填埋气培训四(横管与竖直井实验模拟).

1、填埋场概况与物理模型l该垃圾处理场位于重庆市璧山县，处理规模为250 吨/日，垃圾处理工艺采用卫生填埋。垃圾处理场总填埋库容约270 万m3，有效库容约235 万m3。由于场内垃圾的厌氧降解产气，场内气压高于大气压力，场内最高压力可达700Pa 以上，出现在填埋场底部中间。填埋场产气率为0.8358m3/S，随着高度升高压力逐渐降低，由于覆盖层渗透性小于垃圾体，在覆盖层内压力梯度很大，填埋气压力迅速降低，到覆盖层表面降为接近大气压，气体流速也在覆盖层区域迅速增加。l首先根据实际情况建立场地三维物理模型和各种抽气系统物理模型，确定各参数的取值，在PHOENICS 软件中建立各自的求解模型。利用数

2、值模拟，可预测场内自然排放情况下及横管收集系统、竖井抽气系统各种工况运行时各项指标，继而评价比较各种抽气方式，并针对竖井系统运行时效果分析，提出优化方案。lPHOENICS 是由英国CHAM 公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧过程的通用CFD 软件，有30 多年的历史。广泛应用于水利、海洋、大气、流体机械等各种领域图 1 无抽气系统条件下填埋场不同深度压力分布横管和竖井两种抽气方式模拟横管和竖井两种抽气方式模拟 横管抽气时场内 20m 以上区域共设 7 根横抽气管，水平间距 80m，垂直间距20m，编号 1-x 的横管距离场底 20m，编号 2-x 的横管距离 场底 40m。 图 2 横管系

3、统布置图为找到横管抽气负压的最佳范围，采用以 100Pa 为间隔逐级增加负压的方式， 横管抽气系统模拟计算结果：井管编号抽气负压 抽气流量(-Pa)(Kg/S)7008009001000w1-12151.01E-011.13E-011.24E-011.36E-01w1-22009.77E-021.08E-011.19E-011.29E-01w1-31658.11E-028.97E-029.81E-021.06E-01w2-11808.21E-029.27E-021.03E-011.14E-01w2-22009.90E-021.11E-011.22E-011.34E-01w2-31808.83E

4、-029.82E-021.08E-011.18E-01w2-42009.94E-021.11E-011.22E-011.33E-01空气进入量 kg/S1.20E-022.32E-024.40E-027.15E-02单位时间产气总量 kg/S0.836横管系统抽气，场内最高气压随抽气负压的增加而降低，可见该抽气系统对场内压力控制能力较强。抽气效率 随抽气负压的增加而提高，当抽气负压增加到 800Pa 时抽气效率可达到 80%以上另一方面，系统中氧气的吸入量亦随着抽气负压的升高逐渐增加。当横管抽 气系统的负压在 910Pa 以上时系统中的 O2 含量将超过 2%的限值。因此，可确定 该系统的最佳

5、抽气负压为 800Pa 左右，此时抽气效率约 80%。图3 横管抽气系统运行时场内不同深度下压力分布(抽气压力-800Pa) 竖井布置如图 4，井群呈等边三角形布置，取影响半径为 46m，各井间距80m。抽气负压和横管系统一样采用 100Pa 逐级增加的方式。 竖井抽气方式模拟竖井抽气方式模拟 图4 竖井井点布置竖井 编号抽气负压 抽气流量(-Pa)(Kg/S)400600800900w1-110.01.02E-021.46E-021.90E-022.11E-02w2-124.02.84E-023.94E-025.02E-025.56E-02w2-214.01.56E-022.18E-022.

6、80E-023.11E-02w3-111.01.17E-021.67E-022.16E-022.40E-02w3-237.04.77E-026.38E-028.01E-028.81E-02w4-145.05.75E-027.70E-029.63E-021.06E-01w4-241.05.32E-027.08E-028.85E-029.74E-02w5-111.01.16E-021.64E-022.11E-022.35E-02w5-244.05.68E-027.52E-029.36E-021.03E-01w5-335.04.28E-025.77E-027.25E-027.99E-02w6-130

7、.03.62E-024.93E-026.21E-026.86E-02w6-238.04.92E-026.50E-028.10E-028.88E-02w7-123.02.64E-023.63E-024.63E-025.11E-02W7-224.02.87E-023.93E-024.98E-025.51E-02W8-16.05.34E-037.75E-031.01E-021.12E-02W8-214.01.57E-022.17E-022.80E-023.11E-02空气进入量 kg/S1.08E-022.71E-026.90E-021.17E-01单位时间产气总量 kg/S0.836抽气负压与场内

