Способ утилизации газа станций аэрации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 16.01.81(21) 3275790/29-33 ($1)h4.КЯ,З с присоединением заявки М (23) Приоритет

F 23 Г 7/06

Государственный номнтет

СССР по делам нзобретеннй н отнрытайОпубликовано 1 1232. Бюллетень М 46

Дата опубликования описамия 15.12.82 (ЩУДК 628.54 ! 088.8) g ««»

Ю.С.Гайстер, В.П.Иванов, М.A.Ëàïèð, И.Р.3 обэин, -,.

?1.A.Ìàåâcêèé, A.Ñ.Õîðüêîâ и Ю.В.Яровой т

/

Проектный институт ".Мосгаэниипроект" упревцтения топливно-энергетического хозяйства при Мосго«рйона?тк»оме (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ГАЗА СТАНЦИЙ АЭРАЦИИ

Изобретение относится к сфере коммунального хозяйства и может применяться 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 — топли- 20 во 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 !1 ).

Недостатком указанного способа при условии его применения для утилизации биогаза, вырабатываемого в метантенках, является количественное несоответствие между количеством газа, вырабатываемого в металтенках, и количеством газа, идущего на сжигание в котельную для получения необходимой теплопроизводительности. Так, в летнее время,когда пар на станциях аэрации нужен в основном для технологических нужд (проведения технологического процесса сбраживания осадка в металтен ках ), вырабатываемое количество биогаза соответствуетпотребному. В этом случае выработанный гаэ сжигают в теплоагрегатах. В зимнее время потребность в паре резко возрастает как для технологических нужд, так и для нужд отопления. Вырабатываемого биогаза не хватает для покрытия потребной теплопроизводительности теплоагрегатов на 50-1003.

981760

Так как способы совместного сжигания бногаза и природного газа в одном теплоагрегате отсутствуют, недостающее тепло восполняют путем сжигания только природного газа, а вырабатываемый биогаэ сбрасывают 5 в атмосферу. Поэтому в случае применения известного способа для утилизации биогаэа, вырабатываемы биогаз утилизируется лишь частично, что приводит к повышенному расходу р природного газа и загрязнению окружающей среды.

Цель изобретения — снижение расхода природного газа в теплоагрегатах станций аэрации, уменьшение загрязнения окружаюцей среды за счет полной утилизации вырабатываемого биогаза.

Цель достигается тем, что согласно способу утилизации газа станции аэрации путем сжигания его в качест- 0 ве топлива, утилиэируемый гаэ накапливают в мокром газгольдере с последующей подачей на смешение при давлении 60-250 мм вод. ст. с природным газом и полученную смесь сжигают.

Способ осуществляется следующим образом.

В мокром газгольдере аккумулируется определенный запас биогаза.

Перед подачей биогаза в горелку для ЗО сжигания, его смешивают с природнымгазом в смесителе. Утилиэируемый газ подают в смеситель при давлении

60-250 мм вод, ст., а полученную смесь направляют в горелки ° 35

Наиболее целесообразно подавать биогаз на смешение при давлении

60-250;мм.вод.ст,, что обеспечивает нормальную работу горелочных устройств, так как снижение давле- 4р ния биогаза перед смесителем менее

60 мм. вод. ст. приводит к неустойчивой работе горелки вследствие проскока пламени внутрь горелки, а увеличение давления биогаэа более 45

250 мм вод.ст. приводит к срыву пламени.

Регулятор тепловой нагрузки связан с регулируюцим 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 биогаэа и природного газа.

Связь между вырабатываемым в метантенках количеством биогаза и количеством этого газа, направляемого на сжигание в тенлоагрегате,ocy- 60 ществляется следуюцим образом, Независимо от выработки биогаэа в метантенках за счет наличия мокрого газгольдера давление в линии утилиэируемого газа поддерживает- 65 ся постоянным. Газгольдер снабжен колоколом с водяным затвором для уравновешивания давления газа под колоколом.

Если количество биогаэа, вырабатываемого в метантенках, превышает количество биогаэа расходуемого на сжигание, колокол поднимается вверх. В случае же, если количество вырабатываемого биогаэа меньше количества потребляемого, то колокол опускается вниз. Регулирующий исполнительный орган на линии утилиэируемого газа, например регулирующую заслонку, располагают между газгольдером и смесителем. Работу регулируюцей заслонки связывают с положением колокола газгольдера. В случае, если колокол гаэ— гольдера достиг верхнего концевого включателя, регулирующая заслонка открывается полностью, и перед смесителем устанавливается давление равное 250 мм вод.ст. Расход утилизируемого газа при полностью открытой регулирующей заслонке выбирают равным или даже большим, ч м максимально возможная выработка биогаэа в метантенках. Вследствие этого колокол газгольдера начинает опускатьCsr вниз. По достижении колоколом газгольдера нижнего концевого выключателя регулируюцая заслонка прикрывается. Степень прикрытия регулируюцей заслонки выбирают таким образом, чтобы расход утилизируемого газа был не более максимально возможной выработки газа в метантенках, Этому условию отвечает такая степень прикрытия заслонки, при которой давление перед смесителем устанавливается не менее 60 мм. вод. ст.

Реализация способа позволяет полностью утилизировать вырабатываемый биогаз путем сжигания в теплоагрегате и обеспечить требуемую теплопроизводительность.

