垃圾填埋气发电方案

垃圾填埋气发电方案

一、前言

中国是世界上垃圾包袱*沉重的国家，目前国内城市生活垃圾产生量已高达每年1.4亿多吨，占世界总量的1/4以上，且每年还以8～10％的速度增长。垃圾污染日益严重，已经成为中国政府高度重视和致力解决的重大社会问题之一。

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。现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。一般可产气十年以上。填埋场表面还可以绿化、种植等。

二、我国城市垃圾处理及现状

传统的垃圾堆放、填坑堆置处理方式是利用土地、自然形成或人工挖掘而成的坑穴、河道等可能利用的场地把垃圾集中堆放起来，一般不采取任何工程措施防止堆场污染的扩散与迁移，渗滤水不收集处理、沼气不疏导或疏导程度不够，垃圾表面也不作**的覆盖处理。生活垃圾腐化后会排放出大量的氨、硫化氢等难闻的气体，造成大气污染。垃圾堆放产生的沼气（甲烷）就地排放（空气中甲烷达5%-15%）时，一旦遇到明火就会爆炸。我国目前较常用的处理城市垃圾的方法，有焚烧、填埋和堆肥三种。

垃圾焚烧虽能够将焚烧热量加以利用（广州市**座现代化的生活垃圾焚烧发电厂----李坑生活垃圾焚烧发电厂正在建设中），但其前期投资大，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。

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。据有关资料报道：一吨含39％有机物的生活垃圾可以产生约90立方米的填埋气（沼气）。而现行填埋工艺大都不回收沼气，即使回收也仅占到总量的很少部分，大量沼气自由排放，不仅污染了环境而且浪费了资源。据测算，目前国内垃圾年填埋量约5000万吨，填埋气体的排放量在79万吨到250万吨之间（为1999年排放量）。

填埋处置是为了克服上述问题而发展起来的一种处理垃圾的方法，它以不产生二次污染为目标。其特点是事先对填埋场地进行防渗透处理，以阻止新生的污水对地下水和地表水的污染；并铺设安装排气管道，防止垃圾发酵过程中产生的易燃易爆气体，同时进行回收利用，或发电或作化工原料。这种填埋处置方式具有简单易行、费用低、能处理多种类型废弃物的优点，同时还可回收能源，因而受到世界许多国家的欢迎。

目前，世界上建成垃圾填埋场5000余座，其中美国已建成2247座，欧共体建成175座。全世界每年可回收填埋场沼气51.42亿立方米，约相当于240万吨石油的能量。从世界各国来看，美国80％的沼气、欧洲50％的沼气均用于发电。国内已建成大型垃圾填埋场（日处理量在1000吨以上）近百座，主要建在我国主要大城市及周边地区，尤以北京、广州、深圳为多。其中用于填埋气发电的却很少，继中国**个填埋气体发电厂1998年10月在杭州天子岭建成发电后，国内一些城市如杭州、广州、深圳等陆续开始了对填埋气体的回收利用。已建成的有杭州天子岭、南京水阁、广州兴丰和深圳玉龙坑等，正在建设中的有鞍山、马鞍山、无锡、青岛等，列入计划的则更多。

三、利用填埋气发电的可行性及发电流程

利用燃气发动机进行填埋气的综合利用，是目前国外的普遍作法。据资料统计，美国有61个填埋场使用内燃机发电，24个使用汽轮机发电，总发电功率达34.4万干瓦；欧洲有50个填埋场使用内燃机发电。利用垃圾沼气发电的环保效益大大超过经济效益，这是因为，垃圾填埋场沼气的主要含量是甲烷和二氧化碳，它们不仅严重污染大气环境，加剧地球温室效应，而且易引起自燃和爆炸事故。因而，发达国家通过立法来开发和使用环保能源。

垃圾填埋气主要成分为甲烷，约占50%左右，其余有二氧化碳（约占40%），还有部分硫化氢、氮气等杂质，压力一般较低。

适应垃圾填埋气特点，发电机组必须具有以下技术特点：

（1）对于沼气来说，成分是不稳定的，发动机的空燃比必须根据沼气成分变化进行实时自动控制。

（2）垃圾填埋沼气压力比较低，一般在1-3kPa，发电机组必须采用低压进气。不能在机组前增加增压设备，增压设备从填埋处抽气，使填埋场造成负压，增加危险。

（3）针对垃圾填埋气中含有腐蚀性气体，因此发动机必须采用化学防腐技术，在缸套、气门座圈、气门、活塞环增加防腐涂层或其它防腐措施。

目前国内可以生产沼气发电机组，满足垃圾填埋气发电需要。

如图所示为垃圾发电场填埋气体处理系统流程图。

四、垃圾填埋发电应用实例

据有关部门分析调查，中国可开发和利用垃圾资源潜力十分巨大。城市生活垃圾来自于千家万户，如果一个三口之家，每年可形成一吨生活垃圾，一吨垃圾全部发酵后，可产生的填埋气体量约为300立方米，每立方米的可燃气体能够发一度半电，即每一吨生活垃圾实际上可以给我们提供400多度的电能，这个数量，基本上相当于一个三口之家半年的生活用电。 

梅州市采取CDM(清洁发展机制)综合治理龙丰垃圾填埋场，该项目2005年3月正式通过联合国CDM理事会注册，成为我国**例成功实施的CDM项目。利用胜动4台500千瓦沼气机组，建立了2000千瓦规模的沼气发电站，于06年1月18日成功并网发电。

五、垃圾填埋气发电站投资预算及效益分析

以一个400米见方、40米深的填埋场为例，垃圾填埋量320万吨，其装机容量可达2000kW。可选用5台500GF燃气发电机组建立沼气发电站。

（一）、投资估算表如下：

（二）、效益分析

1.年总运行成本

垃圾填埋气发电机组运行功率按450kW，年运行时间按300天计算则：

年发电量：450kW×24h×330天×5台≈1782万kWh

年运行成本：包括人工、机油、维修及配件、管理、不可预测等费用，折合单位发电成本为0.1元/度。

年总成本费用：1782万kWh×0.1元/kWh≈178万元

2.减排量及效益计算：

以垃圾填埋气发电项目，由于其主要成分为甲烷，主要由以下反应式：

CH4+O2     CO2+H2O  

根据有关折合标准煤及排碳系数：

注：1）tce—吨标准煤； 2）toe—标准油 3）t-c吨碳

从表上可知：

年电量折合标准煤=年发电量×0.399=17820MWh×0.399=0.711万吨

年电量折合排碳量=年发电量×0.2268=17820MWh×0.2268=0.404万吨

减排收益（按8美圆/吨碳计算）：

0.404万吨×8美圆/吨×8元/美圆=25.8万元

3.年发电效益（电价按0.50元计算）

年发电总量：1782万kWh。

年发电收入：1782万kWh×0.5元/kWh≈890万元

年发电收益＝年发电收入－年运行费用+减排收益＝890万元-178万元+25.8万元＝737.8万元

3.经济效益分析

投资回收期：875万元÷737.8万元≈1.8年

效益分析中不包括余热利用，如加上余热利用部分效益更加可观。

六、结论

垃圾填埋气发电不仅解决了垃圾处理问题，同时利用了能源，是一可行、效益可观的朝阳项目。

对于我国蓬勃发展的绿色环保产业来说，利用垃圾填埋场沼气发电必将得到迅速推广利用。