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【摘 要】焚烧生活垃圾的工厂生产出来的沼气具有多种处理办法，如：火炬燃烧、内燃机组发电以及焚烧炉焚烧等。文章对上述处理办法的情况进行了介绍，同时探究其中存在的问题，并重点阐述了通过内燃机组发电工艺获得的环境效益以及经济效益，最后表示在规模较大的焚烧厂有利于采用内燃机组发电技术，能够获得较大的经济效益。
【关键词】生活垃圾;垃圾焚烧;沼气利用技术
焚烧生活垃圾的工厂会产生大量沼气，这些沼气成分包括二氧化碳、氮气、一氧化碳、氢气、甲烷、氨氮等。现焚烧厂对沼气进行处理的方式包括：沼气发电、焚烧炉焚烧与火炬燃烧等。火炬焚烧工艺流程比较简单，初期投资小，能够稳定运用，但经济性较差，并且无法对燃烧产生热量进行有效利用;焚烧炉焚烧主要把沼气当作辅助燃料，当入厂垃圾量不足时，能够促使焚烧厂增加发电总量;沼气发电通过沼气内燃机组的使用，把沼气当作燃料，使发电机以及内燃机发电，运用这种方法可以获得较高的经济效益。对此，笔者在下文做了详细探讨。
一、沼气预处理的施工工艺
生活垃圾焚烧厂在渗沥液处理厌氧发酵阶段会产生大量的沼气（以我厂为例：渗滤液处理量600吨/天，产生沼气量约680立方米/小时），沼气当中含有水、硫化氢与微颗粒等众多杂质，在投入使用之前，必须做好预处理工作。针对渗沥液厌氧发酵阶段产生的沼气，常规使用的预处理工艺具体如图1[1]。将收集到的原始沼气存放在湿式储柜当中，这部分沼气当中含硫量高达7000ppm左右。对于含硫量非常高的沼气，一般可以使用湿法脱硫这种方法脱除沼气当中含有的硫化氢，出口处的沼气含硫量在200ppm。将脱硫以后的沼气投入到预处理装置当中，能够有效实现除湿、过滤以及增压等效果，沼气只有通过预处理以后，才能够有效实现沼气发电、焚烧炉焚烧、火炬燃烧（由于我厂火炬仅作为应急使用，采用的是初期投资较低的干法脱硫技术）。
二、生活垃圾焚烧厂对沼气进行有效利用的方法
（一）沼气火炬焚烧
因为渗沥液厌氧方法产生的沼气产量较不稳定，而且沼气品质较差，一般焚烧厂会运用火炬燃烧的方法处理沼气。沼气火炬组成包括支撑结构、主执行器、点火监测系统、火焰监测系统、燃烧喷嘴、PLC控制柜、燃烧室等。火炬使用全封闭的钢结构，进而保证沼气在自然环境下可以稳定燃烧[2]。这种处理工艺具有众多优点，如：操作方便、设备维修比较简单、初期资金投入少等，比较适合沼气产量不多的系统。该工艺缺点也较显著：经济性差，不能有效运用沼气热值，且沼气预处理也会产生一定固定运行费用。
（二）沼气焚烧炉焚烧
通过渗沥液厌氧方法产生的沼气进入焚烧炉中焚烧主要是利用沼气燃烧器完成的，其属于一种额外燃料输送到焚烧系统，进而达到回收利用资源的目的。通常情况下，沼气进入焚烧炉焚烧需要使用沼气燃烧器才能够完成。沼气在焚烧炉当中燃烧，当垃圾热值较低的时候，能够作为一种辅助燃料，使焚烧垃圾过程当中的炉膛温度变得更高。可是实际焚烧时，焚烧炉不需要辅助燃料就能够正常燃烧，沼气燃烧会引发炉内高温，致使受热面结焦问题出现[3]。除此之外，从理论上讲焚烧炉焚烧会使锅炉蒸发量增加，并使汽轮机出力增加，投入的沼气能够使汽轮机组发电量增加。但就目前我厂情况而言：焚烧垃圾能够满足焚烧炉在正常状态下满负荷运行，几乎无法使发电量增加这种想法得到实现。同时沼气带来的热值还会减少焚烧炉的垃圾处理量。假如新建焚烧厂，在对焚烧炉进行设计时，已考虑沼气燃烧热量，沼气焚烧炉焚烧这种利用方法还是比较理想的。由于焚烧线尾部已设计有脱硫系统，沼气焚烧炉焚烧工艺中预处理阶段可以减去脱硫装置项目。
