門的回路測試，完成各單體設備的聯動調試；在聯動調試前DCS系統需完成畫面、程序、邏輯聯鎖調試；檢查自控系統在聯動調試階段運行狀況，巡查系統應正常反映各用電設備的工作狀況。

2.2.4安全事項

    在符合施工安全的要求下，進行聯動試車，且 MCC和DCS室需配滅火器材。

2.2.5聯動試車范圍

    厭氧聯動試車：所有電氣、自控儀表和氣動閥門等完成單機調試，DCS控制系統程序、邏輯聯鎖、畫面調試完成。

    沼氣系統聯動試車：所有電氣設備、自控儀表閥門相應聯鎖控制，沼氣系統由管道氣密試驗（前期）和控制模擬量測試完成。

2.3初IC反應器主要的控制方式和聯鎖條件

2.3.1初IC反應器進水流量控制

    進IC反應器的流量由設定值或調節預酸化池的液位或沼氣流量調節，這幾種方式均通過流量計FIRCQA202和IC反應器R201進水流量調節閥FV201的開度調節來實現。流量的自動控制值可以通過FIRCQA202.SEL按鈕選擇，根據調節預酸化池的液位控制程序或沼氣流量控制程序，進IC反應器的流量（設定值）通過PID控制IC反應器R201進水流量調節閥FV201的開度來維持，也可以通過輸入設定值FV201.MAN.SP。進IC反應器的流量FIRCQA202在任何情況下的設定值需要大于調節預酸化池的進水流量FIRQ101。  

2.3.2初沼氣處理控制

    IC反應器所產生的沼氣由沼氣流量計連續監測。在IC反應器運行時，沼氣流量不是恒定不變的，需要計算每5min的平均沼氣流量，該值作為沼氣控制功能。    

2.3.3初沼氣穩壓柜（V601）和沼氣燃燒器（F601）控制

    (1）沼氣穩壓柜用于儲存沼氣。其氣位由超聲波液位計連續監測，沼氣一部分被沼氣燃燒器F601燃燒，另外一部分沼氣回收利用。沼氣穩壓柜氣位過高將產生“高氣位”報警；如果氣位過低，將產生“低氣位”報警。 

    (2）沼氣燃燒器的控制：當氣位高于最低值時，輔助燃燒器控制閥開啟，點火單元啟動，點火單元為連續脈沖停頓操作：開30s/關1min。同時，點火器啟動一個計時器EX601.TI和一個計數器EX601.CT。 

3  生物啟動前必要的準備工作

    在業主確定啟動時間并提前二周通知帕克公司以后，帕克公司將首先提供污水處理廠啟動條件及方案，供業主進行相應的準備。在業主自查認為具備啟動條件后，帕克公司將派工藝工程師和電儀工程師到現場進行污水廠包括化驗室和控制室及以上所述條件的全面檢查核實，時間與業主協商后確定。

3.1初廢水和前期調試的準備

(1）污水

    生物啟動的首要條件是工廠必須有連續穩定的廢水排至污水廠。在生物啟動前應完成所有設備的單機調試和清水聯動試車。

(2）厭氧顆粒污泥

    將厭氧顆粒污泥裝入IC反應器，在厭氧污泥加入反應器之前，應檢查存留在IC反應器內水質的pH值，確保pH在6.5～7.5之間。根據廠方提供的進水負荷計算啟動的接種厭氧污泥量需要約700m3(TSS=100g/l，VSS/TSS=0.7)性能良好的厭氧污泥。處理的COD量及出水的水質狀況與接種厭氧污泥量及污泥性能密切相關。建議IC反應器的啟動厭氧污泥量需達到設計值，方能保障厭氧系統良好運行。若接種的厭氧顆粒污泥量少于設計值，則厭氧處理總量及處理效果會隨之減少，并且會影響厭氧顆粒污泥活性而造成惡性循環。假如厭氧顆粒污泥量為700m3，則厭氧反應器進水的SCOD總量需控制在25t/d以內（厭氧去除率按65%計），不高于25t/d，具體視運行情況及污泥性能進行調整。待處理水量及SCOD總量升高，需要視運行情況提前補充厭氧污泥。厭氧污泥接種之前，與厭氧反應器相連的各管口閥門、人孔、法蘭口必須確保關閉且無泄漏，污泥接種之后，由于存在沼氣的產生，不允許動火，厭氧反應器頂部也嚴禁動火。 

(3）溫度條件                        

    厭氧菌適宜的工作溫度是33～38℃。溫度高于 40℃，厭氧菌的活性會受到抑制，甚至死亡。因此，需要確保冷卻塔正常投入使用。

(4）生物處理系統用堿(30%NaOH)或鹽酸(31%HCl)

