垃圾填埋氣發電是可再生生物質能源套用的民好途徑。我國城市垃圾填埋廠具有處理量大、技術簡單實用、有機物質含量高、產氣率較高等特點。通過填埋氣發電上網售電創造經濟效益, 同時餘熱資源充分利用實現熱電聯產, 提高能源綜合利用效率。國家政策也積極鼓勵和倡導城市垃圾廠填埋氣發電綜合利用, 極大地推動了行業的發展。
基本介紹
- 中文名：垃圾填埋氣發電
- 外文名：Landfill gas to generate electricity
- 類型 ： 發電技術
- 特點：清潔發電
- 領域 ：能源
- 學科 ： 新能源發電
基本介紹,組成和性質,產氣原理,技術方案,效益分析,
基本介紹
目前垃圾填埋是我國城市解決生活垃圾的主要方法, 截止2005年底全國共有356座生活垃圾填埋場,9 0% 的城市生活垃圾採用填埋處理。根據工程措施是否標準、環保要求能否達標來判定, 分為簡易填埋場、受控填埋場和衛生填埋場3 個等級。
垃圾填埋氣是生活垃圾填埋後, 經過微生物分解, 產生的以甲烷和二氧化碳為主要成分的混合氣體,L F G 為垃圾填埋氣英文縮寫( L al d ifl l g a 、)。一般垃圾填埋氣甲烷比例為45 % 一65 %, 二氧化碳比例為35 % 一5 %, 其餘為空氣、硫化氫和微量氣體, 低位熱值在18 M J/ m 3-24 MJ m/ 3左右。垃圾填埋氣產量和利用受諸多因素影響, 包括現場環境條件、垃圾廠規模、垃圾組份、填埋時間、沉積情況和氣體收集管理措施等。垃圾廠填埋氣發電具有以下有利條件:
( l) 垃圾填埋氣回收利用經濟效益好。
( 2 ) 我國生活垃圾的組成適合實施垃圾填埋氣的利用工程。
( 3 ) 城市垃圾的集中處理處置, 可促進垃圾填埋氣的回收利用。
( 4 ) 國家政策的支持, 包括上網發電流程、全額收購、財政補貼。
( 5 ) 國際合作的增加, 為垃圾填埋氣的利用提供了先進經驗和資金。
組成和性質
垃圾填埋場可以被概化為一個生態系統，其主要輸入項為垃圾和水，主要輸出項為滲濾液和填埋氣，二者的產生是填埋場內生物、化學和物理過程共同作用的結果。垃圾填埋氣((Landfill Gas，簡稱LFG)主要是填埋垃圾中可生物降解有機物在微生物作用下的產物。
產氣原理
填埋氣的產生是一個複雜的生物化學過程，其生物化學原理至今尚未完全闡明。通過綜合國內外對填埋各時期填埋氣組分變化規律的研究，填埋氣的產生過程可劃分為如下5個階段。
第一階段:好氧階段
好氧階段在最初垃圾進入填埋場就開始進行。微生物的胞外酶將複雜的有機物分解成簡單有機物，簡單有機物通過好氧分解轉化成小分子物質和二氧化碳，好氧階段往往在較短的時間內就能完成，好氧階段微生物進行好氧呼吸，場內氧氣量明顯降低，直至耗盡，並釋放較多能量，產生大量的熱量使場內溫度升高10-15℃。
第二階段:過渡階段
第一階段氧氣被完全耗盡後，場內厭氧環境開始建立。複雜有機物如多糖、蛋白質等在微生物作用下水解、發酵，由不溶性物質變為可溶性物質，並迅速生成揮發性脂肪酸、CO2和少量H2，歷時不長。此階段的特徵是:填埋氣體組成較好氧階段複雜，但氣體成分仍以CO2為主，存在少量H2, N2和高分子有機氣體，基本不含CH4;有機酸的產生使滲濾液PH值呈下降趨勢，生成的簡單有機物溶於水使COD濃度呈升高趨勢;蛋白質物質的水解和發酵使滲濾液含較高濃度的脂肪酸、鈣、鐵、重金屬和氨。
第三階段:產酸階段
