CN113444618A - 钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢铁余热沼气池增保温与加热炉供燃料系统及处理方法，其中，燃料系统包括原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐、换热器和加热炉；原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐和加热炉依次连接，加热炉内设有冷却组件，原料储存预混池内部设有换热盘管，冷却组件与换热器管道连接，换热器与换热盘管连接，换热盘管与加热炉的冷却组件连接。本发明在满足钢铁企业生产需求的基础上，既减少钢铁企业对传统能源的消耗量和余热浪费问题，又解决了沼气池增温、保温问题，提高了沼气产率，为沼气工程节能和钢铁企业的降耗提供技术条件。

Description

钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统及处理方法

技术领域

本发明属于沼气处理技术领域，尤其涉及一种钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统及处理方法。

背景技术

沼气工程是利用厌氧微生物的作用将可降解的农业和农村有机废弃物转化为沼气和生物肥料的技术，既能实现废弃物资源化，又可提供干净、便利燃气和促进农业生态良性循环，是实现中国农业可持续发展的一个重要技术措施。

虽然我国是世界上最早研究和利用沼气的国家之一，但目前我国沼气工程以有机废物处理和沼气自用为主，一般规模比较小，而建设的大中型沼气工程都是以处理畜禽养殖场粪污及部分生活废弃物为目的。我国大型沼气工程常用工艺为完全混合式发酵工艺(CSTR)、上流式厌氧污泥床(简称UASB)和升流式固体反应器(简称USR)。适用于高浓度发酵的工艺有塞流式消化器(简称HCPF)、竖向推流式发酵工艺(VPF)和序批式固态发酵工艺等。我国在发酵工艺开发方面做了许多工作，技术相对成熟，但如何保证发酵设备的稳定运行是解决我国沼气工程技术发展困局的关键。

温度是影响沼气发酵产气率的关键因素之一，根据沼气发酵温度可分为常温发酵区1O℃～26℃，中温发酵区28℃～38℃，高温发酵区46℃～60℃。在适宜的发酵温度范围内，随温度升高，原料分解速度加快利用率增大，发酵罐承受有机负荷率变大，水力停留时间缩短。而因国家政策导致售气效益优于售电效益，国内大中型沼气工程多采用以常温或中温发酵工艺，导致发酵系统冬季效率较低，而采用外加热装置将增加生产成本，寻求低成本保温方式是提高沼气发酵稳定性的重要问题。

由于沼气工程相对规模小，又远离城镇，大量的沼气用于养殖场自身的生产、生活燃料。集中式大中型沼气工程受供气户数、居住集中程度及地质情况等问题的影响，供气管网的建设和维护费用较高，收费管理难度较大，经济效益差。如采用压缩、罐装方式进行沼气供给将增加设备投资和沼气成本。稳定的沼气销路和低成本输送是提高沼气工程经济收益的有效方式。

解决沼气高效低成本输送和沼气池低成本增温、保温问题，是沼气工程稳定运行的重要保障。

发明内容

针对现有技术，本发明提出了一种钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统及处理方法，以解决现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，包括原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐、换热器和加热炉；所述原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐和加热炉依次连接，所述加热炉内设有冷却组件，所述原料储存预混池内部设有换热盘管，所述冷却组件与换热器管道连接，所述换热器与换热盘管连接，所述换热盘管与加热炉的冷却组件连接，以实现水循环利用。

进一步地，所述冷却组件包括设置在加热炉的固定梁和步进梁，固定梁和步进梁内设有冷却水水道，所述冷却水水道分别与换热器和换热盘管连通，以实现冷却水换热循环利用，也保障了加热炉内的固定梁和步进梁的使用寿命。

进一步地，所述沼气净化装置为脱硫脱水净化装置。

进一步地，所述冷却水组件出口与换热器相连接。

进一步地，所述燃料系统还包括三通的燃气混合管道，所述燃气混合管道的其中一个入口与天然气(LNG)连通，另一个入口与储气罐的沼气连通，所述燃气混合管道的出口与加热炉连通。

