前言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，能源和環(huán)保問(wèn)題日益突出。一方面，化石能源日漸枯竭，世界正面臨巨大的能源壓力；生存環(huán)境日漸惡劣，世界正面臨巨大的環(huán)境壓力。另一方面，又有巨大的能源被白白地浪費(fèi)；有大量的有害物質(zhì)被肆無(wú)忌憚地排放。能源和環(huán)境已經(jīng)成為世界最重要的事情！“節(jié)約能源，減少排放”在很多國(guó)家被列為“基本國(guó)策”。

沼氣的充分利用，是其具體措施之一。

沼氣發(fā)電在發(fā)達(dá)國(guó)家已有幾十年的歷史，目前在世界各地受到廣泛重視和積極推廣。如美國(guó)的“能源農(nóng)場(chǎng)”、德國(guó)的《可再生能源促進(jìn)法》、日本的“陽(yáng)光工程”、荷蘭的“綠色能源”等。

我國(guó)也非常重視，在《農(nóng)業(yè)法》、《節(jié)約能源法》和《可再生能源法》等一系列國(guó)家重要法律法規(guī)中，都對(duì)沼氣利用提出了明確規(guī)定。

沼氣利用工程是獲取綠色能源、治理環(huán)境污染的更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的手段。從我國(guó)沼氣產(chǎn)量潛力、發(fā)電技術(shù)水平、市場(chǎng)需求和政策導(dǎo)向的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，沼氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)將有突破性進(jìn)展。

發(fā)電是沼氣的最佳利用途徑，目前已在全國(guó)各地廣泛發(fā)展；而垃圾填埋場(chǎng)有其特殊性，發(fā)電幾乎是沼氣利用的唯一方式。

我國(guó)每年的城市生活垃圾量達(dá)到 1.7 億噸，大部分采用填埋方式處理，蘊(yùn)藏著大量的沼氣資源。已有十余個(gè)填埋場(chǎng)的沼氣被收集起來(lái)用于發(fā)電。

沼氣發(fā)電是一個(gè)系統(tǒng)工程，它包括垃圾填埋操作管理、產(chǎn)氣量的估算、沼氣收集、沼氣輸送、沼氣處理、沼氣發(fā)電及電力上網(wǎng)以及系統(tǒng)配套設(shè)施等多項(xiàng)單元技術(shù)的組合，也涉及到國(guó)家對(duì)沼氣發(fā)電的扶持政策和技術(shù)法規(guī)等。剖析國(guó)內(nèi)已有的沼氣發(fā)電工程，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的沼氣發(fā)電技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以及充分研究和利用國(guó)家對(duì)可再生能源的政策導(dǎo)向等，進(jìn)行對(duì)垃圾填埋氣體發(fā)電及其配套系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究和應(yīng)用，已成為業(yè)界日益關(guān)注和探討的重要課題。

1、垃圾填埋場(chǎng)填埋操作概述

衛(wèi)生填埋法是大型填埋場(chǎng)應(yīng)用最普遍的處理技術(shù)。將垃圾倒入具有一定地形特征的場(chǎng)地中，通過(guò)采取防滲、覆土和氣體導(dǎo)排設(shè)施，消除了簡(jiǎn)易填埋帶來(lái)的各種安全、衛(wèi)生和環(huán)境污染問(wèn)題的一種最終處置技術(shù)。投資少，容量大，操作簡(jiǎn)單。但是，大部分中小規(guī)模的城市生活垃圾采用直接露天堆放、自然填溝等方式處理，不但侵占了寶貴的土地資源，而且對(duì)環(huán)境造成了潛在的影響和危害，特別是滲濾液，由于沒(méi)有進(jìn)行必要的收集和集中凈化處理，導(dǎo)致水資源和環(huán)境的嚴(yán)重污染，而且，所產(chǎn)生的沼氣也無(wú)法利用，浪費(fèi)了大量的能源。

填埋處置方式也有明顯的弱點(diǎn)。一是占地面積大，場(chǎng)地選擇較困難。二是二次污染問(wèn)題。處理不好的填埋場(chǎng)，其滲濾液和沼氣對(duì)周?chē)貐^(qū)造成嚴(yán)重危害。因此在填埋操作過(guò)程中，可以通過(guò)以下措施來(lái)優(yōu)化垃圾填埋場(chǎng)的填埋操作管理：

﹡提高垃圾填埋場(chǎng)的堆放高度可以減少占用土地；

﹡分區(qū)集中作業(yè)，有利于垃圾分解產(chǎn)氣和收集；

﹡采用新材料、新工藝加強(qiáng)填埋場(chǎng)底部處理，并設(shè)置污水處理系統(tǒng)，以解決對(duì)水源的污染；

﹡在垃圾填埋之前鋪設(shè)垃圾滲濾液回收管道和沼氣水平或垂直管道，提高填埋場(chǎng)沼氣的抽取效率；

﹡壓實(shí)垃圾，創(chuàng)造厭氧環(huán)境，而且增大庫(kù)容；及時(shí)覆土，阻止空氣進(jìn)入，防止好氧反應(yīng)的發(fā)生；

