维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年８月 第１９卷第４期 有色冶金节能 Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ ｏｆ Ｎｏｎ—ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ａｕｇ．，２００２ Ｖｏ１．１９ ＮＯ．４ 垃圾填埋气体的收集和利用探讨 廖祚洗 （南昌有色冶金设计研究院，江西南昌３３０００２） ［摘要】本文介绍城市生活垃圾填埋场中填埋气体的产生、产生量、性质以及填埋气体的收集方式，并着重对南 昌麦园垃圾填埋场填埋气体的各种利用方案进行探讨。 ［关键词】填埋气体；收集；导出井；利用；发电 ［中图分类号】Ｘ８２５ ［文献标识码】Ｃ ［文章编号】１００８—５１２２（２００２）０４—００２９—０４ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｕｔｉｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｕｂｂｉｓｈ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｇａｓ ＬＩＡ０ Ｚｕｏ—ｘｉ （Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｌｕｇｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３０００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｏｎ ｃｉｔｙ ｌｉｆｅ ｒｕｂｂｉｓｈ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｇａｓ，ｇａｓ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｎａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｍｏｄｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｅｘｐｌｏｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｐｌａｎ ｏｆ ｕｔｉｌｌａｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｍａｉｙｕａｎ ｒｕｂｂｉｓｈ ｆｉｌｌ— ｉｎｇ ａｒｅａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｕｂｂｉｓｈ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｇａｓ；ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ；ｇｕｉｄｅｄ ｅｘｉｔ ｗｅｌｌ；ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎ— ｅｒａｔｉｏｎ 目前，我国城市生活垃圾的年产生量超过１．６ 第二阶段：厌氧分解，氧气耗尽后进入厌氧分解 阶段，历时两个月到一年，填埋气体的主要成分为 ＣＯ２、Ｎ２及少量的Ｈ２、ＣＯ、０２、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３等。 第三阶段：甲烷发酵不稳定期，历时约２年左 右，填埋气体的主要成分为ＣＯ２、ＣＨ４。 第四阶段：甲烷发酵稳定期，历时２０年以上，填 埋气体的主要成分为ＣＨ 、ＣＯ２。 亿ｔ，垃圾的处理除极少数采用焚烧和堆肥处理外 均作填埋处理。并且，我国大中城市已投运或在筹 建的垃圾填埋场绝大部分为厌氧型卫生填埋场。