【生产实践】IC塔沼气燃烧系统开车调试总结

黄光明 先生

CEC项目管理部自控仪表安装调试专业带头人；

从事自控仪表工程管理和调试工作。

  制浆造纸行业产生的废水COD含量高，污染浓度高，对环境影响较大，近年IC反应器燃烧系统项目较多，通过IC塔沼气燃烧系统开车调试总结，介绍了伊朗里海项目IC塔沼气燃烧系统工艺流程、主要设备、现场仪表和控制系统及调试注意事项等。

1  工艺流程和设备

1.1设备情况介绍

    主要设备为IC反应器、沼气稳压柜和沼气燃烧器。

1.1.1IC反应器

    如图1所示，IC塔是一种废水处理的装置,可以把污水中的COD转化为厌氧颗粒状污泥。产生气体的主要成分为二氧化碳(CO2)、甲烷气(CH4)及少量的硫化气体(H2S)。IC反应器是由二个厌氧处理单元组成，一个为高负荷反应单元，另一个为低负荷反应单元。沼气首先需要聚集并产生气提作用引发内循环流。本项目中厌氧处理由1台IC内循环厌氧反应器进行，IC反应器容积为796m3（直径6.5m，高24m）。

1.1.2沼气稳压柜

    如图2所示，沼气稳压柜是由气囊和浮顶组成。浮顶顶部的配重用于稳定气体的压力，产生的压力为2.5～3.0kPa的表压。沼气稳压器的体积可增大/减小，但都能保持设定的压力不变。气液分离器收集的沼气流入沼气稳压柜，用超声波液位计连续监测沼气稳压柜的气位。

1.1.3沼气燃烧器

    如图3所示，沼气燃烧器的最大燃烧能力为300m3/h，能满足4000m3/d废水处理系统每小时产生的沼气。沼气燃烧器产生的火炬由沼气罐的气位自动控制。当稳压柜的气位达到一定值时点火器自动启动。当温度计检测到有150℃以上的温度时，说明沼气已经开始燃烧。当稳压柜气位达到主阀开启位的气位时，火炬主阀联锁开启；当稳压柜气位下降到一定气位时，火炬主阀会联锁关闭。本项目沼气燃烧器为内含式火焰燃烧器，燃烧温度高于815℃。

1.1.4气水分离器

如图3所示，气水分离器是一种将沼气、泥水混合物分离的装置，IC反应器产生的沼气由第一级三相分离器收集，然后经过上升管至气液分离器内。

1.1.5点火控制器

如图3所示，点火控制器主要由电源、点火线圈、分电器、点火开关、火花塞、附加电阻及其短接装置、高低压导线等组成。

1.2工艺流程

图4  工艺流程-厌氧单元

图4  工艺流程-沼气单元

图4  工艺流程-化学处理

图4  工艺流程-废气处理

本系统由厌氧单元、沼气单元和化学投料系统组成，如图4所示。

1.2.1厌氧单元

    当废水温度超过38℃时，废水经过冷却塔进行降温。将废水的温度由最高50℃降温至约35℃，冷却后的废水流入调节预酸化池，本项目调节预酸化池容积为1000m3，能为日产4000m3/d废水调节和预酸化6h。废水经过调节预酸化池水解酸化，在调节预酸化池内安装有pH分析仪和温度计用于对pH、温度连续监测。调节预酸化池内还可以投加NaOH或HCl，对废水的pH值进行初步调整。首先污水在预酸化池被部分预酸化，然后污水进入IC内循环厌氧反应器中，最终被转化为沼气。在厌氧单元中最主要的反应是将COD转化为沼气，化学反应式为：

COD→CH4↑+CO2↑+新生厌氧污泥

 

    厌氧处理由1台IC内循环厌氧反应器进行，IC反应器容积为796m3（直径6.5m，高24m）。IC反应器出水自流入后续的好氧曝气池。在IC反应器内转化的COD的2%将成为厌氧颗粒污泥。也就是说，每日的产量约156kg，在IC塔内的污泥被定时取出，污泥颗粒可以用于IC反应器的启动。

1.2.2沼气单元

    IC反应器产生的沼气经过沼气稳压柜后，通过沼气燃烧器进行燃烧处理。

1.2.3化学投药系统

    本项目设有化学投药系统用于投加酸、碱、营养盐和混凝絮凝剂（PAC、PAM）。

 

2  单机调试与联动试车

2.1单机调试

2.1.1工作内容

    （1）对所有的电动设备进行送电点动。确认接线正确、电机转动方向正确、远程控制正确。如现场有条件（有消防水等），在不损害电机与转动轴的情况下，对设备工作电流进行确认、电机发热测温、过载保护测试。（2）现场指定一人发启闭指令，MCC室指定一人操作，DCS室指定一人操作，调试人员记录调试过程与结果。

