CN215982556U - 一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于垃圾填埋气处理技术领域，具体涉及一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，该系统包括垃圾填埋场、垃圾填埋气收集系统、甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统、垃圾填埋气压力自动调节系统、垃圾填埋气利用设备和控制模块；所述垃圾填埋气收集系统构建在所述垃圾填埋场上；所述垃圾填埋气收集系统依次与甲烷浓度自动调节系统和垃圾填埋气预处理系统连接；所述垃圾填埋气预处理系统依次与垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备连接。本实用新型能够实现垃圾填埋气在利用过程中压力和甲烷浓度的自动调节，保证垃圾填埋气利用设备的稳定运行，提高垃圾填埋气的利用效率。

Description

一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统

技术领域

本实用新型属于垃圾填埋气处理技术领域，具体涉及一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统。

背景技术

垃圾填埋气是垃圾长期堆积经过一系列的降解反应后的产物，如果直接排放到大气中不仅破坏生态环境，而且很容易造成火灾，所以需要进行集中处理。垃圾填埋气中最主要的成分是甲烷，因此它属于一种可燃性气体，一般直接通过火炬处理、用于锅炉燃烧、或者发电，但是目前的技术对于垃圾填埋气的利用效率不高，主要是由于垃圾填埋气在利用过程中受到诸多因素的影响，例如压力、甲烷浓度、温度、含水量以及净度等，上述因素均需要经过垃圾填埋气预处理达到最佳燃烧值，目前常用的垃圾填埋气预处理系统中压力和甲烷浓度在垃圾填埋气利用过程中的稳定性不易调节，导致运行不稳定，利用效率低，例如在多台锅炉设备共同运行时如果突然关闭其中一台锅炉设备或者由于其他垃圾填埋气使用端的原因，引起垃圾填埋气的压力波动较大，导致锅炉燃烧器熄火、爆膛、设备停机、设备启动困难等，现今最常用的稳压设备是气柜，但是投资成本相对较高，而且占地面积较大，有一定的局限性。另外，由于环境温度、天气状况、季节变换以及填埋垃圾的成分等都会影响垃圾填埋气中的甲烷浓度，而甲烷浓度的变化会直接影响垃圾填埋气的利用效率，例如甲烷浓度变低时，会导致锅炉燃烧器熄火、设备启动困难，甚至经过多次尝试启动后会出现爆膛的现象；而甲烷浓度变高时，垃圾填埋气燃烧不充分，尾气中的有害气体会加重环境污染，同时也会出现爆膛的现象，存在安全隐患。所以，需要开发新的技术路线，提高垃圾填埋气的利用效率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，实现垃圾填埋气在利用过程中压力和甲烷浓度的自动调节，保证垃圾填埋气利用设备的稳定运行，提高垃圾填埋气的利用效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型提供了一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，包括垃圾填埋场、垃圾填埋气收集系统、甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统、垃圾填埋气压力自动调节系统、垃圾填埋气利用设备和控制模块；所述垃圾填埋气收集系统构建在所述垃圾填埋场上，以收集垃圾填埋场产生的垃圾填埋气；所述垃圾填埋气收集系统依次与甲烷浓度自动调节系统和垃圾填埋气预处理系统连接，所述甲烷浓度自动调节系统用于自动调节垃圾填埋气中甲烷浓度，所述垃圾填埋气预处理系统用于对垃圾填埋气进行净化处理；所述垃圾填埋气预处理系统依次与垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备连接，所述垃圾填埋气压力自动调节系统用于自动调节垃圾填埋气压力，所述控制模块分别与甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统、垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备连接。

进一步地，所述甲烷浓度自动调节系统包括机械三通阀、电动调节阀和甲烷浓度自动调节管道；所述电动调节阀安装在甲烷浓度自动调节管道上，所述甲烷浓度自动调节管道的一端与机械三通阀连接。

