垃圾填埋场沼气发电系统的优化配置

pH值的高低也会影响甲烷气的产量，最适于垃圾发酵的pH值为6.8～7.2。
此外，甲烷产量的影响因子，如垃圾湿度、渗滤液的pH值等在不同的地区、不同的小环境、不同的发酵阶段各因子对甲烷产率的影响程度也不尽相同。
2.2 甲烷气体产生量与产率的计算方法
（1）质量平衡和理论产气量模型
此公式由IPCC1995年推荐，主要是用于计算生活垃圾的产气总量，其公式为： 

　　式中，MSW为城市生活垃圾量；η为垃圾填埋率；DOC为垃圾中可降解有机碳的含量，IPCC推荐值发展中国家为15%，发达国家为22%；r为垃圾中可降解有机碳的分解百分率，IPCC推荐值为77%。运用该模型计算产气量快捷方便，只要知道某个城市的生活垃圾总量以及填埋率就能估算出产气量。但由于没有直接考虑垃圾产气的规律及其影响因素，往往计算值过于粗略，仅适用于估算较大范围的产气量，如一个国家、一个省或一个城市。以广州市兴丰填埋场为例，日进场垃圾6000t，年垃圾量58.4万t，那么年产甲烷气： 

　 相当于19.69万吨煤炭的能源潜力。
（2）理论动力学模型
　　N.Gardner和S.D.Probert提出下述公式： 

　　式中，P为单位重量垃圾在时间t内的甲烷排放量，Cd为垃圾中可降解的有机碳的百分率(推荐值为0.15)，X为填埋场产气中CH4分额，n为可降解组分的总数(i=1,2,3…n)，Fi为各降解组分占有机碳的含量，Ki为各降解组分的降解系数，t为填埋时间。这一模型可以表征垃圾产生甲烷气随时间的动态变化，有利于对各个产气阶段的分析，从而运用这一详细资料设计收集系统。
（3）生物降解理论最大产气量模型
　　该方法依据垃圾成分和元素分析，并通过生化反应计算产气量，计算公式如下： 

　　式中，C为单位质量垃圾中产生的甲烷量［L（CH4）／kg(湿垃圾)］；K为经验常数，单位质量的挥发性固体物质标准状态下产生的甲烷量，其值为526.5L(CH4)／kg；Pi为某有机组分占单位质量垃圾的湿重百分比(%)；Mi为某有机组分的含水率(%)；Vi为某有机组分的挥发性固体含量(干重%)；Ei为某有机组分中挥发性固体的可降解物的含量(%)。该方法的特点是利用了有机物的可生物降解特性，更切合实际，并能较准确地反映出垃圾中产生甲烷气的主要成分，但最终计算值偏高。
　　以上三种产气量模型在实际使用中各有特点，但单一的方法往往难以准确的估算填埋场的产气量，要较准确的估算垃圾填埋场的产气量，我们需要先对填埋垃圾的特点进行分析，然后利用上述模型从不同侧面进行估值，最后还得根据工程经验对评估值做出一定的修正，这样做出的估算相对较准确；对后续处理既能充分利用资源又能减少投资的盲目性。事实上，比较早期的几个项目，由于考虑因素不够，其产气量估算值严重偏大，造成了设备闲置，给投资者造成了一定的经济损失。当然，抽气试验是最可靠的。产气量是决定装机容量的最重要的依据。
3、沼气收集与输送系统
3.1 沼气收集站、阀门井
沼气收集站使操作人员可以较为方便地监控每座沼气井的流量及浓度。每2～3公顷的面积须配置一座沼气抽气收集站。沼气收集站的位置选择须考虑到填埋面沉降及输送管线架设的便利性。每座沼气站面积约需2平方米，沼气站的抽气装置高度约1.5米左右。
3.2 沼气收集系统的技术要求和优化措施
在填埋较低位置时，较多采用预留垂直导气石笼，边填埋边提升。在填埋高位时一般采用水平集气管的方式进行。然而在实际填埋过程中常遇到如下几种情况直接影响到沼气的回收。
﹡垃圾进场量不稳定，在进场量较大时，来不及保护预留的导气石笼，致使预留导气石笼被掩埋。
﹡推进方向单一，导气石笼容易倾斜或移位。
﹡导气石笼周围未及时设置导气盲沟，导致气体收集效果差。
﹡覆盖层不规范、不及时，导致雨水渗漏入填埋层和沼气迁移外泄严重。
通过抽气实验掌握气体成分、出气静压、温度、气量、收集范围等，结合现场情况在管道布置设计中充分考虑其收集效果。由好氧——厌氧有一个过程，产气量随时间而变化，因此在设计中应充分考虑在高峰时的气量进行管径设计如果母管的负压太大，造成水封的液位上升高度增加，给系统带来安全隐患。同时在操作过程中要严格工艺要求进行，从安全角度出发，在导气石笼出口要求是微正压状态（一般在5-8mm水柱）。这样可保证沼气收集质量，不因为负压使空气进入系统，这一点非常重要，在操作过程中要定期检查、记录和调节。在导气石笼并入系统时要逐个进行，在每个导气石笼出口合格后方可并入集气单元，并确保出口压力，这里可利用出口阀节流调节。
在气体收集系统中科学布管，通常采用集气单元进行气体的收集，在集气单元设置时采用如下两只方式：（1）将几个6-8个导气石笼汇入一个气体收集站，再由气体收集站进入母管。（2）将常6-8个导气石笼汇入次母管，再进入母管。采用这两种方式都可行。但笔者认为采用第二种方式更为直接、科学和节约。由于沼气从导气石笼出来时其水分含量较高，在气体输送过程中产生冷凝液，若采用第一种方式就必须考虑每个导气石笼——集气站的管道放坡并单独排放冷凝液，这样在今后的提升工作带来诸多不便，且投入较高。采用第二种方式只要布管时考虑布管坡度即可。在母管的低位设置排水水封并可以将冷凝液排掉。安装方便，便于控制和今后的提升。