微生物將第二階段積累的溶於水的產物轉化為含1-5個碳原子的酸(大部分為乙酸)和醇等，繼而作為甲烷細菌的底物而轉化成CH4和CO2。該階段的主要特徵是:這一階段產生的主要氣體CO2前半段呈上升趨勢，後半段上升趨勢變慢或逐漸減少，還產生少量H2;大量有機酸的積累使滲濾液的PH值很低 (4左右)，同時，COD, BOD濃度急劇升高;酸性滲濾液使無機物質，特別是重金屬溶解，以離子形式存在於滲濾液中;滲濾液中含大量可產氣的有機物和營養物質。
第四階段:產甲烷階段
前幾個階段的產物如乙酸、氫氣等在產甲烷菌的作用下，轉化成CH4和CO2。主要特徵是:甲烷氣體產生率穩定，其濃度保持在50%-65%;脂肪酸濃度隨著有機物發酵分解而降低，滲濾液COD, BOD逐漸降低，PH值逐漸升高 (最後保持在6.8一8之間);重金屬離子濃度隨滲濾液PH值升高而降低。此階段是進行能源氣體回收利用的黃金時期。
第五階段:填埋場穩定階段
當垃圾中大部分可降解有機物轉化成CH4和CO2後，填埋氣產生速率顯著減少，隨著大氣復氧的進行，填埋場系統緩慢轉換成有氧狀態。填埋場處於相對穩定階段。該階段的主要特徵是:幾乎沒有氣體產生;滲濾液及垃圾的性質穩定;填埋場內微生物種類、數量較少。
填埋氣產生的五個階段並不是絕對孤立的，它們是一個連貫的過程，有時會相互重疊。由於垃圾和填埋條件的不同，各個階段的持續時間也有差異。而且因為垃圾是在不同時期進行填埋，因此在填埋場的不同部位，各個階段的反應同時存在。
技術方案
1 填埋氣發電
垃圾填埋氣發電設備為2 台C E顏巴赫JGS320發電機組, 單台發電功率1063k w。2009年10份一期工程一台發電機組調試完成併網發電隨著填埋氣量的不斷增加,2012年1月二期工程一台機組實現併網發電。截至目前, 一期發電機組已運行近5萬小時,二期發電機組運行超過25萬小時。目前兩台發電機組運行良好, 兩台機組滿載時總耗氣量約130 立/ 小時,可以保證兩台機組滿載運行。
2 發電機組參數
垃圾填埋氣發電機組的電效率、靈活性、穩定性、年可用率、維護管理等因素決定了項目整體的經濟效益和運行成本。採用國外先進的燃氣發電機組通過穩定持續的發電上網創造最大收益
3 餘熱綜合利用
燃氣發電機組在利用垃圾填埋氣發電的同時, 餘熱資源包括煙氣和缸套水可以充分利用C E 顏巴赫J32O發電機組煙氣熱量636kw. 缸套水熱量614kw通過換熱器制熱水為建築採暖,解決廠區所有建築冬季供熱負荷, 實現了熱電聯供, 提高了垃圾填埋氣的能源利用效率. 增加了項目的經濟效益。
效益分析
1）經濟效益
城市垃圾廠填埋氣發電綜合套用具有良好的經濟效益。考慮日常檢修和非計畫性停機, 本項目發電設備按照年運行時間8 0 0 11 . 年淨髮電量為1650 萬度.年上網發電收益9 85 萬元, 同時餘熱資源充分利用為廠區提供採暖, 更進一步提高了項目的整體經濟效益。
2） 環境效益
城市垃圾廠填埋氣發電為廠區環境衛生提供了有效途徑, 實現了固體生活垃圾的無害化、減量化、資源化利用轉化為高品位電能. 同時煙氣排放完全符合相關標準規定。據聯合國政府間氣候變化專門委員相關規定填埋氣體中甲烷被列人大氣溫室氣體清單, 其溫室效應是同體積二氧化碳的21倍。
3）社會效益
隨著國民經濟的迅猛發展, 城市垃圾填埋廠也面臨巨大的壓力, 今後相當長一個時期內城市生活垃圾處理任務將十分繁重, 利用填埋氣發電可滿足填埋廠運營對電力的需求, 降低運營費用，還可以實現生物質發電上網，同時可解決填埋廠供暖生活熱水等需要，改善填埋廠的工作和生活條件。
