垃圾填埋氣發(fā)電技術(shù)

和太陽能、風(fēng)能一樣，垃圾填埋氣是一種可再生能源。于20世紀(jì)70年代石油價(jià)格危急時(shí)期，首先在美國(guó)開始回收行使。把到處都有的城市生活垃圾堆放在一個(gè)垃圾場(chǎng)（坑）內(nèi)，垃圾中的有機(jī)物質(zhì)就會(huì)分解而產(chǎn)生富含甲烷的生物氣，其中大約含甲烷55%，二氧化碳40%和少量氧、氮、一氧化碳、硫化氫等。這種垃圾填埋氣可用來產(chǎn)生電能和熱能。垃圾填埋場(chǎng)可以是廢礦井、廢采石場(chǎng)、山溝和洼地等。當(dāng)代化的垃圾填埋場(chǎng)在傾倒垃圾之前，在坑的內(nèi)部用不滲漏的材料做一層防滲內(nèi)襯，填滿垃圾后封蓋，上邊再覆蓋一層黃土，防止填埋氣跑掉。經(jīng)過一年左右的時(shí)間即可鉆井采氣。填埋氣經(jīng)除塵、除濕并加壓，然后送入發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，有的還回收余熱，對(duì)外供熱。一樣平?？僧a(chǎn)氣十年以上。填埋場(chǎng)外觀還可以綠化、蒔植等。

近十年來，我國(guó)城市生活垃圾大幅度增加，僅1999年就清運(yùn)了1.15億噸。目前采用填埋、堆肥和焚燒的方法來處理，不僅虛耗了大量可行使的資源，同時(shí)也造成了緊張的后果：侵占大量地皮、水質(zhì)污染、垃圾爆炸、空氣污染、生物性污染等事故賡續(xù)發(fā)生。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，生活垃圾的危害將更加緊張。

中國(guó)生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任董鎖成研究員認(rèn)為，城市生活垃圾處置的首要題目是改變傳統(tǒng)觀念，把垃圾看做資源和財(cái)富，而不僅僅是包袱和災(zāi)難。由于從資源學(xué)的觀點(diǎn)看，生活垃圾是目前世界上唯一持續(xù)增加的潛在資源。假如把垃圾造成的“二次污染”變成垃圾的“二次行使”，就能釋放垃圾的偉大資源潛力，既珍愛了環(huán)境，又增長(zhǎng)了財(cái)富，吻合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)垃圾歷年累積堆存量已達(dá)60多億噸，已有200多座城市陷入垃圾圍困之中。占有了大量地皮，破壞城市容貌，污染環(huán)境。

世界各國(guó)較常用的處理垃圾的方法，有焚燒、填埋和堆肥三種。但焚燒前期投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，而且焚燒垃圾時(shí)會(huì)產(chǎn)生二惡英等有害氣體。垃圾堆肥的缺點(diǎn)是發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，占地面積大，而且還有難以解決的臭味和蒼蠅等問題。

據(jù)報(bào)道，上海市人口1300多萬，日產(chǎn)垃圾1.2萬噸，有雄厚的財(cái)力，正在建設(shè)兩座生活垃圾焚燒廠，一個(gè)是嘉定的上海江橋生活垃圾焚燒廠，總投資7.2億人民幣，日處理垃圾1500噸，計(jì)劃2002年建成。一個(gè)在浦東新區(qū)御橋工業(yè)小區(qū)，總投資6.7元，日處理1000噸。投資13.9億只能處理日產(chǎn)垃圾總量的20%左右，可見投資巨大，難于普及。

填埋的方法比較簡(jiǎn)單，但是只填埋不利用，會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，并污染全球大氣環(huán)境，使全球氣候變暖，造成海平面升高、干旱和破壞性風(fēng)暴等災(zāi)害。

美、英等國(guó)大力發(fā)展利用垃圾填埋產(chǎn)生的氣體發(fā)電的方法，這種方法簡(jiǎn)單易行，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。填埋氣發(fā)電，對(duì)于控制全球變暖起著重要的作用。填埋氣中甲烷的溫室效應(yīng)比CO2大20倍。填埋氣還是減輕石化燃料污染的最經(jīng)濟(jì)的可再生能源。收集并利用垃圾填埋氣發(fā)電有兩方面的環(huán)境效益：

1)將高溫室效應(yīng)的CH4轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厥倚?yīng)的CO2

2)替代石化燃料發(fā)電，降低了排放的CO2

英國(guó)政府十分重視可再生新能源的開發(fā)，他們支持了一個(gè)新可再生能源發(fā)展計(jì)劃棗非石化燃料強(qiáng)制計(jì)劃（Non-FossilFuelObligation簡(jiǎn)稱NFFO），要求用填埋氣發(fā)出比其它可再生新能源更多的電力。倫敦填埋氣協(xié)會(huì)（LGA）主張英國(guó)在2000年有200萬人用上便宜的可再生能源棗垃圾填埋氣發(fā)出的電力。LGA提出的目標(biāo)是，2000年為90萬戶提供足夠便宜的電力，同時(shí)防止了46萬噸甲烷排入大氣，相當(dāng)于停駛230萬輛轎車。在2005年由填埋氣提供的電力達(dá)到800兆瓦，英國(guó)政府正在逐步實(shí)施這一計(jì)劃。

