垃圾填埋場(chǎng)沼氣處理及發(fā)電技術(shù)

段麗

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650051)

1 垃圾主要處理方法

1.1 堆肥

城市生活垃圾堆肥處理，是指利用微生物的降解作用，通過(guò)好氧發(fā)酵或厭氧發(fā)酵，使垃圾穩(wěn)定化的過(guò)程，堆肥產(chǎn)品可作肥料或土壤改良劑。

1.2 焚燒

垃圾焚燒法是采用高溫焚燒處理的技術(shù)手段，通過(guò)燃燒工藝的組織，將垃圾中的有機(jī)成分和可燃成分燃燒完全，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化和無(wú)害化，同時(shí)，燃燒產(chǎn)生的熱能可以用來(lái)供熱或者加熱工質(zhì)驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。但焚燒一定程度上可能存在二次污染問(wèn)題，如焚燒不徹底，煙氣溫度不達(dá)要求，可能產(chǎn)生二惡英等致癌有害氣體，從而造成新的環(huán)境污染。

1.3 衛(wèi)生填埋加填埋氣發(fā)電

對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)，必須配套建設(shè)填埋氣收集處理系統(tǒng)才能真正實(shí)現(xiàn)垃圾的無(wú)害化，而采用垃圾填埋氣發(fā)電不但處理了造成環(huán)境污染的垃圾填埋氣，同時(shí)又合理利用了資源。填埋氣是伴隨垃圾填埋產(chǎn)生的必然附屬物，其主要成分為CH4和CO2，資料顯示，每噸垃圾在填埋場(chǎng)壽命期內(nèi)大約可產(chǎn)生100～200 m3的填埋氣，熱值范圍一般在7 450～22 350 kJ/m3，脫水后熱值可提高10%，除去CO2、H2S 及其它雜質(zhì)組分后，又可將熱值提高到22 360～26 000 kJ/m3(天然氣的熱值為37 260 kJ/m3)，是非常有利用價(jià)值的一種能源。

2 沼氣量收集系統(tǒng)工藝

在垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)設(shè)置有一定數(shù)量的沼氣井，沼氣井將沼氣采集出地面并通過(guò)輸送管道輸送到一定區(qū)域內(nèi)的各調(diào)節(jié)站，然后各調(diào)節(jié)站分別用一條輸送管將沼氣輸送至沼氣脫硫、預(yù)處理系統(tǒng)。沼氣的輸送動(dòng)力來(lái)源于設(shè)置在沼氣預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)。沼氣收集系統(tǒng)的設(shè)備布置在垃圾場(chǎng)區(qū)域。

2.1 沼氣量收集系統(tǒng)的設(shè)備

2.1.1 沼氣井

本項(xiàng)目根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)分A、B 兩個(gè)區(qū)域設(shè)置沼氣井。A、B 兩個(gè)區(qū)域分別設(shè)置29、21 口井。每口井之間的間距在30 m 左右。沼氣井結(jié)構(gòu)如下:采用特種鉆頭在各個(gè)設(shè)定好的井孔位置上打孔，孔直徑為1 000 mm，每個(gè)孔的下端距垃圾場(chǎng)底2 米。由于垃圾場(chǎng)底部的地形高度是變化的，因此各個(gè)井的實(shí)際深度會(huì)有差異，井深高度在20～25 m 之間。在達(dá)到指定深度以后，一根帶微槽的可導(dǎo)入沼氣的高密度聚乙烯(HDPE)管(采氣管)被置于孔的中心。除距地面3 m 的井頭部分外，這根管與孔之間的環(huán)形空隙用硅酸鹽類的河礫填滿，管中設(shè)有一臺(tái)小型潛式泵。在沼氣井采集沼氣的過(guò)程中，一些垃圾的滲濾液及微細(xì)的固型物會(huì)通過(guò)采氣管的微槽進(jìn)入采氣管內(nèi)，當(dāng)這些瀝出物到一定的液位后，潛式泵將會(huì)把這些瀝出物排出井外，并回灌到垃圾場(chǎng)中。瀝出物從井中的排出在沼氣收集工藝上很重要，只有在瀝出物被泵順利排出的情況下，采氣管才能正常地采氣并保證沼氣正常流出。井頭設(shè)計(jì)如圖1 所示。