（三）沼气内燃机组发电
渗沥液处理厌氧发酵阶段在进水量、循环量、温度等参数较稳定时，沼气产生量也能够达到稳定数值，能够通过预处理以后实现沼气内燃机组发电构想。沼气发电需要使用燃气内燃机完成，沼气产量较大的焚烧厂可以对此种工艺进行运用。用沼气当作燃料，把空气和燃料一同注入汽缸当中进行混合压缩处理，点火燃烧，推动活塞工作，通过汽缸曲轴以及连杆推动发电机发电[4]。同时，沼气发电系统具有众多辅助系统，如，排气系统、润滑油系统、冷却水系统等。此外，沼气内燃机组发电系统同时还应具有应急火炬系统，在沼气发电不能正常工作及沼气产生量波动较大时，能够运用火炬燃烧这种方式做好应急处理工作。
一个生活垃圾焚烧厂日处理2400吨的生活垃圾，渗透沥液的实际生产量每天可达到600吨。假如按照沼气去除1000毫克化学需氧量产生0.35升甲烷方式对产气量进行计算[2]，沼气中含有的甲烷量在50%。渗沥液厌氧反应器中进水化学需氧量的实际含量约每升45000毫克，出水化学需氧量的实际含量是每升7000毫克，产气量是每小时665标准立方米。根据我国的沼气利用项目，选用的燃气内燃机组应按最大沼氣量选用，应使用的燃气内燃机组的发电功率为1000千瓦。
因为沼气的产量会随着外界因素以及季节改变发生变化，通常国产机组都不具备非常高的运行效率，按照国内以及国外机组的实际状况，将进口机组与国产机组进行比较，会发现前者工作效率高出后者的10%。所以，国内焚烧生活垃圾的工程建议引进进口的机组，进而提升沼气内燃机组的发电效率。
结束语
综上所述，笔者认为沼气内燃机组发电这种处理沼气的方法较为适合焚烧厂使用，通过这种方法可以获得较高的经济效益。沼气发电能够提供给垃圾焚烧厂一部分电能。同时，沼气属于一种再生能源，在燃烧过程中产生的二氧化碳是发电量等同的火力电厂排放二氧化碳的40%，产生的粉尘颗粒以及二氧化硫等大气污染物非常的少。沼气内燃机组发电系统运行自动化程度较高、工作量较小，不需要指派专门的工作人员，只需对原渗沥液处理系统的运行维护人员进行合格的岗位培训，适当管理，日常不需要过多维护，设备运行控制完全能够通过DCS进行远程控制。所以，不管从投资收益方面看，还是从循环经济方面讲，沼气内燃机组发电都属于焚烧厂利用沼气的最有效途径。
参考文献：
[1]黄旎诗，司振明，黄海波，等人.干式厌氧发酵技术在城市生活垃圾处理中的应用[J].四川建筑，2019，39（5）：1504-1507.
[2]詹咏，黄婷，董滨，等.农村生活垃圾半连续式厌氧消化产沼气性能及H2S含量控制[J].农业工程学报，2018，34（8）：1206-1213.
[3]葛一洪，张国治，申禄坤，等.丹江口水源涵养区农村生活垃圾处理现状与农民环保意识调查分析[J].中国沼气，2018，36（6）：94-102.
[4]詹咏，黄婷，董滨，等.农村生活垃圾半连续式厌氧消化产沼气性能及H2S含量控制[J].农业工程学报，2018，34（8）：206-213.
