外文翻译对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究.docx

外文翻译对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究.docx

《外文翻译对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外文翻译对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

外文翻译对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究

对西班牙南方一个城市垃圾填埋场产生的沼气能源的研究

MontserratZamoraJorgeIgnacioPe´rezPe´rezb,

IgnacioAguilarPave´sc,A´ngelRamosRidaoa

西班牙格拉纳达大学土建工程环境技术部,18071

西班牙格拉纳达大学土建工程规划建设部

2005年5月接收,2005年8月确认

摘要

虽然垃圾填埋场不可避免产生废弃的管理问题,但是它仍是最通常的解决城市生活垃圾的方法之一。

垃圾填埋场是人为生产甲烷的重要来源。

在这种情况下，欧盟已经为可再生能源通过了欧盟政策结构里面的沼气的有效管理的规则。

这是一项研究密封的垃圾填埋场能源恢复的例子,但这种能源恢复是指垃圾填埋场气体用来生产电能。

这一研究的结果具有很强的经济生存能力,这实现了早先的对安装的工程.以经验和理论上模型的使用为基础得出结果表示沼气中有250到550Nm3/h的甲烷和一个以全部流量的45%比例。

目前它用来生产电力共计大约4,500,000千瓦h/年。

根据安装的经济分析和内在的恢复率（IRR）估计开发时期为7年。

关键字:

垃圾填埋场气体,能源恢复,可再生能源,经济分析

目录

1.介绍1

1.1垃圾填埋场气体对环境的影响1

1.2垃圾填埋场气体是一个可重新开发能源来源2

1.3.法律问题3

1.3.1.关于方向性96/61/CE污染的联合预防和控制3

1.3.2.垃圾填埋场99/31/CE的指导3

1.3.3.欧共体对97/C76/01废物管理战略的决议3

1.3.4.一个关于甲烷放射减少的战略交流4

2.格拉那达城市的垃圾填埋场（西班牙）5

2.1.垃圾填埋场的结构5

2.2垃圾的生产和特性6

2.3沼气理论上的生产/生产量的定量化7

3.安装设计10

3.1.收集和抽出系统10

3.2.能源可再生系统11

4.经济上的可行性12

5.结论12

1.介绍

1.1垃圾填埋场气体对环境的影响

垃圾填埋场的垃圾处理能产生不少的环境问题,如水污染,臭气,爆炸和燃烧，窒息,植物破坏,和温室气体排放[1-3].现在正用不同的方法来评估这些影响以便能找出解决方案[4-7].

垃圾填埋场气体（LFG）是在卫生垃圾填埋场中自然地发生有机废物分解的副产物,是在生产那期间被微生物地斡旋降解废物的有机部分.一个能生产大约0.350Nm3/公斤的沼气的城市垃圾卫生填埋场基本上能够把生物能转变成可使用的能源.[8,9].

垃圾填埋场气体产生于有氧和无氧两种情况。

有氧的情况在垃圾处理之后立刻产生并混合到大气空气。

开始的有氧阶段是非常短的,而且产生出的是由二氧化碳组成的一种气体。

由于氧气被快速地被消耗,长期的降解继续在没有氧气中进行,这种典型例子是55%的重要的能源价值产生一种瓦斯和一些挥发性的有机化合物（VOC）甲烷和45%的二氧化碳[10-12].在20年内大部份的CH4和CO2在垃圾填埋场里产生,但也可能持续50年或更久。

有两种解决LFG污染问题的方法,它们是抽出和燃烧LFG,一个方法是过去用的减少压力使其重新转变成能源。

能源发展部门称为安达卢西亚计划。

由于LFG和它的气味问题,另一个解决方法是为了其他的目的而重复使用LFG。

因为它的总计化学能可以充分维持燃气轮机的运作,因此表明它是有价值的能源资源。

事实上,它能用来增加电力的生产的补足或者作为主要的燃料,如作为瓦斯和车辆燃料,或者作为热量输送给居民和工业使用.[1,13].

因为它能减少石燃料的使用而且能减少温室效应，所以作为一个燃料来源的沼气使用是能和环境相适应的。

在个别研究中,二个温室气体之一CH4的产生几乎是二氧化氮的21倍,对温室效应影响比超过二氧化碳更危险.[8,14].垃圾填埋场的CH4主要是人为产生的,而且估计占全部人为产生CH4的3-19%[15].因为它是环境的污染和能源不足的有创造力的解决，如能源资源的使用垃圾填埋场瓦斯的恢复是现在一个重要兴趣的区域[16,17].

这篇文章是对位于南部西班牙（格拉那达）在2003年秋天安装的内在燃烧引擎的卫生垃圾填埋场能源潜能的一项研究.

