汙泥厭氧消化是使汙泥達到穩定狀態的壹種非常有效的處理方法。在厭氧條件下，汙泥中的有機物在產酸菌和甲烷菌的順序作用下，經過酸消化階段和堿消化階段，分解為以甲烷和二氧化碳為主要產物的消化氣體(沼氣)。大中型汙水處理廠可以回收利用消化產生的沼氣，可以節約能源，降低運行成本。
生物氣由55% ~ 70%的甲烷、25% ~ 40%的二氧化碳和1% ~ 5%的氮硫化物和硫化氫組成。沼氣與空氣以1: 5 ~ 14的體積比混合時，遇明火會引起爆炸。當混合比超過這個值時，就是燃燒熱值約為4500 ~ 6000大卡/立方米的燃料。空氣中的甲烷含量達到壹定濃度就會有毒。因此，沼氣是壹種利用價值很高的能源，如果系統設計和操作不當，會有壹定的危險性。
所示為典型汙水處理廠汙泥厭氧消化沼氣利用系統的流程圖。
1沼氣系統工藝流程設計及安全裝置設置
沼氣從沼氣池流入管道，先經過除凝罐和脫硫裝置，目的是凈化沼氣。
1.1沼氣凈化
1.1.1去除冷凝水和雜質
沼氣是壹種高濕度的混合物。沼氣從沼氣池進入管道時，溫度逐漸降低，管道內會產生大量含有雜質的冷凝水。如果不從系統中清除，很容易堵塞和破壞管道設備。
沼氣管道離沼氣池最近，沼氣的溫降最大，產生的冷凝水最多。在這壹點上，設置了壹個冷凝水移除箱。在沼氣系統中，管道壹般設計成約1%或以上的坡度，在低點處設置排凝罐。對於較長的管道，考慮到壹定的距離，設置了壹個清除池。此外，在沼氣壓縮機、沼氣鍋爐、沼氣發生器、廢氣燃燒器、脫硫塔等重要設備中，在幹式氣櫃的入口處和濕式氣櫃的進出口處設置冷凝液去除罐。有時壹些設備的出口需要設置高壓除水箱，比如沼氣壓縮機。？
在正常運行過程中，運行人員每天檢查時會發現壹些除濕器(尤其是消化池附近的除濕器)排出大量冷凝水。當結構和設備檢修時，水也可以作為水封罐註入冷凝水排除器。
1.1.2去除硫化氫
城市汙水汙泥中溫消化產生的沼氣中含有0.005 ~ 0.01%的H2S，糞便消化產生的沼氣約占總體積的0.5 ~ 1.0%。壹般沼氣利用設備要求沼氣中H2S的含量應小於0.009%。因此，當由城市汙水產生的汙泥產生的沼氣用作原料時，不需要脫硫裝置。但是，以糞便為原料的沼氣池沼氣利用系統必須安裝脫硫裝置。
1.2沼氣的安全利用
沼氣經凈化後進入氣櫃，氣櫃對整個系統起儲氣穩壓作用。
1.2.1消焰防爆
氣櫃入口管道上安裝有阻火器。另外，在沼氣系統與外界相通的所有部位(如真空壓力安全閥、機械排氣閥)安裝。)、沼氣壓縮機、沼氣鍋爐、沼氣發生器等設備的進出口、廢氣燃燒器的沼氣管入口均設置阻火器。阻火器填充有金屬填充物。當火焰通過阻火器填充物之間的空隙時，熱量被吸收，氣體溫度降低到燃點以下，達到抑制火焰的目的。沼氣與空氣壹定的混合比例和遇到明火是沼氣爆炸或燃燒的兩個條件。阻火器的設置有效地阻止了外界火焰進入沼氣系統和火焰在管道內蔓延，從而防止系統爆炸。沼氣池流出的沼氣往往含有泡沫、浮渣等雜質，容易堵塞填料，阻礙氣體通過，增加管道阻力。處理廠的操作人員可以測量和記錄沼氣通過不同位置的阻火器時的壓力變化，以確定清洗填料的周期。在實際運行中，由於阻火器清理不及時，經常出現系統壓力波動和運行問題。設計時，閥門壹般設置在阻火器的前後，便於維護。？
1.2.2沼氣利用
凈化後的沼氣從氣櫃進入後續的沼氣利用系統，壹般有三個分支:
(1)沼氣混合系統
沼氣由沼氣壓縮機送回消化池攪拌消化汙泥。
(2)沼氣利用系統
沼氣利用系統壹般包括:利用沼氣鍋爐直接為沼氣池或其他建築提供熱能；沼氣發生器用於發電供動力處理廠內部使用，余熱也可為沼氣池或其他建築提供熱能；沼氣發動機用於直接驅動處理廠的壹些設備，余熱還可以為沼氣池或其他建築提供熱能；作為可燃氣體直接供應。
(3)廢氣燃燒系統
當沼氣利用設備不能完全消耗沼氣池產生的沼氣時，為了防止沼氣量增加導致系統壓力超過正常範圍，多余的沼氣會被廢氣燃燒器燃燒掉。？