合 理利用生活垃圾在厌氧条件下产生的填埋气体 （ＬＡＮＤＦＩＬＬ ＧＡＳ）对改善环境，充分利用能源有着 重大意义。 １ 填埋气体的产生 城市垃圾包括居民家庭生活垃圾、道路清扫（包 ２填埋气体的产生量 填埋气体的产生量与垃圾的填埋量、垃圾中有 机物含量、垃圾填埋年限及垃圾分解速率等因素有 关，据国内外有关资料介绍，每吨垃圾的产生量在 １３０－－４９０ｍ 之间。表１是我院最近几年设计的几 括果皮箱收集）垃圾、商业营运（包括菜场）垃圾和企 事业单位垃圾等。在填埋场的垃圾中，都含有一定 数量的有机物，如家庭垃圾中含有各种厨余物、果 皮、食物残渣、纸张、毛皮等有机物质。 生活垃圾中的有机物进入填埋场后，在一定的 湿度、温度和压力下经微生物分解而产生填埋气体。 有机物的微生物分解过程大致分四个阶段： 第一阶段：好氧生物分解，消耗大量氧气，产生 大量的热，历时几天到几星期。 个较大的城市垃圾填埋场填埋气体的产生量预测。 表１填埋气体产生量估算表 ［收稿日期】２００２—０１—２０ 注：上述数据摘自工程初步设计资料。 维普资讯 http://www.cqvip.com ３０ 有色冶金节能 ２００２正 并且，填埋气体的逐年产生量呈驼峰形曲线变 化，以南昌麦园填埋场为例，填埋气体的逐年产气量 １２ 见图１所示。 １Ｏ 暑 ８ ３填埋气体的性质 ： ６ ４ ３．１填埋气体的组分 ２ 填埋气体的组分取决于填埋垃圾的组分、填埋 １９９８ ２ｏｏ６ ２Ｏ１４ ２０２２ ２０３０ ２０３８ ２Ｏ４６ ２０５４ 场的结构、填埋深度和填埋年限等因素。填埋垃圾 年限 在甲烷发酵期产生的填埋气体典型组分见表２。 图１南昌麦园填埋场填埋气体产气量曲线 表２填埋气体的典型组分 注：Ｓ～、Ｃ１～、Ｆ 的单位为ｍｇ／ｍ ３．２填埋气体的特性 装在直径 ５００～１０００ｍｍ的竖井中，为提高透气性 （１）填埋气体属于可燃性气体，其低位发热值为 能和增加吸收面积，多孔管四周装有不同级配的砾 １４３００～１９７００ｋＪ／ｍ。。 石，导出井结构示意图见图２，收集管一般采用钢塑 （２）填埋气体具有易爆性，当甲烷在爆炸极限范 复合管、ＨＤＰＥ管或ＰＶＣ管等。 围内（体积浓度５％～１５％）遇明火极易发生爆炸危 险。 （３）填埋气体中的甲烷会增强全球温室效应，其 温室效应的作用是ｃｏ２的２２倍。 外套管 （４）填埋气体中含有少量的有毒气体，如ＨｚＳ、 硫醇、氨、苯等，对人畜和植物均有毒害作用。 （５）ＣＨ．、ＣＯ／等在填埋场地面上聚集过量会使 人窒息。 覆土层 ４填埋气体的收集 鹅卵石 填埋气体的收集系统包括填埋气体的导出、收 集和抽送等，系统流程如下： 多孔收据管 填埋垃圾体一导出井一收集管一脱水装置一罗 垃圾填埋体 茨风机一气体利用设施 为保持填埋垃圾体的安全和稳定，及时、可靠和 有效地排除垃圾体内不断分解的填埋气体，是非常 图２导出井结构示意图 必要的。填埋气体的导出井有竖井和水平井两种。 竖井结构简单，集气率高，材料耗量少，投资低，密封 ５填埋气体的利用 性能好，被大多数垃圾填埋场所采用。水平井容易 填埋气体具有较高的低位发热值，按燃气分类 受垃圾体的不均匀沉降而破坏，一般不单独使用。 相当于天然气４Ｔ，经净化处理后是一种较理想的气 但采用竖井和水平井相结合的方式对提高填埋气体 体燃料。 的收集率有利。导出井由多孔管、外套管和砾石组 据国内外有关资料介绍，填埋气体的可收集率 成，多孔管采用高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）管，直径 为１５％～３０％，以南昌麦园填埋场为例，可收集填 １００～２００ｍｍ，多孔管四周有透气的小孔，垂直安 埋气体约９亿ｍ。（收集率取２５％），折合标准煤５５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 廖祚洗：垃圾填埋气体的收集和利用探讨 ３１ 万ｔ，收集年限约４９年（２００１～２０４９），年平均小时收 集量１９５７ｍ０，最大年平均小时收集量３４８７ｍ０（２０２８ 年），具有很高的收集和利用价值。 