垃圾填埋场气发电系统的优化配置.docVIP

垃圾填埋场沼气发电系统的优化配置 广东东莞康达新能源科技有限公司 燃气动力部、技术中心 前言 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”。 沼气的充分利用，是其具体措施之一。 沼气发电在发达国家已有几十年的历史，目前在世界各地受到广泛重视和积极推广。如美国的“能源农场”、德国的《可再生能源促进法》、日本的“阳光工程”、荷兰的“绿色能源”等。 我国也非常重视，在《农业法》、《节约能源法》和《可再生能源法》等一系列国家重要法律法规中，都对沼气利用提出了明确规定。 沼气利用工程是获取绿色能源、治理环境污染的更为经济实用的手段。从我国沼气产量潜力、发电技术水平、市场需求和政策导向的发展趋势来看，沼气发电产业将有突破性进展。 发电是沼气的最佳利用途径，目前已在全国各地广泛发展；而垃圾填埋场有其特殊性，发电几乎是沼气利用的唯一方式。 我国每年的城市生活垃圾量达到 1.7 亿吨，大部分采用填埋方式处理，蕴藏着大量的沼气资源。已有十余个填埋场的沼气被收集起来用于发电。 沼气发电是一个系统工程，它包括垃圾填埋操作管理、产气量的估算、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。 抽气量控制是维持厌氧环境的一个重要因素，过度抽气会使厌氧环境失去平衡，削弱厌氧反应。有的电厂气量不够，机组运行功率又不调整，造成过抽采，甲烷浓度低于40%，还为机组能正常运转而沾沾自喜。但接下来的几个月，整个填埋场厌氧环境失去平衡后导致气量严重不足，只能停机，无异于“杀鸡取卵”。 2、垃圾填埋场产气量的估算 填埋场产生的沼气量随当地气候、地理条件及填埋场的填埋量、垃圾组份、填埋方式等因素的不同而不同，所以，各垃圾填埋场在设计沼气回收利用时应根据准确的气体产生量为依据。实际上，产生量的测定较复杂，所用仪器的费用很高。因此，探求一种理论模型来精确地估算填埋场气体中可回收利用的沼气量是非常有意义的。 2.1甲烷气体的产生及影响因素 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。 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