垃圾填埋场沼气发电系统的优化配置

垃圾填埋场沼气发电系统的优化配置随着全球经济的高速增长，能源和环保问题日益突出。

一方面，化石能源日渐枯竭，世界正面临巨大的能源压力；生存环境日渐恶劣，世界正面临巨大的环境压力。

另一方面，又有巨大的能源被白白地浪费；有大量的有害物质被肆无忌惮地排放。

能源和环境已经成为世界最重要的事情！“节约能源，减少排放”在很多国家被列为“基本国策”。

研究表明：每吨垃圾填埋后可以产生300m3左右的填埋气，甲烷含量约占填埋气总量的45~60%，热值约为20MJ/Nm3，是一种利用价值较高的清洁燃料，产物是二氧化碳和水，具备二次污染小的特点。

因此，沼气发电就成为垃圾处理的具体措施之一。

沼气发电是一个系统工程，它包括垃圾填埋操作管理、产气量的监测、沼气收集、沼气输送、沼气处理、沼气发电及电力上网以及系统配套设施等多项单元技术的组合，也涉及到国家对沼气发电的扶持政策和技术法规等。

剖析国内已有的沼气发电工程，借鉴发达国家的沼气发电技术和经验，以及充分研究和利用国家对可再生能源的政策导向等，进行对垃圾填埋气体发电及其配套系统进行优化研究和应用，已成为业界日益关注和探讨的重要课题。

1垃圾填埋场填埋操作概述卫生填埋法是大型填埋场应用最普遍的处理技术。

将垃圾倒入具有一定地形特征的场地中，通过采取防渗、覆土和气体导排设施，消除了简易填埋带来的各种安全、卫生和环境污染问题的一种最终处置技术。

投资少，容量大，操作简单。

但是，大部分中小规模的城市生活垃圾采用直接露天堆放、自然填沟等方式处理，不但侵占了宝贵的土地资源，而且对环境造成了潜在的影响和危害，特别是渗滤液，由于没有进行必要的收集和集中净化处理，导致水资源和环境的严重污染，而且，所产生的沼气也无法利用，浪费了大量的能源。

填埋处置方式也有明显的弱点。

一是占地面积大，场地选择较困难。

二是二次污染问题。

处理不好的填埋场，其渗滤液和沼气对周围地区造成严重危害。

因此在填埋操作过程中，可以通过以下措施来优化垃圾填埋场的填埋操作管理：﹡提高垃圾填埋场的堆放高度可以减少占用土地；﹡分区集中作业，有利于垃圾分解产气和收集；﹡采用新材料、新工艺加强填埋场底部处理，并设置污水处理系统，以解决对水源的污染；﹡在垃圾填埋之前铺设垃圾渗滤液回收管道和沼气水平或垂直管道，提高填埋场沼气的抽取效率；﹡压实垃圾，创造厌氧环境，而且增大库容；及时覆土，阻止空气进入，防止好氧反应的发生；﹡阻止沼气散发，充分利用能源，消除安全隐患；﹡建立防洪体系，维持厌氧反应环境；建立渗滤液处理系统，让渗滤液能顺利排出，并得到及时处理。