1.2垃圾填埋场气体是一个可重新开发能源来源

当2001年的京都协议书和马拉喀什协议开始生效后,发展中国家可能需在未来十年内减少温室气体排放。

以此相适应，他们也将必须寻求一个方案将这个政策对社会影响减到最少。

增加使用可重新开发能源技术的晋级似乎能解决这个问题[8,13,18].

在西班牙,这样的能源技术被策略计划和法律配置,关于使用可重新开发的能源来源的安装的电力生产,产品浪费.

安达卢西亚当地方政府已经把它在这一个区域中的计划,组织,和行动的协调发展一系列的策略计划当作环境政策的一部份.在2000年第二计划当作积极的国防工业（2003-2006）[21]被实现。

这关于能源率先的所有指令及带来的计划在预定的时间内将会在安达卢西亚实行,这一计划保证环保而且达到了要在区域中使用丰富可重新开始发的能源资源的来源多元化。

在安达卢西亚的2000能源消费方面共计11,569ktep和在相同的时间里可重新开发的能源占了649ktep。

在能源消费结构中的生物能源占90%而水力能源占5.3%.[21].

在西班牙已经有各种各样的主动描述来自城市的废弃垃圾填埋场沼气的产生如下列的例子[22].（阿斯图里亚斯）以408,234Tm/year废储蓄和六个引擎在750千瓦,一个引擎在300千瓦和二个引擎在250千瓦;（ii）Artigas（毕尔巴鄂）以243,361Tm/year废储蓄和二个引擎在450千瓦;（iii）圣·马科斯（桑河圣塞巴斯蒂昂）以146,172Tm/year废储蓄和二个引擎在650千瓦;）;（iv）Gungora（潘普洛纳）以118,016Tm/year废储蓄和一个引擎在750千瓦.这些信息有力地证明生物能源是可再造能源的一个重大来源。

生物能转换能用的能量的例子在埋垃圾填埋场可以看到。

1.3.法律问题

虽然在西班牙没有在都市废物受控储蓄具体地调控沼气高效率的管理的立法，欧共体出台推荐并且被制定的政策已经开始极大影响西班牙的方针。

1.3.1.关于方向性96/61/CE污染的联合预防和控制

合并到西班牙立法里作为由工业活动生产的锡铅轴承合金16/2002,方向性96/61/CE通过防止,并且减少大气、水和土壤的污秽，并且包城市废物的处理和排除。

这个方针的显着方面是以下列各项[23]:

（i）欧共体的会员国必须采取必要的措施提供主管当局保证设施通过最好的可利用技术的应用特别是管理方面，在这种情况下所有恰当的预防措施采取防止污染;（ii）必须高效率地使用能量和采取必要的措施防止严重的事故和减少可能的负面影响;（iii）当工业设施关闭并且停止运行时，必须采取必要的措施在活动明确停止后避免所有污染风险和退回操作站到一个令人满意的状态（岗位关闭责任）。

1.3.2.垃圾填埋场99/31/CE的指导

各种各样的提案、共同基础的草稿和讨论以后在环境保护，方向性99/31/CE（真正的修改的1481/2001在西班牙法典）被立法并且通过了。

它包含关于气体管理的以下措施[24]:

（i）采取适当的措施控制垃圾填埋气体的储积和散发;（ii）在所有垃圾填埋，放置的生物可分解的废物，气体将恢复，被处理并回收。

（iii）垃圾填埋气体只要可能对环境和公共卫生产生负面影响都将被执行就象避免的存贮、处理和再用;（iv）应该监测垃圾填埋每个部分的气体。

在气体不可能被重复利用创造能量的那些垃圾填埋，它将被监测站焚烧和处理。

1.3.3.欧共体对97/C76/01废物管理战略的决议

决议97/C76/01在1997年2月24日通过了。

在第35章中它具体地要求欧共体的成员应该采取必要的环保措施保证垃圾填埋站点和其他的污染的地点恢复到对一个令人满意的状态[25]。

1.3.4.一个关于甲烷放射减少的战略交流

为了考虑到甲烷放射对气候的潜在作用，这些信息指出需要分析这样的放射产生的问题并且需要确认来源和排水设备站点。

它也强调了建立一个共同的战略必要。

这将基本上包括对此减少放射的方法并且将被合并到会员国的一套立法指南里。

措施的实施是一个在特定时期将达到放射物的减少的目的。

建立的政治措施将根据他们的成本效益,潜在的经济效益和社会后果进行评估.

