垃圾填埋場沼氣發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化配置
前言
隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速增長，能源和環(huán)保問題日益突出。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”在很多國家被列為“基本國策”。
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。如美國的“能源農(nóng)場”、德國的《可再生能源促進(jìn)法》、日本的“陽光工程”、荷蘭的“綠色能源”等。
我國也非常重視，在《農(nóng)業(yè)法》、《節(jié)約能源法》和《可再生能源法》等一系列國家重要法律法規(guī)中，都對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。從我國沼氣產(chǎn)量潛力、發(fā)電技術(shù)水平、市場需求和政策導(dǎo)向的發(fā)展趨勢來看，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，目前已在全國各地廣泛發(fā)展；而垃圾填埋場有其特殊性，發(fā)電幾乎是沼氣利用的唯一方式。
我國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)填埋場的沼氣被收集起來用于發(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，也涉及到國家對沼氣發(fā)電的扶持政策和技術(shù)法規(guī)等。剖析國內(nèi)已有的沼氣發(fā)電工程，借鑒發(fā)達(dá)國家的沼氣發(fā)電技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以及充分研究和利用國家對可再生能源的政策導(dǎo)向等，進(jìn)行對垃圾填埋氣體發(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、垃圾填埋場填埋操作概述
衛(wèi)生填埋法是大型填埋場應(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地中，通過采取防滲、覆土和氣體導(dǎo)排設(shè)施，消除了簡易填埋帶來的各種安全、衛(wèi)生和環(huán)境污染問題的一種最終處置技術(shù)。投資少，容量大，操作簡單。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，而且對環(huán)境造成了潛在的影響和危害，特別是滲濾液，由于沒有進(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，場地選擇較困難。二是二次污染問題。處理不好的填埋場，其滲濾液和沼氣對周圍地區(qū)造成嚴(yán)重危害。因此在填埋操作過程中，可以通過以下措施來優(yōu)化垃圾填埋場的填埋操作管理：
﹡提高垃圾填埋場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)填埋場底部處理，并設(shè)置污水處理系統(tǒng)，以解決對水源的污染；
﹡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)。有的電廠氣量不夠，機(jī)組運(yùn)行功率又不調(diào)整，造成過抽采，甲烷濃度低于40%，還為機(jī)組能正常運(yùn)轉(zhuǎn)而沾沾自喜。但接下來的幾個(gè)月，整個(gè)填埋場厭氧環(huán)境失去平衡后導(dǎo)致氣量嚴(yán)重不足，只能停機(jī)，無異于“殺雞取卵”。
2、垃圾填埋場產(chǎn)氣量的估算
填埋場產(chǎn)生的沼氣量隨當(dāng)?shù)貧夂颉⒌乩項(xiàng)l件及填埋場的填埋量、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精確地估算填埋場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)才能滿足甲烷生成的需要。但是，濕度過高時(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)展中國家為15%，發(fā)達(dá)國家為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)算值過于粗略，僅適用于估算較大范圍的產(chǎn)氣量，如一個(gè)國家、一個(gè)省或一個(gè)城市。以廣州市興豐填埋場為例，日進(jìn)場垃圾6000t，年垃圾量58.4萬t，那么年產(chǎn)甲烷氣：
 |
相當(dāng)于19.69萬噸煤炭的能源潛力。
（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)確的估算填埋場的產(chǎn)氣量，要較準(zhǔn)確的估算垃圾填埋場的產(chǎn)氣量，我們需要先對填埋垃圾的特點(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)對評估值做出一定的修正，這樣做出的估算相對較準(zhǔn)確；對后續(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)場量不穩(wěn)定，在進(jìn)場量較大時(shí)，來不及保護(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)氣石籠周圍未及時(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)帶來安全隱患。同時(shí)在操作過程中要嚴(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)氣石籠出來時(shí)其水分含量較高，在氣體輸送過程中產(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)生填埋場集氣站、總管布置及流程：
（1）可將填埋場集氣井編號，根據(jù)現(xiàn)場情況將其中數(shù)個(gè)集氣井作為周圍集氣井的集氣站。每個(gè)集氣站單獨(dú)進(jìn)總管，并設(shè)置閥門。
（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)入填埋場外管，再并入填埋場總管，設(shè)計(jì)中根據(jù)需要在相關(guān)位置考慮閥門。
（3）根據(jù)現(xiàn)場情況，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內(nèi)，經(jīng)滲漏排出。
（4）由于集氣井管線較長，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)、在線多種氣體監(jiān)測儀、現(xiàn)場分析取樣、現(xiàn)場壓力、溫度指示。設(shè)計(jì)中也要適當(dāng)周邊氣體監(jiān)測。
（7）為盡可能減少沼氣對大氣釋放，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
