Система збору та утилізації біогазу

Проект «Розміщення системи збору та утилізації біогазу для виробництва електроенергії на полігоні твердих побутових відходів»

Система збору та утилізації біогазу призначена для видалення та використання біогазу (приблизний склад: метан – 40-60%, вуглекислий газ – 30-45%, азот, кисень, водень та інші гази – 5-10%) з метою виробництва електроенергії та зменшення негативного впливу полігону ТПВ на навколишнє середовище. До її складу входять наступні елементи:

• Газозбірні свердловини – 26 одиниць;
• Трубопроводи біогазу – 26 одиниць;
• Магістральний газопровід – 1 одиниця;
• Газозбірні пункти – 4 одиниці;
• Компресорна установка – 1 одиниця;
• Вузол підготування біогазу – 1 одиниця;
• Свіча для спалювання біогазу – 1 одиниця;
• Когенераційна установка – 1 одиниця.

Свердловини системи збору та утилізації біогазу розміщуються по площі полігону ТПВ на відстані 45…50 м одна від одної. Від кожної свердловини у бік газозбірного пункту прокладається індивідуальний трубопровід біогазу. Трубопровід прокладається в траншеях на глибині не менше 1 м. В місцях газозбірних пунктів трубопроводи біогазу з використанням контрольно-регулюючої арматури приєднуються до магістрального газопроводу. Оскільки газозбірні пункти виходять на поверхню полігону ТПВ, то елементи трубопроводів в них виконуються із сталі.

Вздовж газозбірних пунктів до майданчика під технологічне обладнання у траншеї прокладається магістральний газопровід, який транспортує біогаз до компресорної установки. До складу останньої входить відцентрова газодувка, а також включений вузол підготування біогазу та свіча для його спалювання, що буде використовуватись у випадку зупинки когенераційних модулів та/або за наявності надмірного газоутворення на полігоні. Накопичений в магістральному трубопроводі та вузлі підготування біогазу конденсат зливається в дренажний колодязь, який розміщений поряд з компресорною установкою.

Після компресорної установки підготовлений біогаз подається на свічу для спалювання, або в когенераційну установку, де утилізується в двигунах-генераторах з виробництвом електроенергії. Вироблена електроенергія за виключенням власних потреб через трансформатор та лінію електропередачі подається в загальну електромережу.

Вивезені на полігон ТПВ відходи складуються в межах умовних робочих карт, експлуатація яких часто залежить від погодних умов. Для складування відходів використовуються чотири бульдозери Т-171, які працюють почергово. Подальше ущільнення відходів за допомогою більш важкої техніки не застосовуються у зв’язку з її відсутністю. За таких умов експлуатації середня густина відходів на полігоні ТПВ оцінюється на рівні 750 кг/м³.

По завершенню складування відходів, більша їх частина залишається відкритою та контактує з атмосферним повітрям. Пересипка відходів або ізоляція шарами ґрунту на полігоні ТПВ застосовується досить рідко в залежності від доступних матеріалів. Зазвичай товщина цієї пересипки не перевищує 0,3 м. Така практика може призводити до пожеж на полігоні ТПВ в теплі періоди роки та до потрапляння атмосферних опадів в його тіло, що є результатом зменшення газоутворення та збільшення кількості фільтрату.

За офіційними даними полігон ТПВ заповнений відходами більш ніж на 90% та практично вичерпав свою проектну потужність. Його експлуатація триватиме до 2018 року. Однак планів та місця для будівництва нового полігону в Рівненській міській раді досі немає. Тому можна прогнозувати, що експлуатація даного об’єкту та вивіз відходів може продовжуватися щонайменше до 2026

Рівняння моделі газоутворення

Полігон ТПВ є джерелом утворення біогазу (приблизний склад: метан – 40…60%, вуглекислий газ – 30…45%, азот, кисень, водень та інші гази – 5…10%). Для прогнозування кількості біогазу, що утворюється в полігоні ТПВ, використовується Національна багатокомпонентна модель газоутворення, що розроблена для Національного кадастру антропогенних викидів із джерел і абсорбції поглиначами парникових газів в Україні.

В онові Національної моделі лежить відомий метод затухання першого порядку, який враховує склад, властивості і практику складування відходів, місткість і термін експлуатації полігону ТПВ, а також кліматичні умови району розташування полігону ТПВ. У відповідності до цього методу, розрахунок очікуваної кількості біогазу, що утворюється в полігоні ТПВ, виконують за формулою:

де Q(t) – розрахункова кількість біогазу, що утворюється за період t, м³;

- нормуючий множник, який коригує підсумовування;

MWS_i - загальна маса ТПВ, які складуються на полігоні за рік i, т/рік;

MWS_j,i - вміст категорії j у ТПВ за рік i, масові %;

k_j - постійна швидкості утворення біогазу, 1/рік;

L_0j,i - потенціал утворення біогазу за рік i, тБГ/тТПВ;

t - розрахунковий період, рік;

x - сума років за попередній період, рік.

Потенціал утворення біогазу визначається за формулою:

де DOC_j - загальна маса органічного вуглецю, що розкладається в категорії відходів j, тС/тТПВ;

DOC_F - вміст органіки, що розкладається, в 1 тоні відходів (DOC_F=0,5);

MCF_i - фактор корекції метану, що утворюється за рік i.

Загальний об’єм біогазу, що утворюється в полігоні ТПВ за період t, отримують шляхом підсумовування результатів розрахунків для кожної категорії відходів j. З урахуванням непередбачених обставин загальний об’єм біогазу, що можна зібрати з полігону ТПВ за період t, визначається за формулою:

де Q'(t) – кількість біогазу, що можна зібрати за період t, м³;

K_C – коефіцієнт ефективності системи збору біогазу (K_C=0,5);

K – коефіцієнт поправки на непередбачені обставини (K=0,7).

В розрахунках кількості біогазу вміст метану в ньому приймається 55%, при якому теплотворна здатність біогазу становить 5 000 ккал (~21 МДж/м³).