垃圾填埋氣發(fā)電方案

一、前言

中國是世界上垃圾包袱*沉重的國家，目前國內(nèi)城市生活垃圾產(chǎn)生量已高達(dá)每年1.4億多噸，占世界總量的1/4以上，且每年還以8～10％的速度增長。垃圾污染日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為中國政府高度重視和致力解決的重大社會(huì)問題之一。

把到處都有的城市生活垃圾堆放在一個(gè)垃圾場（坑）內(nèi)，垃圾中的有機(jī)物質(zhì)就會(huì)分解而產(chǎn)生富含甲烷的生物氣，其中大約含甲烷55%，二氧化碳40%和少量氧、氮、一氧化碳、硫化氫等。這種垃圾填埋氣可用來產(chǎn)生電能和熱能。

垃圾填埋場可以是廢礦井、廢采石場、山溝和洼地等。現(xiàn)代化的垃圾填埋場在傾倒垃圾之前，在坑的內(nèi)部用不滲漏的材料做一層防滲內(nèi)襯，填滿垃圾后封蓋，上邊再覆蓋一層黃土，防止填埋氣跑掉。經(jīng)過一年左右的時(shí)間即可鉆井采氣。填埋氣經(jīng)除塵、除濕并加壓，然后送入發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，有的還回收余熱，對(duì)外供熱。一般可產(chǎn)氣十年以上。填埋場表面還可以綠化、種植等。

二、我國城市垃圾處理及現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的垃圾堆放、填坑堆置處理方式是利用土地、自然形成或人工挖掘而成的坑穴、河道等可能利用的場地把垃圾集中堆放起來，一般不采取任何工程措施防止堆場污染的擴(kuò)散與遷移，滲濾水不收集處理、沼氣不疏導(dǎo)或疏導(dǎo)程度不夠，垃圾表面也不作**的覆蓋處理。生活垃圾腐化后會(huì)排放出大量的氨、硫化氫等難聞的氣體，造成大氣污染。垃圾堆放產(chǎn)生的沼氣（甲烷）就地排放（空氣中甲烷達(dá)5%-15%）時(shí)，一旦遇到明火就會(huì)爆炸。我國目前較常用的處理城市垃圾的方法，有焚燒、填埋和堆肥三種。

垃圾焚燒雖能夠?qū)⒎贌裏崃考右岳茫◤V州市**座現(xiàn)代化的生活垃圾焚燒發(fā)電廠----李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠正在建設(shè)中），但其前期投資大，建設(shè)周期長，而且焚燒垃圾時(shí)會(huì)產(chǎn)生二惡英等有害氣體。

垃圾堆肥的缺點(diǎn)是發(fā)酵時(shí)間長，占地面積大，而且還有難以解決的臭味和蒼蠅等問題。

填埋的方法比較簡單，但是只填埋不利用，會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，并污染全球大氣環(huán)境。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道：一噸含39％有機(jī)物的生活垃圾可以產(chǎn)生約90立方米的填埋氣（沼氣）。而現(xiàn)行填埋工藝大都不回收沼氣，即使回收也僅占到總量的很少部分，大量沼氣自由排放，不僅污染了環(huán)境而且浪費(fèi)了資源。據(jù)測(cè)算，目前國內(nèi)垃圾年填埋量約5000萬噸，填埋氣體的排放量在79萬噸到250萬噸之間（為1999年排放量）。

填埋處置是為了克服上述問題而發(fā)展起來的一種處理垃圾的方法，它以不產(chǎn)生二次污染為目標(biāo)。其特點(diǎn)是事先對(duì)填埋場地進(jìn)行防滲透處理，以阻止新生的污水對(duì)地下水和地表水的污染；并鋪設(shè)安裝排氣管道，防止垃圾發(fā)酵過程中產(chǎn)生的易燃易爆氣體，同時(shí)進(jìn)行回收利用，或發(fā)電或作化工原料。這種填埋處置方式具有簡單易行、費(fèi)用低、能處理多種類型廢棄物的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可回收能源，因而受到世界許多國家的歡迎。

目前，世界上建成垃圾填埋場5000余座，其中美國已建成2247座，歐共體建成175座。全世界每年可回收填埋場沼氣51.42億立方米，約相當(dāng)于240萬噸石油的能量。從世界各國來看，美國80％的沼氣、歐洲50％的沼氣均用于發(fā)電。國內(nèi)已建成大型垃圾填埋場（日處理量在1000噸以上）近百座，主要建在我國主要大城市及周邊地區(qū)，尤以北京、廣州、深圳為多。其中用于填埋氣發(fā)電的卻很少，繼中國**個(gè)填埋氣體發(fā)電廠1998年10月在杭州天子嶺建成發(fā)電后，國內(nèi)一些城市如杭州、廣州、深圳等陸續(xù)開始了對(duì)填埋氣體的回收利用。已建成的有杭州天子嶺、南京水閣、廣州興豐和深圳玉龍坑等，正在建設(shè)中的有鞍山、馬鞍山、無錫、青島等，列入計(jì)劃的則更多。

