垃圾填埋场沼气处理及发电技术

段丽

(中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，昆明 650051)

1 垃圾主要处理方法

1.1 堆肥

城市生活垃圾堆肥处理，是指利用微生物的降解作用，通过好氧发酵或厌氧发酵，使垃圾稳定化的过程，堆肥产品可作肥料或土壤改良剂。

1.2 焚烧

垃圾焚烧法是采用高温焚烧处理的技术手段，通过燃烧工艺的组织，将垃圾中的有机成分和可燃成分燃烧完全，从而实现垃圾的减量化和无害化，同时，燃烧产生的热能可以用来供热或者加热工质驱动汽轮发电机组发电。但焚烧一定程度上可能存在二次污染问题，如焚烧不彻底，烟气温度不达要求，可能产生二恶英等致癌有害气体，从而造成新的环境污染。

1.3 卫生填埋加填埋气发电

对于垃圾填埋场，必须配套建设填埋气收集处理系统才能真正实现垃圾的无害化，而采用垃圾填埋气发电不但处理了造成环境污染的垃圾填埋气，同时又合理利用了资源。填埋气是伴随垃圾填埋产生的必然附属物，其主要成分为CH4和CO2，资料显示，每吨垃圾在填埋场寿命期内大约可产生100～200 m3的填埋气，热值范围一般在7 450～22 350 kJ/m3，脱水后热值可提高10%，除去CO2、H2S 及其它杂质组分后，又可将热值提高到22 360～26 000 kJ/m3(天然气的热值为37 260 kJ/m3)，是非常有利用价值的一种能源。

2 沼气量收集系统工艺

在垃圾填埋场内设置有一定数量的沼气井，沼气井将沼气采集出地面并通过输送管道输送到一定区域内的各调节站，然后各调节站分别用一条输送管将沼气输送至沼气脱硫、预处理系统。沼气的输送动力来源于设置在沼气预处理系统内的风机。沼气收集系统的设备布置在垃圾场区域。

2.1 沼气量收集系统的设备

2.1.1 沼气井

本项目根据垃圾填埋场分A、B 两个区域设置沼气井。A、B 两个区域分别设置29、21 口井。每口井之间的间距在30 m 左右。沼气井结构如下:采用特种钻头在各个设定好的井孔位置上打孔，孔直径为1 000 mm，每个孔的下端距垃圾场底2 米。由于垃圾场底部的地形高度是变化的，因此各个井的实际深度会有差异，井深高度在20～25 m 之间。在达到指定深度以后，一根带微槽的可导入沼气的高密度聚乙烯(HDPE)管(采气管)被置于孔的中心。除距地面3 m 的井头部分外，这根管与孔之间的环形空隙用硅酸盐类的河砾填满，管中设有一台小型潜式泵。在沼气井采集沼气的过程中，一些垃圾的渗滤液及微细的固型物会通过采气管的微槽进入采气管内，当这些沥出物到一定的液位后，潜式泵将会把这些沥出物排出井外，并回灌到垃圾场中。沥出物从井中的排出在沼气收集工艺上很重要，只有在沥出物被泵顺利排出的情况下，采气管才能正常地采气并保证沼气正常流出。井头设计如图1 所示。

2.1.2 调节站

调节站在系统中位于沼气井与沼气脱硫、预处理系统之间。主要的作用是能够调节各个沼气井的产气量，使每个沼气井能够正常产气。在垃圾场中，每个沼气井的产气状态可能不一样，因此，需要调节站能对每口井进行调节，使每口井都处于正常产气状态。另外，调节站还能对一定区域的沼气井排出的沼气进行集中，使其后部的输送管网更简单合理。

图1 井头设计

本项目设置有2 个调节站，均布置在垃圾场内，分别负责垃圾场A、B 两个区域沼气井的气量调节和集中。

2.1.3 集气装置

各调节站分别用一根的HDPE 管道接到垃圾场边的集气装置上。集气装置有1 个。每个集气装置可以有5 个或更多接入口，集气装置的接入口使用数量根据工程的实际情况确定，多余的接口暂用堵头封堵，今后根据工程发展的规模情况启用。本工程现在只设有2 个调节站，因此集气装置的接入口使用2 个。

2.1.4 收集系统的沼气管路

各个沼气井到调节站均采用一根HDPE 管与调节站连接。连接方式采用并联。各个调节站分别采用一根HDPE 管道与集气装置连接。连接方式采用并联。

2.1.5 装机方案

基于预测的产气量，按照可行的50%沼气收集率按计算，可以得出电厂生产周期内的沼气收集量如下图1 所示。

图2 沼气收集量

为保证消除沼气带来的环境危害，而从以上数据分析，未来运行区间11 年内平均可能的每小时沼气收集量约1 036 m3，所以，本项目的沼气处理容量定为900 Nm3/小时。综合考虑投资的经济性和运行的灵活性，设置1 台处理容量1 000 Nm3/小时燃烧火炬，以确保在机组全部检修停运的情况下，所有沼气仍然可以通过火炬燃烧来达到保护环境的目的。

本工程规划安装3 台500 kW 燃气发电机组，总装机1 500 kW。每台机组每小时耗沼气量300 m3，总耗气量约900 m3/小时。考虑沼气生产受多方面不可控制因素的影响，同时考虑到投资的经济性、将来运行的灵活性和生产维护的便利性，项目宜分步实施，先安装1 台500 kW 发电机组，随后再安装2 台500 kW 发电机组。

3 结束语

针对已经填埋的垃圾场，采用填埋气发电技术，既完善了填埋场的垃圾处理系统，减少了环境污染，我国目前拥有大量垃圾填埋场，但垃圾填埋气发电应用范围还不广，利用率仍比较低。作为能源消费大国，利用垃圾制造沼气发电的市场前景是十分广阔的，值得大力推广和运用。

［1］田宜水.生物质发电［M］.北京:化学工业出版社，2010.

［2］曹伟华，王艳明.垃圾填埋场:填埋气发电技术应用［J］.市政技术，2007:42－43.