进一步地，所述燃气混合管道上设有加压装置，以使天然气(LNG)与沼气混合更加均匀。

进一步地，所述换热盘管的进出口与换热器连接，盘管内循环水通过与水蒸气换热进行温度调节，从而使沼气发酵装置更加稳定地发酵。

进一步地，所述沼气发酵装置的出料口连接有固液分离装置，所述固液分离装置的出液口与原料储存预混池连通，以使分离出的一部分沼液在预混池内稀释原料。

根据上述所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统的处理方法，包括如下步骤：

(1)将沼气发酵装置所产沼气经过沼气净化装置净化后，进入储气罐；

(2)通过管道将储气罐内的沼气直接输送至钢铁企业用于其加热炉预热段热源，其沼气可以单独作为燃料，也可以与现用液化天然气(LNG)混合作为预热段燃料；

(3)在加热炉内步进梁和固定梁均使用冷却水进行冷却，冷却水经加热后得到120-150℃的水蒸气；

(4)将加热炉内冷却水所产蒸汽通过管道引入沼气厂区，通过与热水换热至适宜温度后，通过盘管对沼气发酵装置和原料储存预混池进行增温、保温，以提高沼气池内微生物活性、有机物发酵速率和产气稳定性。

进一步地，所述处理方法还包括：

(5)将沼气发酵装置发酵后的废料通过固液分离装置分离成沼液和沼渣，一部分沼液作为稀释液体输送到原料储存预混池进行稀释原料，另一部分沼液作为液体肥使用；其中，沼渣作为有机肥使用。

本发明具有如下有益效果：

本发明在满足钢铁企业生产需求的基础上，既减少钢铁企业对传统能源的消耗量和余热浪费问题，又解决了沼气池增温、保温问题，提高了沼气产率，为沼气工程和钢铁企业的产业良性循环提供技术条件。

附图说明

图1为本发明提供的一种钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统的工作状态结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前现在沼气工程所产沼气用于自用或居民供气，(1)一般情况自用量小于产气量，想外送供气又因为项目点所在位置比较偏远，需要建设管网和加压设备，费用较高且对安全性要求较高。(2)现在还存在采用压缩、罐装方式进行沼气供给技术，将沼气压缩至4MPa左右，进行罐装输送的技术，以提高沼气输送能力，减少管网建设投资，但设备投资较大，压缩成本也存在，降低沼气供应过程中的利润率。(3)将沼气进行提纯并制成车用天然气的技术，以提高沼气附加值，但设备投资大，运行费用高，且操作人员的要求高，所制成的车用天然气价格受石化行业燃料价格冲击，需要国家政策补贴才能盈利。

目前国内沼气工程项目的保温主要依靠蒸汽锅炉供热、太阳能供热或沼气热电联产供热，蒸汽锅炉供热的能源以自产沼气为主，因气候原因，冬季消耗沼气量大，减少沼气销售收入；太阳能供热虽然无需热源，但太阳能供热装置投资较大，投资回收期长；欧洲国家多采用热电联产系统用于沼气池增温、保温，但由于我国政策激励导向问题，沼气工程售气效益大于售电效益，因此国内沼气工程采用此方式增保温的项目较少。

如图1所示，一种钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，包括原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐、换热器和加热炉；所述原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐和加热炉依次连接，所述加热炉内设有冷却组件，所述原料储存预混池内部设有换热盘管，所述冷却组件与换热器管道连接，所述换热器与换热盘管连接，所述换热盘管与加热炉的冷却组件连接，以实现水循环利用。

在本实施例中，所述加热炉可以是步进式加热炉，也可以是其他形式的加热炉，其并不限制本发明的保护范围，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

在本实施例中，所述冷却组件包括设置在加热炉的固定梁，固定梁内设有冷却水水道，所述冷却水水道分别与换热器和换热盘管连通，以实现冷却水换热循环利用，也保障了加热炉内的固定梁的使用寿命。

在本实施例中，所述沼气净化装置为脱硫脱水净化装置；所述冷却水组件出口与换热器相连接。

在本实施例中，所述燃料系统还包括三通的燃气混合管道，所述燃气混合管道的其中一个入口与天然气(LNG)连通，另一个入口与储气罐的沼气连通，所述燃气混合管道的出口与加热炉连通；所述燃气混合管道上设有加压装置，以使天然气(LNG)与沼气混合更加均匀。