﹡阻止沼氣散發(fā)，充分利用能源，消除安全隱患；

﹡建立防洪體系，維持厭氧反應(yīng)環(huán)境；建立滲濾液處理系統(tǒng)，讓滲濾液能順利排出，并得到及時(shí)處理。

抽氣量控制是維持厭氧環(huán)境的一個(gè)重要因素，過(guò)度抽氣會(huì)使厭氧環(huán)境失去平衡，削弱厭氧反應(yīng)。有的電廠(chǎng)氣量不夠，機(jī)組運(yùn)行功率又不調(diào)整，造成過(guò)抽采，甲烷濃度低于40%，還為機(jī)組能正常運(yùn)轉(zhuǎn)而沾沾自喜。但接下來(lái)的幾個(gè)月，整個(gè)填埋場(chǎng)厭氧環(huán)境失去平衡后導(dǎo)致氣量嚴(yán)重不足，只能停機(jī)，無(wú)異于“殺雞取卵”。

2、垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)氣量的估算

填埋場(chǎng)產(chǎn)生的沼氣量隨當(dāng)?shù)貧夂颉⒌乩項(xiàng)l件及填埋場(chǎng)的填埋量、垃圾組份、填埋方式等因素的不同而不同，所以，各垃圾填埋場(chǎng)在設(shè)計(jì)沼氣回收利用時(shí)應(yīng)根據(jù)準(zhǔn)確的氣體產(chǎn)生量為依據(jù)。實(shí)際上，產(chǎn)生量的測(cè)定較復(fù)雜，所用儀器的費(fèi)用很高。因此，探求一種理論模型來(lái)精確地估算填埋場(chǎng)氣體中可回收利用的沼氣量是非常有意義的。

2.1 甲烷氣體的產(chǎn)生及影響因素

填埋場(chǎng)中的垃圾，含有豐富的有機(jī)質(zhì)。微生物首先進(jìn)行好氧分解，消耗填埋場(chǎng)中的O2，產(chǎn)生大量的熱，形成厭氧環(huán)境再厭氧分解。產(chǎn)生CH4及CO2。

影響甲烷產(chǎn)量的因素很多，主要有生活垃圾的組成、垃圾顆粒的大小、有機(jī)質(zhì)含量、填埋年限、溫度、含水量和濕度、滲濾液的pH值、毒素含量等。

當(dāng)垃圾中有機(jī)物含量增高時(shí)，甲烷的產(chǎn)量則升高。

在不同溫度條件下，甲烷的產(chǎn)生速率差異很大，一般認(rèn)為在一個(gè)深的、封閉好的環(huán)境中，產(chǎn)生甲烷的最適溫度為40℃。此時(shí)，產(chǎn)生速率為30℃的3倍，為背景溫度18.7℃的7.8倍，但溫度升高到55℃時(shí)甲烷氣的產(chǎn)生就停止。

含水量或濕度也會(huì)影響甲烷的生成，含水量高時(shí)，各生化反應(yīng)組成成分間接觸程度大，可促進(jìn)細(xì)菌的新陳代謝，產(chǎn)氣量提高。甲烷的產(chǎn)量隨濕度的高低呈曲線(xiàn)變化，濕度為55%時(shí)，甲烷氣的產(chǎn)生明顯高于濕度為33%的產(chǎn)氣量，只有當(dāng)濕度大于50%時(shí)才能滿(mǎn)足甲烷生成的需要。但是，濕度過(guò)高時(shí)，甲烷氣的產(chǎn)量會(huì)降低。

pH值的高低也會(huì)影響甲烷氣的產(chǎn)量，最適于垃圾發(fā)酵的pH值為6.8～7.2。

此外，甲烷產(chǎn)量的影響因子，如垃圾濕度、滲濾液的pH值等在不同的地區(qū)、不同的小環(huán)境、不同的發(fā)酵階段各因子對(duì)甲烷產(chǎn)率的影響程度也不盡相同。

2.2 甲烷氣體產(chǎn)生量與產(chǎn)率的計(jì)算方法

（1）質(zhì)量平衡和理論產(chǎn)氣量模型

此公式由IPCC1995年推薦，主要是用于計(jì)算生活垃圾的產(chǎn)氣總量，其公式為：

式中，MSW為城市生活垃圾量；η為垃圾填埋率；DOC為垃圾中可降解有機(jī)碳的含量，IPCC推薦值發(fā)展中國(guó)家為15%，發(fā)達(dá)國(guó)家為22%；r為垃圾中可降解有機(jī)碳的分解百分率，IPCC推薦值為77%。運(yùn)用該模型計(jì)算產(chǎn)氣量快捷方便，只要知道某個(gè)城市的生活垃圾總量以及填埋率就能估算出產(chǎn)氣量。但由于沒(méi)有直接考慮垃圾產(chǎn)氣的規(guī)律及其影響因素，往往計(jì)算值過(guò)于粗略，僅適用于估算較大范圍的產(chǎn)氣量，如一個(gè)國(guó)家、一個(gè)省或一個(gè)城市。以廣州市興豐填埋場(chǎng)為例，日進(jìn)場(chǎng)垃圾6000t，年垃圾量58.4萬(wàn)t，那么年產(chǎn)甲烷氣：