作者简介：
杜洪峰，单位名称：重庆丰盛三峰环保发电有限公司 省市：重庆市 邮编：401356，出生年月：1988 年 05 月 性别：男 民族：汉 籍贯：四川省西充县，学历：大学本科 职称：助理工程师 研究方向：热能与动力。
（作者单位：重庆丰盛三峰环保发电有限公司）
【关键词】生活垃圾;垃圾焚烧;沼气利用技术
焚烧生活垃圾的工厂会产生大量沼气，这些沼气成分包括二氧化碳、氮气、一氧化碳、氢气、甲烷、氨氮等。现焚烧厂对沼气进行处理的方式包括：沼气发电、焚烧炉焚烧与火炬燃烧等。火炬焚烧工艺流程比较简单，初期投资小，能够稳定运用，但经济性较差，并且无法对燃烧产生热量进行有效利用;焚烧炉焚烧主要把沼气当作辅助燃料，当入厂垃圾量不足时，能够促使焚烧厂增加发电总量;沼气发电通过沼气内燃机组的使用，把沼气当作燃料，使发电机以及内燃机发电，运用这种方法可以获得较高的经济效益。对此，笔者在下文做了详细探讨。
一、沼气预处理的施工工艺
生活垃圾焚烧厂在渗沥液处理厌氧发酵阶段会产生大量的沼气（以我厂为例：渗滤液处理量600吨/天，产生沼气量约680立方米/小时），沼气当中含有水、硫化氢与微颗粒等众多杂质，在投入使用之前，必须做好预处理工作。针对渗沥液厌氧发酵阶段产生的沼气，常规使用的预处理工艺具体如图1[1]。将收集到的原始沼气存放在湿式储柜当中，这部分沼气当中含硫量高达7000ppm左右。对于含硫量非常高的沼气，一般可以使用湿法脱硫这种方法脱除沼气当中含有的硫化氢，出口处的沼气含硫量在200ppm。将脱硫以后的沼气投入到预处理装置当中，能够有效实现除湿、过滤以及增压等效果，沼气只有通过预处理以后，才能够有效实现沼气发电、焚烧炉焚烧、火炬燃烧（由于我厂火炬仅作为应急使用，采用的是初期投资较低的干法脱硫技术）。
二、生活垃圾焚烧厂对沼气进行有效利用的方法
（一）沼气火炬焚烧
因为渗沥液厌氧方法产生的沼气产量较不稳定，而且沼气品质较差，一般焚烧厂会运用火炬燃烧的方法处理沼气。沼气火炬组成包括支撑结构、主执行器、点火监测系统、火焰监测系统、燃烧喷嘴、PLC控制柜、燃烧室等。火炬使用全封闭的钢结构，进而保证沼气在自然环境下可以稳定燃烧[2]。这种处理工艺具有众多优点，如：操作方便、设备维修比较简单、初期资金投入少等，比较适合沼气产量不多的系统。该工艺缺点也较显著：经济性差，不能有效运用沼气热值，且沼气预处理也会产生一定固定运行费用。
（二）沼气焚烧炉焚烧
通过渗沥液厌氧方法产生的沼气进入焚烧炉中焚烧主要是利用沼气燃烧器完成的，其属于一种额外燃料输送到焚烧系统，进而达到回收利用资源的目的。通常情况下，沼气进入焚烧炉焚烧需要使用沼气燃烧器才能够完成。沼气在焚烧炉当中燃烧，当垃圾热值较低的时候，能够作为一种辅助燃料，使焚烧垃圾过程当中的炉膛温度变得更高。可是实际焚烧时，焚烧炉不需要辅助燃料就能够正常燃烧，沼气燃烧会引发炉内高温，致使受热面结焦问题出现[3]。除此之外，从理论上讲焚烧炉焚烧会使锅炉蒸发量增加，并使汽轮机出力增加，投入的沼气能够使汽轮机组发电量增加。但就目前我厂情况而言：焚烧垃圾能够满足焚烧炉在正常状态下满负荷运行，几乎无法使发电量增加这种想法得到实现。同时沼气带来的热值还会减少焚烧炉的垃圾处理量。假如新建焚烧厂，在对焚烧炉进行设计时，已考虑沼气燃烧热量，沼气焚烧炉焚烧这种利用方法还是比较理想的。由于焚烧线尾部已设计有脱硫系统，沼气焚烧炉焚烧工艺中预处理阶段可以减去脱硫装置项目。
