垃圾填埋气发电技术

和太阳能、风能一样，垃圾填埋气是一种可再生能源。于20世纪70年代石油价格危急时期，首先在美国开始回收行使。把到处都有的城市生活垃圾堆放在一个垃圾场（坑）内，垃圾中的有机物质就会分解而产生富含甲烷的生物气，其中大约含甲烷55%，二氧化碳40%和少量氧、氮、一氧化碳、硫化氢等。这种垃圾填埋气可用来产生电能和热能。垃圾填埋场可以是废矿井、废采石场、山沟和洼地等。当代化的垃圾填埋场在倾倒垃圾之前，在坑的内部用不渗漏的材料做一层防渗内衬，填满垃圾后封盖，上边再覆盖一层黄土，防止填埋气跑掉。经过一年左右的时间即可钻井采气。填埋气经除尘、除湿并加压，然后送入发动机发电，有的还回收余热，对外供热。一样平常可产气十年以上。填埋场外观还可以绿化、莳植等。

近十年来，我国城市生活垃圾大幅度增加，仅1999年就清运了1.15亿吨。目前采用填埋、堆肥和焚烧的方法来处理，不仅虚耗了大量可行使的资源，同时也造成了紧张的后果：侵占大量地皮、水质污染、垃圾爆炸、空气污染、生物性污染等事故赓续发生。随着国民经济和城市建设的发展，生活垃圾的危害将更加紧张。

中国生态经济学会区域生态经济委员会副主任董锁成研究员认为，城市生活垃圾处置的首要题目是改变传统观念，把垃圾看做资源和财富，而不仅仅是包袱和灾难。由于从资源学的观点看，生活垃圾是目前世界上唯一持续增加的潜在资源。假如把垃圾造成的“二次污染”变成垃圾的“二次行使”，就能释放垃圾的伟大资源潜力，既珍爱了环境，又增长了财富，吻合我国可持续发展战略的要求。

据有关部门统计，我国垃圾历年累积堆存量已达60多亿吨，已有200多座城市陷入垃圾围困之中。占有了大量地皮，破坏城市容貌，污染环境。

世界各国较常用的处理垃圾的方法，有焚烧、填埋和堆肥三种。但焚烧前期投资大，建设周期长，而且焚烧垃圾时会产生二恶英等有害气体。垃圾堆肥的缺点是发酵时间长，占地面积大，而且还有难以解决的臭味和苍蝇等问题。

据报道，上海市人口1300多万，日产垃圾1.2万吨，有雄厚的财力，正在建设两座生活垃圾焚烧厂，一个是嘉定的上海江桥生活垃圾焚烧厂，总投资7.2亿人民币，日处理垃圾1500吨，计划2002年建成。一个在浦东新区御桥工业小区，总投资6.7元，日处理1000吨。投资13.9亿只能处理日产垃圾总量的20%左右，可见投资巨大，难于普及。

填埋的方法比较简单，但是只填埋不利用，会引起爆炸和火灾，并污染全球大气环境，使全球气候变暖，造成海平面升高、干旱和破坏性风暴等灾害。

美、英等国大力发展利用垃圾填埋产生的气体发电的方法，这种方法简单易行，经济和社会效益显着。填埋气发电，对于控制全球变暖起着重要的作用。填埋气中甲烷的温室效应比CO2大20倍。填埋气还是减轻石化燃料污染的最经济的可再生能源。收集并利用垃圾填埋气发电有两方面的环境效益：

1)将高温室效应的CH4转变为低温室效应的CO2

2)替代石化燃料发电，降低了排放的CO2

英国政府十分重视可再生新能源的开发，他们支持了一个新可再生能源发展计划枣非石化燃料强制计划（Non-FossilFuelObligation简称NFFO），要求用填埋气发出比其它可再生新能源更多的电力。伦敦填埋气协会（LGA）主张英国在2000年有200万人用上便宜的可再生能源枣垃圾填埋气发出的电力。LGA提出的目标是，2000年为90万户提供足够便宜的电力，同时防止了46万吨甲烷排入大气，相当于停驶230万辆轿车。在2005年由填埋气提供的电力达到800兆瓦，英国政府正在逐步实施这一计划。