三、利用填埋氣發(fā)電的可行性及發(fā)電流程

利用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行填埋氣的綜合利用，是目前國外的普遍作法。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，美國有61個(gè)填埋場使用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，24個(gè)使用汽輪機(jī)發(fā)電，總發(fā)電功率達(dá)34.4萬干瓦；歐洲有50個(gè)填埋場使用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。利用垃圾沼氣發(fā)電的環(huán)保效益大大超過經(jīng)濟(jì)效益，這是因?yàn)?，垃圾填埋場沼氣的主要含量是甲烷和二氧化碳，它們不僅嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，加劇地球溫室效應(yīng)，而且易引起自燃和爆炸事故。因而，發(fā)達(dá)國家通過立法來開發(fā)和使用環(huán)保能源。

垃圾填埋氣主要成分為甲烷，約占50%左右，其余有二氧化碳（約占40%），還有部分硫化氫、氮?dú)獾入s質(zhì)，壓力一般較低。

適應(yīng)垃圾填埋氣特點(diǎn)，發(fā)電機(jī)組必須具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）對(duì)于沼氣來說，成分是不穩(wěn)定的，發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比必須根據(jù)沼氣成分變化進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。

（2）垃圾填埋沼氣壓力比較低，一般在1-3kPa，發(fā)電機(jī)組必須采用低壓進(jìn)氣。不能在機(jī)組前增加增壓設(shè)備，增壓設(shè)備從填埋處抽氣，使填埋場造成負(fù)壓，增加危險(xiǎn)。

（3）針對(duì)垃圾填埋氣中含有腐蝕性氣體，因此發(fā)動(dòng)機(jī)必須采用化學(xué)防腐技術(shù)，在缸套、氣門座圈、氣門、活塞環(huán)增加防腐涂層或其它防腐措施。

目前國內(nèi)可以生產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)組，滿足垃圾填埋氣發(fā)電需要。

如圖所示為垃圾發(fā)電場填埋氣體處理系統(tǒng)流程圖。

四、垃圾填埋發(fā)電應(yīng)用實(shí)例

據(jù)有關(guān)部門分析調(diào)查，中國可開發(fā)和利用垃圾資源潛力十分巨大。城市生活垃圾來自于千家萬戶，如果一個(gè)三口之家，每年可形成一噸生活垃圾，一噸垃圾全部發(fā)酵后，可產(chǎn)生的填埋氣體量約為300立方米，每立方米的可燃?xì)怏w能夠發(fā)一度半電，即每一噸生活垃圾實(shí)際上可以給我們提供400多度的電能，這個(gè)數(shù)量，基本上相當(dāng)于一個(gè)三口之家半年的生活用電。 

梅州市采取CDM(清潔發(fā)展機(jī)制)綜合治理龍豐垃圾填埋場，該項(xiàng)目2005年3月正式通過聯(lián)合國CDM理事會(huì)注冊(cè)，成為我國**例成功實(shí)施的CDM項(xiàng)目。利用勝動(dòng)4臺(tái)500千瓦沼氣機(jī)組，建立了2000千瓦規(guī)模的沼氣發(fā)電站，于06年1月18日成功并網(wǎng)發(fā)電。

五、垃圾填埋氣發(fā)電站投資預(yù)算及效益分析

以一個(gè)400米見方、40米深的填埋場為例，垃圾填埋量320萬噸，其裝機(jī)容量可達(dá)2000kW?？蛇x用5臺(tái)500GF燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組建立沼氣發(fā)電站。

（一）、投資估算表如下：

（二）、效益分析

1.年總運(yùn)行成本

垃圾填埋氣發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率按450kW，年運(yùn)行時(shí)間按300天計(jì)算則：

年發(fā)電量：450kW×24h×330天×5臺(tái)≈1782萬kWh

年運(yùn)行成本：包括人工、機(jī)油、維修及配件、管理、不可預(yù)測(cè)等費(fèi)用，折合單位發(fā)電成本為0.1元/度。

年總成本費(fèi)用：1782萬kWh×0.1元/kWh≈178萬元

2.減排量及效益計(jì)算：

以垃圾填埋氣發(fā)電項(xiàng)目，由于其主要成分為甲烷，主要由以下反應(yīng)式：

CH4+O2     CO2+H2O  

根據(jù)有關(guān)折合標(biāo)準(zhǔn)煤及排碳系數(shù)：

注：1）tce—噸標(biāo)準(zhǔn)煤； 2）toe—標(biāo)準(zhǔn)油 3）t-c噸碳

從表上可知：

年電量折合標(biāo)準(zhǔn)煤=年發(fā)電量×0.399=17820MWh×0.399=0.711萬噸

年電量折合排碳量=年發(fā)電量×0.2268=17820MWh×0.2268=0.404萬噸

減排收益（按8美圓/噸碳計(jì)算）：

0.404萬噸×8美圓/噸×8元/美圓=25.8萬元

3.年發(fā)電效益（電價(jià)按0.50元計(jì)算）

年發(fā)電總量：1782萬kWh。

年發(fā)電收入：1782萬kWh×0.5元/kWh≈890萬元

年發(fā)電收益＝年發(fā)電收入－年運(yùn)行費(fèi)用+減排收益＝890萬元-178萬元+25.8萬元＝737.8萬元

3.經(jīng)濟(jì)效益分析

投資回收期：875萬元÷737.8萬元≈1.8年

效益分析中不包括余熱利用，如加上余熱利用部分效益更加可觀。

六、結(jié)論

垃圾填埋氣發(fā)電不僅解決了垃圾處理問題，同時(shí)利用了能源，是一可行、效益可觀的朝陽項(xiàng)目。

對(duì)于我國蓬勃發(fā)展的綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)來說，利用垃圾填埋場沼氣發(fā)電必將得到迅速推廣利用。