1填埋场概况
以我国某个垃圾填埋场为例，其在2013年的年填埋垃圾量为2383840t/a，日均填埋垃圾量为304.3t/d，在2014年的年填埋量为126647t/a，日均填埋量为347.8t/d，在2015年分别是153562t/a与421.8t/d，2016年为163075t/a与447.9t/d，2017年为174931t/a与480.3t/d，2018年为210685t/a与578.3t/d，2019年为236897t/a与650.1t/d，2020年为256306t/a与703.3t/d，2021年为322193t/a与8883.8t/d。[1]。
随着收运点数量与人口的稳定，根据填埋场服务范围，来对2022年及以后垃圾填埋量进行预测，对填埋场生活垃圾处理量按百分之八的增长率进行预估。结果为：预测2022年的年填埋垃圾量为325414t/a，日均填埋垃圾量为892.6t/d，在2023年的年填埋量为328668t/a，日均填埋量为9901.5t/d，在2024年的年填埋量为331955t/a，日均填埋量为910.5t/d，2025年为335274t/a与919.6t/d，2026年为338627t/a与928.8t/d，2027年为342013t/a与938.1t/d，2028年为345433t/a与947.5t/d。根据填埋场目前的资料显示，一期工程填满，二期进入填埋周期，预计到2028年填满。
2填埋场沼气产量预测
2.1选择沼气产量预测模型
因为沼气产生过程受到较多的影响，对沼气产生的产量以及速率很难精确计算。目前对沼气产量进行预测的方法主要有经验估算法、垃圾沼气排放模型、Monad模型以及Scholl Canyon模型[2]。根据已完成的报告，填埋工艺、垃圾主要组成以及已填埋垃圾量等和Scholl Canyon模型的要求相符，对沼气产量可根据该模型进行预测，算法如下：
（1）
在上述公式（1）中，Q表示填埋场沼气产量，Ri表示填埋场年平均垃圾接收量，ti表示第i年填埋废物从填埋到计算的时间，ki表示沼气产生速率常数，L0i表示沼气产生潜力。
2.2计算沼气收集量和产量
沼气收集量和产量预测结果如下表1所示。
在垃圾填埋过程中如果有集气设施有效性差、边缘收集死角、集气设施局部损坏以及覆盖不及时的情况存在，那么实际气体的收集量要小于理论产气量。该填埋场因为形状不规则以及地形复杂等原因，气体的实际收集效率要小于平原型的。二期工程考虑到封场要求与填埋作业不断提高，其气体收集效率取为65%。
根据填埋工艺、垃圾主要组成以及已经填埋的垃圾量等可估算到2021年沼气收集量为1100m3/h-1200m3/h。因为最近几年的垃圾总量有着明显的提高，预计到2027年沼气收集量能够达到2000m3/h-2100m3/h，能够满足四台1000kW的发电机组的运行需要。
3沼气发电系统设计
当前已经建成的填埋气体发电工程使用的进口发电设备主要有道依茨、卡比勒以及颜巴赫等产品；国产的设备主要是宝驹、胜动以及济柴等产品，进口的设备机型为1000kW左右的机组，国产的为500kW左右的机组，考虑机组热效率及设备可靠性等因素，选择的沼气发电机组为进口的1000kW机组[3]。
通过表1来对理论装机容量和预测发电能力进行计算，沼气发电机组效率取40.00%，沼气热值取19700kJ/m3，结果如下表2所示。
4余热利用系统设计
4.1 ORC螺杆膨胀机运转原理
热水的热量由蒸发器和预热器进行接收，把工质R245fa加热成高压高温的蒸汽，进入膨胀机推动转子进行做功，另外进行降压降温。从膨胀机将蒸汽排出后进到油分离器，把润滑油分离，在冷凝器中将气体冷凝成液体，再由液体泵把液体进行升压，进入到蒸发器和预热器，以此一个循环完成，如下图1所示。
图1 ORC循环运转原理
另外，还有一路循环是油分离系统，通过油泵把润滑油输送到各个润滑点，以此来对轴承等零件的润滑进行保证。在ORC循环过程中，工质R245fa主要是提取热源热能的作用，把温度转化成动力和压力，以此来实现对低温热源动力输出。由于低压力或者是无压力热源不能实现热工转换，而ORC螺杆膨胀机是唯一能够实现的。
4.3系统方案
本文采取的方案由五个子系统组成总的沼气发动机余热回收系统，本系统的特点能够综合利用不同性质的热量：①烟气的利用，换热器采取强化传热翅片管结构，换热设计为防露点腐蚀，没有露点腐蚀，传热效果好。②缸套水的利用，板式换热器采取不锈钢的材质，采取性价比较高的温差换热设计，防止结垢，传热效果好。系统设计有着较高的安全冗余度，系统整体运行不会因为某一台发动机故障而受到影响，热水循环发电系统运行也不会受到某个子系统故障的影响。
4.4主要设备设计参数
沼气发电机排放的尾气和缸套热水作为余热源。沼气发电机组一共四台，其数据为：缸套水参数为回水温度为75℃、出水温度107℃左右，额定流量为10t/h，尾气参数为排气流量为10389m3/h，排气温度为436℃。经过缸套水将70℃的循环热水加热到97℃之后流入到烟气集热器中，热水流量为44t/h，经高温烟气加热到160℃的温度。
5结束语
本篇文章通过垃圾填埋场特点来建立沼气产气模型，并设计相应沼气发电机组。以沼气机组余热特点来提出对余热进行发电利用的方案。通过对沼气发电机组的利用，不但能够解决沼气去处，还能够有发电效益产生。根据机组余热，利用ORC循环来进行发电，以此来提升沼气发电效率，并且其还有高效环保以及节能的优点。