根据一项较早的研究，主要焦点应该是在甲烷放射，在1990年农业、废物和能量的最大的贡献占欧共体甲烷放射量的45,32和23%，分别在那些显著的区段.

甲烷的主要来源是垃圾填埋放置的有机物的无氧发酵。

通信COM（96）557包括以下内容[26]:

（i）应该将现有的垃圾填埋和新的垃圾填埋进行区分对待;（ii）在现有的垃圾填埋情况下，当局应该为甲烷放射的管理合并基础设施改进他们的技术容量和环境水平;（iii）在新的垃圾填埋情况下，应该严密监测被授予许可证的受控绝氧储蓄。

无论如何，核实是否有限制甲烷放射的其他方式和为它召开会议和能量评估而合并有效率的系统是有必要的;（iv）当这样评估不可行时，基础设施需为它的总燃烧取得有效的作用;（v）最后，会员国应该开发对甲烷气开发的经济刺激倾向，这将有利于垃圾填埋技术的利用和有机物数量的减少。

在1999年4月26日决议99/296/CE，和修改过的关于二氧化碳监视和其他温室气体的决议93/389/CEE出台了,例如甲烷。

这个决议肯定会员国应该做存货排气和由他们的排水设备站点排除的来源，并且讲述减少这样放射所采取的政策和全国章程因而促进他们的总排除。

很明显，这些章程是为沼气的高效率管理而采取模棱两可的措施。

然而确切的是需要减少和未处理的沼气放射有在环境的负面地影响减到最小。

2.格拉那达城市的垃圾填埋场（西班牙）

2.1.垃圾填埋场的结构

这篇文章是对拉纳达格东北部2公里的一个有300,000人口的南西班牙城市垃圾填埋的研究。

这个表面积为46.54的垃圾填埋场从1984年开始运行到1999年结束。

在这个期间，垃圾沿山坡的河床放置的平均高度是870和500m（参见图1）.

垃圾填埋场是有一定密度的,当数年以后发现前面地布满来自相同的区域的数层土壤和类似垃圾填埋场的物质。

使填满垃圾的垃圾填埋场的密度变紧密,垃圾变紧密的速度是0.7-0.9Tm/m3.将它过滤并在垃圾填埋场流通的水池中被收集。

气体由一系列设施抽出所在30-35m的距离被分开。

1999年出于对缓解环境消极影响的考虑，垃圾填埋被封闭了。

随后，计划被草拟修建设施提取沼气和重复利用它创造电能。

同年由INAGRA项目被执行了（属于CESPA3的公司）。

这个区域平均每年的秋天和冬天季节降雨降雪从66到400毫米变动.在格拉纳达的平均每年的温度主要依靠气象台测量得到。

以Cartuja气象台为标准城市的平均温度是15.31C，而在城市之外10公里的机场气象台它是14.81C.

格拉纳达的温度受内华达山脉影响。

最高温度在夏天的数个月而最低温度是在十二月和一月。

平均每年温度的热量变化是很大的，共计差不多201C。

这是存在白天和夜间温度之间的变化。

区域的潜在蒸发量，由Thornthwaite方法计算，在夏天数个月期间通常有一个气流的时期可达范围从700到900毫米。

垃圾填埋是在阿尔汉布拉宫一个大黏土状水池底土下形成，上层结构是由沙子制成，在下层中减少水传输容量。

在垃圾掩埋场没有表面的带水层或地下水。

当垃圾填埋场被密封之后，来自格拉那达城市的垃圾,连同其他的附近城市和城镇的垃圾在格拉纳达外面20公里处进行植物堆肥，垃圾处理和最近在Alhendin镇开始安装堆肥设施.对植物产生主要作用的是：

