垃圾填埋氣發(fā)電技術(shù)簡介

和太陽能、風能一樣，垃圾填埋氣是一種可再生能源。于20世紀70年代石油價格危急時期，首先在美國開始回收行使。把到處都有的城市生活垃圾堆放在一個垃圾場（坑）內(nèi)，垃圾中的有機物質(zhì)就會分解而產(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。垃圾填埋場可以是廢礦井、廢采石場、山溝和洼地等。當代化的垃圾填埋場在傾倒垃圾之前，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)動機發(fā)電，有的還回收余熱，對外供熱。一樣平?？僧a(chǎn)氣十年以上。填埋場外觀還可以綠化、蒔植等。

近十年來，我國城市生活垃圾大幅度增加，僅1999年就清運了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。隨著國民經(jīng)濟和城市建設(shè)的發(fā)展，生活垃圾的危害將更加緊張。

中國生態(tài)經(jīng)濟學會區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟委員會副主任董鎖成研究員認為，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富，而不僅僅是包袱和災難。由于從資源學的觀點看，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，又增長了財富，吻合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國垃圾歷年累積堆存量已達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，而且焚燒垃圾時會產(chǎn)生二惡英等有害氣體。垃圾堆肥的缺點是發(fā)酵時間長，占地面積大，而且還有難以解決的臭味和蒼蠅等問題。

據(jù)報道，上海市人口1300多萬，日產(chǎn)垃圾1.2萬噸，有雄厚的財力，正在建設(shè)兩座生活垃圾焚燒廠，一個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，計劃2002年建成。一個在浦東新區(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。

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

美、英等國大力發(fā)展利用垃圾填埋產(chǎn)生的氣體發(fā)電的方法，這種方法簡單易行，經(jīng)濟和社會效益顯著。填埋氣發(fā)電，對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比CO2大20倍。填埋氣還是減輕石化燃料污染的最經(jīng)濟的可再生能源。收集并利用垃圾填埋氣發(fā)電有兩方面的環(huán)境效益：

1)將高溫室效應的CH4轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厥倚腃O2

2)替代石化燃料發(fā)電，降低了排放的CO2

英國政府十分重視可再生新能源的開發(fā)，他們支持了一個新可再生能源發(fā)展計劃棗非石化燃料強制計劃（Non-FossilFuelObligation簡稱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（LGA）主張英國在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提出的目標是，2000年為90萬戶提供足夠便宜的電力，同時防止了46萬噸甲烷排入大氣，相當于停駛230萬輛轎車。在2005年由填埋氣提供的電力達到800兆瓦，英國政府正在逐步實施這一計劃。

垃圾填埋發(fā)電投資少，見效快，例如一個400米見方，40米深的填埋場，垃圾填埋量320萬噸，其發(fā)電容量可達2000kW，估計機械設(shè)備總投資不超過1000萬元人民幣，按天津市民用電價0.4元計，全年發(fā)電產(chǎn)值約666萬元?？鄢娬咀陨黼娏ο馁M用40萬元和電站日常管理費用15萬元，全年利潤約611萬元，只用一年半左右的時間便可收回設(shè)備投資。電站可連續(xù)運行10-15年，經(jīng)濟效益和社會效益都很可觀。此外，發(fā)展垃圾填埋氣發(fā)電工程，還可以帶起一個環(huán)保產(chǎn)業(yè)，很有發(fā)展前途。

天然氣發(fā)動機燃用垃圾填埋氣后會出現(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，這會使發(fā)動機的動力性和燃料經(jīng)濟性降低，排氣溫度升高，引起氣門過度磨損，降低發(fā)動機的可靠性和使用壽命。垃圾填埋氣含有大量二氧化碳，這會使上述問題更加嚴重。因此，提高燃燒速度就成了垃圾填埋氣發(fā)動機的關(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，這會使發(fā)動機的功率大幅度下降。因此，增大發(fā)動機的進氣量以恢復功率，也是十分重要的問題。

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

天津大學從1993年開始，與勝利石油管理局動力機械廠合作，開展“190系列天然氣發(fā)動機性能提高的研究”項目；1998年為勝利石油管理局動力機械廠研制成功兩種不同結(jié)構(gòu)形式的兩級點火（預燃室）式燃燒系統(tǒng)，解決了天然氣燃燒速度慢，影響天然氣發(fā)動機性能和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，大幅度提高了190系列天然氣發(fā)動機的動力性、燃料經(jīng)濟性和運行可靠性，并降低了排氣污染。與原機相比，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，打下了堅實的基楚。

目前天津大學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、制造、安裝、調(diào)試和維修業(yè)務（交鑰匙工程），生產(chǎn)垃圾填埋氣體發(fā)電成套設(shè)備（包括垃圾填埋氣預處理系統(tǒng)、以垃圾填埋氣體發(fā)動機為動力的發(fā)電機組和燃燒火炬系統(tǒng)）。功率范圍：500kW-2000kW，適用于不同容量的垃圾填埋場。

1 填埋氣發(fā)電

垃圾填埋氣發(fā)電設(shè)備為2 臺C E顏巴赫JGS320發(fā)電機組, 單臺發(fā)電功率1063k w。2009年10份一期工程一臺發(fā)電機組調(diào)試完成并網(wǎng)發(fā)電隨著填埋氣量的不斷增加,2012年1月二期工程一臺機組實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。截至目前, 一期發(fā)電機組已運行近5萬小時,二期發(fā)電機組運行超過25萬小時。目前兩臺發(fā)電機組運行良好, 兩臺機組滿載時總耗氣量約130 立/ 小時,可以保證兩臺機組滿載運行。

2 發(fā)電機組參數(shù)

垃圾填埋氣發(fā)電機組的電效率、靈活性、穩(wěn)定性、年可用率、維護管理等因素決定了項目整體的經(jīng)濟效益和運行成本。采用國外先進的燃氣發(fā)電機組通過穩(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

燃氣發(fā)電機組在利用垃圾填埋氣發(fā)電的同時, 余熱資源包括煙氣和缸套水可以充分利用C E 顏巴赫J32O發(fā)電機組煙氣熱量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荷, 實現(xiàn)了熱電聯(lián)供, 提高了垃圾填埋氣的能源利用效率. 增加了項目的經(jīng)濟效益。