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摘 要：生物除硫设备是沼气净化过程中的重要部分，因为其运行成本低，脱硫效果明显，被广泛的应用到沼气净化工艺中。
关键词：沼气净化；生物除硫；安装设计
在厌氧条件下，厌氧微生物将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程称为厌氧消化。经过厌氧消化产生的沼气主要成分为50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%～3%硫化氢（H2S），其中硫化氢具有强烈的腐蚀性及刺激性气味。为使沼气满足使用要求，需对沼气进行净化，其中除硫作为沼气净化过程中的重中之重，关系沼气净化的成败。
1 生物除硫系统基本布置要求及所需设备
某国外项目采购两台EnvironTec公司生产的生物除硫设备作为沼气净化过程中的脱硫处理，安装位置在砂砾过滤器之后，沼气增压器之前。根据《CPTP》（项目技术规范）《GB/T51063-2014大中型沼气工程技术规范》等规范要求确定设备放置位置及间距，同时要充分考虑设备操作、维修、吊装所需场地及通道，脱硫设备应配置备用设备，前后管段控制阀门。H2S气体具有强烈的腐蚀性，在布管设计时，应考虑到前后管道H2S浓度的监测及出口管道H2S浓度超标的应急处理，除硫系统整体布置应紧促且符合安全安装距离。
沼气生物除硫系统所涉及的设备包含生物除硫设备、电动阀、流量计、沼气分析装置、管道系统（管道、弯管、三通、支撑）等。
2 生物除硫设备
2.1 生物除硫设备简介
生物除硫设备由沼气进入管道、带有填充材料的反应塔、沼气排放管道、空气增压器、营养液供应、稀释水供应、废液排放、空气校准器、内循环泵、热交换器、控制器等11部分组成。
工作原理为：通过微生物菌群的作用，将硫化物转化为单质硫或硫酸，在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S，然后在经过生物氧化过程生成单质硫。
2.2 生物除硫设备安装设计要求
生物除硫设备是沼气净化中的关键环节，且其体积大、质量重、进出管道多，测量设备对管道布置要求高，在安装图纸设计时，应充分考虑操作、维修时的通道，管道堵塞时，旁通管道的布置，进出口管道阀门安装位置（便于操作）等。
3 电动蝶阀
3.1 电动蝶阀简介
电动蝶阀是由电动执行机构和蝶阀组成的，它具备蝶阀气密性好、易操作、结构简单等优点，常用的电动蝶阀有对夹式电动蝶阀、法兰式电动蝶阀。
工作原理：通过电反馈信号，使电动执行机构工作带动蝶阀启闭。
3.2 电动阀安装设计要求
项目采用对夹式电动蝶阀，通过生物脱硫设备出口H2S浓度控制电动阀的启闭，以达到对沼气流向的控制，避免因H2S浓度过高对后续设备产生腐蚀影响。电动阀安装图纸设计时，应考虑旁通管道，安装、操作便利、气体管道之间的安全距离及承重支架布置等。
4 超声波流量计
4.1 超声波流量计简介
超声波流量计是由一台变速器和一个传感器组成，因其采用回路供电技术，使其测量结果精准可靠，被广泛应用于在波动过程条件下进行湿沼气、消化池气体和垃圾填埋废气测量。
工作原理：超声波流量计测量管道中介质的流速，通过放置在管道两端有一定角度的两对传感器，在传感器对之间的声波信号和信号传输时间差计算流量信号。
4.2 超声波流量计安装设计要求
超声波流量计安装时应注意安装方向参考流量计箭头指向应与管道中安装的介质流向方向一致。在水平面上安装测量仪器应免受外界机械应力干扰，管道内徑必须与传感器内径一致。在水平管道中安装流量计时，超声波传感器的最大偏移角度不得超过+3°。传感器的安装位置应远离阀门、三通、弯管等管件，为了保证测量设备的指定测量精度，必须满足最小前后直管段长度要求，一般前管段大于等于10xDN，后管段大于等于3xDN。
5 沼气分析仪
5.1 沼气分析仪简介
沼气分析仪对沼气输出管道中的气体进行分析测算，可连续测量多个气体参数包含O2/CO2/CH4/H2S。被广泛的应用在热电联产、沼气净化系统，作为沼气成分组成浓度测量。
