垃圾填埋場(chǎng)沼氣精制項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析——以太原市侯村城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)為例

韓正平，勾冬梅，靳俊平，王 穎，曲偉國(guó)

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院，天津 300074）

垃圾填埋沼氣是垃圾填埋層中的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)厭氧分解后生成的，其主要成分是甲烷和二氧化碳，并有少量的氮?dú)?、硫化氫、一氧化碳、氧氣、氫氣。具有較高能源利用價(jià)值的同時(shí)，還具有較大的危害性。因此，筆者以太原市侯村城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)沼氣精制燃?xì)忭?xiàng)目為例進(jìn)行分析。

1 填埋場(chǎng)沼氣回收利用的必要性及意義

大量沼氣如果直接排到大氣環(huán)境中，勢(shì)必對(duì)環(huán)境造成惡劣的環(huán)境影響。隨著市民環(huán)保意識(shí)的不斷提高，填埋場(chǎng)沼氣產(chǎn)生的臭氣往往造成填埋場(chǎng)和周圍居民的沖突，對(duì)整個(gè)填埋場(chǎng)社會(huì)環(huán)境產(chǎn)生很大的不穩(wěn)定因素，不利于構(gòu)建和諧社會(huì)。且沼氣屬于生物質(zhì)能，即清潔能源。假如這些能源不加以收集利用，直接外排，就會(huì)造成能源浪費(fèi)，與現(xiàn)代新能源政策不符。采用先進(jìn)技術(shù)開(kāi)展垃圾填埋氣體的收集利用，不但可以有效避免因無(wú)序遷移和排放帶來(lái)的危害，而且可以化害為利，將污染環(huán)境的氣體作為可再生資源轉(zhuǎn)化成清潔能源，并對(duì)遏制地球氣候變暖的趨勢(shì)作出重要貢獻(xiàn)。

2 沼氣利用方式的比選

沼氣利用方式的比較見(jiàn)表1［1］。

通過(guò)對(duì)沼氣利用方案論證，推薦沼氣精制后外賣(mài)的方案。主要分析如下：

1）沼氣精制系統(tǒng)的獨(dú)立性強(qiáng)，不易受外部環(huán)境的制約；沼氣預(yù)處理和精制的設(shè)備和工藝技術(shù)比較成熟，基本為模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)備形式為撬裝一體式。

表1 沼氣利用方式的比較

2）對(duì)填埋場(chǎng)的影響面小，只需對(duì)填埋場(chǎng)的填埋工藝和沼氣收集系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造就可以實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)施。

3）能源利用效率高，并能大大減少溫室氣體甲烷的排放，且環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小。

4）回收精制的性價(jià)比較高，單位處理成本1.69元/m3，單位處理經(jīng)營(yíng)成本1.42元/m3，投資風(fēng)險(xiǎn)小。

5）填埋作業(yè)科學(xué)、合理，能夠保證填埋堆體厭氧產(chǎn)沼條件。

6）既有大量的沼氣氣源，又有較多沼氣精制的成功經(jīng)驗(yàn)。

3 工藝設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目是利用城市生活垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的填埋氣體作為原料氣，原料氣經(jīng)站外管線進(jìn)入精制壓縮站，通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)送至干法脫硫塔脫硫，羅茨風(fēng)機(jī)將填埋氣體增壓至2～10 kPa，再經(jīng)由沼氣壓縮機(jī)升壓至0.3 MPa。之后混合氣體經(jīng)過(guò)氣液分離器進(jìn)行氣液分離，然后再經(jīng)精脫硫塔進(jìn)行二次脫硫。脫硫后的混合氣體進(jìn)入PSA裝置脫去所含CO2，再進(jìn)入干燥裝置脫水，通過(guò)分離緩沖裝置迸入天然氣壓縮機(jī)增壓至21 MPa。精制燃?xì)馔ㄟ^(guò)2組每組容量144×80 L的沼氣瓶組緩沖或直接給通過(guò)加氣柱，給拖車加氣，精制壓縮甲烷氣再由拖車運(yùn)輸?shù)教烊粴夤净蚣託庹尽?/p>

該項(xiàng)目原料氣設(shè)計(jì)提純能力：30 000 m3/d（1 250 m3/h）。

精制壓縮甲烷氣產(chǎn)品質(zhì)量：達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)行GB 17820—2012天然氣中規(guī)定的二類氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 脫碳工藝介紹

脫碳是生產(chǎn)工藝中最主要的工序。常規(guī)脫碳有干法和濕法。干法有變壓吸附法（PSA）、變溫吸附法（TSA）。濕法分物理吸收和化學(xué)吸收法。物理吸收有高壓水洗法、低溫甲醇法、碳酸丙烯酯法（Fluor）、NHD（Selexol）法等；化學(xué)吸收以氨基醇胺作為吸收劑。

變壓吸附脫碳工藝過(guò)程之所以得以實(shí)現(xiàn)是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的2個(gè)性質(zhì)：一是對(duì)不同組分的吸附能力不同，二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)含二氧化碳源中雜質(zhì)組分的優(yōu)先吸附而使其他組分得以提純；利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離提純甲烷的目的。變壓吸附脫碳提純甲烷工藝見(jiàn)圖1。

變壓吸附的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，操作人員少，壓力選擇范圍寬，動(dòng)力消耗低；主要設(shè)備少，材料可用碳鋼制造，所有設(shè)備均可國(guó)產(chǎn)化，因此投資少維護(hù)費(fèi)用低，甲烷收率90%以上。