金属、纸和纸板、塑料和容器混杂，有机材料为天然肥料，其他为简单废物。

2.2垃圾的生产和特性

在垃圾填埋场的最大处理量期间，总共有1,420,000Tm的垃圾进入垃圾填埋场。

垃圾生产的增量可以在图2中看出。

表明从1984年到1999年期间有相当数量的垃圾进入了垃圾填埋场。

这是最近几十年来垃圾数量的倾向特点和在和平社会的垃圾平均比率[18,27的]。

为了分析垃圾的宏观构成。

表1得出了现场研究的结果。

垃圾的宏观构成

重量（%）

湿度

（%）

垃圾干重

（%）

干燥垃圾的可降解性（%）

容易

难

总计

有机成分

30.50

75.00

7.63

75.00

7.00

82.00

湿纸

24.00

20.00

19.20

30.00

20.00

50.00

硬纸板

1.50

35.00

0.98

10.00

20.00

30.00

纺织品

1.00

20.00

0.80

0.00

10.00

10.00

塑料

21.00

1.00

20.79

0.00

0.00

0.00

金属

5.00

1.00

4.95

0.00

0.00

0.00

玻璃

12.00

1.00

11.88

0.00

0.00

0.00

其他或惰性物质

5.00

1.00

4.95

5.00

16.00

21.00

合计

Total

100.00

28.83

71.17

11.82

5.44

17.26

表1垃圾填埋场的宏观构成

2.3沼气理论上的生产/生产量的定量化

一些方法已经用于估计在垃圾处置站点CH4放射。

这些方法有很大的变化，不仅仅在于他们的假定，而且在于他们的复杂和需要的相当多的资料。

一些根据理论气体出产量来估算，而另外一些使用优先处理的动能学式子[28-32]。

2.3.1.沼气的经验预估

沼气产生的估算是通过经验计算，换句话说，计算是使用实验和理论的数据。

基于垃圾的宏观性和先前区段的下降数据，以及对从垃圾填埋场散发的气体样品的分析，由此假设出可能的垃圾的化学式（参见表2）。

表2

可能的垃圾的化学式

C44H70O29N

干燥成分可降解成分化学式

71.17%17.26%

表3

沼气产量和甲烷浓度的估算

甲烷产量（m3/Tm）沼气产量（m3/Tm）甲烷浓度（%v/v）

82.43160.2151.39

每吨垃圾生产的沼气量已经由分解等式定义出了。

40年的分解结果在表3总结出来了。

2.3.2.沼气理论上和真实的生产量

前面部分提出每吨垃圾产生的沼气量已经被假定计算出来。

它是根据化学计量学演算出的假定数据，但在实际垃圾填埋场的情况却复杂的多。

其中一个重要的原因是潜在的垃圾填埋气体生产的评估是分解动能学。

有些研究员使用根据预测出的知识构成的等式或算法的模型来估算[23];其它使用以实验为基础的模型受到外环境的约束[33];而且他们是基于领域测量上的研究[29].

在这种情况下，决心发展一个理论-实际混合的方法即Tabasaran（1976）运动模型[和后来的修正的韦伯（1996）模型30][31].这个方法在二个不同情况下允许每吨废物的生产力曲线上下正常变化：

（i）为快速地分解23%的无机垃圾（SDW）和34%有机垃圾（RDW）以及沼气的生产和抽出而选取一个最佳的条件;（ii）一个比较糟糕的情况是有些地方的情况是不一样的,如有些是有机材料的百分比为RDW31%和无机材料的百分比为SDW21%。

如果用不同的参数设置来评估对比这二种情况。

这样生产水平将获得一个从115.92m3/Tm从172.43m3/Tm之间的有利变化。

根据假设垃圾填埋气体理论产生量160.21m3/Tm落在这范围之内。

但是，在垃圾填埋场里会发生更加复杂的反应，并且产生其他化合物例如硫化氢、硫醇、CO、水蒸气、N2和O2。

而且，根据垃圾填埋场的开发系统和能量补救系统[34]，应该使用甲烷修正系数（MCF）来使甲烷的最后的比例在45%左右，这在其他研究方面都可以获得.[8,18,35]。

图3显示了甲烷气含量为50和45%时的最好和最坏情况的生产曲线.

沼气产量

（甲烷45%）

沼气产量

（甲烷50%）

图3.最佳与最坏的沼气产量分析.