8、最大压力关系 抽气负压与抽气效率及 O2 含量关系 抽气负压达到 700Pa 时系统抽气效率达到 80%以上。同时在负压 超过 830Pa 时系统吸入的 O2 将会超过限值 2%。空气大量进入抽气系统，既会造 成能源的浪费也会带来安全隐患，破坏垃圾厌氧环境等，应该严格避免这种情况 的出现。不同压力下气井深度与流量关系图 5 竖井抽气系统运行时场内不同深度下压力分布(抽气压力-700Pa)两种抽气方式效果比较两种抽气方式效果比较 竖井系统在负压达到 700Pa 以上时抽气效率达到 80%以上，而要达到同样的 抽气效率横管系统需要的负压较大，需 800Pa 左右，能耗方面竖井系统具有一定 优势。而

9、且在实际运行中横管系统由于受到场内渗滤液进入、地面沉降等因素影 响，在初期投资和运行费用上均高于竖井系统。综合两种系统 的抽气效果和特点，可认为对于两种抽气系统布置，采用竖井系统的方 案占优。但从相同负压运行时两系统吸入气体 O2 含量可以看出横管系统对抽出填 埋气体的 O2 含量控制较好，这是由于横管系统在垃圾体覆盖层下一定深度，空气 不易被吸入的缘故。以下从减少抽入空气量，提高抽气效率角度出发，通过数值 模拟结果对竖井系统进行优化。竖井抽气系统优化竖井抽气系统优化 从现有抽气系统模拟的压力分布图可以看出，填埋场周围较浅区域的气体压 力较大，抽气效果较差，而且，在深度较浅区域用和较深区域相同

10、的负压抽气， 前者的抽出气体中氧含量较高。在填埋场不同深度的区域，垃圾体厚度和抽气井 长度都不同，气井影响半径就会有差异。为研究不同垃圾厚度下影响半径和抽入 气体的含氧量的规律，优化井群的布置，使抽气效率得到进一步提高并使系统吸 入空气量尽量减少。建立了不同垃圾厚度的单井模型，在各抽气负压下进行 模拟，得出在不同垃圾厚度和抽气负压下影响半径的范围，根据此结果来 调整各个井点的抽气负压。对于边缘较浅的区域若还是用中间抽气井相同的抽气压力将会抽入更多的空 气。需要将填埋场按照填埋垃圾的厚度进行分区。为了尽量不增加抽气系统复杂 性，将填埋场分为 30m 以下区域 A 和 30m 以上区域 B，区域

11、A 的竖井采用 400pa 负压运行，各井影响半径为 35m，区域 B 的竖井采用 700Pa 负压运行，影响半径取 46m ，在边缘较浅区域的抽气井重新布置，使用较小的抽气负压可以收到较好的效果，对布井优化调整的步骤如下1 计算常规布井方式下的压力分布；2 调整抽气表现不理想区域的各井点位置，或适当增加井点，并计算调整后 的结果；3 调整 A、B 区域竖井抽气压力，使抽气井运行在最佳状态。调整后的各井点位置如图 井编号抽气负压(-Pa)流量(Kg/S)井编号抽气负压(-Pa)流量(Kg/S)A-14001.63E-02A-114001.78E-02A-24003.02E-02A-124001

12、.76E-02A-34003.43E-02A-134003.45E-02A-44005.33E-02B-17009.18E-02A-54003.27E-02B-27006.52E-02A-64002.44E-02B-37007.29E-02A-74001.47E-02B-47006.91E-02A-84006.35E-03B-57002.42E-02A-94001.51E-02B-67005.35E-02A-104002.00E-02B-77008.17E-02透过覆盖层溢出量(kg/S)6.03E-2单位时间产气总量(kg/S)0.836抽气系统优化后不同深度下压力分布调整优化后的竖井抽气系统抽气效率为调整优化后的竖井抽气系统抽气效率为 90.1%，抽出气体含氧率为，抽出气体含氧率为 0.6%，抽，抽气效果明显好于调整前。气效果明显好于调整前。竖直井系统设计优化小结 (1) 填埋场竖井抽气系统的填埋气的压力分布受抽气量、垃圾体渗透系数、抽气井埋深、穿孔管位置、顶部覆盖层透气性等多种因素的综合影响。填埋气收集系统的设计与运行必须综合考虑这些因素;