Система сбора и утилизации биогаза

Проект «Размещение системы сбора и утилизации биогаза для производства электроэнергии на полигоне твердых бытовых отходов»

Система сбора и утилизации биогаза предназначена для удаления и использования биогаза (примерный состав: метан – 40...60%, углекислый газ – 30...45%, азот, кислород, водород и другие газы – 5...10%) с целью производства электроэнергии и уменьшения негативного влияния полигона ТБО на окружающую среду. В ее состав входят следующие элементы:

• Газосборные скважины – 26 единиц;
• Трубопроводы биогаза – 26 единиц;
• Магистральный газопровод – 1 единица;
• Газосборные пункты - 4 единицы;
• Компрессорная установка-1 единица;
• Узел подготовки биогаза – 1 единица;
• Свеча для сжигания биогаза - 1 единица;
• Когенерационная установка-1 единица.

Скважины системы сбора и утилизации биогаза размещаются по площади полигона ТБО на расстоянии 45...50 м друг от друга. От каждой скважины в сторону газосборного пункта прокладывается индивидуальный трубопровод биогаза. Трубопровод прокладывается в траншеях на глубине не менее 1 м. В местах газосборных пунктов трубопроводы биогаза с использованием контрольно-регулирующей арматуры присоединяются к магистральному газопроводу. Поскольку газосборные пункты выходят на поверхность полигона ТБО, то элементы трубопроводов в них выполняются из стали.

Вдоль газосборных пунктов к площадке под технологическое оборудование в траншее прокладывается магистральный газопровод, который транспортирует биогаз к компрессорной установке. В состав последней входит центробежная газодувка, а также включен узел подготовки биогаза и свеча для его сжигания, что будет использоваться в случае остановки когенерационных модулей и/или при наличии чрезмерного газообразования на полигоне. Накопленный в магистральном трубопроводе и узле подготовки биогаза конденсат сливается в дренажный колодец, который размещен рядом с компрессорной установкой.

После компрессорной установки подготовленный биогаз подается на свечу для сжигания, или в когенерационную установку, где утилизируется в двигателях-генераторах с производством электроэнергии. Выработанная электроэнергия за исключением собственных нужд через трансформатор и линию электропередачи подается в общую электросеть.

Вывезены на полигон ТБО отходы складируются в пределах условных рабочих карт, эксплуатация которых часто зависит от погодных условий. Для складирования отходов используются четыре бульдозера Т-171, которые работают поочередно. Дальнейшее уплотнение отходов с помощью более тяжелой техники не применяются в связи с ее отсутствием. При таких условиях эксплуатации средняя плотность отходов на полигоне ТБО оценивается на уровне 750 кг/м³.

По завершению складирования отходов, большая их часть остается открытой и контактирует с атмосферным воздухом. Пересыпки отходов или изоляция слоями грунта на полигоне ТБО применяется достаточно редко в зависимости от доступных материалов. Обычно толщина этой пересыпки не превышает 0,3 м. Такая практика может приводить к пожарам на полигоне ТБО в теплые периоды года и до попадания атмосферных осадков в его тело, что является результатом уменьшения газообразования и увеличения количества фильтрата.

По официальным данным полигон ТБО заполнен отходами более чем на 90% и практически исчерпал свою проектную мощность. Его эксплуатация продлится до 2018 года. Однако планов и места для строительства нового полигона в Ровенском городском совете до сих пор нет. Поэтому можно прогнозировать, что эксплуатация данного объекта и вывоз отходов может продолжаться минимум до 2026

Уравнение модели газообразования

Полигон ТБО являются источником образования биогаза (примерный состав: метан – 40...60%, углекислый газ – 30...45%, азот, кислород, водород и другие газы – 5...10%). Для прогнозирования количества образующегося биогаза в полигоне ТБО, используется Национальная многокомпонентная модель газообразование, разработанная для Национального кадастра антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов в Украине.

В обнове национальной модели лежит известный метод затухания первого порядка, который учитывает состав, свойства и практику складирования отходов, вместимость и срок эксплуатации полигона ТБО, а также климатические условия района расположения полигона ТБО. В соответствии с этим методом, расчет ожидаемого количества биогаза, образующегося в полигоне ТБО, выполняют по формуле:

где Q(t) - расчетное количество образующегося биогаза за период t, м³;

- нормирующий множитель, корректирующий суммирование;

MWS_i - общая масса ТБО, которые складируются на полигоне за год i, т/год;

MWS_j,i - содержание категории j В ТБО за год, i массовые %;

k_j - постоянная скорость образования биогаза, 1/год;

L_0j,i - потенциал образования биогаза за год i , тБГ/тТПВ;

t - расчетный период, год;

x - сумма лет за предыдущий период, год.

Потенциал образования биогаза определяется по формуле:

где DOC_j - общая масса органического углерода, разлагающегося в категории отходов, j тС / тТПВ;

DOC_F - содержание разлагающейся органики в 1 тоне отходов (DOC_F=0,5);

MCF_i - фактор коррекции метана, образующийся за год i.

Общий объем биогаза, образующегося в полигоне ТБО за период t, получают путем суммирования результатов расчетов для каждой категории отходов j. С учетом непредвиденных обстоятельств общий объем биогаза, который можно собрать с полигона ТБО за период t, определяется по формуле:

где Q'(t) - количество биогаза, которое можно собрать за период t, м³;

K_C - коэффициент эффективности системы сбора биогаза (K_C=0,5);

K - коэффициент поправки на непредвиденные обстоятельства (K=0,7).

В расчетах количества биогаза содержание метана в нем принимается 55%, при котором теплотворная способность биогаза составляет 5 000 ккал (~21 МДж/м³).