让我们感兴趣的实际上是可利用的并且最可能的集中的生产，这里估计有45%甲烷含量的生产符合要求。

沼气在垃圾填埋场里作为可燃烧的气体是以大约4000kcal/Nm3的低卡值（LCV）集中（根据它的甲烷内容），研究表明是在3861kcal/Nm3LCV之下。

这意味着沼气有很高能量可以转变成电能[14]。

沼气单位（Nm3/h）

能量单位（KW）

图4.2002–2010.年中沼气最大的开发潜能

图4是一个开发时期中可用的沼气最大的开发潜能。

项目实用性取决于引擎或涡轮的使用，一般是7.5年（操作8000h/year）或8年（操作7500h/year）。

设备将持续燃烧沼气以达到高温状态。

因为引擎或涡轮的替换或大规模修理都是大投资.如果在低于期望的沼气量,在经济上是不可行的。

在格拉纳达的密封垃圾填埋场被认为是产沼气量相对比较高的垃圾填埋场，估计在250-550Nm3/h。

这将平均生产出4,500,000千瓦h/year的电能。

为此，一个活跃气体汇集系统和排除系统发电的受控燃烧问题是必要的。

为了获得最佳的沼气能量，把垃圾填埋气体集中在一个地方是最佳的选择。

以下内容是描述使用基础设施反气化垃圾填埋气体并且概述能量补救系统。

3.安装设计

为沼气提取和再用提议的技术可以认为是标准技术。

它是最新技术与欧共体和西班牙立法的完全相符。

气体提取和运用系统设计是用于这些设施一般类型。

根据这个设计计算总成本。

以下简要地描述设施的组成。

3.1.收集和抽出系统

气体汇集系统包括50口垂直的气体提取井网络，如图5所见，脱水单位，高密度聚乙烯气体运输管道和闪光。

通过监控仪器包括周期性调整油井控制这个系统活动。

气体提取设备以吹风机，在系统的吸压力机为LFG的提取。

气体提取系统的撤除和重建是为了维护气体高出产量。

3.2.能源可再生系统

为了保证总环境补救垃圾填埋站点，必要的气体处理设备，例如闪光，管道和吹风机，是根据最佳的气体生产曲线计量。

然而，对于电力生产，学习安装一个最佳类型的发电器是必要的（即根据最佳和最坏的情景）。

考虑到植物在7.5年（60,000h）中操作量是8000h/year，所以沼气的流程容量低于50%不应该是引擎的最大设计流程。

例如，研究表示836千瓦引擎在最佳条件下是可实行的。

然而，发现624千瓦的电子引擎能为60,000h操作，而且无需在沼气最佳或最坏情况下的50%设计流程，这就是选择的引擎种类。

4.经济上的可行性

垃圾填埋气体（LFG）运用的经济可行性取决于一定的因素，包括LFG质量，地方设备能量价值（电、蒸汽、气体或者其他获得的产品）和选择。

标准经济下的LFG电力生产技术费用效益分析。

费用划分为基础建设成本、每年运行和维护（O&M）费用，以及煤炭税和能源税，还有个重要费用成本是环境保护。

效益是电力能源的卖出[14]。

在进行项目的收益计算时，应该考虑到最好和最坏的情况，而且要包括分期偿还款和开发费用。

垃圾填埋的经济可行性取决于资金流动的经济分析，在3年期间和7年的另一个期间使用内部退税率（IRR）作为有利参量。

就这些经济上有利假设的最好和最坏的情况（参见图6），在IRR上没有很大区别。

这意味着垃圾填埋在7年里从经济和环境上可以令人满意和有效益。

图6.3—7年开发期中的内部资源回收率.

5.结论

经验和理论设计模型是用3861kcal/Nm3LCV产生的沼气的容量估算45%甲烷含量。

在垃圾填埋场对沼气的产生分析表示，整体流速从250到550Nm3/h范围变化，这说明潜在的平均电力生产力是4,500,000千瓦h/year。

根据这些数据，在7年的开发期间设备的经济能力为沼气补救估计有IRR20%。

得到的结果表示，格拉纳达密封的垃圾填埋场沼气利用在城市废物管理中是一个非常好的选择。

此外，由于它可增加再造能源来源的用途并且减少甲烷和二氧化碳产生的温室效应,对于用沼气作为燃料来源满足环境要求。

第一年的安装和操作结果已经出来了。

我们将会在这篇文章上阐述这些结果，并且将来能出版这篇文章。

StudyoftheenergypotentialofthebiogasproducedbyanurbanwastelandfillinSouthernSpain

MontserratZamoraJorgeIgnacioPe´rezPe´rezb,

IgnacioAguilarPave´sc,A´ngelRamosRidaoa

SectionofEnvironmentalTechnology,DepartmentofCivilEngineering,UniversityofGranada,18071Granada,Spain

SectionofConstructionEngineering,DepartmentofCivilEngineering,UniversityofGranada,Granada,Spain

Received8April2005;accepted5May2005

Abstract

Sanitarylandfillshavebeenandcontinuetobeoneofthemostcommonwaystodisposeofurbanwastealthoughsuchlandfillsinevitablygeneratewastemanagementproblems.LandfillsareanimportantsourceofanthropogenicCH4emissions.InthissensetheEuropeanUnionhaspassedregulationsregardingtheeffectivemanagementofbiogaswithintheframeworkofanEUpolicyforrenewableenergies.Thesealedlandfillanalyzedinthisstudyisanexampleofenergyrecovery,butinthiscasethebiogasgeneratedbythelandfillisbeingre-usedtoproduceelectricalenergy.Thisarticlepresentstheresultsoftheeconomicviabilitystudy,whichwascarriedoutprevioustotheconstructionoftheinstallation.Theresultsbasedontheuseofempiricalandtheoreticalmodelsshowthebiogastohavea45%proportionofmethaneandanoverallflowraterangingfrom250to550Nm3/h.It