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圖 1:伊查倫斯廢水處理廠的全新熱電聯機組安裝在容器。使用從污泥回收的沼氣,每年可生成 150,000 千瓦的能量。來源:Busch 真空解決方案公司

以更少的能源發電

自 1974 年投入使用以來,瑞士沃州的伊查倫斯廢水處理廠一直透過回收沼氣發電。在 2020 年 5 月,一台 Busch 真空解決方案公司的 MINK 爪式壓縮機取代之前用於混合消化池中污泥的兩台舊款油潤滑式活塞壓縮機。這使該製程所需的電量銳減最高 40%。對處理廠主任來說,這意味著只需要更少能源便可發電。
伊查倫斯處理廠由位於沃州首府洛桑不遠的伊查倫斯市政府運營,處理伊查倫斯、蒙蒂利耶和維拉爾勒特羅瓦爾小鎮的廢水。它設計用於滿足 10,000 名人口的需求——容量極限已基本耗盡。該州對伊查倫斯浩特塔林地區的計劃包含在 2025 年前合併廢水處理,致力於未來使運營更具經濟效益。該計劃同樣旨在改善微污染物的處理。未來計劃使伊查倫斯處理廠取代所有其他本地污水處理廠,處理該行政區九個城市的廢水。為此,伊查倫斯需要擴大至滿足 26,000 名人口的需求。
在 2019 年,新的熱電聯機組(圖 1)已在處理廠所在地建成,每年從沼氣廠中產生 150,000 千瓦時的電力。從熱電聯機組回收的熱水主要用於工廠自身需求,例如用於加熱消化池污泥或者室內區域。為能更加經濟地從消化池中回收沼氣(圖 2),決定優化容量為 350 立方米的消化池內沼氣循環。消化池內產生的一部分沼氣回送至污泥。為此,將沼氣從消化池頂部中吸出,然後用壓縮機壓縮並回送至消化池底部的污泥。沼氣流經污泥,然後重新匯集在沼氣池頂部,在此經由管線輸送至氣罐(作為臨時儲存器)。然後沼氣從氣罐中直接進入熱電聯機組。目前每天運行 20 小時,僅在晚上關閉數小時。
循環沼氣的過程有著下列優勢: 1. 在消化池中將濃縮污泥加熱至 38 攝氏度。用沼氣灌充污泥有助於確保熱量均勻分佈。 2. 混合污泥也有助於避免沉積物積聚和壓實在消化池底部。 3. 氣泡上升穿過污泥,改善污泥中的微生物降解流程,由此最終提高產氣率。 4. 沼氣流經污泥也意味著無需機械混合。
兩台活塞壓縮機於 1974 年安裝,用於混合沼氣與污泥,儘管其中一台是冗餘設計,能在另一台壓縮機出現故障時繼續運行製程。但實際上,一台壓縮機的容量不足,因此需要兩台壓縮機一直運行,不再有冗餘。兩款壓縮機均配備額定電流 6.7 千瓦的電機。
在咨詢 Busch AG 瑞士公司的製程工程師後(隸屬於跨國公司 Busch 真空解決方案),運營商決定購買 Busch MINK 爪式壓縮機(圖 3)。
該壓縮機已獲得 ATEX 認證 (II 2G IIB3 T3 (i)/II 3G IIB3 T4(o)),這意味著不再需要滅火器。此外,它配備變速驅動,因此可依據消化池的要求精準調節體積容量。
MINK 爪式壓縮機自 2020 年 5 月投入運行,通常以 4.5 千瓦的消耗功率和 0.6 bar 的穩定正壓全負荷運行。與兩台舊款活塞壓縮機的消耗功率相比(各配備一台 6.7 千瓦的電機),理論上可節能 65% 以上。
MINK 爪式壓縮機無需使用任何油便可壓縮沼氣。壓縮機的非接觸式原理使之成為可能,這意味著內部移動部件不會相互接觸,也不會與殼體接觸。因此,與每年需要更換兩次的油潤滑活塞壓縮機相比,它無需換油。由於每台壓縮機有 4.5 升機油與沼氣接觸,因此必須相應廢棄處理舊油。MINK 爪式壓縮機配備內部齒輪箱。其中包含 0.85 升的齒輪油。Busch 建議換油間隔不要超過 20,000 個工時,並且每年目檢狀況和機油量作為預防措施。
在最初運行的幾個月中,運營商還發現另一項優勢:
“爪式壓縮機要比之前所用的活塞壓縮機(哪怕單單是其中一台)都安靜許多。噪音值降低一半以上。“