啤酒厂沼气综合利用工艺流程解析及其监测解决方案
啤酒厂沼气综合利用工艺流程解析及其监测解决方案
一、项目概况
广州某啤酒集团有限公司污水处理的厌氧处理过程中会产生大量沼气，其中沼气CH4含量较高(约70%~80%)，作为温室气体CH4对大气的危害是CO2的24.5倍。公司原处理方式是将污水经过IC厌氧反应器处理后同时产生沼气，沼气直接送至火炬燃烧后排空处理，但污水处理后的沼气以CH4为主要成分，是非常理想的再生能源，具有极高的利用价值。该公司啤酒厂每天大约10000~12000m³的沼气，相当于每日5.5×107~7.8×107kcal的热值未被利用，且沼气燃烧后产生的烟气中含有SO2，对环境造成了一定的污染，因此，啤酒集团选择了一个符合自身生产情况和清洁生产原则的工艺方案，充分利用这些沼气，达到了优化资源利用，创造较好经济效益和社会效益，真正变废为宝的目的。
二、工艺原理
1、工艺方案
该工艺方案是以沼气为能源，由脱硫设备、预处理设备、发电机组和溴化锂吸收式冷水机组和沼气监测系统组成。热电冷联供系统将高品位能源用于发电，发电机组排放的低品位能源(烟气余热、热水余热)用于制冷，实现能源的梯级利用，提高能源的综合利用率。经过脱硫预处理后的沼气进入燃气发动机燃
烧室燃烧，产生高温高压烟气推动燃气内燃机发电机组发电，产生电力在厂内低压并网，供啤酒生产用。排出燃气内燃机的烟气和发电机的水套循环水，直接进入烟气热水补燃型溴化锂吸收式冷水机组，驱动机组进行制冷运行，提供7~12℃冷冻水。
2、工艺流程
工艺流程
（1）沼气生产流程
目前该企业污水处理采用的是国际先进的IC-AS污水处理工艺。处理能力为25000t/d，污水处理过程为全自动控制。厌氧部分采用的是内循环式厌氧器(IC反应器)，内循环式厌氧反应器具有占地面积小、处理效率高、运行稳定可靠、耐高负荷冲击、能源消耗少等优点。好氧部分采用活性污泥法，曝气器采用较传统曝气头更节能的微孔曝气盘。经该系统处理后的水质COD<50mg/L，BOD<20mg/L，其水质不仅稳定达标排放。
沼气生产流程
啤酒废水先经粗格栅去除大颗粒漂浮及杂物，流入集水池。集水池污水由一级提升泵提升，经细格栅去除麦皮等细杂质后流入调节池。污水在调节池均衡水质、水量后由二级提升泵提升到预酸化池，在预酸化池里污水由IC供料泵提升至IC反应器，在IC反应器里，大部分有机物被厌氧活性污泥降解转化成沼气，沼气排出至沼气缓冲罐。经厌氧处理后的污水流入曝气池，曝气池由高压离心风机供气。在曝气池里剩余有机物进一步被好氧菌降解，出水经二沉淀池沉淀，上清液达标排放。二沉池污泥回流至曝气池进水，剩余污泥排去污泥浓缩池，浓缩池经带式压滤机脱水，干泥外运。
（2）沼气生物脱硫流程
从沼气缓冲罐引出的含H2S的沼气进入洗涤塔，在塔内和苛性碱反应脱除H2S，脱除了H2S的沼气于塔顶处排出洗涤塔。吸收液流至塔底，进入硫化物生物反应器。在反应器底部有空气布气系统，通过布气系统提供氧气，以保证反应器中微生物将溶解的硫化物转化成单质硫，同时产生生物碱。单质硫在硫反应器中分离，可直接作为化肥出售。脱硫的碱性滤液可直接返回入反应器中，从生化反应器出来的碱性溶液可循环回洗涤塔，以脱除沼气所含的硫化氢。
（3）沼气预处理流程
脱硫后的沼气首先经过阻火器，进入前置风机，接着进入冷冻换热器除湿干燥。含有凝结水的沼气进入汽水分离器中除去液态的水，然后经过过滤器，从过滤器出来的沼气经过风机升压，升压后的沼气经过空气冷却之后流向
阻火器，最后进入沼气发电机组。
（4）沼气发电流程
