填埋场火炬燃烧系统设计说明

图 5.1 基准线填埋气体排放量 目前（2013 年）的产气率在 1699Nm3/h（最低产气率）至 2817Nm3/h（最大 产气率）之间，该填埋场填埋气体产气速率将在 2019 年达到顶峰（亦即填埋场 封场后的一年），约 3285Nm3/h（最低产气率）至 4873Nm3/h（最大产气率）之 间，自 2013 年至 2038 年填埋气体产气速率的预测值见表 5.4。
《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》（CJJ133-2009） 中明确规定“填埋场必须设置填埋气体导排设施”，总填埋容量大于 100 万 t 时还 必须设置气体主动导排处理设施（100 万 t~250 万 t）或者配套建设填埋气体利用 设施（大于 250 万 t）。
控制填埋气体排放的常用方法是安装填埋气体收集系统，利用少量真空抽取 填埋气体。通常会在填埋气体控制系统中安装一套燃烧（或其它处理）设备，设 计此设备是为了在甲烷、挥发性有机化合物及有害气体污染物排放至大气之前将 其消灭。
氧气
O2
0.1V%
二氧化碳
CO2
37.1V%
硫化氢
H2S
0.0039V‰
氮气
N2
2.58V%
一氧化碳
CO
0.0005V‰
氢气
H2
0.001V%
微量组分
<0.2V%
5.3 产气量预测
填埋场气体的产气率很大程度上受填埋垃圾类型、湿度和垃圾年限影响，本 次产气量预测采用《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》 （CJJ133-2009）中的一阶衰减式进行计算。
5.3.1 产气量预测模型
垃圾填埋场填埋气体理论产气速率宜按《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理 及利用工程技术规范》（CJJ133-2009）中的一阶衰减式逐年叠加计算：
n1
Gn M t L0kek(nt) (n 填埋场封场时的年数 f） t 1
f
M t L0kek(nt) (n 填埋场封场时的年数 f） t 1
表 5.4 填埋气体产气率模拟结果
年份
较高估量（Nm3/h）
平均估量（Nm3/h）
较低估量（Nm3/h）
2013
2817
2215
1699
2014
3193
2544
1973
2015
3550
2861
2241
2016
3892
3169
2504
2017
4224
3471
2765
2018
4549
3770
3025
2019
其中： Gn——指填埋场在投运后第 n 年的填埋气体产期速率，m3/a；
n——自填埋场投运年至计算年的年数，a； Mt——填埋场在第 t 年填埋的垃圾量，t；
f——填埋场封场时的填埋年数，a； L0——单位重量垃圾的填埋气体最大产气量，m3/t； k——垃圾的产气速率常数，1/a。
5.3.2 模拟参数的选取
为了收集填埋场内的填埋气体，必须安装一套气体收集系统。 填埋场气体将通过一些竖井和/或水平井收集，这些气井或钻入垃圾体深处 或在垃圾堆置期间安装。气井通常以重型钻井设备钻入垃圾体，钻孔深度不应小 于垃圾填埋深度的 2/3，但井底距场底间距不宜小于 5m，且应有保护场底防渗层 的设施；某些情况下，也可在垃圾中铺排水平穿孔塑料管，水平收集管可铺排在 前期垃圾前缘之下，此水平管为重负荷穿孔管，并在场边离开垃圾体。 该填埋场占地面积为 10 公顷，设计使用竖井进行气体收集。按照每隔 50 米设置一个气体收集井，每 5 个集气井串联汇总至集气管组成一组输送系统的原
则进行布置，大约需要设置 25 个气井，一共 5 组输送系统。本工程气井数量较 多，为了方便操作，每组集气管应设置一个调压站对同一区域的多个导气井进行 调节和控制，共应设置 5 个调压站。详细布置和管道埋设情况分别见图 4.1 和 4.2。
图 4.1 导气井和输气管的布置图
图 4.2 导气井和输气管的埋设图（引用）
填埋气体收集及燃烧系统
设计说明书
1. 设计依据
《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》（CJJ133-2009）