（三）沼气内燃机组发电
渗沥液处理厌氧发酵阶段在进水量、循环量、温度等参数较稳定时，沼气产生量也能够达到稳定数值，能够通过预处理以后实现沼气内燃机组发电构想。沼气发电需要使用燃气内燃机完成，沼气产量较大的焚烧厂可以对此种工艺进行运用。用沼气当作燃料，把空气和燃料一同注入汽缸当中进行混合压缩处理，点火燃烧，推动活塞工作，通过汽缸曲轴以及连杆推动发电机发电[4]。同时，沼气发电系统具有众多辅助系统，如，排气系统、润滑油系统、冷却水系统等。此外，沼气内燃机组发电系统同时还应具有应急火炬系统，在沼气发电不能正常工作及沼气产生量波动较大时，能够运用火炬燃烧这种方式做好应急处理工作。
一个生活垃圾焚烧厂日处理2400吨的生活垃圾，渗透沥液的实际生产量每天可达到600吨。假如按照沼气去除1000毫克化学需氧量产生0.35升甲烷方式对产气量进行计算[2]，沼气中含有的甲烷量在50%。渗沥液厌氧反应器中进水化学需氧量的实际含量约每升45000毫克，出水化学需氧量的实际含量是每升7000毫克，产气量是每小时665标准立方米。根据我国的沼气利用项目，选用的燃气内燃机组应按最大沼氣量选用，应使用的燃气内燃机组的发电功率为1000千瓦。
因为沼气的产量会随着外界因素以及季节改变发生变化，通常国产机组都不具备非常高的运行效率，按照国内以及国外机组的实际状况，将进口机组与国产机组进行比较，会发现前者工作效率高出后者的10%。所以，国内焚烧生活垃圾的工程建议引进进口的机组，进而提升沼气内燃机组的发电效率。
结束语
综上所述，笔者认为沼气内燃机组发电这种处理沼气的方法较为适合焚烧厂使用，通过这种方法可以获得较高的经济效益。沼气发电能够提供给垃圾焚烧厂一部分电能。同时，沼气属于一种再生能源，在燃烧过程中产生的二氧化碳是发电量等同的火力电厂排放二氧化碳的40%，产生的粉尘颗粒以及二氧化硫等大气污染物非常的少。沼气内燃机组发电系统运行自动化程度较高、工作量较小，不需要指派专门的工作人员，只需对原渗沥液处理系统的运行维护人员进行合格的岗位培训，适当管理，日常不需要过多维护，设备运行控制完全能够通过DCS进行远程控制。所以，不管从投资收益方面看，还是从循环经济方面讲，沼气内燃机组发电都属于焚烧厂利用沼气的最有效途径。
参考文献：
[1]黄旎诗，司振明，黄海波，等人.干式厌氧发酵技术在城市生活垃圾处理中的应用[J].四川建筑，2019，39（5）：1504-1507.
[2]詹咏，黄婷，董滨，等.农村生活垃圾半连续式厌氧消化产沼气性能及H2S含量控制[J].农业工程学报，2018，34（8）：1206-1213.
[3]葛一洪，张国治，申禄坤，等.丹江口水源涵养区农村生活垃圾处理现状与农民环保意识调查分析[J].中国沼气，2018，36（6）：94-102.
[4]詹咏，黄婷，董滨，等.农村生活垃圾半连续式厌氧消化产沼气性能及H2S含量控制[J].农业工程学报，2018，34（8）：206-213.
作者简介：
杜洪峰，单位名称：重庆丰盛三峰环保发电有限公司 省市：重庆市 邮编：401356，出生年月：1988 年 05 月 性别：男 民族：汉 籍贯：四川省西充县，学历：大学本科 职称：助理工程师 研究方向：热能与动力。
（作者单位：重庆丰盛三峰环保发电有限公司）