 2.1.2调试先决条件

    调试设备必须安装完毕，外观完整，场地干净。电气接线和仪表接线完成并经检查和测试后，才可进行单机调试。

2.1.3安全事项

    必须有一个调试小组，有调试经验的人员参加。在符合施工安全的要求规范下，对单机进行调试。所有的设备仅仅可以点动调试，且MCC和DCS室需配备灭火器材。

2.1.4调试范围

    调试范围为厌氧系统和沼气系统所有电气和仪表设备调试，主要包含：现场仪表回路调试和参数设定、阀门动作调试、现场马达正反转调试、电气操作按钮及低压配电柜信号调试、管道气密封实验及设备检查、PLC系统上电和UPS调试。

2.2联动试车

2.2.1工作内容

    联动调试主要核定设施能否协调稳定连续运行，试验设施过水能力能否达到设计要求，对所有相关的设备进行送电、送水运行，实现远程及自动控制。对设备性能状态进行测试。现场指定一人发启闭指令，MCC 室指定一人操作，DCS室指定一人操作，试车人员记录试车过程与结果。

2.2.2调试先决条件

    设备必须安装完毕，所有相关管道安装、试压、吹扫完毕，场地干净。电气接线和仪表接线完成并完成检查和模拟测试。有足够联动用的清水。在以上条件全部完成后，才可进行联动调试。 

2.2.3调试要求

    在联动调试前需要对流量、压力、液位等仪表进行调校，使其能够准确测量各工艺参数；联动调试开始后需对各分析仪进行调试，调试后的仪表能基本上反映工艺参数；在联动调试前需要完成各仪表、控制阀门的回路测试，完成各单体设备的联动调试；在联动调试前DCS系统需完成画面、程序、逻辑联锁调试；检查自控系统在联动调试阶段运行状况，巡查系统应正常反映各用电设备的工作状况。

2.2.4安全事项

    在符合施工安全的要求下，进行联动试车，且 MCC和DCS室需配灭火器材。

2.2.5联动试车范围

    厌氧联动试车：所有电气、自控仪表和气动阀门等完成单机调试，DCS控制系统程序、逻辑联锁、画面调试完成。

    沼气系统联动试车：所有电气设备、自控仪表阀门相应联锁控制，沼气系统由管道气密试验（前期）和控制模拟量测试完成。

2.3初IC反应器主要的控制方式和联锁条件

2.3.1初IC反应器进水流量控制

    进IC反应器的流量由设定值或调节预酸化池的液位或沼气流量调节，这几种方式均通过流量计FIRCQA202和IC反应器R201进水流量调节阀FV201的开度调节来实现。流量的自动控制值可以通过FIRCQA202.SEL按钮选择，根据调节预酸化池的液位控制程序或沼气流量控制程序，进IC反应器的流量（设定值）通过PID控制IC反应器R201进水流量调节阀FV201的开度来维持，也可以通过输入设定值FV201.MAN.SP。进IC反应器的流量FIRCQA202在任何情况下的设定值需要大于调节预酸化池的进水流量FIRQ101。  

2.3.2初沼气处理控制

    IC反应器所产生的沼气由沼气流量计连续监测。在IC反应器运行时，沼气流量不是恒定不变的，需要计算每5min的平均沼气流量，该值作为沼气控制功能。    

2.3.3初沼气稳压柜（V601）和沼气燃烧器（F601）控制

    (1）沼气稳压柜用于储存沼气。其气位由超声波液位计连续监测，沼气一部分被沼气燃烧器F601燃烧，另外一部分沼气回收利用。沼气稳压柜气位过高将产生“高气位”报警；如果气位过低，将产生“低气位”报警。 

    (2）沼气燃烧器的控制：当气位高于最低值时，辅助燃烧器控制阀开启，点火单元启动，点火单元为连续脉冲停顿操作：开30s/关1min。同时，点火器启动一个计时器EX601.TI和一个计数器EX601.CT。 

 

3  生物启动前必要的准备工作

    在业主确定启动时间并提前二周通知帕克公司以后，帕克公司将首先提供污水处理厂启动条件及方案，供业主进行相应的准备。在业主自查认为具备启动条件后，帕克公司将派工艺工程师和电仪工程师到现场进行污水厂包括化验室和控制室及以上所述条件的全面检查核实，时间与业主协商后确定。

3.1初废水和前期调试的准备

(1）污水

    生物启动的首要条件是工厂必须有连续稳定的废水排至污水厂。在生物启动前应完成所有设备的单机调试和清水联动试车。

(2）厌氧颗粒污泥

    将厌氧颗粒污泥装入IC反应器，在厌氧污泥加入反应器之前，应检查存留在IC反应器内水质的pH值，确保pH在6.5～7.5之间。根据厂方提供的进水负荷计算启动的接种厌氧污泥量需要约700m3(TSS=100g/l，VSS/TSS=0.7)性能良好的厌氧污泥。处理的COD量及出水的水质状况与接种厌氧污泥量及污泥性能密切相关。建议IC反应器的启动厌氧污泥量需达到设计值，方能保障厌氧系统良好运行。若接种的厌氧颗粒污泥量少于设计值，则厌氧处理总量及处理效果会随之减少，并且会影响厌氧颗粒污泥活性而造成恶性循环。假如厌氧颗粒污泥量为700m3，则厌氧反应器进水的SCOD总量需控制在25t/d以内（厌氧去除率按65%计），不高于25t/d，具体视运行情况及污泥性能进行调整。待处理水量及SCOD总量升高，需要视运行情况提前补充厌氧污泥。厌氧污泥接种之前，与厌氧反应器相连的各管口阀门、人孔、法兰口必须确保关闭且无泄漏，污泥接种之后，由于存在沼气的产生，不允许动火，厌氧反应器顶部也严禁动火。 

