垃圾填埋气体发电利用相关技术

　　填埋气发电利用技术的开展，主要受到填埋气产量的限制，在填埋气产量较大，发电机组发电量较为可观的情况下，填埋气发电具有经济上的可行性。在开展发电利用技术中，填埋场管理尤其是填埋作业覆盖和填埋气收集系统的完善对填埋气产量具有较大影响，除此之外，填埋气产量预测和发电机组是非常重要的两方面，在此进行简单阐述。

　　填埋气预测

　　垃圾填埋的填埋气产量较为可观，因此一般大型填埋场都可以进行填埋气收集发电利用。国外资料显示，每吨湿垃圾产生填埋气的量可达到200～400m3；国内实测资料显示，每吨垃圾产生填埋气的量为110～140m3。

　　表1 国内填埋场填埋气产量实测数据 

　　国外研究与工程设计中主要采取三种方式对生活垃圾卫生填埋场填埋气产量进行预测:模型估算法、实验模拟法和现场测试法(包括小范围中试和实际填埋场测试)。模型估算法可以从产气的动力学上描述垃圾降解这一整个过程，因而受到广泛重视。

　　产气量的模型包括统计模型和动力学模型。统计模型比如：IPCC模型：采用垃圾中有机物分解的化学计量方程式来确定CH4产量的化学计量式模型。有机碳模型：假设1kg有机碳可以转化成1.867L填埋气（CH4+CO2）。建立在质量守恒定律基础上的COD估算模型:假设垃圾中的COD值等于产气中甲烷燃烧的耗氧量, 垃圾有机物中的1gCODcr可产生0.35L体积的CH4。工程上通常采用K值经验系数法，即K=526.5L CH4/（1kg可生物降解挥发性固体）。EMCON模型：该模型把垃圾中的有机物分为三部分：容易降解的有机物；中等程度降解的有机物；较慢降解的有机物。每一种有机物都有其产气曲线,其输入项为垃圾量、成分、含水率以及产气滞后时间和转化时间(可降解的物质转化为生物气所需的时间)。三种不同的有机物的转化量之和就是总的垃圾填埋气的产气量。

　　动力学模型比如：Gardner动力学模型：该模型可以计算出某垃圾填埋场各年以及累积的CH4产生量，为填埋场CH4的收集和利用提供设计依据。Marticorean动力学模型：该模型是填埋场产甲烷的一级动力学方程式,其应用的前提是认为填埋场中的垃圾是按年份分层填埋的。模型中增加了描述垃圾产气周期的参数，并且假设垃圾产气量随时间按照指数规律递减。Scholl Canyon模型：该模型假设经历一段可以忽略的时间后，填埋气的产生速率迅速达到它的最大值,而这段时间主要用来建立起厌氧环境和微生物的生长。随后产气速率遵循一级动力学，反应速度随可降解的有机底质的减少而降低，这些可降解的有机底质可由余下的甲烷潜能来度量。landGEM模型：该模型也假设产气速率遵循一级动力学，要求已知垃圾填埋年限、甲烷含量等因素，如不特别指出即按典型垃圾成份处理。

　　在模型实际运用中，一般有如下结论：

　　1）一般填埋气产气总量预测采用统计模型，而填埋气产气速率预测采用动力学模型。

　　2）采用动力学模型一般都是遵循一级动力学原理进行。

　　3）这些模型都已用在国内较多填埋场产气量预测中，预测效果良好。

　　发电机组

　　对甲烷含量约50％的填埋气，填埋气低位热值在17.91兆J/Nm3。选用合适的沼气内燃发电机，发电量可达1.85度/Nm3。因此填埋气发电利用过程中除了产气量以外，另一个重要技术就是发电机性能。　

　　目前我国目前在运行的绝大多数填埋气发电机组均采用进口设备，比较著名的有GE能源的颜巴赫，DEUTZ，CAT等。近年来国内也出现一些厂家，如胜利动力、启东宝驹、济南柴油等，其开发的设备性能也取得了一定的进步。但是进口机组来自几十年燃气发电机组专业制造厂商，在填埋气发电上经验丰富，国产机组目前处在起步阶段[3]，因此相比国外著名品牌，目前在发电效率、填埋气适应性和排放指标上仍存在一定差距：

　　1）发电效率：好的进口机组发电效率可以高达42~43%，一般处在38~40%，而国产机组效率仅为32~36%。

　　2）填埋气适应性：填埋气在进入发电机组前一般要经过脱硫、除湿、过滤等预处理，进口机组对填埋气质量和数量的适应性上相对更佳。

　　3）排放指标：国外对环保、污染物排放要求较高，因此进口机组一般配备专利的低排放控制系统，NOx排放较低。