填埋氣發(fā)電利用相關(guān)技術(shù)
填埋氣發(fā)電利用技術(shù)的開展，主要受到填埋氣產(chǎn)量的限制，在填埋氣產(chǎn)量較大，發(fā)電機(jī)組發(fā)電量較為可觀的情況下，填埋氣發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)上的可行性。在開展發(fā)電利用技術(shù)中，填埋場管理尤其是填埋作業(yè)覆蓋和填埋氣收集系統(tǒng)的完善對填埋氣產(chǎn)量具有較大影響，除此之外，填埋氣產(chǎn)量預(yù)測和發(fā)電機(jī)組是非常重要的兩方面，在此進(jìn)行簡單闡述。
填埋氣預(yù)測
垃圾填埋的填埋氣產(chǎn)量較為可觀，因此一般大型填埋場都可以進(jìn)行填埋氣收集發(fā)電利用。國外資料顯示，每噸濕垃圾產(chǎn)生填埋氣的量可達(dá)到200～400m3；國內(nèi)實測資料顯示，每噸垃圾產(chǎn)生填埋氣的量為110～140m3。
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表1 國內(nèi)填埋場填埋氣產(chǎn)量實測數(shù)據(jù)
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國外研究與工程設(shè)計中主要采取三種方式對生活垃圾衛(wèi)生填埋場填埋氣產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測:模型估算法、實驗?zāi)M法和現(xiàn)場測試法(包括小范圍中試和實際填埋場測試)。模型估算法可以從產(chǎn)氣的動力學(xué)上描述垃圾降解這一整個過程，因而受到廣泛重視。
產(chǎn)氣量的模型包括統(tǒng)計模型和動力學(xué)模型。統(tǒng)計模型比如：IPCC模型：采用垃圾中有機(jī)物分解的化學(xué)計量方程式來確定CH4產(chǎn)量的化學(xué)計量式模型。有機(jī)碳模型：假設(shè)1kg有機(jī)碳可以轉(zhuǎn)化成1.867L填埋氣（CH4+CO2）。建立在質(zhì)量守恒定律基礎(chǔ)上的COD估算模型:假設(shè)垃圾中的COD值等于產(chǎn)氣中甲烷燃燒的耗氧量, 垃圾有機(jī)物中的1gCODcr可產(chǎn)生0.35L體積的CH4。工程上通常采用K值經(jīng)驗系數(shù)法，即K=526.5L CH4/（1kg可生物降解揮發(fā)性固體）。EMCON模型：該模型把垃圾中的有機(jī)物分為三部分：容易降解的有機(jī)物；中等程度降解的有機(jī)物；較慢降解的有機(jī)物。每一種有機(jī)物都有其產(chǎn)氣曲線,其輸入項為垃圾量、成分、含水率以及產(chǎn)氣滯后時間和轉(zhuǎn)化時間(可降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物氣所需的時間)。三種不同的有機(jī)物的轉(zhuǎn)化量之和就是總的垃圾填埋氣的產(chǎn)氣量。
動力學(xué)模型比如：Gardner動力學(xué)模型：該模型可以計算出某垃圾填埋場各年以及累積的CH4產(chǎn)生量，為填埋場CH4的收集和利用提供設(shè)計依據(jù)。Marticorean動力學(xué)模型：該模型是填埋場產(chǎn)甲烷的一級動力學(xué)方程式,其應(yīng)用的前提是認(rèn)為填埋場中的垃圾是按年份分層填埋的。模型中增加了描述垃圾產(chǎn)氣周期的參數(shù)，并且假設(shè)垃圾產(chǎn)氣量隨時間按照指數(shù)規(guī)律遞減。Scholl Canyon模型：該模型假設(shè)經(jīng)歷一段可以忽略的時間后，填埋氣的產(chǎn)生速率迅速達(dá)到它的最大值,而這段時間主要用來建立起厭氧環(huán)境和微生物的生長。隨后產(chǎn)氣速率遵循一級動力學(xué)，反應(yīng)速度隨可降解的有機(jī)底質(zhì)的減少而降低，這些可降解的有機(jī)底質(zhì)可由余下的甲烷潛能來度量。landGEM模型：該模型也假設(shè)產(chǎn)氣速率遵循一級動力學(xué)，要求已知垃圾填埋年限、甲烷含量等因素，如不特別指出即按典型垃圾成份處理。
在模型實際運用中，一般有如下結(jié)論：
1）一般填埋氣產(chǎn)氣總量預(yù)測采用統(tǒng)計模型，而填埋氣產(chǎn)氣速率預(yù)測采用動力學(xué)模型。
2）采用動力學(xué)模型一般都是遵循一級動力學(xué)原理進(jìn)行。
3）這些模型都已用在國內(nèi)較多填埋場產(chǎn)氣量預(yù)測中，預(yù)測效果良好。
發(fā)電機(jī)組
對甲烷含量約50％的填埋氣，填埋氣低位熱值在17.91兆J/Nm3。選用合適的沼氣內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，發(fā)電量可達(dá)1.85度/Nm3。因此填埋氣發(fā)電利用過程中除了產(chǎn)氣量以外，另一個重要技術(shù)就是發(fā)電機(jī)性能。
目前我國目前在運行的絕大多數(shù)填埋氣發(fā)電機(jī)組均采用進(jìn)口設(shè)備，比較著名的有GE能源的顏巴赫，DEUTZ，CAT等。近年來國內(nèi)也出現(xiàn)一些廠家，如勝利動力、啟東寶駒、濟(jì)南柴油等，其開發(fā)的設(shè)備性能也取得了一定的進(jìn)步。但是進(jìn)口機(jī)組來自幾十年燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組專業(yè)制造廠商，在填埋氣發(fā)電上經(jīng)驗豐富，國產(chǎn)機(jī)組目前處在起步階段[3]，因此相比國外著名品牌，目前在發(fā)電效率、填埋氣適應(yīng)性和排放指標(biāo)上仍存在一定差距：
1）發(fā)電效率：好的進(jìn)口機(jī)組發(fā)電效率可以高達(dá)42~43%，一般處在38~40%，而國產(chǎn)機(jī)組效率僅為32~36%。
2）填埋氣適應(yīng)性：填埋氣在進(jìn)入發(fā)電機(jī)組前一般要經(jīng)過脫硫、除濕、過濾等預(yù)處理，進(jìn)口機(jī)組對填埋氣質(zhì)量和數(shù)量的適應(yīng)性上相對更佳。
3）排放指標(biāo)：國外對環(huán)保、污染物排放要求較高，因此進(jìn)口機(jī)組一般配備專利的低排放控制系統(tǒng)，NOx排放較低。
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