相當(dāng)于19.69萬(wàn)噸煤炭的能源潛力。

（2）理論動(dòng)力學(xué)模型

N.Gardner和S.D.Probert提出下述公式：

式中，P為單位重量垃圾在時(shí)間t內(nèi)的甲烷排放量，Cd為垃圾中可降解的有機(jī)碳的百分率(推薦值為0.15)，X為填埋場(chǎng)產(chǎn)氣中CH4分額，n為可降解組分的總數(shù)(i=1,2,3…n)，F(xiàn)i為各降解組分占有機(jī)碳的含量，Ki為各降解組分的降解系數(shù)，t為填埋時(shí)間。這一模型可以表征垃圾產(chǎn)生甲烷氣隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，有利于對(duì)各個(gè)產(chǎn)氣階段的分析，從而運(yùn)用這一詳細(xì)資料設(shè)計(jì)收集系統(tǒng)。

（3）生物降解理論最大產(chǎn)氣量模型

該方法依據(jù)垃圾成分和元素分析，并通過(guò)生化反應(yīng)計(jì)算產(chǎn)氣量，計(jì)算公式如下：

式中，C為單位質(zhì)量垃圾中產(chǎn)生的甲烷量［L（CH4）／kg(濕垃圾)］；K為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，單位質(zhì)量的揮發(fā)性固體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下產(chǎn)生的甲烷量，其值為 526.5L(CH4)／kg；Pi為某有機(jī)組分占單位質(zhì)量垃圾的濕重百分比(%)；Mi為某有機(jī)組分的含水率(%)；Vi為某有機(jī)組分的揮發(fā)性固體含量 (干重%)；Ei為某有機(jī)組分中揮發(fā)性固體的可降解物的含量(%)。該方法的特點(diǎn)是利用了有機(jī)物的可生物降解特性，更切合實(shí)際，并能較準(zhǔn)確地反映出垃圾中產(chǎn)生甲烷氣的主要成分，但最終計(jì)算值偏高。

以上三種產(chǎn)氣量模型在實(shí)際使用中各有特點(diǎn)，但單一的方法往往難以準(zhǔn)確的估算填埋場(chǎng)的產(chǎn)氣量，要較準(zhǔn)確的估算垃圾填埋場(chǎng)的產(chǎn)氣量，我們需要先對(duì)填埋垃圾的特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后利用上述模型從不同側(cè)面進(jìn)行估值，最后還得根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)評(píng)估值做出一定的修正，這樣做出的估算相對(duì)較準(zhǔn)確；對(duì)后續(xù)處理既能充分利用資源又能減少投資的盲目性。事實(shí)上，比較早期的幾個(gè)項(xiàng)目，由于考慮因素不夠，其產(chǎn)氣量估算值嚴(yán)重偏大，造成了設(shè)備閑置，給投資者造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)然，抽氣試驗(yàn)是最可靠的。產(chǎn)氣量是決定裝機(jī)容量的最重要的依據(jù)。

3、沼氣收集與輸送系統(tǒng)

3.1 沼氣收集站、閥門(mén)井

沼氣收集站使操作人員可以較為方便地監(jiān)控每座沼氣井的流量及濃度。每2～3公頃的面積須配置一座沼氣抽氣收集站。沼氣收集站的位置選擇須考慮到填埋面沉降及輸送管線(xiàn)架設(shè)的便利性。每座沼氣站面積約需2平方米，沼氣站的抽氣裝置高度約1.5米左右。

3.2 沼氣收集系統(tǒng)的技術(shù)要求和優(yōu)化措施

在填埋較低位置時(shí)，較多采用預(yù)留垂直導(dǎo)氣石籠，邊填埋邊提升。在填埋高位時(shí)一般采用水平集氣管的方式進(jìn)行。然而在實(shí)際填埋過(guò)程中常遇到如下幾種情況直接影響到沼氣的回收。

﹡垃圾進(jìn)場(chǎng)量不穩(wěn)定，在進(jìn)場(chǎng)量較大時(shí)，來(lái)不及保護(hù)預(yù)留的導(dǎo)氣石籠，致使預(yù)留導(dǎo)氣石籠被掩埋。

