Sistema de recolección y utilización de biogás
Proyecto “Colocación de un sistema de recolección y aprovechamiento de biogás para la producción de energía eléctrica en un relleno sanitario de residuos sólidos”
El sistema de recolección y utilización de biogás está diseñado para remover y usar biogás (composición aproximada: metano - 40...60%, dióxido de carbono - 30...45%, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y otros gases - 5...10 %) con el fin de generar electricidad y reducir el impacto negativo del vertedero en el medio ambiente. Consta de los siguientes elementos:
- Pozos de recolección de gas - 26 unidades;
- Tuberías de biogás - 26 unidades;
- Gasoducto principal - 1 unidad;
- Puntos de recolección de gas - 4 unidades;
- Unidad de compresor - 1 unidad;
- Unidad de preparación de biogás - 1 unidad;
- Vela para quemar biogás - 1 unidad;
- Planta de cogeneración - 1 unidad.
Los pozos del sistema de recolección y aprovechamiento de biogás están ubicados sobre el área del relleno sanitario a una distancia de 45...50 m entre sí. Se tiende una tubería de biogás individual desde cada pozo hacia el punto de recolección de gas. La tubería se coloca en zanjas a una profundidad de al menos 1 M. En los lugares de los puntos de recolección de gas, las tuberías de biogás se conectan a la tubería de gas principal mediante válvulas de control. Dado que los puntos de recolección de gas van a la superficie del vertedero de desechos sólidos, los elementos de tubería en ellos están hechos de acero.
Se coloca un gasoducto principal a lo largo de los puntos de recolección de gas hasta el sitio para el equipo de proceso en una zanja, que transporta el biogás a la unidad compresora. Este último incluye un soplador centrífugo, así como una unidad de preparación de biogás y una vela para su combustión, que serán utilizados en caso de parada de los módulos de cogeneración y/o ante la presencia de generación excesiva de gas en el relleno sanitario. El condensado acumulado en la tubería principal y la unidad de preparación de biogás se drena en un pozo de drenaje, que se encuentra junto a la unidad compresora.
Después de la planta compresora, el biogás preparado se alimenta a una vela para quemar, oa una planta de cogeneración, donde se utiliza en generadores de motor con generación de electricidad. La electricidad generada, a excepción de las propias necesidades, se alimenta a través de un transformador y una línea eléctrica a la red eléctrica general.
Los residuos llevados al vertedero de RSU se almacenan dentro de los límites de las tarjetas de trabajo condicionadas, cuyo funcionamiento depende muchas veces de las condiciones climáticas. Para el almacenamiento de residuos se utilizan cuatro bulldozers T-171, que trabajan alternativamente. Debido a su ausencia, no se utiliza una mayor compactación de los residuos con equipos más pesados. En tales condiciones de funcionamiento, la densidad media de los residuos en el vertedero de RSU se estima en 750 kg/m3.
Una vez finalizado el almacenamiento de los residuos, la mayor parte permanece abierta y entra en contacto con el aire atmosférico. La transferencia de residuos o el aislamiento del suelo en el vertedero de RSU rara vez se utiliza, dependiendo de los materiales disponibles. Típicamente, el espesor de esta sobrecarga no supera los 0,3 m, esta práctica puede provocar incendios en el relleno sanitario durante los períodos cálidos del año y antes de que la precipitación ingrese a su cuerpo, lo cual es el resultado de una disminución en la generación de gas y un aumento en el cantidad de lixiviado.
Según datos oficiales, el vertedero de residuos sólidos está lleno de residuos en más del 90% y prácticamente ha agotado su capacidad de diseño. Su funcionamiento durará hasta 2018. Sin embargo, todavía no hay planes y un lugar para la construcción de un nuevo vertedero en el Ayuntamiento de Rivne. Por tanto, se puede prever que la operación de esta instalación y la retirada de residuos pueda continuar al menos hasta 2026
Ecuación del modelo de formación de gas
El vertedero de residuos sólidos es una fuente de formación de biogás (composición aproximada: metano - 40...60%, dióxido de carbono - 30...45%, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y otros gases - 5...10%). Para predecir la cantidad de biogás generado en un vertedero de residuos sólidos, se utiliza el modelo nacional de generación de gas multicomponente desarrollado para el Inventario Nacional de emisiones antropogénicas de fuentes y remociones por sumideros de gases de efecto invernadero en Ucrania.
La actualización del modelo nacional se basa en el conocido método de descomposición de primer orden, que tiene en cuenta la composición, propiedades y prácticas de almacenamiento de los residuos, la capacidad y vida útil del relleno sanitario, así como las condiciones climáticas de la zona. donde se encuentra el vertedero. De acuerdo con este método, el cálculo de la cantidad esperada de biogás generado en el vertedero de RSU se realiza según la fórmula:
Dóndeq(t) - cantidad estimada de biogás generado para el períodot, metro3;
es un factor de normalización que corrige la suma;
MWSi - la masa total de residuos sólidos que se almacena en el relleno sanitario por añoi, t/año;
MWSJi - contenido de la categoríaj En RSU por año,i masa %;
kj - tasa constante de formación de biogás, 1/año;
L0j, yo - potencial de generación de biogás por añoi, tBG/tTPV;
t - período de facturación, año;
X - suma de años del período anterior, año.
El potencial de formación de biogás está determinado por la fórmula:
DóndeDOCj es la masa total de carbono orgánico en descomposición en la categoría de residuos,j tS/tTPV;
DOCF - contenido de materia orgánica en descomposición en 1 tonelada de residuos (DOCF=0,5);
FCMi - factor de corrección de metano formado por añoi.
El volumen total de biogás generado en el vertedero durante el períodot, obtenido sumando los resultados del cálculo para cada categoría de residuosj. Teniendo en cuenta las circunstancias imprevistas, el volumen total de biogás que se puede recoger del vertedero de RSU durante el períodot, está determinada por la fórmula:
DóndeQ'(t) - la cantidad de biogás que se puede recolectar durante el períodot, metro3;
kC - coeficiente de eficiencia del sistema de recolección de biogás (kC=0,5);
k - factor de corrección por circunstancias imprevistas (k=0,7).
Al calcular la cantidad de biogás, se supone que el contenido de metano es del 55 %, con lo cual el poder calorífico del biogás es de 5000 kcal (~21 MJ/m3).
