一種垃圾填埋場(chǎng)用豎井分布及運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及垃圾填埋場(chǎng)污染防控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種垃圾填埋場(chǎng)用堅(jiān)井分布 及運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 垃圾填埋場(chǎng)氣體收集系統(tǒng)一般可分為橫向氣管收集系統(tǒng)和堅(jiān)井收集系統(tǒng)兩大類。 目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)開(kāi)發(fā)的垃圾填埋場(chǎng)氣井收集系統(tǒng)，大多以《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》 (CJJ17 - 2004)為依據(jù)，規(guī)定填埋氣體導(dǎo)排設(shè)施宜采用堅(jiān)井（管），也可采用橫管（溝）或 橫堅(jiān)相連的導(dǎo)排設(shè)施。在堅(jiān)井的設(shè)置中規(guī)定，堅(jiān)井可采用穿孔居中的石籠，穿孔管外宜用級(jí) 配石料等狀物填充，堅(jiān)井的井間距通常設(shè)置為45~50m，而對(duì)于堅(jiān)井設(shè)置深度等未作相關(guān) 說(shuō)明。當(dāng)填埋深度大于20m采用主動(dòng)導(dǎo)氣時(shí)，宜設(shè)置橫管。該方法對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)沼氣安全 控制起到了一定的防治作用，但沼氣的收集和控制效果并不理想，通常收集效率僅為25~ 40%。同時(shí)，不同地域生活垃圾的組成成分存在較大差別，導(dǎo)致填埋場(chǎng)庫(kù)區(qū)內(nèi)沼氣產(chǎn)出規(guī)律 各不相同，垃圾填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所在地區(qū)的環(huán)境條件也存在較大的差異性， 進(jìn)一步加劇了沼氣產(chǎn)出的不確定性，同時(shí)也導(dǎo)致了堅(jiān)井收集范圍和運(yùn)行強(qiáng)度的不確定性。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的堅(jiān)井設(shè)計(jì)方案中，有從堅(jiān)井結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，提出了許多設(shè)計(jì)方案， 通過(guò)采用套筒固井的技術(shù)手段，借由套筒本身的自重和套筒內(nèi)沙礫的重量，避免了垃圾填 埋場(chǎng)氣體導(dǎo)排井出現(xiàn)變形、損壞等問(wèn)題，有效解決了氣體的淤堵問(wèn)題，保證了氣體順利導(dǎo)排 及密封問(wèn)題。但該方法只單方面改變了堅(jiān)井的設(shè)置，沒(méi)有提出氣井的分布方案，對(duì)于垃圾填 埋場(chǎng)整體氣井的收集效率沒(méi)有做出有效評(píng)估。還有，從工程技術(shù)參數(shù)的角度出發(fā)，分析了抽 氣井抽氣效率的具體影響因素，對(duì)抽氣井的設(shè)計(jì)和優(yōu)化起到一定促進(jìn)作用，但是，對(duì)工程技 術(shù)參數(shù)的考慮不全面，沒(méi)有分析填埋場(chǎng)庫(kù)區(qū)內(nèi)堆體滲透率、產(chǎn)氣能力、堅(jiān)井打孔段和抽氣強(qiáng) 度等參數(shù)對(duì)抽氣井抽氣效率的影響，對(duì)垃圾填埋場(chǎng)堅(jiān)井的整體布局沒(méi)有提出合理的優(yōu)化手 段。因此現(xiàn)有技術(shù)中，在各地區(qū)各垃圾填埋場(chǎng)中沼氣產(chǎn)出規(guī)律差異性較大的情況下，還沒(méi)有 一種堅(jiān)井設(shè)計(jì)方案能獲得理想的收集效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明通過(guò)提供一種垃圾填埋場(chǎng)用堅(jiān)井分布及運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，解決了現(xiàn)有技 術(shù)中堅(jiān)井設(shè)計(jì)方案未能對(duì)垃圾填埋場(chǎng)堅(jiān)井整體布局提出合理的優(yōu)化手段，在各地區(qū)各垃圾 填埋場(chǎng)中沼氣產(chǎn)出規(guī)律差異性較大的情況下，不能獲得理想的收集效能的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn) 了垃圾填埋場(chǎng)堅(jiān)井整體布局的合理優(yōu)化，該堅(jiān)井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的堅(jiān)井，在不同地區(qū) 不同垃圾填埋場(chǎng)中沼氣產(chǎn)出規(guī)律差異性較大的情況下，能獲得理想的收集效能。