沼氣輸送管線上設(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操作安全性的影響。通過對監(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
3.7 冷凝水集排設(shè)施
沼氣本身含有一定比例的水分，在輸送過程會(huì)匯集在輸送管線的低洼處阻塞管線。我們在集氣站底部配置冷凝水集排設(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。它們都是無色無味的。帶氣味的物質(zhì)來自于微量成份，如揮發(fā)性芳烴化合物和硫基物。不同填埋場的氣體確切組成有很大不同。但是，總的來說，管理良好的填埋場，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)電廠是以填埋氣體為燃料。填埋氣體產(chǎn)生于垃圾填埋過程，是垃圾中可以降解的有機(jī)物在降解過程的一種副產(chǎn)品。垃圾填埋氣（LFG）經(jīng)垃圾填埋場氣體收集系統(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，參考國外氣體處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合我國的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，自主開發(fā)的一種適應(yīng)我國各垃圾填埋氣體發(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，在線運(yùn)行時(shí)間長，安裝維修方便，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。
●其過濾功能降低固體粉塵雜質(zhì)含量；
● 其多級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)所配氣體在線檢測可及時(shí)檢測氣體的成分；
● 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)安全可靠長期運(yùn)行。
● 匹配的氣體預(yù)處理裝置可以對發(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)過分離后氣體中的大量冷凝液和粉塵被分離出來，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。
經(jīng)過初步冷卻的氣體再經(jīng)過電制冷機(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)過冷凍分離后的氣體再進(jìn)入一細(xì)過濾器，將氣體中的固態(tài)粉塵進(jìn)行過濾，過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、在線檢測、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)再線監(jiān)測點(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)過氣體預(yù)處理系統(tǒng)處理后達(dá)到機(jī)組對氣體的要求，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)組市場占有率最高，性價(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，對保證運(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)著重于長遠(yuǎn)的綜合評估。綜合性價(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，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。對于壽命較短的填埋場，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，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足民用、車用、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。
沼氣通過初步分離后,進(jìn)入兩級脫硫系統(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)自凈系統(tǒng)將雜質(zhì)分離出來，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
采用壓力開關(guān)對主管內(nèi)氣體進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到管內(nèi)沼氣壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，給出啟動(dòng)控制器信號，自動(dòng)進(jìn)行電子點(diǎn)火。然后由火焰監(jiān)測儀對引火是否燃燒進(jìn)行監(jiān)測。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)壓力開關(guān)出現(xiàn)故障需要緊急放空時(shí)，可采用現(xiàn)場或遠(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)咨詢和配套指導(dǎo)，及時(shí)解答用戶在設(shè)計(jì)、選型階段遇到的疑問，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)過專業(yè)培訓(xùn)、經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員，建立用戶檔案，定期回訪。
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，必將帶來技術(shù)上的革命與創(chuàng)新；同時(shí)通過優(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，目前國外燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率已經(jīng)達(dá)到40％左右，國產(chǎn)設(shè)備一般在32％左右，差距還比較大。需要國家有計(jì)劃地投入研究經(jīng)費(fèi)支持企業(yè)提高技術(shù)層次，把握中國市場；
（5）設(shè)備生產(chǎn)或銷售企業(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，以及減少長時(shí)間的停機(jī)損失，獲得客戶和對品牌的忠誠度。。
總之，利用垃圾填埋場沼氣發(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沼氣電站運(yùn)行得更好，使中小型填埋場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。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