垃圾填埋发电投资少，见效快，例如一个400米见方，40米深的填埋场，垃圾填埋量320万吨，其发电容量可达2000kW，估计机械设备总投资不超过1000万元人民币，按天津市民用电价0.4元计，全年发电产值约666万元。扣除电站自身电力消耗费用40万元和电站日常管理费用15万元，全年利润约611万元，只用一年半左右的时间便可收回设备投资。电站可连续运行10-15年，经济效益和社会效益都很可观。此外，发展垃圾填埋气发电工程，还可以带起一个环保产业，很有发展前途。

天然气发动机燃用垃圾填埋气后会出现一些特殊问题，例如：

1)以甲烷为主要成份的天然气的燃烧速度比汽油和柴油都低，这会使发动机的动力性和燃料经济性降低，排气温度升高，引起气门过度磨损，降低发动机的可靠性和使用寿命。垃圾填埋气含有大量二氧化碳，这会使上述问题更加严重。因此，提高燃烧速度就成了垃圾填埋气发动机的关键技术问题。

2)垃圾填埋气的热值只有天然气的一半左右，加上含有大量CO2，这会使发动机的功率大幅度下降。因此，增大发动机的进气量以恢复功率，也是十分重要的问题。

3)大多数有机物质的厌氧分解要产生0.3%-2%的硫化氢（3-20000ppm），多数发动机耐H2S的极限量为200ppm,因此需要解决防止H2S引起的机件腐蚀的问题等等。

天津大学从1993年开始，与胜利石油管理局动力机械厂合作，开展“190系列天然气发动机性能提高的研究”项目；1998年为胜利石油管理局动力机械厂研制成功两种不同结构形式的两级点火（预燃室）式燃烧系统，解决了天然气燃烧速度慢，影响天然气发动机性能和可靠性的关键技术，大幅度提高了190系列天然气发动机的动力性、燃料经济性和运行可靠性，并降低了排气污染。与原机相比，燃烧速度提高了44%，功率提高了20%，热效率提高了14.7%，排气温度降低了100℃。排气污染小，标定工况下HC为66ppm，CO为0.016%，NOx为200ppm[2,3]。这一关键技术的研究成功，为垃圾填埋气发电成套设备的研制正在，打下了坚实的基楚。

目前天津大学正在致力于垃圾填埋气发电成套设备的的开发。并与国内一流科研院所和制造企业联合，开展城市垃圾填埋气体发电设备的设计、制造、安装、调试和维修业务（交钥匙工程），生产垃圾填埋气体发电成套设备（包括垃圾填埋气预处理系统、以垃圾填埋气体发动机为动力的发电机组和燃烧火炬系统）。功率范围：500kW-2000kW，适用于不同容量的垃圾填埋场。

1 填埋气发电

垃圾填埋气发电设备为2 台C E颜巴赫JGS320发电机组, 单台发电功率1063k w。2009年10份一期工程一台发电机组调试完成并网发电随着填埋气量的不断增加,2012年1月二期工程一台机组实现并网发电。截至目前, 一期发电机组已运行近5万小时,二期发电机组运行超过25万小时。目前两台发电机组运行良好, 两台机组满载时总耗气量约130 立/ 小时,可以保证两台机组满载运行。

2 发电机组参数

垃圾填埋气发电机组的电效率、灵活性、稳定性、年可用率、维护管理等因素决定了项目整体的经济效益和运行成本。采用国外先进的燃气发电机组通过稳定持续的发电上网创造最大收益

3 余热综合利用

燃气发电机组在利用垃圾填埋气发电的同时, 余热资源包括烟气和缸套水可以充分利用C E 颜巴赫J32O发电机组烟气热量636kw. 缸套水热量614kw通过换热器制热水为建筑采暖,解决厂区所有建筑冬季供热负荷, 实现了热电联供, 提高了垃圾填埋气的能源利用效率. 增加了项目的经济效益。