2状态下分解产生填埋气体（通常称为填埋气体）。 填埋气体由甲烷和几乎同等分量的二氧化碳组成，此外亦含有少量的氧气、氮气、 硫化氢、水蒸气以及微量挥发性有机化合物 (VOCs)和有害空气污染物 (HAPs) 等气体。填埋气体的两种主要成分（甲烷和二氧化碳）都属于温室气体 (GHG)， 是导致全球气候变暖的因素，其他气体成分对大气环境具有较大污染。
垃圾填埋场的垃圾成分数据作为之后填埋气模型的数据选取和输入依据。
表 5.1 典型城市生活垃圾填埋场的垃圾成分
垃圾种类 食物垃圾
纸类
成分比例 45.2% 7%
垃圾种类 塑料 / 橡胶 玻璃及瓷器
成分比例 15% 3.1%
垃圾种类 纺织品类 庭园垃圾 金属及大型器具
成分比例 1.9% 1.9% 1.2%
3.2 垃圾进入量（该部分具体数值为假设）
该场 2005 年 1 月开始建设，2008 年 1 月开始接纳邻近的生活垃圾。入场处 设有称量台，所有车辆入场前均需称量。
该填埋场 2008 年至 2012 年垃圾进入量参见表 3.1。
表 3.1 2008 年~2012 年垃圾进入量
年份
垃圾量/t
2008
4873
4067
3285
2020
4070
3535
2943
2021
3400
3073
2636
2022
2840
2672
2362
2023
2372
2323
2116
2024
1981
2019
1895
2025
1655
1756
1698
年份 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038
《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》（CJJ133-2009） 中明确规定“填埋气体主动导排系统的抽气流量应能随填埋气体产气速率的变化 而调节，气体收集率不宜小于 60%”，假设该填埋场的气体收集率为 65%。
5.3.6 实际可燃烧气体计算
在上述讨论的基础上，结合经一次衰减模型计算出的产气量和收集率，即可 得到实际燃烧的气体量估值，见表 5.5。
较高估量（Nm3/h）
1382 1154 964 805 673 562 469 392 327 274 228 191 159
平均估量（Nm3/h）
1526 1327 1154 1003 872 758 659 573 498 433 376 327 284
较低估量（Nm3/h）
1521 1363 1221 1094 980 878 786 704 631 565 506 454 406
参数
数值
基本原理
110 L0
100 （最终甲烷产生潜力）
90
较高估量 平均估量 较低估量
0.18 k
0.14 （甲烷产生率系数）
0.10
较高估量 平均估量 较低估量
%vol（甲烷含量）
50% v/v 抽气情况下填埋气体中平均甲烷浓度公认标准值
美国环境保护局 LandGEM 填埋气模型中的 L0 为最终甲烷产生的潜力，且其 选取填埋气体中平均甲烷含量百分比为 50%，故而在用于《生活垃圾填埋场填埋 气体收集处理及利用工程技术规范》（CJJ133-2009）中的一阶衰减式时，取值应 换算成填埋气的产生潜力（除以 50%）。
垃圾种类 其它惰性材料
其它
成分比例 10.8% 13.9%
有机垃圾的比例相对达到 56%，一般来说垃圾中有机成分的比例接近 50% 即属于快速降解垃圾，所以可以认为该填埋场内的生活垃圾属于快速降解垃圾。
5.2 填埋气体成分
垃圾一旦进入填埋场，微生物的分解过程就开始了。第一阶段是好氧分解，
氧气被逐渐消耗，二氧化碳随时间推移迅速产生，同时产生大量的热。第二阶段
5.3.3 填埋气模拟结果（该部分具体数值为假设）
根据上述 L0 和 k 值，利用《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程 技术规范》（CJJ133-2009）中的一阶衰减式模拟估算出填埋场自填埋日起到产气 末期的产气量情况，分别以 L0 和 k 的较高估量、平均估量和较低估量给出，见 图 5.1。
表 5.5 填埋气体燃烧预估量
年份
较高估量（Nm3/h）
平均估量（Nm3/h）
较低估量（Nm3/h）
2013
1831
1440
1104
年份
较高估量（Nm3/h）
2014
2075
2015
2308