﹡推進(jìn)方向單一，導(dǎo)氣石籠容易傾斜或移位。

﹡導(dǎo)氣石籠周?chē)醇皶r(shí)設(shè)置導(dǎo)氣盲溝，導(dǎo)致氣體收集效果差。

﹡覆蓋層不規(guī)范、不及時(shí)，導(dǎo)致雨水滲漏入填埋層和沼氣遷移外泄嚴(yán)重。

通過(guò)抽氣實(shí)驗(yàn)掌握氣體成分、出氣靜壓、溫度、氣量、收集范圍等，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況在管道布置設(shè)計(jì)中充分考慮其收集效果。由好氧——厭氧有一個(gè)過(guò)程，產(chǎn)氣量隨時(shí)間而變化，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮在高峰時(shí)的氣量進(jìn)行管徑設(shè)計(jì)如果母管的負(fù)壓太大，造成水封的液位上升高度增加，給系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。同時(shí)在操作過(guò)程中要嚴(yán)格工藝要求進(jìn)行，從安全角度出發(fā)，在導(dǎo)氣石籠出口要求是微正壓狀態(tài)（一般在5-8mm水柱）。這樣可保證沼氣收集質(zhì)量，不因?yàn)樨?fù)壓使空氣進(jìn)入系統(tǒng)，這一點(diǎn)非常重要，在操作過(guò)程中要定期檢查、記錄和調(diào)節(jié)。在導(dǎo)氣石籠并入系統(tǒng)時(shí)要逐個(gè)進(jìn)行，在每個(gè)導(dǎo)氣石籠出口合格后方可并入集氣單元，并確保出口壓力，這里可利用出口閥節(jié)流調(diào)節(jié)。

在氣體收集系統(tǒng)中科學(xué)布管，通常采用集氣單元進(jìn)行氣體的收集，在集氣單元設(shè)置時(shí)采用如下兩只方式：（1）將幾個(gè)6-8個(gè)導(dǎo)氣石籠匯入一個(gè)氣體收集站，再由氣體收集站進(jìn)入母管。（2）將常6-8個(gè)導(dǎo)氣石籠匯入次母管，再進(jìn)入母管。采用這兩種方式都可行。但筆者認(rèn)為采用第二種方式更為直接、科學(xué)和節(jié)約。由于沼氣從導(dǎo)氣石籠出來(lái)時(shí)其水分含量較高，在氣體輸送過(guò)程中產(chǎn)生冷凝液，若采用第一種方式就必須考慮每個(gè)導(dǎo)氣石籠——集氣站的管道放坡并單獨(dú)排放冷凝液，這樣在今后的提升工作帶來(lái)諸多不便，且投入較高。采用第二種方式只要布管時(shí)考慮布管坡度即可。在母管的低位設(shè)置排水水封并可以將冷凝液排掉。安裝方便，便于控制和今后的提升。

3.3 垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)集氣站、總管布置及流程：

（1）可將填埋場(chǎng)集氣井編號(hào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況將其中數(shù)個(gè)集氣井作為周?chē)瘹饩募瘹庹�。每個(gè)集氣站單獨(dú)進(jìn)總管，并設(shè)置閥門(mén)。

（2）沼氣經(jīng)各組集氣井匯集于各組集氣站，經(jīng)集氣站出口管進(jìn)入填埋場(chǎng)外管，再并入填埋場(chǎng)總管，設(shè)計(jì)中根據(jù)需要在相關(guān)位置考慮閥門(mén)。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，集氣站出口管安裝時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)向集氣站放坡，以便將冷凝水排入填埋場(chǎng)內(nèi)，經(jīng)滲漏排出。

（4）由于集氣井管線(xiàn)較長(zhǎng)，為防止因局部沉降造成集氣站出口總管形成"U"型而淤水進(jìn)而造成堵管，在施工時(shí)要求總管位置盡量壓實(shí)，或在填埋時(shí)將該總管采用開(kāi)放式連接，只要填埋與安裝配合好，便可避免堵管現(xiàn)象。

（5）在填埋場(chǎng)外設(shè)置閥組，分別控制各集氣站，集氣站控制每個(gè)集氣單元即集氣井。

（6）監(jiān)控系統(tǒng)采用：總管流量計(jì)、在線(xiàn)多種氣體監(jiān)測(cè)儀、現(xiàn)場(chǎng)分析取樣、現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度指示。設(shè)計(jì)中也要適當(dāng)周邊氣體監(jiān)測(cè)。

（7）為盡可能減少沼氣對(duì)大氣釋放，在填埋時(shí)要有序填埋，即盡可能集中某一個(gè)集氣站所轄集氣井范圍進(jìn)行填埋，逐個(gè)進(jìn)行，以避免因交叉作業(yè)而給項(xiàng)目帶的來(lái)負(fù)面影響。

（8）設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮在總管上設(shè)計(jì)冷凝液氣水排放閥。

3.4 沼氣收集及濃縮分離系統(tǒng)：

一定數(shù)量的沼氣井匯集設(shè)立成沼氣收集站，每口抽氣井均有控制閥可調(diào)控流量，并在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)匯集數(shù)口抽氣井形成一個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)。濃縮分離裝置可將沼氣含水量降低并去除部份有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)，同時(shí)在地形較低處亦可匯集冷凝水排至填埋場(chǎng)地下。各收集站均設(shè)有采樣口便于采樣分析。

3.5 氣體輸送管線(xiàn)

