潮州市市政建设总公司 广东 潮州 521000
【摘 要】生活垃圾填埋后，经过一段时间的分解和发酵会产生主要含甲烷的填埋气体（下称沼气）。随着处理垃圾量的增加，填埋区产生的沼气越来越多，如不进行收集处理，将污染垃圾场周边的大气环境，对市民的健康造成重大影响。同时，沼气含甲烷等可燃气体，如不科学处理，填埋区会存在重大的安全隐患，随时都可能发生气体爆炸事故，造成人身伤害和财产损失。因此，必须对生活垃圾填埋气进行科学处理，以保护环境和保障市民的人身财产安全。本文结合实例介绍了生活垃圾填埋气收集发电利用技术，供类似工程借鉴和参考。
【关键词】填埋气；收集；发电；技术
1、工程概况
沼气发电综合利用工程项目规划建设在市政生活垃圾卫生填埋场内，主要建设内容包括垃圾填埋区填埋气体收集和输送管道系统（含铺设填埋区收集管网4200米，沼气收集井281座）、发电厂房气体净化系统和燃烧机组发电系统等。该工程安装4台1000KW发电机组，年利用填埋气1183 X 104立方米，年发电量1904 X 104千瓦时。
2、沼气收集发电技术原理
垃圾填埋气一般含甲烷50%以上，甲烷为可燃性气体，因此可用于燃烧发电。生活垃圾填埋区的沼气借压差流向气体收集井，经过集气井汇集到集气支管，经集气干管连接至集气总管，再抽送到沼气发电厂，经过填埋气预处理系统处理后进入沼气发电机组燃烧发电，电厂发出的电量经过电气上网系统出售给国家电网公司，由电网公司统一调配利用。
3、沼气收集发电工程技术
3.1沼气收集井建设方案
气井布置应根据垃圾填埋区现场情况合理设计集气井间距，具体布置集气井的原则是：靠近垃圾堆体边缘的，井间间距要小，堆体中间的间距可适当放宽，但一般以井间间距不超过集气井深度为宜，否则容易造成气路短路，将地表的空气抽入集气井。集气井抽入空气，厌氧环境就被破坏，产气量将受到严重影响。集气井建设一般有三种方式，包括竖井、横井和竖井与横井相结合。竖井即在垃圾填埋达到10—15米高度时，在垃圾表面覆土或覆膜后，利用钻机在垃圾堆体上钻井，并安装收集管，再用支管将集气井连接起来，汇集到集气总管上。横井即在垃圾填埋区填埋垃圾之前，将气管有规律地平放在垃圾填埋区内，用新垃圾将收集气管埋在垃圾堆里，分层设置支管并汇集到集气总管中。
对于已填埋好的垃圾堆，只能用打竖井的方式对气体进行收集，对于横井的设置则要根据垃圾含水量和天气情况科学施工。由于渗滤液中氨氮浓度较高不利于甲烷的产生，使用横井不利于渗滤液的抽取或排放。因此，多雨地区和垃圾含水率高时不宜采用横井。其他情况下，采用竖井和横井相结合则更有利于填埋气体的收集。
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3.2沼气收集井施工技术要求
沼气竖井和横井的施工质量大大影响填埋气体的收集效果，因此在沼气收集井的施工过程中，要严格控制关键的施工技术，保证工程的施工质量。
（1）在集气井的施工过程中，相邻竖井之间间距约12米，井深根据垃圾填埋厚度确定，钻井深度距垃圾场底部防渗膜宜在1.5米以上，以防止打穿填埋区底部防渗膜，造成渗滤液外渗污染周边地下水。竖井直径约￠550mm，井管采用PE100 DN160 0.6Mpa管材，管壁使用￠26mm钻头打花孔，打孔10排，孔间距8cm。花管表面包裹1层三维植被网格，用绳子或铁丝将其固定在管材表面。然后将密封钢板从井口上端下放至PE管道卡箍处，密封钢板厚度6mm。密封钢板安装后，在其上面覆盖1-2层无纺布或塑料薄膜，再用粘土将井回填至地表。
（2）在铺设集气支管和干管时，要注意控制其坡度，坡降一般在3%以上，避免出现凹凸不平的情况，以便管内冷凝水的排放。收集管网铺设采用DN315（SDR17.6，0.8MPa）HDPE管，备用1根DN315主管道。每个区域的集气支管采用DN200（SDR17.6，0.8MPa）HDPE管，集气支管考虑整个填埋堆体的安全隐患，必须安装DN200蝶阀。输送管道在地表敷设，总管的铺设要平缓，且要保证排水顺畅，并在总管中设置3个预留口，安装阀门堵头。
（3）管道安装采用热熔对接焊接技术，焊接好的管道应避免强拉硬拖，尽量保护管道的完整性。PE管道与金属阀门连接处用法兰连接，连接时要用清洗干净法兰头上的污物，调整好法兰片和法兰头的同心度。管道安装和铺设工程中断时，应用木塞或其他盖将管口封闭，防止杂物进入。
（4）为了减少填埋气散逸损失，在垃圾填埋区进行中期覆盖时，覆土层的厚度要大于300mm。同时，按规范覆土也有利营造更好的厌氧环境，更有效地收集到填埋区的沼气。
3.3沼气净化处理系统
沼气净化处理系统主要用于完成对填埋气的抽取、净化、计量，并向机组稳定供给符合净化指标的气源，主要包括冷凝水储罐、水冷式沼气脱水装置、罗茨风机组、风冷散热器、过滤器、气动切断阀及管道阻火器、测量仪表、控制柜和空压机等。填埋气经过预处理后须达到如下净化标准：调压阀前进气压力不低于300 mm水柱；粉层颗粒小于5um，总含量不大于500mg/Nm3；甲烷含量不低于30%：进气温度小于400C。
3.4沼气发电机组
燃气发电机组系统包括填埋气发动机及发电机主体结构，实现燃烧、做功、产生电能并输出。发电原理如下：利用生活垃圾产生的沼气（主要成分是甲烷）与一定比例的空气压入多个气缸内，燃烧后产生的热力推动带有曲柄连杆机构的活火塞往复转动，多个曲柄连杆机构将机械动能传递给发动机，使发动机按照设定的转速将动能传递给同轴上的发动机转子，转子转动切割定子间产生的磁力线，从而输出稳定的电能。
燃气发电机采用先进的空燃比控制技术，闭合冷却方式，风冷装置置顶。空燃比闭环控制技术的应用，使沼气机组燃烧更合理，运行更加平稳可靠，控制更加准确。
4、结语
生活垃圾填埋气收集发电综合利用，有效消除了垃圾填埋区火灾和气体爆炸隐患，把温室效应强的填埋气体转化为资源用于发电，不仅解决了大气环境污染问题，又取得发电收益，取得较好的环境效益、经济效益和社会效益，是解决垃圾填埋场填埋气体排放污染环境问题的重要技术措施，符合科学发展观的要求和资源再生利用的循环经济理念，值得推广应用。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.《聚乙烯燃气管道工程技术规范》（CJJ63—2008）
[2]中华人民共和国环保部.《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889—2008）
[3]中华人民共和国建设部.《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17—2004）
[4]赵由才，龙燕，张华.生活垃圾卫生填埋技术 [M].{H}北京：化学工业出版社，2004.3.
论文作者:刘顺隆
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第11期
论文发表时间:2016/8/21
标签：填埋论文; 沼气论文; 气井论文; 垃圾论文; 竖井论文; 气体论文; 生活垃圾论文; 《低碳地产》2015年第11期论文;