一種用于垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和能源利用系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化領(lǐng)域，具體涉及一種用于垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和能源利用系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化水平和居民生活消費(fèi)水平的大幅提高，城市生活垃圾量與日增，2011年，我國(guó)城市生活垃圾約1.64億噸，年均增長(zhǎng)速率約為2%，而城市生活垃圾80%以上進(jìn)行衛(wèi)生填埋，根據(jù)目前的經(jīng)濟(jì)狀況和今后城市生活垃圾的發(fā)展趨勢(shì)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)生填埋仍將是我國(guó)生活垃圾無(wú)害化處置的主要方式。雖然垃圾填埋場(chǎng)作為城市生活垃圾的“匯”，起到很好的處置作用，但是也對(duì)周?chē)h(huán)境造成影響。一方面，填埋氣體會(huì)在填埋場(chǎng)累積，惡臭氣體大量無(wú)組織釋放，對(duì)周?chē)h(huán)境和人類(lèi)健康造成很大危害；另一方面，填埋氣體中的主要成分甲烷(CH4)是需要控制排放的溫室氣體，是引起全球氣候變暖的重要原因。目前，針對(duì)大面積、敞開(kāi)式的垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)產(chǎn)生氣體的控制和利用，主要方法有:(1)直接燃燒處理；如2013年，中國(guó)專(zhuān)利局公告，授權(quán)公告號(hào)為CN103303987A的發(fā)明專(zhuān)利，名稱(chēng)為《一種燃燒器處理填埋氣體的方法》；(2)利用填埋氣體發(fā)電，此法是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一；如2009年，中國(guó)專(zhuān)利局公告，授權(quán)公告號(hào)為CN 101736036 B的發(fā)明專(zhuān)利，名稱(chēng)為《垃圾填埋氣收集凈化發(fā)電工藝》；(3)純化填埋氣體作為優(yōu)良的居民生活燃?xì)饣蛘咂?chē)燃料等w，如2011年，中國(guó)專(zhuān)利局公告，授權(quán)公告號(hào)為CN102252333B的發(fā)明專(zhuān)利，名稱(chēng)為《一種對(duì)垃圾填埋場(chǎng)沼氣進(jìn)行處理并加以利用的方法》。但是這些處理和利用方法和裝置存在不足之處:1)不能有效處理填埋場(chǎng)排放的惡臭等污染氣體；2)燃燒處理，能源利用率低，且能源浪費(fèi)；3)發(fā)電裝置、凈化設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)、安裝和運(yùn)行都需要較大投資，成本高；3)填埋氣體產(chǎn)生量不穩(wěn)定且濃度低于燃燒值，對(duì)發(fā)電和用作燃料而言存在困難[2]。
[0003][1]李繼紅.垃圾填埋場(chǎng)氣體的產(chǎn)生及收集利用.廣州化工.2011，39 (16):115-117.[2]時(shí)景麗，王仲穎，胡潤(rùn)青，宋彥勤.我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)填埋氣體排放和回收利用現(xiàn)狀分析.研究與討論.2002,8:26-28。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和能源利用系統(tǒng)及其使用方法。
[0005]為達(dá)到上述技術(shù)要求，本發(fā)明所采取的方案是:
本發(fā)明提出的一種用于垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和能源利用系統(tǒng)，由氣液分離系統(tǒng)、有機(jī)物吸附系統(tǒng)、甲烷富集利用系統(tǒng)、有機(jī)物熱力氧化系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成，其中:氣液分離系統(tǒng)由洗氣室1和干燥室2連接構(gòu)成，有機(jī)物吸附系統(tǒng)由第一過(guò)濾室4-1、第二過(guò)濾室4-2，第一羅茨風(fēng)機(jī)5-1、第二羅茨風(fēng)機(jī)5-2、第一電動(dòng)蝶閥3-1和第二電動(dòng)蝶閥3_2組成，甲烷富集系統(tǒng)由第三電動(dòng)蝶閥3-3、第四電動(dòng)蝶閥3-4，第五羅茨風(fēng)機(jī)5-5，第一富集室6-1、第二富集室6-2、第一紅外線熱值感應(yīng)器7-1、第二紅外線熱值感應(yīng)器7-2組成。有機(jī)物熱力氧化系統(tǒng)由第五電動(dòng)蝶閥3-5、第六電動(dòng)蝶閥3-6、第七電動(dòng)蝶閥3-7、第八電動(dòng)蝶閥3-8、第九電動(dòng)蝶閥3-9、第十電動(dòng)蝶閥3-10、第三羅茨風(fēng)機(jī)5-3、第四羅茨風(fēng)機(jī)5-4、燃燒室8、溫度感應(yīng)器10、脈沖點(diǎn)火器11和吸收室12構(gòu)成，燃燒室8分為內(nèi)外兩層，兩層之間由螺旋通風(fēng)管9環(huán)繞；洗氣室1連接干燥室2，干燥室2的出口分為兩路，一路依次通過(guò)管道連接第一電動(dòng)蝶閥3-1、第一過(guò)濾室4-1、第一羅茨風(fēng)機(jī)5-1、第七電動(dòng)蝶閥3-7和第一富集室6-1，另一路依次通過(guò)管道連接第二電動(dòng)蝶閥3-2、第二過(guò)濾室4-2、第二羅茨風(fēng)機(jī)5-2、第八電動(dòng)蝶閥3-8和第二富集室6-2 ;第二過(guò)濾室4-2和第二羅茨風(fēng)機(jī)5-2連接的管路上通過(guò)第六電動(dòng)蝶閥3-6、第四羅茨風(fēng)機(jī)5-4連接燃燒室8，第一過(guò)濾室4-1和第一羅茨風(fēng)機(jī)5-1連接的管路上通過(guò)第五電動(dòng)蝶閥3-5、第三羅茨風(fēng)機(jī)5-3連接燃燒室8 ;第二電動(dòng)蝶閥3-2和第二過(guò)濾室4-2連接的管路上通過(guò)第四電動(dòng)蝶閥3-4連接燃燒室8，第一電動(dòng)蝶閥3-1和第一過(guò)濾室4-1連接的管路上通過(guò)第三電動(dòng)蝶閥3-3連接燃燒室8 ;第一富集室6-1通過(guò)第九電動(dòng)蝶閥3-9和第五羅茨風(fēng)機(jī)5-5連接燃燒室8，第二富集室6-2通過(guò)第十電動(dòng)蝶閥3_10和第五羅茨風(fēng)機(jī)5-5連接燃燒室8 ;所述第一富集室6-1上設(shè)有第一紅外線熱值感應(yīng)器7-1，所述第二富集室6-2上設(shè)有第二紅外線熱值感應(yīng)器7-2，燃燒室8連接吸收室12，溫度感應(yīng)器10設(shè)置于燃燒室8上；自動(dòng)化控制終端13分別連接所有的紅外線熱值感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器、電動(dòng)蝶閥和羅茨風(fēng)機(jī)。
[0006]本發(fā)明中，所有連通的管道管徑，洗氣室、干燥室、過(guò)濾室、富集室、燃燒室及吸收室的容積，洗氣室中水的體積和吸收室中堿液的體積，均可隨實(shí)際垃圾填埋場(chǎng)的面積和實(shí)地調(diào)研后測(cè)定的填埋氣體濃度而定，管道管徑的變化范圍在0.05-0.15m之間，洗氣室、干燥室、過(guò)濾室、富集室、燃燒室及吸收室的容積在0.5-3m3之間，洗氣室中水的體積和吸收室中堿液的體積最大量不超過(guò)該室容積的4/5。
[0007]本發(fā)明中，燃燒室8的內(nèi)層及螺旋通風(fēng)管9均由導(dǎo)熱性能好的材料制成，其導(dǎo)熱系數(shù)大于220 ff/m.Ko
[0008]本發(fā)明中，第一、第二、第三、第四和第五羅茨風(fēng)機(jī)均可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，范圍在200-1000r/min ；自動(dòng)化控制終端13能夠通過(guò)對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，內(nèi)部模型的擬合計(jì)算，會(huì)顯示第一富集室6-1、第二富集室6-2中的氣體體積。