2沼气产量的影响因素及检测填埋场中的垃圾，含有丰富的有机质。

微生物首先进行好氧分解，消耗填埋场中的O2，产生大量的热，形成厌氧环境再厌氧分解，产生CH4及CO2。

而影响甲烷产量的因素很多，主要有生活垃圾的组成、垃圾颗粒的大小、有机质含量、填埋年限、温度、含水量和湿度、渗滤液的pH值、毒素含量等。

当垃圾中有机物含量增高时，甲烷的产量则升高。

在不同温度条件下，甲烷的产生速率差异很大，一般认为在一个深的、封闭好的环境中，产生甲烷的最适温度为40℃。

此时，产生速率为30℃的3倍，为背景温度18.7℃的7.8倍，但温度升高到55℃时甲烷气的产生就停止。

含水量或湿度也会影响甲烷的生成，含水量高时，各生化反应组成成分间接触程度大，可促进细菌的新陈代谢，产气量提高。

甲烷的产量随湿度的高低呈曲线变化，湿度为55%时，甲烷气的产生明显高于湿度为33%的产气量，只有当湿度大于50%时才能满足甲烷生成的需要。

但是，湿度过高时，甲烷气的产量会降低。

pH值的高低也会影响甲烷气的产量，最适于垃圾发酵的pH值为6.8～7.2。

此外，甲烷产量的影响因子，如垃圾湿度、渗滤液的pH值等在不同的地区、不同的小环境、不同的发酵阶段各因子对甲烷产率的影响程度也不尽相同。

若对以上影响因素考虑不够，仅凭借模型对垃圾填埋场的产气量进行估算，再根据工程经验对评估值做出一定的修正，其产气量估算值也会出现偏差。

同时由于产气量是决定装机容量的最重要的依据，所以各垃圾填埋场应采用精密的沼气成分分析仪器，保证沼气产气量检测的准确性，为沼气回收利用提供科学的依据。

3沼气收集与输送系统3.1沼气收集站一定数量的沼气井汇集设立成沼气收集站，每口抽气井均有控制阀可调控流量，并在适当地点汇集数口抽气井形成一个局部网络。

各收集站均设有采样口便于采样分析。

沼气收集站使操作人员可以较为方便地监控每座沼气井的流量及浓度。

每2～3公顷的面积须配置一座沼气抽气收集站。

沼气收集站的位置选择须考虑到填埋面沉降及输送管线架设的便利性。

每座沼气站面积约需2平方米，沼气站的抽气装置高度约1.5米左右。

3.2沼气收集方法在填埋较低位置时，较多采用预留垂直导气石笼，边填埋边提升。

在填埋高位时一般采用水平集气管的方式进行。

在气体收集系统中科学布管，通常采用集气单元进行气体的收集，在集气单元设置时采用如下两只方式：（1）将几个6-8个导气石笼汇入一个气体收集站，再由气体收集站进入母管。

（2）将常6-8个导气石笼汇入次母管，再进入母管。

采用这两种方式都可行。

但小沼认为采用第二种方式更为直接、科学和节约。

由于沼气从导气石笼出来时其水分含量较高，在气体输送过程中产生冷凝液，若采用第一种方式就必须考虑每个导气石笼——集气站的管道放坡并单独排放冷凝液，这样在今后的提升工作带来诸多不便，且投入较高。

采用第二种方式只要布管时考虑布管坡度即可。

在母管的低位设置排水水封并可以将冷凝液排掉。

安装方便，便于控制和今后的提升。

3.3沼气浓缩分离系统浓缩分离装置可将沼气含水量降低并去除部分有机挥发性物质，同时在地形较低处亦可汇集冷凝水排至填埋场地下。

3.4气体输送管线沼气输送管线上设有安全阀﹑压力计﹑远传系统﹑膨胀节等装置，以确保沼气输送的稳定及安全性。

3.5沼气抽取系统当沼气抽取系统各部分并联试运转成功后，即进入正式运转阶段。

并执行监控管理，针对每口井的沼气产生量，调整其抽气压力，以获得最大且稳定的沼气量，同时兼顾地表的空气回流对操作安全性的影响。

3.6冷凝水集排设施沼气本身含有一定比例的水分，在输送过程会汇集在输送管线的低洼处阻塞管线。

我们在集气站底部配置冷凝水集排设施。

冷凝水集排设施设置于地面下，可将冷凝水回注进填埋场内，以避免造成二次环境污染。

4气体预处理系统垃圾填埋气经垃圾填埋场气体收集系统管道收集至电站。

但从气井经母管收集的气体含有大量的有害成分和水分，会严重的影响燃气发动机的运行。

因此，填埋气预处理系统是垃圾填埋场填埋气体发电工程的非常重要的设备，通常被安装在燃气发电机组进气管路前端。

燃气发动机对填埋气体的压力、温度和杂质要求5发电系统垃圾填埋气在经过气体预处理系统处理后达到机组对气体的要求，可以直接进入机组进行发电。

对沼气发电机组的选型应考虑如下几点：（1）根据沼气产量选择合适的装机容量，避免设备闲置或沼气浪费；（2）1000KW左右的机组市场占有率最高，性价比也是最高的，维护、维修、保养费用比较低；（3）多台机组时，宜选用1000KW左右的同一规格，以降低运行费用和备件储存。