进一步地，所述垃圾填埋气收集系统包括集气井、集气新井、集气废井和垃圾填埋气输送管道；所述集气井与垃圾填埋气输送管道连接，所述集气新井通过机械三通阀分别与甲烷浓度自动调节管道和垃圾填埋气输送管道连接，所述集气废井与甲烷浓度自动调节管道连接，所述垃圾填埋气输送管道与甲烷浓度自动调节管道连接；所述垃圾填埋气输送管道与垃圾填埋气预处理系统入口连接，且垃圾填埋气输送管道与甲烷浓度自动调节管道的连接点位于垃圾填埋气输送管道与垃圾填埋气预处理系统入口的连接点的前面。

进一步地，所述垃圾填埋气预处理系统包括阻火器一、电动切断阀、粗过滤器、气水换热器、气水分离设备、增压设备、散热器、精过滤器、脱硫设备和阻火器二，所述阻火器一的填埋气入口与垃圾填埋气输送管道连接，阻火器一的填埋气出口依次与电动切断阀、粗过滤器、气水换热器、气水分离设备、增压设备、散热器、精过滤器、脱硫设备和阻火器二连接。

进一步地，所述垃圾填埋气预处理系统还包括集水井，所述粗过滤器、气水换热器、气水分离设备、散热器、精过滤器、脱硫设备分别与集水井连接。

进一步地，所述甲烷浓度自动调节系统还包括在线甲烷分析仪，所述在线甲烷分析仪安装在脱硫设备与阻火器二之间的连接管道上。

进一步地，所述垃圾填埋气压力自动调节系统包括电动开关阀、自力式压力调节阀和压力传感器，所述电动开关阀、自力式压力调节阀分别与增压设备并联连接，所述压力传感器安装在增压设备的出口管道上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

为了解决现有技术中垃圾填埋气压力和甲烷浓度不稳定影响垃圾填埋气利用设备正常运行，造成垃圾填埋气的利用率低的问题，基于此本实用新型提出了一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，增设甲烷浓度自动调节系统，控制模块根据在线甲烷分析仪反馈的甲烷浓度信号，PID自动调节安装在甲烷浓度自动调节管道上的电动调节阀的开度，从而控制集气新井和集气废井输入到垃圾填埋气输送管道中含低浓度甲烷的垃圾填埋气的量，本实用新型合理利用集气新井与集气废井调节甲烷浓度，与将其闲置相比，大大提升了资源的利用率，降低生产成本；增设垃圾填埋气压力自动调节系统，控制模块根据压力传感器反馈的压力信号自动调节增压设备和电动开关阀，以及结合自力式压力调节阀实现压力的自动控制，使垃圾填埋气的压力值符合使用要求；以此实现垃圾填埋气压力和甲烷浓度的自动调节，确保垃圾填埋气利用设备持续稳定安全运行，提高垃圾填埋气的利用效率，本实用新型的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统操作简单、运行可靠、投资成本低、有利于环境保护，能取得较好的社会效益和经济效益，值得在市场上应用推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统的控制原理图。

图中序号所代表的含义为：

1.垃圾填埋场；

201.集气井，202.集气新井，203.集气废井，204.垃圾填埋气输送管道；

301.机械三通阀，302.电动调节阀，303.在线甲烷分析仪，304.甲烷浓度自动调节管道；

4.垃圾填埋气预处理系统，401.阻火器一，402.电动切断阀，403.粗过滤器，404.气水换热器，405.气水分离设备，406.增压设备，407.散热器，408.精过滤器，409.脱硫设备，410.阻火器二，411.集水井；

501.电动开关阀，502.自力式压力调节阀，503.压力传感器；

6.垃圾填埋气利用设备，7.控制模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，本实施例的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，包括垃圾填埋场1、垃圾填埋气收集系统、甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统4、垃圾填埋气压力自动调节系统、垃圾填埋气利用设备6和控制模块7；在垃圾填埋场1上建设垃圾填埋气收集系统，垃圾填埋气收集系统用于收集垃圾填埋场1产生的垃圾填埋气；所述垃圾填埋气收集系统依次与甲烷浓度自动调节系统和垃圾填埋气预处理系统4连接，甲烷浓度自动调节系统用于自动调节垃圾填埋气中甲烷浓度，垃圾填埋气预处理系统4用于对调整过甲烷浓度的垃圾填埋气进一步净化处理；所述垃圾填埋气预处理系统4依次与垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备6连接，垃圾填埋气压力自动调节系统用于自动调节垃圾填埋气压力，将处理后的垃圾填埋气最终输送到垃圾填埋气利用设备6使用。所述控制模块7分别与甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统4、垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备6连接，控制模块7对垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统实现监测与自动控制。其中垃圾填埋气利用设备6可以根据需求具体设计，比如燃气发电机组发电、锅炉设备燃烧等，在本实例中采用锅炉设备燃烧。