在本实施例中，所述换热盘管的进出口与换热器连接，盘管内循环水通过与水蒸气换热进行温度调节，从而使沼气发酵装置更加稳定地发酵。

在本实施例中，所述沼气发酵装置的出料口连接有固液分离装置，所述固液分离装置的出液口与原料储存预混池连通，以使分离出的一部分沼液在预混池内稀释原料。

实施例2

一种根据实施例1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统的处理方法，包括如下步骤：

(1)将沼气发酵装置所产沼气经过沼气净化装置净化后，进入储气罐；

(2)通过管道将储气罐内的沼气直接输送至钢铁企业用于其加热炉预热段热源，其沼气可以单独作为燃料，也可以与现用液化天然气(LNG)混合作为预热段燃料；

(3)在加热炉内步进梁和固定梁均使用冷却水进行冷却，冷却水经加热后得到120-150℃的水蒸气；

(4)将加热炉内冷却水所产蒸汽通过管道引入沼气厂区，通过与热水换热至适宜温度后，通过盘管对沼气发酵装置和原料储存预混池进行增温、保温，以提高沼气池内微生物活性、有机物发酵速率和产气稳定性；

(5)将沼气发酵装置发酵后的废料通过固液分离装置分离成沼液和沼渣，一部分沼液作为稀释液体输送到原料储存预混池进行稀释原料，另一部分沼液作为液体肥使用；其中，沼渣作为有机肥使用。

具体实施例

将沼气池所产沼气经过脱硫脱水装置净化后，进入储气罐，通过近距离管路直接输送至钢铁企业用于其加热炉预热段热源，可以单独作为预热段燃料也可以与现用液化天然气(LNG)混合作为预热段燃料，(因为加热炉燃料需求量巨大(每小时120吨LNG，数量与加热炉规模有关)，沼气产量难以满足全部供气需求)，为保证加热炉各部件安全和正常运行，加热炉内步进梁和固定梁均需要使用冷却水进行冷却，冷却水经加热后变成120-150℃的水蒸气，冷却水余热在满足厂区内用热需求的基础上，仍有大量余热外排，通过与沼气工程对接后，将加热炉内冷却水所产蒸汽通过管道引入沼气厂区，通过与冷水换热至适宜温度后，通过盘管对沼气池、预混池和输气管道进行增温、保温，提高沼气池内微生物活性、有机物发酵速率和产气稳定性。由于钢铁企业基本全天候运行，其余热产生量满足沼气池常年运行的需求，从时间上可以相互对接，互相满足生产需求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：包括原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐、换热器和加热炉；所述原料储存预混池、沼气发酵装置、沼气净化装置、储气罐和加热炉依次连接，所述加热炉内设有冷却组件，所述原料储存预混池内部设有换热盘管，所述冷却组件与换热器管道连接，所述换热器与换热盘管连接，所述经换热后蒸汽凝结水管与加热炉的冷却组件连接，以实现水循环利用。

2.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述冷却组件包括设置在加热炉的固定梁和步进梁内，固定梁和步进梁内设有冷却水水道，所述冷却水水道分别与热换器和换热盘管连通，以实现冷却水换热循环利用。

3.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述沼气净化装置为脱硫脱水净化装置。

4.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述冷却水组件出口与换热器相连接。

5.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述燃料系统还包括三通的燃气混合管道，所述燃气混合管道的其中一个入口与天然气(LNG)连通，另一个入口与储气罐的沼气连通，所述燃气混合管道的出口与加热炉连通。

6.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述燃气混合管道上设有加压装置，以使天然气(LNG)与沼气混合更加均匀。

7.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述换热盘管的进出口与换热器连接，盘管内循环水通过与水蒸气换热进行温度调节，从而使沼气发酵装置更加稳定地发酵。

8.根据权利要求1所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统，其特征在于：所述沼气发酵装置的出料口连接有固液分离装置，所述固液分离装置的出液口与原料储存预混池连通，以使分离出的一部分沼液在预混池内稀释原料。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的钢铁余热沼气池保温与沼气加热炉供燃料系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将沼气发酵装置所产沼气经过沼气净化装置净化后，进入储气罐；

(2)通过管道将储气罐内的沼气直接输送至钢铁企业用于其加热炉热源，其沼气可以单独作为燃料，也可以与现用液化天然气(LNG)混合作为燃料；

(3)在加热炉内步进梁和固定梁均使用冷却水进行冷却，冷却水经加热后得到120-150℃的水蒸气；

(4)将加热炉内冷却水所产蒸汽通过管道引入沼气厂区，通过与热水换热至适宜温度后，通过盘管对沼气发酵装置和原料储存预混池进行增温、保温，以提高沼气池内微生物活性、有机物发酵速率和产气稳定性。

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，还包括：

(5)将沼气发酵装置发酵后的废料通过固液分离装置分离成沼液和沼渣，一部分沼液作为稀释液体输送到原料储存预混池进行稀释原料，另一部分沼液作为液体肥使用；其中，沼渣作为有机肥使用。

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