填埋气体的利用方式主要有四种： ５．１用于锅炉或工业炉窑燃料 对于负压运行的锅炉或工业炉窑，填埋气体可 直接使用，对于正压运行的工业炉窑，需除去填埋气 体中的有害成分（如Ｈ２Ｓ、ＨＣ１、ＨＦ等）后方可使用。 ５．２用作居民生活燃料 除去填埋气体中的有害成分（如Ｈ２Ｓ、ＨＣ１、ＨＦ 等）后可作为居民的生活燃料使用，燃料特征相当于 天然气４Ｔ，收集初期可满足１万户居民用气，高峰 可供６万户居民使用，Ｅｔ供气量１２０００～８３０００ｍ３， 总供气量８．４亿ｍ０，若燃气售价按０．６元／ｍ０，售气 收益达５亿元。根据麦园填埋场的地位位置与周边 城镇居民状况，供气方案有二个： ５．２．１独立供气 在麦园、赢上、长陵等范围内建立独立的供气管 网，向工厂、学校和居民供气，当填埋场封场后，填埋 ５．３用作汽车燃料 对填埋气体进行膜分离净化处理，将ｃｏ２含量 降至３％以下并去除有害成分后可作为汽车用天然 气，可产天然气５亿ｍ３，折合汽油３０万ｔ。美国洛杉 矶的ＰＵＥＮＴ ＨＩＬＬ填埋场已有应用实例。天然气的 用途一方面将垃圾运输车改烧天然气燃料，每年可节 省汽柴油４５０ ８００ｔ，另一方面，在若干年后当以天然 气为燃料的汽车在我市普及时，可在填埋场附近的国 道和省道上建立天然气加气站，为过往汽车加气。 ５．４用于发电 填埋气体发电根据发电设备不同可分为燃气轮 机发电、燃气轮机联合循环发电和内燃机发电三种， 其主要流程如下： ５．４．１燃气轮机发电系统流程 燃气轮机发电系统流程如下： 填埋气体一罗茨风机一储气柜一煤气压缩机一 燃气轮发电机一烟囱 ５．４．２燃气轮机联合循环发电系统流程 燃气轮机联合循环发电系统流程如下： 填埋气体一罗茨风机一储气柜一煤气压缩机 一气体产生量减小时，可掺入液化石油气混空气继续 保持供气。但是，这种供气方案需设置较大的高峰 燃气轮发电机一余热锅炉一烟囱 用气储存设施及供气管网，投资较大，居民分布也散 乱，实施有一定的困难。 ５．２．２混合供气 将填埋气体送入南昌市区，与城市管道煤气混 ５．４．３内燃机发电系统流程 内燃机发电系统流程如下： 合后向市区供气，可缓解南昌市的供气矛盾，但由于 南昌市管道煤气采用焦炉煤气，填埋气体的华白数 填埋气体一罗茨风机一填埋气体预处理装置一 内燃发电机一烟囱 和燃烧势仅为焦炉煤气的５９％和１３％，混合后的燃 气对原有灶具是否适用，还需作进一步的研究。 南昌麦园填埋场的发电方案比较见表３所示。 表３发电方案比较表 维普资讯 http://www.cqvip.com ３２ 有色冶金节能 ２００２年 填埋气体发电的最大优点是系统独立性强，不 生活垃圾填埋场中的填埋气体进行导出，既是保持 受外部环境制约，易于实施，特别是采用内燃机发电 填埋垃圾体安全和稳定的需要，又是环境保护的需 方案，国内外均有应用实例，如杭州天子岭、香港新 要，对填埋气体的收集和利用，可变废为宝、开发新 界、深圳玉龙坑等填埋场，都采用了填埋气体发电的 能源，并有着明显的经济效益和社会效益。 利用方案。 由此可见，在上述４个填埋气体的利用方案中， ［参考文献］ 除第１个方案没有用户不能实施，第３个方案因外 部条件制约暂时难于实施外，其它都是可行方案，也 ［１］ 林启修．城市生活垃圾卫生填埋场能源开发的探讨 可以采用２个或２个以上方案共同实施。 ［Ｊ］．有色冶金设计与研究，１９９５，３． ［２］顾建良等．垃圾填埋场气体的收集与处理［Ｊ］．环境保 ６ 结论 护，１９９７，２． 城市生活垃圾中含有丰富的能源资源，对城市 （上接第７页） 改造投入的全部资金。可以看出，采用交流变频调 降低了向空气中的排烟浓度及含尘量、降低了司炉 速调节风量是节电的重要途径，能从交流变频调速 工的劳动强度，改善电机起动特性，引风机的电机可 技术应用中节约大量的电能，这对今后降低企业生 在设定的频率范围内随意调节，节能经济效益可观， 产成本，提高经济效益，推动科技进步，转化为生产 对全面提高企业设备管理水平很有现实意义，有推 力起着非常重要的作用。 广价值。 ５ 结论 应用变频调速使风煤同步调节，改善燃烧条件，