所述甲烷浓度自动调节系统包括机械三通阀301、电动调节阀302、甲烷浓度自动调节管道304和在线甲烷分析仪303；所述垃圾填埋气收集系统包括集气井201、集气新井202、集气废井203和垃圾填埋气输送管道204，其中集气井201、集气新井202和集气废井203的数量可根据垃圾填埋气的需求量设计。集气井201与垃圾填埋气输送管道204连接，集气新井202通过机械三通阀301分别与甲烷浓度自动调节管道304和垃圾填埋气输送管道204连接，集气废井203与甲烷浓度自动调节管道304连接，垃圾填埋气输送管道204与甲烷浓度自动调节管道304连接，电动调节阀302安装在甲烷浓度自动调节管道304上，垃圾填埋气输送管道204与垃圾填埋气预处理系统4入口连接，且垃圾填埋气输送管道204与甲烷浓度自动调节管道304的连接点位于垃圾填埋气输送管道204与垃圾填埋气预处理系统4入口的连接点的前面；利用控制模块7可以自动调节电动调节阀302的开启程度。

垃圾填埋气预处理系统4包括阻火器一401、电动切断阀402、粗过滤器403、气水换热器404、气水分离设备405、增压设备406、散热器407、精过滤器408、脱硫设备409、阻火器二410和集水井411，阻火器一401的填埋气入口与垃圾填埋气输送管道204连接，阻火器一401的填埋气出口依次与电动切断阀402、粗过滤器403、气水换热器404、气水分离设备405、增压设备406、散热器407、精过滤器408、脱硫设备409和阻火器二410连接，粗过滤器403、气水换热器404、气水分离设备405、散热器407、精过滤器408、脱硫设备409分别与集水井411连接，垃圾填埋气预处理系统4的出口与垃圾填埋气利用设备6连接。在线甲烷分析仪303安装在脱硫设备409与阻火器二410之间的连接管道上，用于给控制模块7反馈监测的甲烷浓度信号。

垃圾填埋气压力自动调节系统包括电动开关阀501、自力式压力调节阀502和压力传感器503，电动开关阀501、自力式压力调节阀502分别与增压设备406并联连接，压力传感器503安装在增压设备406的出口管道上。

本实施例的一种基于上述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统的自动调节方法，包含以下步骤：

步骤S1，收集垃圾填埋气

垃圾中的可降解有机成分在被压置在垃圾填埋场后很快就会发生微生物分解反应，使垃圾分解的好氧和厌氧微生物主要来源于日覆盖层和最终覆盖层土壤、填埋场接纳的废水处理消化污泥，以及再循环的渗滤液等，经过好氧和厌氧等一系列反应过程，产生甲烷和二氧化碳气体。新填埋区的渗滤液流入下面的已填埋区让原有老垃圾进行二次发酵，产生更多的垃圾填埋气体。因此，需要在垃圾填埋场1内布置一些填埋气收集管道，借助压差流向集气井201，随后通过垃圾填埋气输送管道204送往垃圾填埋气预处理系统4。随着时间推移，旧的集气井201产气量逐渐衰竭，甲烷浓度逐渐降低至不可利用范围就变成了集气废井203，需要在新的垃圾堆体上继续建设集气新井202，以满足填埋气用量的需求。