工作原理：沼气分析仪采用红外光学分析和电化学传感器，对气体组成成分及浓度进行测量。
5.2 沼气分析仪安装设计要求
沼气分析仪安装在生物处理设备出口管道上。在出口直管段上寻找合适测量点安装DN25的球阀，通过DN25的管道与沼气分析仪连接。
6 生物除硫设备前后管道材质的选择
沼气是一种含水、H2S的气体，H2S气体又溶于水，在管道壁上因水蒸气的凝结而形成硫酸（H2SO4），沼气管道将与硫酸等有强烈腐蚀性的化合物直接接触，因此在管道材质选择时，耐腐蚀性是具有重要的意义。根据《中国不锈钢腐蚀手册》可知，在含有H2S的饱和水汽中，不锈钢腐304L蚀率约在0.1-1.0mm/年，因此不锈钢304L沼气管道的使用寿命将在2至10年之间，因此为了保证沼气处理系统长期有效运行，沼气管道选用不锈钢316L材质为宜。
7 生物脱硫设备安装图纸设计
依据以上设备安装要求，对生物除硫设备及前后管道、附件安装进行综合考虑，安装设计图纸如下所示：
安装图纸设计说明：
DN150电动蝶阀设有旁通管道，旁通管道及沼气主管道安装有DN150蝶阀，旁通管道蝶阀长关，当电动蝶阀需要维修时，打开旁通管道阀门，关闭主管道电动阀前后端蝶阀，则沼气将直接通过旁通管道进入生物除硫设备，便可对电动阀进行拆除维修而不影响沼气处理系统运行。电动阀、蝶阀安装高度距离地面140cm，人可方便进行手动操作。DN150超声波流量计前端直管段160cm>10*DN，后端直管段1670>3*DN，符合超声波流量计对前后直管段要求。流量计水平朝上安装距离地面140cm，便于对流量数据的观测。生物除硫设备技术操作间留有通道，方便进入对设备进行操作、检查、维修。外部无管道及其他设备干扰。除硫设备配有过压装置，对设备进行过压保护。两台生物除硫设备共用一条旁通管道，两台设备相聚3m。生物除硫设备出口管道配备有沼气分析仪器，当出口沼气H2S浓度超过设计要求时，沼气分析仪将自动反馈给DN100电动蝶阀、DN150电动阀信号，DN150电动阀将根据信号大小关闭一定角度减少沼气进入量，DN100电动阀将开启一定角度排放多余沼气进行燃烧，最终使生物除硫设备出口管道H2S浓度符合设计要求。
关键词：沼气净化；生物除硫；安装设计
在厌氧条件下，厌氧微生物将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程称为厌氧消化。经过厌氧消化产生的沼气主要成分为50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%～3%硫化氢（H2S），其中硫化氢具有强烈的腐蚀性及刺激性气味。为使沼气满足使用要求，需对沼气进行净化，其中除硫作为沼气净化过程中的重中之重，关系沼气净化的成败。
1 生物除硫系统基本布置要求及所需设备
某国外项目采购两台EnvironTec公司生产的生物除硫设备作为沼气净化过程中的脱硫处理，安装位置在砂砾过滤器之后，沼气增压器之前。根据《CPTP》（项目技术规范）《GB/T51063-2014大中型沼气工程技术规范》等规范要求确定设备放置位置及间距，同时要充分考虑设备操作、维修、吊装所需场地及通道，脱硫设备应配置备用设备，前后管段控制阀门。H2S气体具有强烈的腐蚀性，在布管设计时，应考虑到前后管道H2S浓度的监测及出口管道H2S浓度超标的应急处理，除硫系统整体布置应紧促且符合安全安装距离。
沼气生物除硫系统所涉及的设备包含生物除硫设备、电动阀、流量计、沼气分析装置、管道系统（管道、弯管、三通、支撑）等。
2 生物除硫设备
2.1 生物除硫设备简介
生物除硫设备由沼气进入管道、带有填充材料的反应塔、沼气排放管道、空气增压器、营养液供应、稀释水供应、废液排放、空气校准器、内循环泵、热交换器、控制器等11部分组成。
工作原理为：通过微生物菌群的作用，将硫化物转化为单质硫或硫酸，在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S，然后在经过生物氧化过程生成单质硫。
2.2 生物除硫设备安装设计要求
