填埋气产量计算.doc

1填埋场情况简述某垃圾填埋场占地316.34亩，分为一号、二号两个填埋区。一号填埋区始于1991年，收集城市生活垃圾的覆盖人口为150万，该区占地10104m2，呈山谷形状，底部面积为6104m2。填埋区内日平均堆填垃圾500t，已倾倒的垃圾总量为165106m3，垃圾密度为0.80.9t/m3，垃圾总重量为1.32106t。该区已于2003年底封场，同时启用毗邻的二号填埋区。对于已封场的一号填埋区，准备开展填埋气发电利用工作。在工程设计的前期，需要对填埋气的产气能力进行评估，以确定发电机组容量、利用方式和使用年限等关键数据，为此我们首先进行了产气量的理论计算，并在现场打井进行了长期的产气能力测试。2填埋气产气量的理论估算由于填埋气中的可利用成分是甲烷，所以在对填埋气产气量的理论估算方面，主要是计算填埋气中甲烷的产量(包括总产量和年产量)。 21填埋气中甲烷总产量的计算采用国际上通用的IPCC模型计算填埋气中甲烷的总产量，该模型的计算公式如下:式中，ECH4垃圾填埋场的甲烷总排放量， t； MSW城市垃圾量，t； 城市垃圾填埋率，%； DOC垃圾中可降解有机碳的含量(IPCC推荐发展中国家为15%)； R垃圾中可降解有机碳的分解百分率(IPCC推荐为77%)。 根据以上公式计算出1t填埋垃圾可产甲烷量为0.077t，转化成标准体积量为1t填埋垃圾可产107.8Nm3的纯甲烷。根据垃圾总填埋量，可得以下甲烷总产量的计算结果。 表1甲烷总产量预测结果 为了检验以上计算的正确性，我们还采用化学平衡法进行了核算，其计算公式如下：式中，ECH41kg垃圾量转化成甲烷气体的体积，m3； RCH4CH4的浓度含量，%； W含水率，%； P垃圾中的有机物含量，%； C有机物中的有机碳含量，%； 转化率，%。 根据实测的RCH4、W、P、C结果，取为0.8，由此得出垃圾的CH4产量为103.7m3/t，结果与IPCC模型的计算结果基本一致。 22甲烷气年产量计算 为了计算填埋场在不同年份里的甲烷产量，我们选用理论动力学模型(Gardner-Probert模型)进行了计算，公式如下: 式中，P单位重量垃圾时间t内的甲烷排放量； t填埋时间，a； GM垃圾理论最大产气量取107.8，m3/t； Fi各降解组分占有机碳的含量； Ki降解组分的降解系数，a-1。 参考有关经验公式，确定产气规律如下: 利用上式对一号填埋区的产气规律进行了计算，结果分别见图1和图2。图2甲烷的年产气量 23计算结果分析由以上两图可知，垃圾在初始填埋1a后才有可观的产气量，产气速率大大加快，在初始填埋10a后，产气速率达到最大107m3/a，之后产气速率快速下降，30a后产气量已经很小了。填埋场的甲烷总产量可达1.4108m3，在封场以后的10a内能够以600m3/h的抽气量进行连续利用，具有可观的经济效益价值。3填埋气产生量测试填埋场内垃圾的成分、堆填状态等情况是比较复杂的，其降解过程也难以用理论模型准确描述，因此理论计算往往只能提供参考依据，填埋场的真实产气能力还需要进行实际勘测，为此我们开发了填埋气测试装置，并在现场进行了长期测试。31填埋气测试装置填埋气测试装置的工作流程见图3。为了便于在现场进行测试，整个装置做成可移动形式，装置内的电气和仪表部件采用了安保措施，以满足长期在野外进行连续工作的要求。32抽气试验在抽气试验中，采用“step by step”的实验方式，即将抽气流量由小到大，寻找井的产气能力。在这个过程中，不仅要进行单井的产气能力测试，还要进行井间相互作用的实验(这部分测试结果将另文交流)，为最终确定抽气井的布置提供依据。我们对该井进行了长达半年的连续抽气试验，试验中每天对抽气流量、填埋气成分进行检测，由于数据量较多，现将有代表性的测试结果分别列于图4图7中。抽气试验的前期以30m3/h流量进行抽气，待甲烷含量稳定后，将抽气流量提高至40m3/h，也获得了稳定的实验结果，达到了工程设计中对单井产气能力的要求。 图3填埋气测试装置工作流程图图4试验中的抽气流量情况图5填埋气中的甲烷含量图6填埋气中的二氧化碳含量图7填埋气中的氧气含量3.3结果分析以上各图知，填埋气中的甲烷含量能稳定在50%以上，二氧化碳含量约40%，表明该井所产气体有典型填埋气的组成特征，且氧气含量很低，说明空气泄漏进填埋场内部的量很少，无危险隐患。证实该垃圾填埋场内的填埋气有很高的利用价值。4结论 1)分别采用IPCC模型和Gard