垃圾填埋气发电技术分析

垃圾填埋气发电技术分析

高骋

广州环投清洁能源投资有限公司，广东省，广州市，单位邮编： 510000

摘要：垃圾填埋场会产生大量的填埋气体，该气体属于可再生能源，可以用填埋气体进行发电，对填埋场填埋气体发电项目进行分析，以此来研究垃圾填埋气发电技术的发电流程和系统构成，更好地利用垃圾填埋气体，为社会提供更多电能，提高社会经济效益。

关键词：垃圾；填埋气；发电技术

前言：各个城市每天都会产生大量的生活垃圾，垃圾填埋是一种常用的垃圾处理方法，在填埋生活垃圾后，会产生大量的填埋气体，这些填埋气体具有极高的利用价值，可以将填埋气体用来发电，对垃圾填埋场填埋气体进行收集和处理，经过燃气发电机组系统进行发电，填埋气体经做功产生电能并入电网，为城市供电。

1项目概况

填埋场填埋气体发电项目在初期建设中，需要安装气体收集管路、设备和燃气发电机组，还要进行系统建设，如发电系统等，在气体收集系统中，主要包含PE、PVC管道，还有大量的填埋气竖井。项目建设完成后，电力并网系统开始运行，一般情况下，填埋场气体收集发电项目的年发电量能够达到1615万kWh，所有燃气发电机组同时运行的情况下，每日能够处理4.2万m³的填埋气。

2垃圾填埋气发电技术的应用

2.1发电流程

填埋气体是发电的主要原料，在垃圾填埋场进行填埋时，垃圾中的一部分有机物会逐渐被降解，在降解的过程中形成填埋气体，降解过程包含两个环节，分别是耗氧阶段和厌氧阶段，当氧气逐渐耗尽消失后，就进入了厌氧的状态，通常，当1吨垃圾完成发酵之后，会形成200～300m³的填埋气体。其中，甲烷在整个填埋气体中的占比约为30%～55%，二氧化碳在整个填埋气体中的占比约为30%～45%。利用垃圾填埋气进行发电时，依次经过填埋气收集井、填埋鼓风机、火炬鼓风机、脱水脱硫净化系统、燃气发电机组、变压器、配电系统，最后并入电网。其中，最关键的两个步骤是填埋气体的收集和处理。

对于填埋气体的收集来说，填埋气体收集系统可以采用三种收集方法，对应着三个收集系统，一是水平井收集系统，在不同的区域中填埋垃圾，在各个区域中放置收集气管，所有的气管按照一定的规律排布，并且保持平放的状态，运来新的垃圾后，垃圾会堆积起来，收集气管位于垃圾下方，可以分层铺设支管，最后统一连接到集气总管上。二是竖井收集系统，将填埋场划分成不同的区域，在各个区域中分别填埋垃圾，将HDPE膜铺设到垃圾上，使用钻机，统一进行打井，安装气体收集管，同时还要安装支管，在支管的帮助下，将各组气井与集气总管连接到一起。三是膜下浅挖采气收集系统，该系统同样会用到HDPE膜，覆盖后，下方会变产生一个完成独立和相对封闭的空间，填埋气体形成后会不断向四周扩散，这些气体会聚集到膜下的密闭空间中，将收集管道安装到该空间中，就可以将膜下的填埋气体全部收集起来。由于填埋场所在区域降水量较高，所以环境中的湿度较大，垃圾含水量也比较高，经常会出现大量的渗滤液，而且气体中还含有较多的氨氮成分，这会对甲烷的生成产生影响。该填埋场虽然采用了三种收集方式，但是，最主要的收集系统是竖井收集系统，另外两个收集系统起到辅助作用，这种安排能够提高气体收集效率，更有效地利用设备，而且还能让垃圾渗滤液的抽取排放过程更加方便^[1]。