生物除硫设备是沼气净化中的关键环节，且其体积大、质量重、进出管道多，测量设备对管道布置要求高，在安装图纸设计时，应充分考虑操作、维修时的通道，管道堵塞时，旁通管道的布置，进出口管道阀门安装位置（便于操作）等。
3 电动蝶阀
3.1 电动蝶阀简介
电动蝶阀是由电动执行机构和蝶阀组成的，它具备蝶阀气密性好、易操作、结构简单等优点，常用的电动蝶阀有对夹式电动蝶阀、法兰式电动蝶阀。
工作原理：通过电反馈信号，使电动执行机构工作带动蝶阀启闭。
3.2 电动阀安装设计要求
项目采用对夹式电动蝶阀，通过生物脱硫设备出口H2S浓度控制电动阀的启闭，以达到对沼气流向的控制，避免因H2S浓度过高对后续设备产生腐蚀影响。电动阀安装图纸设计时，应考虑旁通管道，安装、操作便利、气体管道之间的安全距离及承重支架布置等。
4 超声波流量计
4.1 超声波流量计简介
超声波流量计是由一台变速器和一个传感器组成，因其采用回路供电技术，使其测量结果精准可靠，被广泛应用于在波动过程条件下进行湿沼气、消化池气体和垃圾填埋废气测量。
工作原理：超声波流量计测量管道中介质的流速，通过放置在管道两端有一定角度的两对传感器，在传感器对之间的声波信号和信号传输时间差计算流量信号。
4.2 超声波流量计安装设计要求
超声波流量计安装时应注意安装方向参考流量计箭头指向应与管道中安装的介质流向方向一致。在水平面上安装测量仪器应免受外界机械应力干扰，管道内徑必须与传感器内径一致。在水平管道中安装流量计时，超声波传感器的最大偏移角度不得超过+3°。传感器的安装位置应远离阀门、三通、弯管等管件，为了保证测量设备的指定测量精度，必须满足最小前后直管段长度要求，一般前管段大于等于10xDN，后管段大于等于3xDN。
5 沼气分析仪
5.1 沼气分析仪简介
沼气分析仪对沼气输出管道中的气体进行分析测算，可连续测量多个气体参数包含O2/CO2/CH4/H2S。被广泛的应用在热电联产、沼气净化系统，作为沼气成分组成浓度测量。
工作原理：沼气分析仪采用红外光学分析和电化学传感器，对气体组成成分及浓度进行测量。
5.2 沼气分析仪安装设计要求
沼气分析仪安装在生物处理设备出口管道上。在出口直管段上寻找合适测量点安装DN25的球阀，通过DN25的管道与沼气分析仪连接。
6 生物除硫设备前后管道材质的选择
沼气是一种含水、H2S的气体，H2S气体又溶于水，在管道壁上因水蒸气的凝结而形成硫酸（H2SO4），沼气管道将与硫酸等有强烈腐蚀性的化合物直接接触，因此在管道材质选择时，耐腐蚀性是具有重要的意义。根据《中国不锈钢腐蚀手册》可知，在含有H2S的饱和水汽中，不锈钢腐304L蚀率约在0.1-1.0mm/年，因此不锈钢304L沼气管道的使用寿命将在2至10年之间，因此为了保证沼气处理系统长期有效运行，沼气管道选用不锈钢316L材质为宜。
7 生物脱硫设备安装图纸设计
依据以上设备安装要求，对生物除硫设备及前后管道、附件安装进行综合考虑，安装设计图纸如下所示：
安装图纸设计说明：
DN150电动蝶阀设有旁通管道，旁通管道及沼气主管道安装有DN150蝶阀，旁通管道蝶阀长关，当电动蝶阀需要维修时，打开旁通管道阀门，关闭主管道电动阀前后端蝶阀，则沼气将直接通过旁通管道进入生物除硫设备，便可对电动阀进行拆除维修而不影响沼气处理系统运行。电动阀、蝶阀安装高度距离地面140cm，人可方便进行手动操作。DN150超声波流量计前端直管段160cm>10*DN，后端直管段1670>3*DN，符合超声波流量计对前后直管段要求。流量计水平朝上安装距离地面140cm，便于对流量数据的观测。生物除硫设备技术操作间留有通道，方便进入对设备进行操作、检查、维修。外部无管道及其他设备干扰。除硫设备配有过压装置，对设备进行过压保护。两台生物除硫设备共用一条旁通管道，两台设备相聚3m。生物除硫设备出口管道配备有沼气分析仪器，当出口沼气H2S浓度超过设计要求时，沼气分析仪将自动反馈给DN100电动蝶阀、DN150电动阀信号，DN150电动阀将根据信号大小关闭一定角度减少沼气进入量，DN100电动阀将开启一定角度排放多余沼气进行燃烧，最终使生物除硫设备出口管道H2S浓度符合设计要求。