沼氣輸送管線(xiàn)上設(shè)有安全閥﹑壓力計(jì)﹑遠(yuǎn)傳系統(tǒng)﹑膨脹節(jié)等裝置，以確保沼氣輸送的穩(wěn)定及安全性。

3.6 沼氣抽取系統(tǒng)的操作

當(dāng)沼氣抽取系統(tǒng)各部份并聯(lián)試運(yùn)轉(zhuǎn)成功后，即進(jìn)入正式運(yùn)轉(zhuǎn)階段。并執(zhí)行監(jiān)控管理，針對(duì)每口井的沼氣產(chǎn)生量，調(diào)整其抽氣壓力，以獲得最大且穩(wěn)定的沼氣量，同時(shí)兼顧地表的空氣回流對(duì)操作安全性的影響。通過(guò)對(duì)監(jiān)控計(jì)資料的進(jìn)行分析，就可以獲得每口井的甲烷濃度、產(chǎn)氣量、二氧化碳及氧氣濃度等數(shù)值

3.9 HDPE沼氣抽取管線(xiàn)

3.7 冷凝水集排設(shè)施

沼氣本身含有一定比例的水分，在輸送過(guò)程會(huì)匯集在輸送管線(xiàn)的低洼處阻塞管線(xiàn)。我們?cè)诩瘹庹镜撞颗渲美淠旁O(shè)施。冷凝水集排設(shè)施設(shè)置于地面下，可將冷凝水回注進(jìn)填埋場(chǎng)內(nèi)，以避免造成二次環(huán)境污染。

4、氣體預(yù)處理系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)功能：

填埋氣的主要成份是甲烷和二氧化碳。它們都是無(wú)色無(wú)味的。帶氣味的物質(zhì)來(lái)自于微量成份，如揮發(fā)性芳烴化合物和硫基物。不同填埋場(chǎng)的氣體確切組成有很大不同。但是，總的來(lái)說(shuō)，管理良好的填埋場(chǎng)，甲烷含量一般為50～60%，二氧化碳為40～50%，微量成份為1%。

填埋氣體發(fā)電廠(chǎng)是以填埋氣體為燃料。填埋氣體產(chǎn)生于垃圾填埋過(guò)程，是垃圾中可以降解的有機(jī)物在降解過(guò)程的一種副產(chǎn)品。垃圾填埋氣（LFG）經(jīng)垃圾填埋場(chǎng)氣體收集系統(tǒng)管道收集至電站。從氣井經(jīng)母管收集的氣體含有大量的有害成分和水分，嚴(yán)重的影響燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。填埋氣預(yù)處理系統(tǒng)被安裝在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)氣管路前端。它是垃圾填埋場(chǎng)填埋氣體發(fā)電工程的非常重要的設(shè)備。

《QC-03》預(yù)處理系統(tǒng)是根據(jù)垃圾填埋氣體的特性，參考國(guó)外氣體處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，自主開(kāi)發(fā)的一種適應(yīng)我國(guó)各垃圾填埋氣體發(fā)電工程的氣體預(yù)處理設(shè)備。該系統(tǒng)有處理300Nm3/h～3000Nm3/h氣體的多種規(guī)格配置。該系統(tǒng)具有安全可靠，在線(xiàn)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，安裝維修方便，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

●其過(guò)濾功能降低固體粉塵雜質(zhì)含量；

● 其多級(jí)脫水功能降低氣體水分含量；

● 其冷凍功能使得氣體中的有害氣體冷凝析出；

● 其氣體溫度調(diào)節(jié)功能使氣體輸出溫度適應(yīng)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的需要；

● 系統(tǒng)所配氣體在線(xiàn)檢測(cè)可及時(shí)檢測(cè)氣體的成分；

● 系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制方法，氣體出口的壓力、溫度穩(wěn)定；

● 氣體的流量根據(jù)發(fā)電機(jī)組的要求自動(dòng)跟蹤；

● 具有超壓、超溫報(bào)警和保護(hù)功能，保證系統(tǒng)安全可靠長(zhǎng)期運(yùn)行。

● 匹配的氣體預(yù)處理裝置可以對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行定熱值運(yùn)行控制，提高機(jī)組的穩(wěn)定性和保護(hù)氣體收集系統(tǒng)。

4.2 本氣體預(yù)處理系統(tǒng)的特點(diǎn)：

● 系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)要求設(shè)計(jì)為撬裝式和分體式，本方案為1600Nm3/h處理量的撬裝式設(shè)計(jì)，但單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量1200Nm3/h，共兩臺(tái)采用冗余運(yùn)行方式，由兩套變頻器聯(lián)合控制，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和靈活性；

● 系統(tǒng)全自動(dòng)控制，無(wú)需人值守；

● 系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)/手動(dòng)切換，其自動(dòng)方式可由發(fā)電機(jī)組控制及運(yùn)行和用氣量；

● 采用防腐設(shè)計(jì)，確保設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行.