[0009]本發(fā)明提出的一種垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和利用系統(tǒng)的使用方法，所述的使用方法具有四種運(yùn)行模式:
(1)富集模式:在系統(tǒng)全封閉的情況下，打開(kāi)第一電動(dòng)蝶閥3-1、第七電動(dòng)蝶閥3-7和第一羅茨風(fēng)機(jī)5-1，使垃圾填埋場(chǎng)里的氣體依次通過(guò)洗氣室1、干燥室2和第一過(guò)濾室4-1，最后凈化后的甲烷混合氣體被收集在第一富集室6-1 ;
(2)燃燒模式；當(dāng)?shù)谝患t外線熱值感應(yīng)器7-1顯示氣體達(dá)到設(shè)定的熱值后，關(guān)閉第一電動(dòng)蝶閥3-1、第七電動(dòng)蝶閥3-7和第一羅茨風(fēng)機(jī)5-1，打開(kāi)第二電動(dòng)蝶閥3-2、第八電動(dòng)蝶閥
3-8和第二羅茨風(fēng)機(jī)5-2進(jìn)行切換；然后打開(kāi)第九電動(dòng)蝶閥3-9、第五羅茨風(fēng)機(jī)5-5，打開(kāi)脈沖點(diǎn)火器11的開(kāi)關(guān)，使甲烷氣體燃燒，生成的C02將被吸收室12中的堿液吸收；
(3)氧化模式:當(dāng)溫度感應(yīng)器10顯示達(dá)到第一過(guò)濾室4-1設(shè)定的解析溫度時(shí)，打開(kāi)第三電動(dòng)蝶閥3-3、第五電動(dòng)蝶閥3-5和第三羅茨風(fēng)機(jī)5-3，使吸附在活性炭上的有機(jī)物，被解析并送入燃燒室8，被甲烷燃燒去除；
(4)切換模式:當(dāng)?shù)谝患t外線熱值感應(yīng)器7-1顯示氣體熱值低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第三羅茨風(fēng)機(jī)5-3，第三電動(dòng)蝶閥3-3、第五電動(dòng)蝶閥3-5、第九電動(dòng)蝶閥3-9，打開(kāi)第一電動(dòng)蝶閥
3-1、第七電動(dòng)蝶閥3-7和第一羅茨風(fēng)機(jī)5-1，由燃燒模式轉(zhuǎn)化為富集模式；同時(shí)關(guān)閉第二羅茨風(fēng)機(jī)5-2，第二電動(dòng)蝶閥3-2、第八電動(dòng)蝶閥3-8，打開(kāi)第十電動(dòng)蝶閥3-10，當(dāng)溫度感應(yīng)器10顯示達(dá)到第二過(guò)濾室4-2的解析要求時(shí)，打開(kāi)第四電動(dòng)蝶閥3-4、第六電動(dòng)蝶閥3-6和第四羅茨風(fēng)機(jī)5-4，使吸附在活性炭上的有機(jī)物，被解析并送入燃燒室8，被甲烷燃燒去除；為保證甲烷的持續(xù)供應(yīng)，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄上一次富集所需要的時(shí)間，并通過(guò)控制第五羅茨風(fēng)機(jī)5-5的轉(zhuǎn)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒模式的時(shí)間與富集模式的時(shí)間一致。若切換時(shí)，第二紅外線熱值感應(yīng)器7-2顯示氣體熱值還未達(dá)到設(shè)定值，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)等待。當(dāng)其顯示氣體熱值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，再進(jìn)行切換。
[0010]本發(fā)明中，模式(2 )中設(shè)定的熱值為31.4-100MJ/m3。
[0011]本發(fā)明中，模式(3 )中設(shè)定的解析溫度為200-300°C。
[0012]本發(fā)明涉及一種用于垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和能源利用系統(tǒng)及其使用方法，與現(xiàn)有填埋氣體處理和利用裝置相比，其特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在于:
(1)本發(fā)明所涉及一種用于垃圾填埋場(chǎng)氣體凈化和能源利用系統(tǒng)及其使用方法，能有效去除惡臭氣體，并能充分利用甲烷氣體的熱能，減少溫室氣體的排