需要说明的是，集气新井202在建成初期，其中的气量和甲烷浓度需要一定时间才能达到利用要求（甲烷浓度较低），可以打开机械三通阀301，集气新井202和甲烷浓度自动调节管道304连通，同时利用集气新井202和集气废井203调节垃圾填埋气中的甲烷浓度，当集气新井202中的气量和甲烷浓度达到利用要求时再切换机械三通阀301，关闭集气新井202与甲烷浓度自动调节管道304的连通，打开集气新井202与垃圾填埋气输送管道204的连通，此时仅使用集气废井203调节垃圾填埋气中的甲烷浓度。

步骤S2，自动调节垃圾填埋气中甲烷浓度

控制模块7根据设置的甲烷浓度适用范围以及在线甲烷分析仪303反馈的甲烷浓度信号进行比对，PID自动调节安装在甲烷浓度自动调节管道304上的电动调节阀302的开启程度，使得集气新井202和集气废井203中的较低甲烷浓度的垃圾填埋气与垃圾填埋气输送管道204中的垃圾填埋气混合，实现自动调节垃圾填埋气中甲烷浓度，确保锅炉设备稳定运行，提高垃圾填埋气的利用率。另外，当垃圾填埋气中的甲烷浓度在锅炉燃烧所需浓度范围以外时，控制模块7根据在线甲烷分析仪303反馈的甲烷浓度信号控制锅炉设备自动停机，防止出现燃烧不充分或者锅炉设备多次自动启动失败后出现爆膛等现象。

步骤S3，预处理垃圾填埋气

垃圾填埋气预处理系统4主要用于对垃圾填埋气的抽取、净化和计量工作，并向垃圾填埋气利用设备6提供符合净化指标的气源。垃圾填埋气处理过程具体为：垃圾填埋气经过垃圾填埋气输送管道204输送到垃圾填埋气预处理系统4的入口，为了防止可能存在的明火从进气口进入垃圾填埋气预处理系统4，在入口处加装阻火器一401，经过电动切断阀402进入粗过滤器403，电动切断阀402在接收紧急信号时可以及时切断垃圾填埋气供给，粗过滤器403去除掉垃圾填埋气中部分水分及较大杂质颗粒，过滤后的垃圾填埋气进入气水换热器404对其进行冷却降温，然后进入气水分离设备405，除去垃圾填埋气中的大部分水分，以免垃圾填埋气中大量的水分与腐蚀性气体形成酸，对设备及管路造成腐蚀，冷却除水后的垃圾填埋气进入增压设备406加压后，温度会升高，进入散热器407降温处理后，再经精过滤器408除去微小杂质颗粒和部分水分，最后进入脱硫设备409对垃圾填埋气中的硫化物进行脱硫处理，防止垃圾填埋气体燃烧后形成酸，腐蚀锅炉及管道设备，经过处理后的垃圾填埋气进入垃圾填埋气利用设备6，另外，在垃圾填埋气预处理系统4的出口处加装阻火器二410以防止垃圾填埋气利用设备6进气管道回火后进入垃圾填埋气预处理系统4发生危险隐患。

步骤S4，自动调节垃圾填埋气压力

设置电动开关阀501动作压力值为P1，自力式压力调节阀502的动作压力值为P2，垃圾填埋气正常使用压力值为P，其中P1＞P2＞P，由于垃圾填埋气使用端的原因可能会导致垃圾填埋气压力不稳定，因此系统需要稳定垃圾填埋气的压力。

当压力传感器503反馈检测的垃圾填埋气压力小于P值时，控制模块7变频调节增压设备406的转速，将压力提升至P值左右；当压力传感器503反馈检测的垃圾填埋气压力大于或等于P1值时，增压设备406反应不及时，增压设备406出口处的压力会瞬间增大，控制模块7控制电动开关阀501开启，使得增压设备406出口处的压力迅速降低，当压力降低至P2值时，控制模块7控制电动开关阀501关闭，同时自力式压力调节阀502开启，使得增压设备406出口处的压力持续降低至P值后，自力式压力调节阀502关闭，完成对垃圾填埋气压力的自动调节。本实施例采用分阶段调节垃圾填埋气压力值，首先使用电动开关阀501进行泄压，然后再使用自力式压力调节阀502精细调节压力，使压力继续降低至预设压力值。