2016
2530
2017
2746
2018
2957
2019
3167
2020
2646
2021
2210
2022
1846
气井应按图 4.3 的结构要求和尺寸进行施工，导气井中心多孔管应采用高密
度聚乙烯等高强度耐腐蚀的管材，穿孔宜用长条形孔，在保证多孔管强度的前提 下，多孔管开孔率不宜小于 2%。
图 4.3 导气井的结构
来自竖井中的气体含有水蒸汽，所以水平管道逐渐向竖井方向倾斜 1%的坡 度，以便使冷凝液返回竖井，在一些管道的最低点，设置冷凝水收集装置，排水 装置应考虑防止空气吸入措施并配有防爆的抽水装置。
为厌氧分解，二氧化碳和氮的百分比显著下降，氢和氧的浓度趋于零，甲烷的百
分比迅速上升直至进入稳定期，垃圾填埋场产期高峰一般要在垃圾填埋 3~5 年之 后才会出现。稳定期垃圾填埋场气体的典型组成见表 5.2。
表 5.2 典型填埋场内气体成分和浓度
气体名称
分子式
浓度
气体名称
分子式
浓度
甲烷
CH4
50~65V%
模拟参数 L0 和 k 的数值是由垃圾中可供应的有机成分、温度以及湿度决定 的。本次设计中 L0 和 k 的数值参考美国环境保护局 LandGEM 填埋气模型中这两 个参数的三个值，这三个值是根据先前国内以及亚洲填埋场处理经验做出来的，
分别代表较高、平均、较低估量。
表 5.3
LandGEM 模拟输入参数
本设计包括填埋场内填埋气体收集系统、填埋气体预处理系统和火炬燃烧系 统。
3. 填埋场情况介绍
3.1 填埋场库容（该部分具体数值为假设）
XX 填埋场位于 XX 市 XX，设计总库容为 200 万 m3，假设压实以后的填埋 垃圾密度为 1.3t/m3，填埋场总共可接受垃圾 260 万 t，场地使用面积为 10 公顷， 填埋场埋设深度为 10m，最终设计填埋高度为地面以上 30 米，设计使用年限为 11 年。
200,000
2009
203,000
2010
206,000
2011
209,000
2012 已填埋垃圾总量
212,000 1,030,000
若该垃圾填埋场未来没有考虑建设垃圾焚烧厂，且假设该填埋场未来的垃圾
填埋量年增长率为 5％，则至封场时预计垃圾进入量见表 3.2。 表 3.2 2013~未来垃圾进入量预测
2023
1542
2024
1288
2025
1076
2026
898
2027
750
2028
627
2029
523
2030
437
2031
365
2032
305
2033
255
2034
213
2035
178
2036
148
2037
124
2038
103
平均估量（Nm3/h）
1654 1860 2060 2256 2451 2644 2298 1997 1737 1510 1312 1141 992 863 750 652 567 493 428 372 324 281 244 213 185
年份
垃圾量/t
2013
222,600
2014
233,730
2015
245,417
2016
257,687
2017
270,572
2018 未来垃圾总量
284,100 1,514,106
根据预测，可以估计填埋场将在 2018 年达到饱和，达到饱和时填埋场总垃 圾填埋量为 2,544,106t。
4. 填埋气体收集系统
为有效抽出井内的填埋气体，井内应保持约 20kPa 的负压，本次设计在垃圾 堆体外设置了两台（一用一备）KRF250 型带变频调速的罗茨鼓风机对气井内的 气体进行抽取。抽气泵的型号参数见“6.设备选型”的计算和选定。 5. 填埋气体燃烧系统
5.1 填埋垃圾成分
由于该填埋场关于进场垃圾成分分析数据不全，本次设计采用典型城市生活
5.3.4 抽气结果校准
上述结果的都是基于某些假设的基础数据根据一次衰减模型计算得出的，为 了保证设计工作的准确性和可靠性，宜进行现场抽气试验，根据抽气试验结果验 证填埋气体的产气速率。
5.3.5 填埋气体收集率预测
填埋气体的收集率取决于多种因素，如垃圾填埋场内气体的压力和浓度、导 出装置通道面积及空隙大小、抽气装置产生的负压大小、垃圾填埋体上下层的密 封程度、现场作业情况以及持续的垃圾管理操作等。一个管理良好的填埋场其气 体收集率可以达到 80%，而管理较差的填埋场的气体收集率可能只有 20%甚至 更低。