經(jīng)過(guò)對(duì)項(xiàng)目投資、能耗、經(jīng)濟(jì)性等方面的比較，變壓吸附工藝具有氣體產(chǎn)品質(zhì)量高、無(wú)化學(xué)劑使用、無(wú)工藝水要求、無(wú)廢水和廢氣的細(xì)菌性污染、部分去除O2和N2、靈活性和持久性、投資成本經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。因此，本項(xiàng)目的脫碳工藝采用變壓吸附工藝（PSA）。

5 沼氣燃燒火炬系統(tǒng)

由于沼氣產(chǎn)生量具有不穩(wěn)定性，火炬燃燒系統(tǒng)的燃燒量應(yīng)以最不利條件作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，且燃燒的填埋氣體量主要為沼氣精制設(shè)施不能消納的填埋氣體以及精制設(shè)備停止工作狀態(tài)時(shí)所有的填埋氣體量。目前火炬燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為1 500～3 000 m3/h，設(shè)置在垃圾場(chǎng)中部。

6 經(jīng)濟(jì)分析

6.1 投資估算

本項(xiàng)目主要建設(shè)管理用房及車庫(kù)、循環(huán)水泵房及水池、站房、沼氣處理間、儲(chǔ)氣瓶、加氣柱、氣體收集系統(tǒng)以及總圖。工程投資估算以設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行編制。

工程總投資為2 090.80萬(wàn)元。其中：工程費(fèi)用1 668.42萬(wàn)元，工程建設(shè)其他費(fèi)用189.34萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)185.78萬(wàn)元，建設(shè)期利息34.74萬(wàn)元，鋪底流動(dòng)資金12.52萬(wàn)元。

6.2 成本分析

本工程經(jīng)濟(jì)分析，依照國(guó)家計(jì)委、建設(shè)部2006年發(fā)布的《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》（第3版）的規(guī)定和要求，按照我國(guó)現(xiàn)行的稅法制度和有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其價(jià)格和數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 本工程經(jīng)濟(jì)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)行業(yè)常規(guī)的成本計(jì)算方法，估算該項(xiàng)目的生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。

1）動(dòng)力費(fèi)：動(dòng)力價(jià)=耗電量×動(dòng)力單價(jià)。

2）原材料：投入材料量×材料單價(jià)。

3）職工工資福利費(fèi)：設(shè)計(jì)定員×年工資福利總額。

4）固定資產(chǎn)基本折舊費(fèi)：固定資產(chǎn)原值×6.4%。

5）固定資產(chǎn)大修理費(fèi)：固定資產(chǎn)原值×3.00%。

6）管理及其他費(fèi)用：按以上各項(xiàng)費(fèi)用之和的10%計(jì)算。

7）財(cái)務(wù)費(fèi)用：為貸款部分每年所支付的流動(dòng)資金中貸款部分每年所支付的利息。

經(jīng)測(cè)算，年總成本費(fèi)用為823.77萬(wàn)元。年經(jīng)營(yíng)成本費(fèi)用689.86萬(wàn)元，單位處理成本1.69元/m3，單位處理經(jīng)營(yíng)成本1.42元/m3。

6.3 效益分析

本工程屬城市基礎(chǔ)設(shè)施工程，為公共事業(yè)性項(xiàng)目。本著保本運(yùn)行、有一定利潤(rùn)的原則，合理收費(fèi)是保證項(xiàng)目正常運(yùn)行的必要條件。按照當(dāng)?shù)厍闆r，結(jié)合本工程成本計(jì)算，考慮到本項(xiàng)目主要為城市環(huán)保為主，故其收費(fèi)價(jià)格按2.2元/m3執(zhí)行，燃?xì)怃N售量為4 870 800 m3。

根據(jù)計(jì)算，年收入為1 071.58萬(wàn)元，年?duì)I業(yè)稅及附加估算值為58.94萬(wàn)元。所得稅按規(guī)定取利潤(rùn)總額的25%計(jì)取，年凈利潤(rùn)為141.60萬(wàn)元。

經(jīng)計(jì)算財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 本工程財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

由表3可見(jiàn)，本項(xiàng)目財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率的標(biāo)準(zhǔn)高于8%的基準(zhǔn)收益率。企業(yè)盈利能力為行業(yè)規(guī)定的較好水平。財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值大于零，該項(xiàng)目在財(cái)務(wù)上是可以接受的。投資回收期（含1 a建設(shè)期）在行業(yè)是較好的標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該項(xiàng)目能在壽命期內(nèi)收回投資。該項(xiàng)目的財(cái)務(wù)狀況和自身效益良好，具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)性。

7 結(jié)論

1）太原填埋場(chǎng)沼氣精制提純工程，符合國(guó)家垃圾處理技術(shù)政策。

2）氣體收集系統(tǒng)工藝先進(jìn)、可靠，對(duì)正常填埋作業(yè)影響較小，達(dá)到減少沼氣的泄漏和無(wú)規(guī)則遷移以及臭味擴(kuò)散的目的，具有較好的環(huán)境效益。

3）采用先進(jìn)的沼氣精制技術(shù)，確保高效率和高標(biāo)準(zhǔn)。

4）本工程同時(shí)具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王里奧，王敏，王赟.垃圾填埋場(chǎng)沼氣控制與利用的方案評(píng)選法［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，24（1）：122-125.