[0005] 本發(fā)明提供的一種垃圾填埋場(chǎng)用堅(jiān)井分布及運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
[0006] Sl:確定堅(jiān)井所在庫(kù)區(qū)的基本參數(shù)；
[0007]S2 :測(cè)定所述庫(kù)區(qū)垃圾堆體的滲透率及產(chǎn)氣速率；
[0008]S3:根據(jù)所述基本參數(shù)、滲透率及產(chǎn)氣速率，運(yùn)用第一優(yōu)化設(shè)計(jì)法，計(jì)算單個(gè)所述 堅(jiān)井的氣體壓力值，同時(shí)，計(jì)算出不同抽氣強(qiáng)度、打孔段長(zhǎng)度及所述滲透率對(duì)應(yīng)的單個(gè)所述 堅(jiān)井的流量值，并建立流量數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0009]S4:根據(jù)所述流量數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用第二優(yōu)化設(shè)計(jì)法，確定所述多個(gè)堅(jiān)井最優(yōu)的井間 距、打孔段長(zhǎng)度及抽氣強(qiáng)度；
[0010]S5:根據(jù)所述多個(gè)堅(jiān)井最優(yōu)的井間距及打孔段長(zhǎng)度進(jìn)行填埋場(chǎng)堅(jiān)井施工，根據(jù)所 述最優(yōu)的抽氣強(qiáng)度運(yùn)行所述多個(gè)堅(jiān)井。
[0011] 作為優(yōu)選，所述步驟Si中所述庫(kù)區(qū)的基本參數(shù)通過(guò)庫(kù)區(qū)所填的垃圾資料和入庫(kù) 資料確定；所述基本參數(shù)包括：所述庫(kù)區(qū)深度、垃圾填埋齡。
[0012] 作為優(yōu)選，所述步驟S2中的滲透率通過(guò)抽氣試驗(yàn)確定，產(chǎn)氣速率通過(guò)氣體壓力監(jiān) 測(cè)試驗(yàn)確定。
[0013] 作為優(yōu)選，所述步驟S3中的所述第一優(yōu)化設(shè)計(jì)法包括：
[0014] 根據(jù)滲透率及產(chǎn)氣速率，運(yùn)用沼氣遷移連續(xù)性方程確定氣體壓力值；所述沼氣遷
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種垃圾填埋場(chǎng)用堅(jiān)井分布及運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： 51 :確定堅(jiān)井所在庫(kù)區(qū)的基本參數(shù)； 52 :測(cè)定所述庫(kù)區(qū)垃圾堆體的滲透率及產(chǎn)氣速率； 53 :根據(jù)所述基本參數(shù)、滲透率及產(chǎn)氣速率，運(yùn)用第一優(yōu)化設(shè)計(jì)法，計(jì)算單個(gè)所述堅(jiān)井 的氣體壓力值，同時(shí)，計(jì)算出不同抽氣強(qiáng)度、打孔段長(zhǎng)度及所述滲透率對(duì)應(yīng)的單個(gè)所述堅(jiān)井 的流量值，并建立流量數(shù)據(jù)庫(kù)； S4:根據(jù)所述流量數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用第二優(yōu)化設(shè)計(jì)法，確定所述多個(gè)堅(jiān)井最優(yōu)的井間距、打 孔段長(zhǎng)度及抽氣強(qiáng)度； S5 :根據(jù)所述多個(gè)堅(jiān)井最優(yōu)的井間距及打孔段長(zhǎng)度進(jìn)行填埋場(chǎng)堅(jiān)井施工，根據(jù)所述最 優(yōu)的抽氣強(qiáng)度運(yùn)行所述多個(gè)堅(jiān)井。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟Sl中所述庫(kù)區(qū)的基本參數(shù)通過(guò)庫(kù)區(qū)所填的垃圾資料和入庫(kù)資料確定；所述 基本參數(shù)包括：所述庫(kù)區(qū)深度、垃圾填埋齡。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟S2中的滲透率通過(guò)抽氣試驗(yàn)確定，產(chǎn)氣速率通過(guò)氣體壓力監(jiān)測(cè)試驗(yàn)確定。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟S3中的所述第一優(yōu)化設(shè)計(jì)法包括： 根據(jù)滲透率及產(chǎn)氣速率，運(yùn)用沼氣遷移連續(xù)性方程確定氣體壓力值；所述沼氣遷移連 續(xù)性方程為