4.3 預(yù)處理系統(tǒng)工藝圖和工作原理：

系統(tǒng)要求電源：380V三相交流電， 電壓波動(dòng)值±5%，頻率波動(dòng)值±5%。

氣體預(yù)處理系統(tǒng)工作原理：

每套完整的裝置由一套前置氣液分離、粉塵去除系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)分離后氣體中的大量冷凝液和粉塵被分離出來(lái)，保證了系統(tǒng)后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

加壓風(fēng)機(jī)按所配系統(tǒng)110%額定發(fā)電工況設(shè)計(jì)，采用變頻調(diào)節(jié)隨時(shí)保持最佳工況。

后置冷卻采用雙通道逆流冷卻方式，可最大效率的熱傳導(dǎo)，使得壓縮氣體的溫度盡快地降下來(lái)。

經(jīng)過(guò)初步冷卻的氣體再經(jīng)過(guò)電制冷機(jī)和熱交換器將氣體迅速下降，氣體中的水分和水合物被冷凝分離，填埋氣進(jìn)一步的干躁，氣體中的酸性氣體和硅化和物被基本分離。

經(jīng)過(guò)冷凍分離后的氣體再進(jìn)入一細(xì)過(guò)濾器，將氣體中的固態(tài)粉塵進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后氣體中粉塵粒徑小于3微米。

在后端系統(tǒng)設(shè)計(jì)了氣體調(diào)溫裝置，經(jīng)過(guò)上述處理的氣體溫度比較低，為了使氣體適應(yīng)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的需要，必須將氣體溫度調(diào)整到適宜溫度。系統(tǒng)將處理過(guò)的氣體自動(dòng)調(diào)整到機(jī)組需要的溫度。

4.4 《QC-03》氣體預(yù)處理系統(tǒng)處理后的氣體主要指標(biāo)：

附——典型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)填埋氣體的壓力、溫度和雜質(zhì)要求：

4.5 系統(tǒng)的控制和安全設(shè)計(jì) ：

系統(tǒng)采用可編程控制器 — PLC控制，具有數(shù)據(jù)采集、在線(xiàn)檢測(cè)、報(bào)警和停機(jī)功能。提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊端口。系統(tǒng)實(shí)行無(wú)人值守、全自動(dòng)運(yùn)行功能。

（1） 系統(tǒng)控制點(diǎn)：

下表給出了系統(tǒng)再線(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：

（2） 安全保護(hù)功能：

系統(tǒng)設(shè)有氧氣濃度高于設(shè)定值報(bào)警信號(hào)或停機(jī)；

系統(tǒng)設(shè)有甲烷濃度低于設(shè)定值報(bào)警信號(hào)或停機(jī)；

系統(tǒng)設(shè)有出口氣壓超壓報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)火炬旁路系統(tǒng)；

系統(tǒng)設(shè)有阻火器；

系統(tǒng)電機(jī)、電源開(kāi)關(guān)等均采用防爆器件。

（3）系統(tǒng)控制

預(yù)處理裝置會(huì)采集并傳輸下列信號(hào)給電站集中控制室：

氣體入口壓力、溫度、氧氣濃度

氣體出口壓力、溫度、流量

遠(yuǎn)程集中控制室可以通過(guò)遠(yuǎn)程指令啟動(dòng)或者停止系統(tǒng)

系統(tǒng)自動(dòng)負(fù)荷卸載，如果發(fā)動(dòng)機(jī)減負(fù)荷，系統(tǒng)按預(yù)定的程序進(jìn)行變頻降負(fù)荷。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，則斷開(kāi)供氣管路，自動(dòng)停機(jī)；

5、發(fā)電系統(tǒng)

垃圾填埋氣在經(jīng)過(guò)氣體預(yù)處理系統(tǒng)處理后達(dá)到機(jī)組對(duì)氣體的要求，可以直接進(jìn)入機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。

目前，在垃圾填埋氣發(fā)電項(xiàng)目中，以進(jìn)口品牌為主，顏巴赫、卡特比勒、高斯科爾、道依茨等。國(guó)產(chǎn)機(jī)組雖然性能方面存在一定差距，但價(jià)格低廉。

（1）根據(jù)沼氣產(chǎn)量選擇合適的裝機(jī)容量，避免設(shè)備閑置或沼氣浪費(fèi)；

（2）1000KW左右的機(jī)組市場(chǎng)占有率最高，性?xún)r(jià)比也是最高的，維護(hù)、維修、保養(yǎng)費(fèi)用比較低；

（3）多臺(tái)機(jī)組時(shí)，宜選用1000KW左右的同一規(guī)格，以降低運(yùn)行費(fèi)用和備件儲(chǔ)存。在臺(tái)數(shù)較少時(shí)，選擇一臺(tái)功率較小的。比如一臺(tái)1000KW加一臺(tái)500KW，便于在氣量變化較大時(shí)調(diào)節(jié)輸出功率，保證機(jī)組在70%以上的功率下輸出；