    本項目廢水需要投加堿調節pH值，生物啟動之前需要將液堿注入堿罐，并提前確定好可靠的堿供應商，以便隨時可以補充堿液，具體每天堿耗量需要根據實際水質情況而定。

    同時，根據實際水質情況，也可能本系統需要添加鹽酸，所以提前確定好可靠的鹽酸供應商，以便隨時可以補充鹽酸。

(5）營養鹽

    本項目生物處理過程中需要投加N、P營養元素，生物啟動之前需要準備至少兩周的用量（尿素10t、磷酸二氫銨5t），并提前確定好可靠的供應商，以便隨時可以補充營養鹽，具體每天營養鹽耗量需要根據實際水質情況而定。

以上化學品供參考，也可根據項目現場實際情況進行采購。

4  投料準備工作

4.1系統檢查和啟動

    厭氧污泥的輸送必須采用螺桿泵（轉速≤200r/min），厭氧污泥泵入IC反應器前，需保證IC反應器內有少量液位的清水（第一號取樣口有清水），厭氧污泥加入反應器后應盡快向反應器進水(pH＞6.5)。在進水前應進行如下檢查：供水、供電、供氣，所需化學品；IC反應器頂部的蓋板應全部關閉；IC反應器進出水管道上的手動閥應全部開啟；IC頂部脫氣罐下方的下降管閥門應開啟；反應器所有取樣管閥門及罐體上的其他閥門應全部關閉；檢查所有的參數設置是否恰當；檢查除沼氣燃燒系統外的所有設備是否處于自動狀態。 

4.2沼氣管路的吹掃

    由于啟動初期沼氣管路、沼氣處理系統的管路中存有大量的空氣，空氣與沼氣混合后其爆炸極限為4.4%～16%體積比，故不能馬上在沼氣燃燒器中點火。必須在反應器進廢水之前先用惰性氣體如N2吹掃沼氣管路系統二次后，方可向IC進廢水，待沼氣產生后，將其導入系統置換出氮氣后(可利用可燃氣體測試儀測定)方可點燃沼氣燃燒器，使沼氣處理系統正常工作。負荷率的提高和分析監測項目按操作手冊的原則進行。估計2周內反應器可滿負荷。

5  啟動前安全方面的準備

    (1）防爆區內不得有明火及非防爆的電氣設備使用；生物啟動前，各防爆區必須布置顯著的安全警示牌，沼氣排空時，火炬周圍必須有人警戒。對現場所有電器布線進行檢查，消除安全隱患，清理不必要的臨時線；對各構筑物進行檢查，確保所有的蓋板已就位；對各管路系統的閥位進行檢查，確保閥位正確，檢查所有的機械轉動部件必須安裝防護罩，要告知所有人員不得觸摸正在運行的機械傳動部件。 

    (2）所有化學品儲罐以及管路系統必須首先用清水試運行，確保沒有泄漏點后加入物料，人員在進行有關化學藥品的操作時須穿戴防護用品，如手套等必備品。在各水池上操作時嚴防人員跌落，水池尤其是曝氣池邊應有救生衣和救生圈。在水池邊操作時應有人監護。 

    (3）原廢水中含有較高濃度的硫酸鹽，因此在一系列的厭氧環境中會被還原為有毒的硫化氫。在易聚集硫化氫氣體的場所工作時需攜帶便攜式硫化氫報警器。因此在啟動前廢水處理廠應配備便攜式硫化氫報警器，同時還應配備必要的防毒面具。為防止可燃氣甲烷泄漏帶來的潛在危害，必須對沼氣處理系統進行泄漏檢查，工廠應配備便攜式甲烷(可燃氣體)報警器，以便于檢查和防范甲烷泄漏。

6  勞保用具

    因IC反應器在處理污泥過程中會產生有毒的、易燃易爆的氣體，如H2S、CH4等，因此需要購買防毒面具、硫化氫報警儀等儀器和防護品。

7  調試人員要求

    因沼氣系統對于制漿造紙廢水車間工作人員來說是陌生的，而且此工藝在運行過程中會產生易燃易爆、有毒氣體，因此調試期間必會派熟悉工藝流程、電氣、儀表、設備方面的人員進行調試。 

8  總結

    通過參加伊朗里海年產30萬t造紙項目廢水車間IC塔沼氣燃燒系統開車調試，從IC塔厭氧系統設備、單機聯動調試、控制聯鎖系統調試及投料前檢查、準備工作總結，給從事紙廠廢水系統沼氣燃燒系統開車調試人員參考和借鑒。