На чертеже представлена принципиальная схема технологического процесса использования предлагаемого способа.

Биогаэ вырабатывается в метантенке 1 и поступает1 газосборник 2. В газосборнике 2 от него отделяется влага во влагоотделителе (не показан ), и далее биогаэ направляют в мокрый газгольдер 3 под колокол

4 газгольдера 3. Иэ-под колокола

4 по трубопроводу 5 утилизируемого биогаза через предохранительноэапорный клапан 6 и регулируюцую заслонку 7 с электроприводом биогаз 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

9817бО

4, обеспечивающего давление биогаза 250 мм. вод. ст., а нижний концевой выключатель 10 — вблизи нижнего крайнего положения колокообеспечивающего давление биогаза перед смесителем 60 мм вод.ст

Природный газ через регулятор 11 давления предохранительно-запорный клапан 12, регулирующую заслонку 13 с электроприводом и дроссель (сопло j

14 подают в смеситель 8.

Смешанный гаэ направляют для сжигания в газовую горелку 15 парового котла 16, снабженного регулятором 17 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 биогаэа под колоколом

4 газгольдера 3 поддерживают равным

250 мм. вод. ст. Давление природного газа перед смесителем 8 выбирают выше, чем давление утилизируемого биогаза перед смесителем 8, например

400 мм. вод. ст. Это давление устанавливают регулятором 11. Величину площади сечения дросселя 14 рассчитывают, исходя из выбранных давлений утилизируемого биогаэа и природного газа, а также площади сечения гаэовыпускных отверстий газовой горелки 15, по известным формулам гидравлики с учетом потребной теплопроизводительности парового котла 16. Процесс сжигания начинают при полностью открытой заслонке 7.

Биогаэ 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 расчетньг 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 импульс прикрывает заслонку 7 таким образом, что давление перед смесителем 8 становится не менее 60 мм. вод. ст.

Б соответствии с известными формулами гидравлики это равносильно снижейию расхода утилизируемого биогаза в 2 раза. Так как практически на всех станциях аэрации максимально возможная выработка биогаэа составляет не менее 50% от максимально возможной,. биогаз начинает на5 капливаться в газгольдере 3, и колокол 4 поднимается вверх. В связи с падением давления биогаэа перед смесителем 8 падает давление смешанного rasa, которое примерно равно давлению биогаза перед смесителем 8, поэтому падает теплопроизводительность горелки 15. Падение теплопроизводительности горелки 15 сказывается на величине давления пара в котле 18 — давление падает.

IS Регулятор 17 нагрузки реагирует на падение давления пара открытием заслонки 13. Давление природного газа возрастает, а следовательно, увеличивается поступление природного

20 газа в смеситель 8.Доля природного rasa в смеси возрастает, возрастает и теплота сгорания смешанного газа, компенсируя уменьшение его расхода вследствие падения давления перед

25 горелкой 15, Значение теплопроиз. водительности горелки 15 восстанавливается, а следовательно, восстанавливается и давление пара в котле 16.

Количество поступающего воздуха

30 корректируется регулятором 22 соотношения воздуха, который включается по достижении заслонкой 7 прикрытого положения. Одновременно с включением регулятора 22 отключается от

35 работы регулятор 21. Такое переключение легко реализуется, например, с помощью переключателя, связанного с концевым выключателем, имеющемся в схеме управления электроприво40 дом заслонки 7, отключающим его при достижении заслонкой 7 установленной степени прикрытия.

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

250 мм. вод. ст.

Теплопроиэводительность горелки

15 растет, возрастает давление пара в котле 16. Регулятор 19 нагрузки реагирует на этоприкрытием заслонки

13 до тех пор, пока значение давления пара в котле 16 не восстанавливается. Одновременно с открытием заслонки 7 производится переключение работы регулятора 22 соотно60 шения на работу регулятора 21, например с помощью переключателя, управляемого концевым, выключателем привода заслонки 7. Колокол 4 газгольдера 3 начинает опускаться, 65 Далее цикл повторяется.

981760 IO

20

Предохранительно-запорные клапаны

6 и 12 являются приборами безопасности они выключают соответственно подачу утилизнруемого биогаза и природного газа в случае повышения или понижения давления этих газов перед смесителем 8 выше или ниже установленных пределов.

В случае, когда оптимальное количество вырабатываемого биогаза по каким-Либо причинам может станОвиться черезвычайно 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 rase, Давление утилизируемогo биогаза перед смесителем 8 равно нулю.

По достижении колоколом 4 газ гольдера 3 верхнего концевого выключателя 9 заслонка 7 открывается полностью, и процесс идет, как опи-, сано выше.

Использование предлагаемого способа уитлизации газа, вырабатываемого на станциях аэрации, по сравнению с существующимиобеспечивает полную утилизацию всего вырабатываемого на станции аэрации биогаза, что приводит к экономии природного газа и предотвращает загрязнение. 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, утилиэируемый 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.A. Сжигание газа на электростанциях и в промышленности.

М.-Л., Госэнергоиздат, 1960, с. 170-172 (прототип).

9817бО

Заказ 9685/57

Тираж 598 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Т. Лепахина

Редактор М. Келемеш Техред С.Мигунова Корректор A. Ференц