对于气体的处理来说，在压差的作用下，填埋气体会进入到气体收集井中，井内的填埋气体会经过支管进入到集气总管中，集齐总管会进一步输送甲烷等气体，将其运到预处理装置中。预处理装置可以对气体进行脱水处理，脱水处理主要运用了气液分离装置，脱水之后，利用净化系统进行净化，将填埋气体中的水分、灰尘和硫化氢等物质全部去除。经过脱水和净化后，利用罗茨风机进行抽气，在加压输送装置的作用下，继续运输气体，利用散热器降低气体的温度和湿度，再通过滤器进行过滤处理和干燥处理。降温除湿和过滤干燥后，将气体输送到内燃机中，在燃烧做功的情况下，热能会逐渐转变成动能，这部分动能可以让发电机开始旋转，在旋转的过程中产生电能，电能经过升压配电后，最终并入电网。

2.2燃气发电机组系统的构成

发电机组系统主要包含发电机和控制柜等设备，这些配套设备能够在燃烧和做功的过程中形成电能，将电能输出到电网之中。垃圾形成的沼气和一部分空气共同进入到不同的气缸之中，经过充分的燃烧，形成热能，在热能的推动下，活塞会来回转动，由此产生机械动能，以此来带动发动机，工作人员要提前设置发动机的功率，联轴器可以把机械动能传递到发电机转子上，在转动的过程中，会将定子之间的磁力线切割开来，以此来形成电能。

燃气发电机组主要有以下几个部分：第一，控制系统，该系统包括燃气发电机组控制系统和计算机控制系统。前者运用了先进的技术和设备，利用混合器与控制阀进行控制，还可以利用电子调速器调整速度，燃气发电机组控制系统包含闭环电控式燃气控制系统以及空燃比控制系统，工作人员可以输入不同的参数，如转速和扭矩等参数，将这些参数发送给控制器，经过处理和计算后，得到最佳燃气量，将这一信息发送给控制阀，利用控制阀进行操控，改变燃气进气量，通过最佳燃气量得到最佳空燃比。工作人员还可以利用控制执行器调整流量，调整发动机的转速。该系统利用了空燃比技术，在该技术的闭环应用中，更好地控制沼气的浓度，使混合气体始终保持最佳空燃比，让燃烧更加充分，燃系统运行和功率输出更加稳定。对于计算机控制系统来说，该系统能够检测数据和采集数据，对数据进行存储和上传，工作人员可以在智能控制屏上查看数据，对发电机组进行监测和控制，如果出现异常情况，就会发出声光报警信号，关停发电机组，工作人员还可以在控制屏上进行操控，实现远距离控制

^[2]。

第二，点火系统。该系统主要包含点火控制器、磁电机和火花塞等设备和装置，该系统可以改变点火能量，最高能量为5万V，工作人员可以重新设定点火提前角。系统能够进行超速保护，超速后，自动关闭点火控制器和发动机，该系统还可以检测系统的故障问题，如果发生不点火和短路等问题，就会自动报警，及时进行维护。

第三，进气系统和排气系统。对于进气系统来说，引入了复合式空气滤清器，系统中的燃气发电机主要是增压中冷型的设备，通过大流量涡轮增压器进行增压。由于增压器的效率会发生变化，所以将两个增压器连接到同一个中冷器上，确保两个进气管的气体有相同的特性，使两排气缸处于同样的工况中，进一步提高充气效率。对于排气系统来说，出口部位安装了波纹管等装置，在汇总管和增压器上增加了绝热层，避免热量进入到机房内部。

结论：垃圾填埋气发电技术能够起到节能减排的作用，填埋气体中含有大量的甲烷，该气体具有一定的可燃性，属于清洁燃料，对填埋气体进行收集并利用该气体发电时，需要对垃圾的总量和填埋的时间进行分析，更好地利用填埋气体，进一步促进循环经济的发展。

参考文献：

[1]王候闽.垃圾填埋气体发电技术的开发与应用[J].机械管理开发,2020,35(03):131-133.

[2]董也. 生活垃圾填埋气发电项目的碳资产开发管理[D].浙江大学,2019.