2.1.2 調(diào)節(jié)站

調(diào)節(jié)站在系統(tǒng)中位于沼氣井與沼氣脫硫、預(yù)處理系統(tǒng)之間。主要的作用是能夠調(diào)節(jié)各個(gè)沼氣井的產(chǎn)氣量，使每個(gè)沼氣井能夠正常產(chǎn)氣。在垃圾場(chǎng)中，每個(gè)沼氣井的產(chǎn)氣狀態(tài)可能不一樣，因此，需要調(diào)節(jié)站能對(duì)每口井進(jìn)行調(diào)節(jié)，使每口井都處于正常產(chǎn)氣狀態(tài)。另外，調(diào)節(jié)站還能對(duì)一定區(qū)域的沼氣井排出的沼氣進(jìn)行集中，使其后部的輸送管網(wǎng)更簡(jiǎn)單合理。

圖1 井頭設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)置有2 個(gè)調(diào)節(jié)站，均布置在垃圾場(chǎng)內(nèi)，分別負(fù)責(zé)垃圾場(chǎng)A、B 兩個(gè)區(qū)域沼氣井的氣量調(diào)節(jié)和集中。

2.1.3 集氣裝置

各調(diào)節(jié)站分別用一根的HDPE 管道接到垃圾場(chǎng)邊的集氣裝置上。集氣裝置有1 個(gè)。每個(gè)集氣裝置可以有5 個(gè)或更多接入口，集氣裝置的接入口使用數(shù)量根據(jù)工程的實(shí)際情況確定，多余的接口暫用堵頭封堵，今后根據(jù)工程發(fā)展的規(guī)模情況啟用。本工程現(xiàn)在只設(shè)有2 個(gè)調(diào)節(jié)站，因此集氣裝置的接入口使用2 個(gè)。

2.1.4 收集系統(tǒng)的沼氣管路

各個(gè)沼氣井到調(diào)節(jié)站均采用一根HDPE 管與調(diào)節(jié)站連接。連接方式采用并聯(lián)。各個(gè)調(diào)節(jié)站分別采用一根HDPE 管道與集氣裝置連接。連接方式采用并聯(lián)。

2.1.5 裝機(jī)方案

基于預(yù)測(cè)的產(chǎn)氣量，按照可行的50%沼氣收集率按計(jì)算，可以得出電廠生產(chǎn)周期內(nèi)的沼氣收集量如下圖1 所示。

圖2 沼氣收集量

為保證消除沼氣帶來(lái)的環(huán)境危害，而從以上數(shù)據(jù)分析，未來(lái)運(yùn)行區(qū)間11 年內(nèi)平均可能的每小時(shí)沼氣收集量約1 036 m3，所以，本項(xiàng)目的沼氣處理容量定為900 Nm3/小時(shí)。綜合考慮投資的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的靈活性，設(shè)置1 臺(tái)處理容量1 000 Nm3/小時(shí)燃燒火炬，以確保在機(jī)組全部檢修停運(yùn)的情況下，所有沼氣仍然可以通過(guò)火炬燃燒來(lái)達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

本工程規(guī)劃安裝3 臺(tái)500 kW 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)1 500 kW。每臺(tái)機(jī)組每小時(shí)耗沼氣量300 m3，總耗氣量約900 m3/小時(shí)?？紤]沼氣生產(chǎn)受多方面不可控制因素的影響，同時(shí)考慮到投資的經(jīng)濟(jì)性、將來(lái)運(yùn)行的靈活性和生產(chǎn)維護(hù)的便利性，項(xiàng)目宜分步實(shí)施，先安裝1 臺(tái)500 kW 發(fā)電機(jī)組，隨后再安裝2 臺(tái)500 kW 發(fā)電機(jī)組。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)已經(jīng)填埋的垃圾場(chǎng)，采用填埋氣發(fā)電技術(shù)，既完善了填埋場(chǎng)的垃圾處理系統(tǒng)，減少了環(huán)境污染，我國(guó)目前擁有大量垃圾填埋場(chǎng)，但垃圾填埋氣發(fā)電應(yīng)用范圍還不廣，利用率仍比較低。作為能源消費(fèi)大國(guó)，利用垃圾制造沼氣發(fā)電的市場(chǎng)前景是十分廣闊的，值得大力推廣和運(yùn)用。

［1］田宜水.生物質(zhì)發(fā)電［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［2］曹偉華，王艷明.垃圾填埋場(chǎng):填埋氣發(fā)電技術(shù)應(yīng)用［J］.市政技術(shù)，2007:42－43.