(3）温度条件                        

    厌氧菌适宜的工作温度是33～38℃。温度高于 40℃，厌氧菌的活性会受到抑制，甚至死亡。因此，需要确保冷却塔正常投入使用。

(4）生物处理系统用碱(30%NaOH)或盐酸(31%HCl)

    本项目废水需要投加碱调节pH值，生物启动之前需要将液碱注入碱罐，并提前确定好可靠的碱供应商，以便随时可以补充碱液，具体每天碱耗量需要根据实际水质情况而定。

    同时，根据实际水质情况，也可能本系统需要添加盐酸，所以提前确定好可靠的盐酸供应商，以便随时可以补充盐酸。

(5）营养盐

    本项目生物处理过程中需要投加N、P营养元素，生物启动之前需要准备至少两周的用量（尿素10t、磷酸二氢铵5t），并提前确定好可靠的供应商，以便随时可以补充营养盐，具体每天营养盐耗量需要根据实际水质情况而定。

以上化学品供参考，也可根据项目现场实际情况进行采购。

 

4  投料准备工作

4.1系统检查和启动

    厌氧污泥的输送必须采用螺杆泵（转速≤200r/min），厌氧污泥泵入IC反应器前，需保证IC反应器内有少量液位的清水（第一号取样口有清水），厌氧污泥加入反应器后应尽快向反应器进水(pH＞6.5)。在进水前应进行如下检查：供水、供电、供气，所需化学品；IC反应器顶部的盖板应全部关闭；IC反应器进出水管道上的手动阀应全部开启；IC顶部脱气罐下方的下降管阀门应开启；反应器所有取样管阀门及罐体上的其他阀门应全部关闭；检查所有的参数设置是否恰当；检查除沼气燃烧系统外的所有设备是否处于自动状态。 

4.2沼气管路的吹扫

    由于启动初期沼气管路、沼气处理系统的管路中存有大量的空气，空气与沼气混合后其爆炸极限为4.4%～16%体积比，故不能马上在沼气燃烧器中点火。必须在反应器进废水之前先用惰性气体如N2吹扫沼气管路系统二次后，方可向IC进废水，待沼气产生后，将其导入系统置换出氮气后(可利用可燃气体测试仪测定)方可点燃沼气燃烧器，使沼气处理系统正常工作。负荷率的提高和分析监测项目按操作手册的原则进行。估计2周内反应器可满负荷。

 

5  启动前安全方面的准备

    (1）防爆区内不得有明火及非防爆的电气设备使用；生物启动前，各防爆区必须布置显著的安全警示牌，沼气排空时，火炬周围必须有人警戒。对现场所有电器布线进行检查，消除安全隐患，清理不必要的临时线；对各构筑物进行检查，确保所有的盖板已就位；对各管路系统的阀位进行检查，确保阀位正确，检查所有的机械转动部件必须安装防护罩，要告知所有人员不得触摸正在运行的机械传动部件。 

    (2）所有化学品储罐以及管路系统必须首先用清水试运行，确保没有泄漏点后加入物料，人员在进行有关化学药品的操作时须穿戴防护用品，如手套等必备品。在各水池上操作时严防人员跌落，水池尤其是曝气池边应有救生衣和救生圈。在水池边操作时应有人监护。 

    (3）原废水中含有较高浓度的硫酸盐，因此在一系列的厌氧环境中会被还原为有毒的硫化氢。在易聚集硫化氢气体的场所工作时需携带便携式硫化氢报警器。因此在启动前废水处理厂应配备便携式硫化氢报警器，同时还应配备必要的防毒面具。为防止可燃气甲烷泄漏带来的潜在危害，必须对沼气处理系统进行泄漏检查，工厂应配备便携式甲烷(可燃气体)报警器，以便于检查和防范甲烷泄漏。

 

6  劳保用具

    因IC反应器在处理污泥过程中会产生有毒的、易燃易爆的气体，如H2S、CH4等，因此需要购买防毒面具、硫化氢报警仪等仪器和防护品。

 

7  调试人员要求

    因沼气系统对于制浆造纸废水车间工作人员来说是陌生的，而且此工艺在运行过程中会产生易燃易爆、有毒气体，因此调试期间必会派熟悉工艺流程、电气、仪表、设备方面的人员进行调试。 

 

8  总结

    通过参加伊朗里海年产30万t造纸项目废水车间IC塔沼气燃烧系统开车调试，从IC塔厌氧系统设备、单机联动调试、控制联锁系统调试及投料前检查、准备工作总结，给从事纸厂废水系统沼气燃烧系统开车调试人员参考和借鉴。

 

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