1.2.3壓力安全保護裝置沼氣利用系統是壹個壓力系統。如果沼氣收集和使用不平衡，系統壓力可能上升到允許值以上；消化池或氣櫃的汙泥或沼氣的過量排放可能導致結構內部的真空狀態；為防止超壓或真空對構築物和設備可能產生的破壞性影響，保證系統的運行壓力，防止沼氣頻繁排入大氣，在消化池和氣櫃頂部設置真空壓力安全閥。
因為真空壓力安全閥安裝在沼氣系統與外界大氣相通的部分，需要連接阻火器，防止外界火焰進入沼氣系統。真空壓力安全閥與阻火器和消化器的連接處設有常開閥，便於設備維護。？
壓力安全閥在不同位置的設置應以系統工作壓力的基本值為基礎，並根據各構築物之間的管道損失取相應值。操作人員還需要定期清理超壓排氣口和真空進氣口的密封面。
在沼氣壓縮機和脫硫裝置處安裝負壓防止閥，以防止閥門前的系統在沼氣量不足時繼續吸氣。
2沼氣系統壓力設計及構築物和設備之間的聯鎖控制
沼氣系統的硬件實現完成後，需要完成系統安全運行的軟件部分，即系統整體壓力的設定和各構築物、設備間的聯鎖控制。
2.1系統工作壓力設置
設定整個沼氣系統的工作壓力需要綜合考慮以下因素:
(1)沼氣系統確保在正壓條件下運行。
②氣櫃自重下的靜壓力。
③計算從沼氣池到氣櫃，最後到沼氣利用設備的管道損失，以保證在正常工況下，從煤氣到沼氣利用設備的增壓機或廢氣燃燒器的人口壓力滿足設備要求。
④消化池內的氣體壓力應盡可能低，使沼氣最大限度地從汙泥中釋放出來。
基於上述定義，可以得到消化池的正常工作壓力，並根據不同的管道損失分別計算系統中其他點的壓力。在操作過程中，消化器的工作壓力(即系統壓力)通常通過改變氣櫃頂部的配重來設定和調節。
2.2結構和設備自身系統的壓力保護
沼氣池、氣櫃、沼氣壓縮機和各種沼氣利用設備在系統的工作壓力下正常運行，壓力會在此值的基礎上波動，但每個設備和構築物自身系統的控制和安全裝置保證某壹設備和構築物處的壓力變化不會影響整個系統。
①沼氣壓縮機將沼氣送入消化池進行汙泥混合。沼氣壓縮機本身的系統應具有保護功能。入口壓力低至壹定設定值時報警，繼續降低時停止；出口壓力高於某壹設定值時報警，繼續上升時停止。壓縮機自身系統的這些設置，可以避免在系統壓力低於正常值時，過多吸入沼氣造成負壓，或者使後方系統壓力超過允許值。
②沼氣鍋爐、沼氣發生器、沼氣發動機等設備的進氣口也有相同的保護設置。
(3)真空泄壓閥安裝在消化池和氣櫃的頂部，以防止結構的氣密性被過大的壓力破壞，以及結構被負壓破壞。
④高壓系統中使用的球罐頂部也應安裝超壓排氣閥。
2.3系統中設備和構築物之間的聯鎖控制
在沼氣系統中，結構和設備通過管道連接，因此它們不是相互隔離的，而是可以通過聯鎖來控制。
低壓系統的總氣量反映在氣櫃高度值的變化上。氣櫃具有調節和穩定整個系統氣量的作用，系統可以互相補充氣體以平衡壓力。同時將氣櫃的高度值傳送到中央控制室，不僅便於監控，還可以根據氣櫃的高度，在以下連鎖中控制系統中各設備的啟停:
①正常操作區域是氣櫃高度在總高度的5%到90%之間。
(2)當氣櫃高度低於5%時，停止沼氣壓縮機，停止鍋爐、發電機、發動機等沼氣設備。如果系統控制失效，壓力下降到真空安全閥的設定值，真空安全閥就會動作，防止負壓損壞結構。
(3)當氣櫃高度高於90%時，啟動廢氣燃燒器。由於使用了廢氣燃燒器，氣櫃的高度將開始降低。當氣櫃高度低於90%(可根據項目具體情況設定)時，廢氣燃燒器將停止。
(4)如果廢氣燃燒器故障，氣櫃高度繼續上升到93%，如果氣櫃頂部有機械排氣閥，則打開排氣閥排氣。即機械排氣閥動作的設定值可以是氣櫃高度的93%。
⑤如果機械排氣閥排量不足，氣櫃高度機械提升到95%，中控室會顯示信號報警。
⑥如果氣櫃的高度繼續上升到峰值，系統壓力將開始上升，當達到泄壓閥的設定開度值時，消化池頂部的泄壓閥和氣櫃將被打開，以保護結構不受損壞。需要註意的是，壓力安全閥的工作壓力值必須低於氣櫃氣密性保護的最大壓力值。
通過聯鎖控制，沼氣系統的各種構築物和設備真正組合成壹個完整的系統，進壹步保證了系統的正常運行。
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