在台数较少时，选择一台功率较小的。

比如一台1000KW加一台500KW，便于在气量变化较大时调节输出功率，保证机组在70%以上的功率下输出；（4）发电效率高意味着在消耗相同的燃气时能发出更多的电；（5）在线率高意味着停机时间少，浪费的沼气少，发电量多；（6）气体纯净时，或者气体处理得当时，机组一个大修期可达50000~60000小时，一般可达30000~40000小时。

但有些机组只达10000~20000小时；（7）沼气中含有微量的腐蚀性成分，对机油造成污染，其消耗量比使用天然气时要大，机油是一种主要的消耗品，在运行成本中占有一定份额。

而不同品牌机组的机油耗量差异较大；（8）零配件价格有数倍之差，特别注意耗材，比如火花塞价格。

直接关系到运行费用；（9）齐全的零配件储备可大大缩短停机时间，增加发电量；（10）维修队伍能否短时间到达现场，对保证运行时间至关重要；（11）机组是一种大型贵重设备，应着重于长远的综合评估。

综合性价比比价格更重要。

6静音系统在发电机运行期间，还需要装配静音系统，以降低噪音污染。

静音系统一般分为机房消音工程和集装箱两种。

电站寿命较长，或者外部环境较恶劣的，一般采用室内静音箱。

这种静音箱有利于发电机组的运行、维护、保养及维修。

宽敞的空间能给机组提供更好的工作环境，运行费用也较低。

对于寿命较短的填埋场，我们推荐使用集装箱式静音箱，它的特点主要是便于移动，减少不动产损失。

静音箱没有太高的技术含量，主要成本在于材料和人工。

随机配备的进口静音箱价格十分昂贵。

康达公司已有6年制造静音箱的经验，依据进口机组静音箱的设计标准，采用国内优质材料，以标准的40英尺集装箱为基础，最低的成本达到国际水准。

7沼气提纯有些地方发电但不便售电，或者天然气缺乏或昂贵，或者沼气的量特别大，这时把沼气中的CO2分离出来，沼气中的CH4浓度达到天然气的水准，应用范围就大大拓宽了，其附加值也大大提升。

沼气提纯意义如下：（1）将气体中的甲烷浓度提高到能满足民用、车用、化工及其它用途的水平，提高沼气的附加值和使用范围。

（2）分离出沼气中对设备及动、植物有害的组分，如水、硫化氢、硅氧烷、酸、氧化物等。

（3）分离出二氧化碳，可进一步提纯制成液体二氧化碳或干冰——一种用途广泛的副产品。

8火炬燃烧系统火炬燃烧系统是温室气体减排以及垃圾填埋场安全生产和防止环境污染的必备设备。

它可将“多余”的沼气完全燃烧；同时将沼气中易燃和有害物质尽可能完全地转变为无害物质。

其主要结构配置如下：（1）火炬燃烧头：保证在不同排放工况下安全地燃烧掉“多余”的沼气，稳定燃烧、抗强风不脱火。

宜选用热性能好、抗疲劳能力强、抗高温腐蚀并能适应温度急剧变化的材料。

（2）管道阻火器：有效防止回火事故。

（3）电子点火引燃系统：能迅速、安全地点燃放空沼气。

9服务设备的在线率非常重要，停机的代价很大。

一方面选择性能优良的机组，减少停机次数；另一方面，考虑有良好的售后服务，及时响应，尽快修复，缩短停机时间。

9.1售前指导（1）承担售前的技术咨询和配套指导，及时解答用户在设计、选型阶段遇到的疑问，提供相关技术支持，提供最合适的配置方案。

（2）计算装机容量；估算投资、运行和维护费用；机房布局与基础图；提供估价；（3）开展维护、保养、操作方面的培训等。

9.2售后服务（1）有快速反应的售后管理系统，拥有经过专业培训、经验丰富的工程技术人员，建立用户档案，定期回访。

零配件、耗材供应（2）纯正配件，储备充足，价格合理，服务周详是你连续高效运行的可靠保障。

垃圾填埋场沼气发电系统工程具有多样性、复杂性和不确定性，加强对沼气发电系统工程的科学优化配置，不断探讨和摸索先进技术和成功经验，形成系统化、模块化、标准化的优化模式，必将带来技术上的革命与创新；同时通过优化配置，也大大提高了系统运行的安全、高效、稳定和经济性，也必将带来巨大的经济效益、环保效益和社会效益。