垃圾填埋場沼氣處理及發電技術

段麗

(中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，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，通過好氧發酵或厭氧發酵，使垃圾穩定化的過程，堆肥產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手段，通過燃燒工藝的組織，將垃圾中的有機成分和可燃成分燃燒完全，從而實現垃圾的減量化和無害化，同時，燃燒產生的熱能可以用來供熱或者加熱工質驅動汽輪發電機組發電。但焚燒一定程度上可能存在二次污染問題，如焚燒不徹底，煙氣溫度不達要求，可能產生二惡英等致癌有害氣體，從而造成新的環境污染。

1.3 衛生填埋加填埋氣發電

對于垃圾填埋場，必須配套建設填埋氣收集處理系統才能真正實現垃圾的無害化，而采用垃圾填埋氣發電不但處理了造成環境污染的垃圾填埋氣，同時又合理利用了資源。填埋氣是伴隨垃圾填埋產生的必然附屬物，其主要成分為CH4和CO2，資料顯示，每噸垃圾在填埋場壽命期內大約可產生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)，是非常有利用價值的一種能源。

2 沼氣量收集系統工藝

在垃圾填埋場內設置有一定數量的沼氣井，沼氣井將沼氣采集出地面并通過輸送管道輸送到一定區域內的各調節站，然后各調節站分別用一條輸送管將沼氣輸送至沼氣脫硫、預處理系統。沼氣的輸送動力來源于設置在沼氣預處理系統內的風機。沼氣收集系統的設備布置在垃圾場區域。

2.1 沼氣量收集系統的設備

2.1.1 沼氣井

本項目根據垃圾填埋場分A、B 兩個區域設置沼氣井。A、B 兩個區域分別設置29、21 口井。每口井之間的間距在30 m 左右。沼氣井結構如下:采用特種鉆頭在各個設定好的井孔位置上打孔，孔直徑為1 000 mm，每個孔的下端距垃圾場底2 米。由于垃圾場底部的地形高度是變化的，因此各個井的實際深度會有差異，井深高度在20～25 m 之間。在達到指定深度以后，一根帶微槽的可導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形空隙用硅酸鹽類的河礫填滿，管中設有一臺小型潛式泵。在沼氣井采集沼氣的過程中，一些垃圾的滲濾液及微細的固型物會通過采氣管的微槽進入采氣管內，當這些瀝出物到一定的液位后，潛式泵將會把這些瀝出物排出井外，并回灌到垃圾場中。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。井頭設計如圖1 所示。

2.1.2 調節站

調節站在系統中位于沼氣井與沼氣脫硫、預處理系統之間。主要的作用是能夠調節各個沼氣井的產氣量，使每個沼氣井能夠正常產氣。在垃圾場中，每個沼氣井的產氣狀態可能不一樣，因此，需要調節站能對每口井進行調節，使每口井都處于正常產氣狀態。另外，調節站還能對一定區域的沼氣井排出的沼氣進行集中，使其后部的輸送管網更簡單合理。

圖1 井頭設計

本項目設置有2 個調節站，均布置在垃圾場內，分別負責垃圾場A、B 兩個區域沼氣井的氣量調節和集中。

2.1.3 集氣裝置

各調節站分別用一根的HDPE 管道接到垃圾場邊的集氣裝置上。集氣裝置有1 個。每個集氣裝置可以有5 個或更多接入口，集氣裝置的接入口使用數量根據工程的實際情況確定，多余的接口暫用堵頭封堵，今后根據工程發展的規模情況啟用。本工程現在只設有2 個調節站，因此集氣裝置的接入口使用2 個。

2.1.4 收集系統的沼氣管路

各個沼氣井到調節站均采用一根HDPE 管與調節站連接。連接方式采用并聯。各個調節站分別采用一根HDPE 管道與集氣裝置連接。連接方式采用并聯。

2.1.5 裝機方案

基于預測的產氣量，按照可行的50%沼氣收集率按計算，可以得出電廠生產周期內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的環境危害，而從以上數據分析，未來運行區間11 年內平均可能的每小時沼氣收集量約1 036 m3，所以，本項目的沼氣處理容量定為900 Nm3/小時。綜合考慮投資的經濟性和運行的靈活性，設置1 臺處理容量1 000 Nm3/小時燃燒火炬，以確保在機組全部檢修停運的情況下，所有沼氣仍然可以通過火炬燃燒來達到保護環境的目的。

本工程規劃安裝3 臺500 kW 燃氣發電機組，總裝機1 500 kW。每臺機組每小時耗沼氣量300 m3，總耗氣量約900 m3/小時。考慮沼氣生產受多方面不可控制因素的影響，同時考慮到投資的經濟性、將來運行的靈活性和生產維護的便利性，項目宜分步實施，先安裝1 臺500 kW 發電機組，隨后再安裝2 臺500 kW 發電機組。

3 結束語

針對已經填埋的垃圾場，采用填埋氣發電技術，既完善了填埋場的垃圾處理系統，減少了環境污染，我國目前擁有大量垃圾填埋場，但垃圾填埋氣發電應用范圍還不廣，利用率仍比較低。作為能源消費大國，利用垃圾制造沼氣發電的市場前景是十分廣闊的，值得大力推廣和運用。

［1］田宜水.生物質發電［M］.北京:化學工業出版社，2010.

［2］曹偉華，王艷明.垃圾填埋場:填埋氣發電技術應用［J］.市政技術，2007:42－43.