垃圾填埋气发电

填埋气的产生是一个复杂的生物化学过程，其生物化学原理至今尚未完全阐明。通过综合国内外对填埋各时期填埋气组分变化规律的研究，填埋气的产生过程可划分为如下5个阶段。

第一阶段:好氧阶段

好氧阶段在最初垃圾进入填埋场就开始进行。微生物的胞外酶将复杂的有机物分解成简单有机物，简单有机物通过好氧分解转化成小分子物质和二氧化碳，好氧阶段往往在较短的时间内就能完成，好氧阶段微生物进行好氧呼吸，场内氧气量明显降低，直至耗尽，并释放较多能量，产生大量的热量使场内温度升高10-15℃。

第二阶段:过渡阶段

第一阶段氧气被完全耗尽后，场内厌氧环境开始建立。复杂有机物如多糖、蛋白质等在微生物作用下水解、发酵，由不溶性物质变为可溶性物质，并迅速生成挥发性脂肪酸、CO2和少量H2，历时不长。此阶段的特征是:填埋气体组成较好氧阶段复杂，但气体成分仍以CO2为主，存在少量H2, N2和高分子有机气体，基本不含CH4;有机酸的产生使渗滤液PH值呈下降趋势，生成的简单有机物溶于水使COD浓度呈升高趋势;蛋白质物质的水解和发酵使渗滤液含较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属和氨。

第三阶段:产酸阶段

微生物将第二阶段积累的溶于水的产物转化为含1-5个碳原子的酸(大部分为乙酸)和醇等，继而作为甲烷细菌的底物而转化成CH4和CO2。该阶段的主要特征是:这一阶段产生的主要气体CO2前半段呈上升趋势，后半段上升趋势变慢或逐渐减少，还产生少量H2;大量有机酸的积累使渗滤液的PH值很低 (4左右)，同时，COD, BOD浓度急剧升高;酸性渗滤液使无机物质，特别是重金属溶解，以离子形式存在于渗滤液中;渗滤液中含大量可产气的有机物和营养物质。

第四阶段:产甲烷阶段

前几个阶段的产物如乙酸、氢气等在产甲烷菌的作用下，转化成CH4和CO2。主要特征是:甲烷气体产生率稳定，其浓度保持在50%-65%;脂肪酸浓度随着有机物发酵分解而降低，渗滤液COD, BOD逐渐降低，PH值逐渐升高 (最后保持在6.8一8之间);重金属离子浓度随渗滤液PH值升高而降低。此阶段是进行能源气体回收利用的黄金时期。

第五阶段:填埋场稳定阶段

当垃圾中大部分可降解有机物转化成CH4和CO2后，填埋气产生速率显著减少，随着大气复氧的进行，填埋场系统缓慢转换成有氧状态。填埋场处于相对稳定阶段。该阶段的主要特征是:几乎没有气体产生;渗滤液及垃圾的性质稳定;填埋场内微生物种类、数量较少。

填埋气产生的五个阶段并不是绝对孤立的，它们是一个连贯的过程，有时会相互重叠。由于垃圾和填埋条件的不同，各个阶段的持续时间也有差异。而且因为垃圾是在不同时期进行填埋，因此在填埋场的不同部位，各个阶段的反应同时存在 。

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。

目前垃圾填埋是我国城市解决生活垃圾的主要方法, 截止2005年底全国共有356座生活垃圾填埋场,9 0% 的城市生活垃圾采用填埋处理。根据工程措施是否标准、环保要求能否达标来判定, 分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场3 个等级。

垃圾填埋气是生活垃圾填埋后, 经过微生物分解, 产生的以甲烷和二氧化碳为主要成分的混合气体,L F G 为垃圾填埋气英文缩写( L al d ifl l g a 、)。一般垃圾填埋气甲烷比例为45 % 一65 %, 二氧化碳比例为35 % 一5 %, 其余为空气、硫化氢和微量气体, 低位热值在18 M J/ m 3-24 MJ m/ 3左右。垃圾填埋气产量和利用受诸多因素影响, 包括现场环境条件、垃圾厂规模、垃圾组份、填埋时间、沉积情况和气体收集管理措施等。垃圾厂填埋气发电具有以下有利条件:

( l) 垃圾填埋气回收利用经济效益好。

( 2 ) 我国生活垃圾的组成适合实施垃圾填埋气的利用工程。

( 3 ) 城市垃圾的集中处理处置, 可促进垃圾填埋气的回收利用。

( 4 ) 国家政策的支持, 包括上网发电流程、全额收购、财政补贴。

( 5 ) 国际合作的增加, 为垃圾填埋气的利用提供了先进经验和资金 。

垃圾填埋场可以被概化为一个生态系统，其主要输入项为垃圾和水，主要输出项为渗滤液和填埋气，二者的产生是填埋场内生物、化学和物理过程共同作用的结果。垃圾填埋气((Landfill Gas，简称LFG)主要是填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作用下的产物。

1）经济效益

城市垃圾厂填埋气发电综合应用具有良好的经济效益。考虑日常检修和非计划性停机, 本项目发电设备按照年运行时间8 0 0 11 . 年净发电量为1650 万度.年上网发电收益9 85 万元, 同时余热资源充分利用为厂区提供采暖, 更进一步提高了项目的整体经济效益。

2） 环境效益

城市垃圾厂填埋气发电为厂区环境卫生提供了有效途径, 实现了固体生活垃圾的无害化、减量化、资源化利用转化为高品位电能. 同时烟气排放完全符合相关标准规定。据联合国政府间气候变化专门委员相关规定填埋气体中甲烷被列人大气温室气体清单, 其温室效应是同体积二氧化碳的21倍。

3）社会效益

随着国民经济的迅猛发展, 城市垃圾填埋厂也面临巨大的压力, 今后相当长一个时期内城市生活垃圾处理任务将十分繁重, 利用填埋气发电可满足填埋厂运营对电力的需求, 降低运营费用，还可以实现生物质发电上网，同时可解决填埋厂供暖生活热水等需要，改善填埋厂的工作和生活条件 。2100433B

据《东方早报》报道，亚洲最大的垃圾填埋气发电项目———利用上海老港垃圾填埋气所发电力正式并网。该项目实现满负荷生产后，每年可向上海电网输送绿色电力约1.1亿kw/h，能解决约10万户居民的日常用电，每年可减少约66万吨二氧化碳当量的温室气体排放。

老港生活垃圾填埋场由四期工程组成，占地面积达6.5平方千米，日处理生活垃圾接近1万吨，占全市垃圾产出量的50%。以上，是亚洲最大的生活垃圾填埋场之一。

老港垃圾填埋气发电项目的并网，标志着老港填埋场由单一的无害化处理基地向资源回收利用的固废基地转变。据介绍，垃圾填埋场堆体中有机垃圾发酵产生的填埋气主要成分为甲烷和二氧化碳，这两种气体都是造成温室效应的主要物质，尤其是甲烷，其温室效应是二氧化碳的21倍。

老港垃圾填埋气发电工程项目建设总规模为15MW，发电所用燃料100%来自老港填埋场垃圾填埋产生的填埋气。该项目由上海老港再生能源有限公司建设运营。

已经完成的装机容量达10.8MW，计划2013年再增加数台机组，届时可达到15MW 的总规模。该工程满负荷生产后，与相同发电量的火电相比，每年能节约标准煤约3．78万吨；另一方面，工程每年可减少填埋场区8100万m³ 以上的可燃易爆填埋气体直接排放 。

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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。