（4）發(fā)電效率高意味著在消耗相同的燃?xì)鈺r(shí)能發(fā)出更多的電；

（5）在線(xiàn)率高意味著停機(jī)時(shí)間少，浪費(fèi)的沼氣少，發(fā)電量多；

（6）氣體純凈時(shí)，或者氣體處理得當(dāng)時(shí)，機(jī)組一個(gè)大修期可達(dá)50000—60000小時(shí)，一般可達(dá)30000—40000小時(shí)。但有些機(jī)組只達(dá)10000—20000小時(shí)；

（7）沼氣中含有微量的腐蝕性成分，對(duì)機(jī)油造成污染，其消耗量比使用天然氣時(shí)要大，機(jī)油是一種主要的消耗品，在運(yùn)行成本中占有一定份額。而不同品牌機(jī)組的機(jī)油耗量差異較大；

（8）零配件價(jià)格有數(shù)倍之差，特別注意耗材，比如火花塞價(jià)格。直接關(guān)系到運(yùn)行費(fèi)用；

（9）齊全的零配件儲(chǔ)備可大大縮短停機(jī)時(shí)間，增加發(fā)電量；

（10）維修隊(duì)伍能否短時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)保證運(yùn)行時(shí)間至關(guān)重要；

（11）機(jī)組是一種大型貴重設(shè)備，應(yīng)著重于長(zhǎng)遠(yuǎn)的綜合評(píng)估。綜合性?xún)r(jià)比比價(jià)格更重要。

6、靜音系統(tǒng)

在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，還需要裝配靜音系統(tǒng)，以降低噪音污染。

靜音系統(tǒng)一般分為機(jī)房消音工程和集裝箱兩種。

電站壽命較長(zhǎng)，或者外部環(huán)境較惡劣的，一般采用室內(nèi)靜音箱。這種靜音箱有利于發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行、維護(hù)、保養(yǎng)及維修。寬敞的空間能給機(jī)組提供更好的工作環(huán)境，運(yùn)行費(fèi)用也較低。對(duì)于壽命較短的填埋場(chǎng)，我們推薦使用集裝箱式靜音箱，它的特點(diǎn)主要是便于移動(dòng)，減少不動(dòng)產(chǎn)損失。

靜音箱沒(méi)有太高的技術(shù)含量，主要成本在于材料和人工。隨機(jī)配備的進(jìn)口靜音箱價(jià)格十分昂貴�？颠_(dá)公司已有6年制造靜音箱的經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)進(jìn)口機(jī)組靜音箱的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)材料，以標(biāo)準(zhǔn)的40英尺集裝箱為基礎(chǔ)，最低的成本達(dá)到國(guó)際水準(zhǔn)。

7、沼氣提純

有些地方發(fā)電但不便售電，或者天然氣缺乏或昂貴，或者沼氣的量特別大，這時(shí)把沼氣中的CO2分離出來(lái)，沼氣中的CH4濃度達(dá)到天然氣的水準(zhǔn)，應(yīng)用范圍就大大拓寬了，其附加值也大大提升。

7.1 沼氣提純的意義

（1）將氣體中的甲烷濃度提高到能滿(mǎn)足民用、車(chē)用、化工及其它用途的水平，提高沼氣的附加值和使用范圍。

（2）分離出沼氣中對(duì)設(shè)備及動(dòng)、植物有害的組分，如水、硫化氫、硅氧烷、酸、氧化物等。

（3）分離出二氧化碳，可進(jìn)一步提純制成液體二氧化碳或干冰——一種用途廣泛的副產(chǎn)品。

7.2 沼氣提純：化學(xué)吸附法

與變壓吸附法相比，投資更省、運(yùn)行費(fèi)用低。

沼氣通過(guò)初步分離后,進(jìn)入兩級(jí)脫硫系統(tǒng)。根據(jù)原料氣的特點(diǎn),提供合理的反應(yīng)條件，將硫化氫脫除至3ppm以下。除塵后加壓進(jìn)入吸收塔，在特定的吸收劑和反應(yīng)條件下，調(diào)整氣體中甲烷濃度到90-97%，同時(shí)全部或部分除去氨、氮氧化物、硅氧烷等多種雜質(zhì)。經(jīng)冷卻、脫水送入天然氣管網(wǎng)；溶液經(jīng)自?xún)粝到y(tǒng)將雜質(zhì)分離出來(lái)，并在再生系統(tǒng)解吸出純度≥95%的二氧化碳?xì)怏w，該氣體可考慮做相關(guān)產(chǎn)品的原料。

7.3 沼氣提純的流程

8、火炬燃燒系統(tǒng)

8.1 功能

火炬燃燒系統(tǒng)是溫室氣體減排以及垃圾填埋場(chǎng)安全生產(chǎn)和防止環(huán)境污染的必備設(shè)備。將“多余”的沼氣完全燃燒；將沼氣中易燃和有害物質(zhì)盡可能完全地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)；