步骤S5，对垃圾填埋气的利用

垃圾填埋气利用设备6对垃圾填埋气预处理系统4输送的经过净化处理后满足压力和甲烷浓度的垃圾填埋气进行利用，垃圾填埋气最常用的利用方式是通过燃气发电机组用于发电，或者锅炉设备燃烧供热，但不局限于这两种方式。

本实用新型的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统的自动调节系统，能够实现垃圾填埋气压力以及甲烷浓度的自动调节，保证垃圾填埋气利用设备6持续稳定安全运行，提高垃圾填埋气的利用效率，提高经济效益，同时避免垃圾填埋气直接排入大气造成环境污染，有利于环境保护。本实用新型合理利用集气新井202和集气废井203调节甲烷浓度，与将其闲置相比，进一步提升了资源利用率，将集气新井202和集气废井203产生的较低浓度甲烷变废为宝，降低生产成本。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，包括垃圾填埋场、垃圾填埋气收集系统、甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统、垃圾填埋气压力自动调节系统、垃圾填埋气利用设备和控制模块；所述垃圾填埋气收集系统构建在所述垃圾填埋场上，以收集垃圾填埋场产生的垃圾填埋气；所述垃圾填埋气收集系统依次与甲烷浓度自动调节系统和垃圾填埋气预处理系统连接，所述甲烷浓度自动调节系统用于自动调节垃圾填埋气中甲烷浓度，所述垃圾填埋气预处理系统用于对垃圾填埋气进行净化处理；所述垃圾填埋气预处理系统依次与垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备连接，所述垃圾填埋气压力自动调节系统用于自动调节垃圾填埋气压力，所述控制模块分别与甲烷浓度自动调节系统、垃圾填埋气预处理系统、垃圾填埋气压力自动调节系统和垃圾填埋气利用设备连接。

2.根据权利要求1所述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，所述甲烷浓度自动调节系统包括机械三通阀、电动调节阀和甲烷浓度自动调节管道；所述电动调节阀安装在甲烷浓度自动调节管道上，所述甲烷浓度自动调节管道的一端与机械三通阀连接。

3.根据权利要求2所述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，所述垃圾填埋气收集系统包括集气井、集气新井、集气废井和垃圾填埋气输送管道；所述集气井与垃圾填埋气输送管道连接，所述集气新井通过机械三通阀分别与甲烷浓度自动调节管道和垃圾填埋气输送管道连接，所述集气废井与甲烷浓度自动调节管道连接，所述垃圾填埋气输送管道与甲烷浓度自动调节管道连接；所述垃圾填埋气输送管道与垃圾填埋气预处理系统入口连接，且垃圾填埋气输送管道与甲烷浓度自动调节管道的连接点位于垃圾填埋气输送管道与垃圾填埋气预处理系统入口的连接点的前面。

4.根据权利要求3所述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，所述垃圾填埋气预处理系统包括阻火器一、电动切断阀、粗过滤器、气水换热器、气水分离设备、增压设备、散热器、精过滤器、脱硫设备和阻火器二，所述阻火器一的填埋气入口与垃圾填埋气输送管道连接，阻火器一的填埋气出口依次与电动切断阀、粗过滤器、气水换热器、气水分离设备、增压设备、散热器、精过滤器、脱硫设备和阻火器二连接。

5.根据权利要求4所述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，所述垃圾填埋气预处理系统还包括集水井，所述粗过滤器、气水换热器、气水分离设备、散热器、精过滤器、脱硫设备分别与集水井连接。

6.根据权利要求4所述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，所述甲烷浓度自动调节系统还包括在线甲烷分析仪，所述在线甲烷分析仪安装在脱硫设备与阻火器二之间的连接管道上。

7.根据权利要求4所述的垃圾填埋气压力及甲烷浓度自动调节系统，其特征在于，所述垃圾填埋气压力自动调节系统包括电动开关阀、自力式压力调节阀和压力传感器，所述电动开关阀、自力式压力调节阀分别与增压设备并联连接，所述压力传感器安装在增压设备的出口管道上。

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