垃圾填埋氣發電技術

和太陽能、風能一樣，垃圾填埋氣是一種可再生能源。 2)垃圾填埋氣的熱值只有天然氣的一半左右，加上含有大量CO2，這會使發動機的功率大幅度下降。 目前天津大學正在致力於垃圾填埋氣發電成套設備的的開發。

和太陽能、風能一樣，垃圾填埋氣是一種可再生能源。於20世紀70年代石油價格危急時期，首先在美國開始回收行使。把到處都有的城市生活垃圾堆放在一個垃圾場（坑）內，垃圾中的有機物質就會分解而產生富含甲烷的生物氣，其中大約含甲烷55%，二氧化碳40%和少量氧、氮、一氧化碳、硫化氫等。這種垃圾填埋氣可用來產生電能和熱能。垃圾填埋場可以是廢礦井、廢採石場、山溝和窪地等。當代化的垃圾填埋場在傾倒垃圾之前，在坑的內部用不滲漏的材料做一層防滲內襯，填滿垃圾後封蓋，上邊再覆蓋一層黃土，防止填埋氣跑掉。經過一年左右的時間即可鑽井採氣。填埋氣經除塵、除濕並加壓，然後送入發動機發電，有的還回收餘熱，對外供熱。一樣平常可產氣十年以上。填埋場外觀還可以綠化、蒔植等。
近十年來，我國城市生活垃圾大幅度增加，僅1999年就清運了1.15億噸。目前採用填埋、堆肥和焚燒的方法來處理，不僅虛耗了大量可行使的資源，同時也造成了緊張的後果：侵占大量地皮、水質污染、垃圾爆炸、空氣污染、生物性污染等事故賡續發生。隨著國民經濟和城市建設的發展，生活垃圾的危害將更加緊張。
中國生態經濟學會區域生態經濟委員會副主任董鎖成研究員認為，城市生活垃圾處置的首要題目是改變傳統觀念，把垃圾看做資源和財富，而不僅僅是包袱和災難。由於從資源學的觀點看，生活垃圾是目前世界上唯一賡續增加的潛在資源。假如把垃圾造成的“二次污染”變成垃圾的“二次行使”，就能釋放垃圾的偉大資源潛力，既珍愛了環境，又增長了財富，吻合我國可持續發展戰略的要求。
據有關部門統計，我國垃圾歷年累積堆存量已達60多億噸，已有200多座城市陷入垃圾圍困之中。占有了大量地皮，破壞城市容貌，污染環境。
世界各國較常用的處理垃圾的方法，有焚燒、填埋和堆肥三種。但焚燒前期投資大，建設周期長，而且焚燒垃圾時會產生二惡英等有害氣體。垃圾堆肥的缺點是發酵時間長，占地面積大，而且還有難以解決的臭味和蒼蠅等問題。
據報導，上海市人口1300多萬，日產垃圾1.2萬噸，有雄厚的財力，正在建設兩座生活垃圾焚燒廠，一個是嘉定的上海江橋生活垃圾焚燒廠，總投資7.2億人民幣，日處理垃圾1500噸，計畫2002年建成。一個在浦東新區御橋工業小區，總投資6.7元，日處理1000噸。投資13.9億隻能處理日產垃圾總量的20%左右，可見投資巨大，難於普及。
填埋的方法比較簡單，但是只填埋不利用，會引起爆炸和火災，並污染全球大氣環境，使全球氣候變暖，造成海平面升高、乾旱和破壞性風暴等災害。
美、英等國大力發展利用垃圾填埋產生的氣體發電的方法，這種方法簡單易行，經濟和社會效益顯著。填埋氣發電，對於控制全球變暖起著重要的作用。填埋氣中甲烷的溫室效應比CO2大20倍。填埋氣還是減輕石化燃料污染的最經濟的可再生能源。收集並利用垃圾填埋氣發電有兩方面的環境效益：
1)將高溫室效應的CH4轉變為低溫室效應的CO2
2)替代石化燃料發電，降低了排放的CO2
英國政府十分重視可再生新能源的開發，他們支持了一個新可再生能源發展計畫棗非石化燃料強制計畫（Non-FossilFuelObligation簡稱NFFO），要求用填埋氣發出比其它可再生新能源更多的電力。倫敦填埋氣協會（LGA）主張英國在2000年有200萬人用上便宜的可再生能源棗垃圾填埋氣發出的電力。LGA提出的目標是，2000年為90萬戶提供足夠便宜的電力，同時防止了46萬噸甲烷排入大氣，相當於停駛230萬輛轎車。在2005年由填埋氣提供的電力達到800兆瓦，英國政府正在逐步實施這一計畫。
垃圾填埋發電投資少，見效快，例如一個400米見方，40米深的填埋場，垃圾填埋量320萬噸，其發電容量可達2000kW，估計機械設備總投資不超過1000萬元人民幣，按天津市民用電價0.4元計，全年發電產值約666萬元。扣除電站自身電力消耗費用40萬元和電站日常管理費用15萬元，全年利潤約611萬元，只用一年半左右的時間便可收回設備投資。電站可連續運行10-15年，經濟效益和社會效益都很可觀。此外，發展垃圾填埋氣發電工程，還可以帶起一個環保產業，很有發展前途。
天然氣發動機燃用垃圾填埋氣後會出現一些特殊問題，例如：
1)以甲烷為主要成份的天然氣的燃燒速度比汽油和柴油都低，這會使發動機的動力性和燃料經濟性降低，排氣溫度升高，引起氣門過度磨損，降低發動機的可靠性和使用壽命。垃圾填埋氣含有大量二氧化碳，這會使上述問題更加嚴重。因此，提高燃燒速度就成了垃圾填埋氣發動機的關鍵技術問題。
2)垃圾填埋氣的熱值只有天然氣的一半左右，加上含有大量CO2，這會使發動機的功率大幅度下降。因此，增大發動機的進氣量以恢復功率，也是十分重要的問題。
3)大多數有機物質的厭氧分解要產生0.3%-2%的硫化氫（3-20000ppm），多數發動機耐H2S的極限量為200ppm,因此需要解決防止H2S引起的機件腐蝕的問題等等。
天津大學從1993年開始，與勝利石油管理局動力機械廠合作，開展“190系列天然氣發動機性能提高的研究”項目；1998年為勝利石油管理局動力機械廠研製成功兩種不同結構形式的兩級點火（預燃室）式燃燒系統，解決了天然氣燃燒速度慢，影響天然氣發動機性能和可靠性的關鍵技術，大幅度提高了190系列天然氣發動機的動力性、燃料經濟性和運行可靠性，並降低了排氣污染。與原機相比，燃燒速度提高了44%，功率提高了20%，熱效率提高了14.7%，排氣溫度降低了100℃。排氣污染小，標定工況下HC為66ppm，CO為0.016%，NOx為200ppm[2,3]。這一關鍵技術的研究成功，為垃圾填埋氣發電成套設備的研製正在，打下了堅實的基楚。
目前天津大學正在致力於垃圾填埋氣發電成套設備的的開發。並與國內一流科研院所和製造企業聯合，開展城市垃圾填埋氣體發電設備的設計、製造、安裝、調試和維修業務（交鑰匙工程），生產垃圾填埋氣體發電成套設備（包括垃圾填埋氣預處理系統、以垃圾填埋氣體發動機為動力的發電機組和燃燒火炬系統）。功率範圍：500kW-2000kW，適用於不同容量的垃圾填埋場。