；其中，P為氣體壓力；k為垃圾堆體的滲透率；ε為 常數(shù)；μ為混合氣體運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)；Qg為產(chǎn)氣速率； 運(yùn)用單個(gè)堅(jiān)井流量計(jì)算公式確定單個(gè)堅(jiān)井運(yùn)行過(guò)程中流量的變化范圍；其中，所述單 個(gè)堅(jiān)井流量計(jì)算公式為
Qw為堅(jiān)井流量，單位m 3/h ; μ為混合氣 體運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，單位為Pa · s ;RW為堅(jiān)井半徑，單位m ;ρ為所述氣體壓力，單位Pa ;P w為抽 氣強(qiáng)度值，單位為Pa ;h為打孔段長(zhǎng)度，單位m ;氏為堅(jiān)井影響半徑，單位m ; 運(yùn)用所述沼氣遷移連續(xù)性方程計(jì)算出對(duì)應(yīng)的所述氣體壓力P ;通過(guò)計(jì)算得到的所述氣 體壓力P、設(shè)定不同的滲透率k值、打孔段長(zhǎng)度值h及抽氣強(qiáng)度值Pw，運(yùn)用所述單個(gè)堅(jiān)井流 量計(jì)算公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的堅(jiān)井流量值Q w。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟S4中的所述第二優(yōu)化設(shè)計(jì)法為：以所述滲透率值、打孔段長(zhǎng)度值、抽氣強(qiáng)度 值和堅(jiān)井流量值為優(yōu)化輸入變量，以堅(jiān)井流量與井間距關(guān)系式、井間距合理作用范圍關(guān)系 式、堅(jiān)井流量關(guān)系式為約束條件，以堅(jiān)井流量總和最大化為目標(biāo)，獲得所述多個(gè)堅(jiān)井同時(shí)運(yùn) 行條件下的最優(yōu)井間距、打孔段長(zhǎng)度和抽氣強(qiáng)度； 其中，所述堅(jiān)井流量與井間距關(guān)系為：
Q'w為多個(gè)堅(jiān)井同 時(shí)抽氣條件下的單井氣體流量，單位m3/h ; μ為混合氣體運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，單位Pa *s ;L為井 間距，單位m ;RW為堅(jiān)井半徑，單位m ;p為所述氣體壓力，單位Pa ;P w為抽氣強(qiáng)度，單位Pa ;h 為打孔段長(zhǎng)度，單位m; 所述井間距合理作用范圍關(guān)系式為
；其中，H為庫(kù)區(qū)深度，單位為 m ； 所述堅(jiān)井流量關(guān)系式為
；其中，Qg為堅(jiān)井覆蓋區(qū)域的產(chǎn)氣量， 單位m3/h ;Q' w為第j 口堅(jiān)井的流量，單位m3/h ;n為堅(jiān)井?dāng)?shù)量總和；Qmx為堅(jiān)井流量總和， 單位m3/h。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種垃圾填埋場(chǎng)用豎井分布及運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：確定豎井所在庫(kù)區(qū)的基本參數(shù)；測(cè)定庫(kù)區(qū)垃圾堆體的滲透率及產(chǎn)氣速率；運(yùn)用第一優(yōu)化設(shè)計(jì)法計(jì)算出不同抽氣強(qiáng)度、打孔段長(zhǎng)度及滲透率對(duì)應(yīng)的單個(gè)豎井的流量值；根據(jù)流量數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用第二優(yōu)化設(shè)計(jì)法，確定多個(gè)豎井最優(yōu)的井間距、打孔段長(zhǎng)度及抽氣強(qiáng)度；進(jìn)行豎井施工，按最優(yōu)的抽氣強(qiáng)度運(yùn)行多個(gè)豎井。該方法以豎井收集量的最大化為目標(biāo)，開(kāi)展多個(gè)豎井收集量的預(yù)測(cè)，給出多個(gè)豎井協(xié)同運(yùn)行的最優(yōu)化方案，通過(guò)優(yōu)化抽氣井的分布和運(yùn)行狀態(tài)，增強(qiáng)了豎井對(duì)填埋場(chǎng)庫(kù)區(qū)內(nèi)沼氣的控制和收集，有效提高了收集系統(tǒng)的收集效率，為提高填埋場(chǎng)沼氣發(fā)電工程的運(yùn)行效能提供了技術(shù)支持。
【IPC分類】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104680009
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510075248
【發(fā)明人】劉磊, 薛強(qiáng), 曾剛, 王平, 陳億軍, 馬駿
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日