8.2 主要結(jié)構(gòu)配置

（1）火炬燃燒頭：保證在不同排放工況下安全地燃燒掉“多余”的沼氣，穩(wěn)定燃燒、抗強(qiáng)風(fēng)不脫火。宜選用熱性能好、抗疲勞能力強(qiáng)、抗高溫腐蝕并能適應(yīng)溫度急劇變化的材料，常用1Cr18Ni9Ti。

（2）管道阻火器：有效防止回火事故。

（3）電子點(diǎn)火引燃系統(tǒng)：能迅速、安全地點(diǎn)燃放空沼氣。

8.3 控制原理：

（1）全自動(dòng)控制

采用壓力開(kāi)關(guān)對(duì)主管內(nèi)氣體進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到管內(nèi)沼氣壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，給出啟動(dòng)控制器信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行電子點(diǎn)火。然后由火焰監(jiān)測(cè)儀對(duì)引火是否燃燒進(jìn)行監(jiān)測(cè)。若出現(xiàn)熄火，會(huì)自動(dòng)重新點(diǎn)火，保證設(shè)備安全，生產(chǎn)安全。

（2）全半自動(dòng)控制

當(dāng)壓力開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障需要緊急放空時(shí)，可采用現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程半自動(dòng)控制。

9、服務(wù)

沼氣的產(chǎn)生是連續(xù)的，而氣體的儲(chǔ)存非常有限，所以，當(dāng)有“多余”的沼氣時(shí)，只能放空燃燒。設(shè)備的在線(xiàn)率非常重要，停機(jī)的代價(jià)很大。一方面選擇性能優(yōu)良的機(jī)組，減少停機(jī)次數(shù)；另一方面，考慮有良好的售后服務(wù)，及時(shí)響應(yīng)，盡快修復(fù)，縮短停機(jī)時(shí)間。

售前指導(dǎo)

承擔(dān)售前的技術(shù)咨詢(xún)和配套指導(dǎo)，及時(shí)解答用戶(hù)在設(shè)計(jì)、選型階段遇到的疑問(wèn)，提供相關(guān)技術(shù)支持，提供最合適的配置方案。

計(jì)算裝機(jī)容量；估算投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用；機(jī)房布局與基礎(chǔ)圖；提供估價(jià)；

開(kāi)展維護(hù)、保養(yǎng)、操作方面的培訓(xùn)等。

售后服務(wù)

有快速反應(yīng)的售后管理系統(tǒng)，擁有經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)、經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員，建立用戶(hù)檔案，定期回訪(fǎng)。

零配件、耗材供應(yīng)

純正配件，儲(chǔ)備充足，價(jià)格合理，服務(wù)周詳是你連續(xù)高效運(yùn)行的可靠保障。

總結(jié)：

垃圾填埋場(chǎng)沼氣發(fā)電系統(tǒng)工程具有多樣性、復(fù)雜性和不確定性，加強(qiáng)對(duì)沼氣發(fā)電系統(tǒng)工程的科學(xué)優(yōu)化配置，不斷探討和摸索先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，形成系統(tǒng)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)化模式，必將帶來(lái)技術(shù)上的革命與創(chuàng)新；同時(shí)通過(guò)優(yōu)化配置，也大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全、高效、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性，也必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。

因此，我們應(yīng)在系統(tǒng)配置時(shí)要選擇和確立優(yōu)化方案；

（1）氣體處理是一個(gè)需要進(jìn)一步提高的技術(shù)，市場(chǎng)需要大量的模塊化的，能夠適應(yīng)各種惡劣條件的，廉價(jià)的現(xiàn)場(chǎng)氣體凈化處理系統(tǒng)，保障發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行；

（2）如何降低小功率機(jī)組的成本，提高小功率機(jī)組的性能，以使中小規(guī)模的垃圾填埋場(chǎng)或其它小規(guī)模項(xiàng)目也能得以實(shí)施。

（3）設(shè)備的維護(hù)頻率需要降低，維修時(shí)間需要縮短。高在線(xiàn)率是降低成本的重要因素；

（4）要進(jìn)一步提高設(shè)備的發(fā)電效率，目前國(guó)外燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率已經(jīng)達(dá)到40％左右，國(guó)產(chǎn)設(shè)備一般在32％左右，差距還比較大。需要國(guó)家有計(jì)劃地投入研究經(jīng)費(fèi)支持企業(yè)提高技術(shù)層次，把握中國(guó)市場(chǎng)；

（5）設(shè)備生產(chǎn)或銷(xiāo)售企業(yè)需要完善售后服務(wù)和技術(shù)支持系統(tǒng)，讓企業(yè)減少維修和備件成本，以及減少長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)損失，獲得客戶(hù)和對(duì)品牌的忠誠(chéng)度。。

總之，利用垃圾填埋場(chǎng)沼氣發(fā)電，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)的優(yōu)化配置能使大型填埋場(chǎng)沼氣電站運(yùn)行得更好，使中小型填埋場(chǎng)也更有條件建立沼氣電站，最大可能地利用能源，保護(hù)環(huán)境。