燃气内燃机组利用处理后的沼气来发电，在公司内低压(400V)系统上网，并通过配电系统向负荷供电。发电机组所产生的热量(包括烟气废热和套缸水废热)被送至溴化锂吸收式制冷机组制冷。
（5）溴化锂吸收式冷水机组制冷流程
烟气热水补燃型溴化锂吸收式冷水机组以发电机组排放的高温烟气和缸套水废热为主要驱动热源的吸收式冷水机组，当发电机组排放的烟气和热水余热供热量不能满足制冷需要时，可利用沼气直接燃烧以获得足够的供热量，以满足空调的负荷要求。制冷机组指出的冷量用冷水循环泵送到制冷用户处。配套的冷却塔和冷却水泵用以带走制冷机组吸收器的热量。
3、工艺监测
该工艺采用锐意自控一体化沼气分析系统Gasboard-9060同时在线监测CH4、H2S、O2、CO2浓度，当CH4含量高于60%时，沼气经脱硫、脱水，通过在线监测保证H2S含量符合发电机组气质要求后，直接用于沼气发电；低于60%时，直接燃烧用于溴化锂吸收式冷水机组的供热，以满足空调的负荷要求。对O2、CO2进行测量，以保证现场工艺安全；通过工艺调控，减少碳总量排放。
沼气成分在线监测工艺现场
针对污水沼气水份高、腐蚀性强等特点，Gasboard-9060采用了不锈钢防腐机柜及元器件防腐处理、全自动免维护预处理装置及H2S传感器寿命延长装置等。整个系统方案包含五大组成部分：
1　自主知识产权核心传感器
对于CH4、CO2的测量，Gasboard-9060的气体分析单元Gasboard-3200采用了锐意自控自主知识产权的非分光红外(NDIR)气体传感器技术，待测气体间无交叉干扰，测量准确度高；对于H2S、O2的测量，则采用了自主知识产权的长寿命电化学(ECD)传感器技术，可有效延长电化学传感器使用寿命，运行维护成本低。
2　红外气体传感器恒温装置
由于应用现场昼夜温差变化较大，传统的红外传感器虽然有温度修正，但仍会受环境温度变化的影响，以致出现昼夜浓度波动较大的情况。Gasboard-9060中设置了红外传感器恒温装置，精确控温，可以消除外界环境温度波动的干扰，测量结果不受影响。
3　独特的H2S传感器寿命保护装置
通常采用电化学传感器用于测量H2S的含量，但会在很多应用现场出现H2S传感器寿命短的现象。Gasboard-9060中采用了一套专门的H2S传感器寿命保护装置，能够使得H2S传感器的使用寿命提高30~40倍。
4　多级高效的沼气预处理系统
沼气湿度达到100%，且含有杂质，为保证凝结液态水不进入分析单元，避免杂质污染、堵塞管路和气室，系统采用管路伴热、柜体伴热、流量控制、除湿调节、汽水分离等措施，可以保证其安全、可靠运行。
5　全自动化的采样及排水装置
通过PLC自动控制方式切换采样与排水过程，保证测量的连续性。另外，排水周期可以通过程序进行设置。
啤酒的工艺流程三、经济效益和社会效益
啤酒集团采用一体化沼气分析系统Gasboard-9060同时在线监测工艺流程中的CH4、CO2、H2S、O2浓度，为沼气生产到资源化利用、工艺流程的安全控制、碳总量减排等环节提供科学准确地参考依据。两台燃气发电机组(460kW和961kW)，每年产生电力760万kWh。1台溴化锂烟气热水型冷水机组，
制冷功率为150万kcal，制冷机组每年节约电力220万kWh，既缓和了企业电力负荷，而且每年减少18t的CO2排放，相应的每年增加23.32t单质硫回收出售创造经济效益。通过沼气回收综合利用的实施，促进了公司节能降耗工作的开展。

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