垃圾填埋發(fā)電投資少，見效快，例如一個(gè)400米見方，40米深的填埋場(chǎng)，垃圾填埋量320萬噸，其發(fā)電容量可達(dá)2000kW，估計(jì)機(jī)械設(shè)備總投資不超過1000萬元人民幣，按天津市民用電價(jià)0.4元計(jì)，全年發(fā)電產(chǎn)值約666萬元。扣除電站自身電力消耗費(fèi)用40萬元和電站日常管理費(fèi)用15萬元，全年利潤(rùn)約611萬元，只用一年半左右的時(shí)間便可收回設(shè)備投資。電站可連續(xù)運(yùn)行10-15年，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都很可觀。此外，發(fā)展垃圾填埋氣發(fā)電工程，還可以帶起一個(gè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，很有發(fā)展前途。

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃用垃圾填埋氣后會(huì)出現(xiàn)一些特殊問題，例如：

1)以甲烷為主要成份的天然氣的燃燒速度比汽油和柴油都低，這會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性降低，排氣溫度升高，引起氣門過度磨損，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和使用壽命。垃圾填埋氣含有大量二氧化碳，這會(huì)使上述問題更加嚴(yán)重。因此，提高燃燒速度就成了垃圾填埋氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2)垃圾填埋氣的熱值只有天然氣的一半左右，加上含有大量CO2，這會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大幅度下降。因此，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量以恢復(fù)功率，也是十分重要的問題。

3)大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)的厭氧分解要產(chǎn)生0.3%-2%的硫化氫（3-20000ppm），多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)耐H2S的極限量為200ppm,因此需要解決防止H2S引起的機(jī)件腐蝕的問題等等。

天津大學(xué)從1993年開始，與勝利石油管理局動(dòng)力機(jī)械廠合作，開展“190系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能提高的研究”項(xiàng)目；1998年為勝利石油管理局動(dòng)力機(jī)械廠研制成功兩種不同結(jié)構(gòu)形式的兩級(jí)點(diǎn)火（預(yù)燃室）式燃燒系統(tǒng)，解決了天然氣燃燒速度慢，影響天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，大幅度提高了190系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性，并降低了排氣污染。與原機(jī)相比，燃燒速度提高了44%，功率提高了20%，熱效率提高了14.7%，排氣溫度降低了100℃。排氣污染小，標(biāo)定工況下HC為66ppm，CO為0.016%，NOx為200ppm[2,3]。這一關(guān)鍵技術(shù)的研究成功，為垃圾填埋氣發(fā)電成套設(shè)備的研制正在，打下了堅(jiān)實(shí)的基楚。

目前天津大學(xué)正在致力于垃圾填埋氣發(fā)電成套設(shè)備的的開發(fā)。并與國(guó)內(nèi)一流科研院所和制造企業(yè)聯(lián)合，開展城市垃圾填埋氣體發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和維修業(yè)務(wù)（交鑰匙工程），生產(chǎn)垃圾填埋氣體發(fā)電成套設(shè)備（包括垃圾填埋氣預(yù)處理系統(tǒng)、以垃圾填埋氣體發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的發(fā)電機(jī)組和燃燒火炬系統(tǒng)）。功率范圍：500kW-2000kW，適用于不同容量的垃圾填埋場(chǎng)。

1 填埋氣發(fā)電

垃圾填埋氣發(fā)電設(shè)備為2 臺(tái)C E顏巴赫J(rèn)GS320發(fā)電機(jī)組, 單臺(tái)發(fā)電功率1063k w。2009年10份一期工程一臺(tái)發(fā)電機(jī)組調(diào)試完成并網(wǎng)發(fā)電隨著填埋氣量的不斷增加,2012年1月二期工程一臺(tái)機(jī)組實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。截至目前, 一期發(fā)電機(jī)組已運(yùn)行近5萬小時(shí),二期發(fā)電機(jī)組運(yùn)行超過25萬小時(shí)。目前兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行良好, 兩臺(tái)機(jī)組滿載時(shí)總耗氣量約130 立/ 小時(shí),可以保證兩臺(tái)機(jī)組滿載運(yùn)行。

2 發(fā)電機(jī)組參數(shù)

垃圾填埋氣發(fā)電機(jī)組的電效率、靈活性、穩(wěn)定性、年可用率、維護(hù)管理等因素決定了項(xiàng)目整體的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行成本。采用國(guó)外先進(jìn)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組通過穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)電上網(wǎng)創(chuàng)造最大收益

3 余熱綜合利用

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在利用垃圾填埋氣發(fā)電的同時(shí), 余熱資源包括煙氣和缸套水可以充分利用C E 顏巴赫J(rèn)32O發(fā)電機(jī)組煙氣熱量636kw. 缸套水熱量614kw通過換熱器制熱水為建筑采暖,解決廠區(qū)所有建筑冬季供熱負(fù)荷, 實(shí)現(xiàn)了熱電聯(lián)供, 提高了垃圾填埋氣的能源利用效率. 增加了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。