Меню Рубрики

Установки по утилизации свалочного газа

Технологическая схема экстракции и утилизации свалочного газа

Особенности технологической схемы по извлечению и утилизации свалочного газа

В целях добычи газов со свалок, как правило, применяется определенный механизм: вертикальные скважины, присоединяются к линиям газопровода, в котором вакуумное оборудование формирует разрежение, требуемое для перемещения газа до места его применения. Устройства для сбора и утилизации устанавливаются на заблаговременно подготовленной площадке за границами свалки.

В каждой скважине осуществляется дренаж определенного блока твердых отходов бытового характера, который имеет цилиндрическую форму. Скважину можно считать стабильной, если ее показатель дебита не больше количества новых СГ. Определение дебита образованной толщи отходов осуществляется в процессе проведения полевых исследований газового и геохимического характера.

Создание системы для газодренажа осуществляется на месте нахождения полигона отходов после консервации полигона, кроме того, такая система может создаваться на отдельных частях полигона в зависимости от очереди их загрузки. Территория местонахождения ТБО, на которой планируется формирование системы для сбора газов, должна быть подвержена рекультивации, то есть покрыта грунтовым слоем, толщина которого не меньше 40 см.

Рис.1. Принципиальная технологическая схема системы по сбору свалочного газа

Особенности скважин

Для получения свалочного газа в местах нахождения ТБО используются вертикальные скважины. Как правило, они размещаются равномерно на участке свалочного полигона с промежутком 50-100 м, между близлежащими скважинами. Диаметр скважин составляет от 200 до 600 мм, обычно вместе они составляют десятки метров. В целях проходки скважин применяется стандартное оборудование для бурения и спецтехника, с помощью которой можно формировать большие скважины. Выбор определенного оборудования зависит от экономических факторов.

При создании скважин в глубине отходов в условиях российской действительности целесообразно применение бурения шнекового типа. Это недорогой и доступный способ, поскольку он широко применяется в инженерных и геологических работах. При применении этого способа бурения максимально допустимый диаметр скважины равен 0,5 м. Тем не менее, их создание в России сопряжено с трудностями, которые связаны с наличием большого числа посторонних включений (частиц из металла и бетона, остатков техники и устройств). Эти посторонние частицы затрудняют бурение и нередко влекут за собой неисправности в инструментах для бурения. Практика показывает, что со сравнительной простотой можно создать скважины размером 250-300 мм, при этом их будет вполне достаточно для извлечения свалочного газа.

После окончания строительства начинают монтировать оголовок скважины, который представлен в виде цилиндра из металла, имеющего газозапорные детали для изменения дебита скважины и проверки состава газов, кроме того, цилиндр имеет патрубок, с помощью которого скважина связывается с газопроводом.

Газопроводы для передачи газов со свалки

Температура газов в глубине отходов может составлять около 50 градусов, а показатель влажности – 7 процентов. После завершения экстракции газа и его попадания в газопроводы температурный режим резко понижается, образуется конденсат, который выделяется в больших количествах. Для примера при извлечении свалочного газа в количестве 100 куб. м. за один час появляется около 1 куб. м. конденсата. Вот почему отвод этой жидкости с использованием специальной техники представляет собой важную задачу. Наличие конденсата в газопроводе приведет к сложности или невозможности процесса экстракции газов.

Газопровод формируется в траншеях, которые прокладываются на глубине, препятствующей промерзанию труб при отрицательных температурах. При создании линий этой системы для предотвращения образования конденсата следует придерживаться специальных уклонов, а также монтировать устройства для отвода конденсата, которые своевременно удаляют влагу.

Конденсатоотводчик – это резервуар из стали, в который стекает конденсат, устройство имеет механизм гидрозатвора. С помощью него обеспечиваются небольшие затраты труда для поддержания устройства в рабочем виде.

Для регулирования функционирования газопровода применяются запорные детали в виде специальных кранов и заслонок. С помощью запорной арматуры обеспечивается надежность, быстрота и безопасность при использовании системы с небольшими гидравлическими затратами. При использовании трубопроводов газы поступают на предназначенный для этого пункт сбора.

Пункт для сбора газов

Газосборный участок используется для удаления свалочного газа из толщи свалки. В этих целях с применением электрического вентилятора в механизме газопровода обеспечивается разряжение (показатель примерно 100 мбар).

Особенности устранения свалочного газа

Ниже приведены определенные методы для утилизационных работ:

  1. сжигание факельного типа, которое устраняет специфические запахи и уменьшает показатель пожароопасности на территории нахождения твердых отходов, в этом случае энергетические возможности газов не применяются в хозяйственной сфере;
  2. непосредственное прямое сжигание для создания теплоэнергии;
  3. применение газов в качестве топливного ресурса для двигателей с целью образование электрической энергии и источника тепла;
  4. применение ресурса в качестве топливного источника для газовой турбины для получения тепло- и электроэнергии;
  5. доведение концентрации метана в газе до 95 процентов с дальнейшим использованием ресурса в газовой сети.

Необходимость использования того или иного метода зависит от определенных показателей хозяйственной деятельности на отходном полигоне, определяется количеством платежеспособных потребителей носителей энергии, которые были получены в результаты работы с СГ. В большинстве развитых государств такая деятельность стимулируется органами власти с помощью законодательства. Например, в Америке действуют нормативные акты, которые обязывают граждан приобретать альтернативную энергию. Кроме того, на законодательном уровне зафиксирована стоимость данной разновидности энергии, в большинстве случаев она в несколько раз выше цены на энергию, которая создана на базе традиционных носителей энергии (например, нефтепродуктов).

В РФ нет таких нормативных актов. Как следствие – большие сложности при реализации энергии, которая была получена от газов со свалки. Это положение дел тормозит повсеместное распространение метода в российских условиях. В данной ситуации применение СГ для удовлетворения потребностей полигонов с отходами или конкретных потребителей представляется более целесообразным.

Масштабы экстракции свалочного газа в мире

В существенных объемах такой газ создается и устраняется в определенных странах Запада, например, в Америке, Великобритании, Франции, Дании. Объемы добычи газа за год свидетельствуют о том, что глобальные работы по утилизации дают результаты около 1,2 млрд. куб. м в течение одного года или 429 тыс. т. металла или 1 процент его глобального производства. Можно сделать вывод, что объем извлекаемых веществ ничтожно мал по сравнению с количеством их образования. Это дает широкие перспективы для развития биологического газа как отдельной отрасли.

Таблица 1. Объемы годовой газодобычи

Объем добычи СГ,
млн. куб.м/год

США 500 Германия 400 Великобритания 200 Нидерланды 50 Франция 40 Италия 35 Дания 5 Итого: 1230

Перспективы изыскания и устранения свалочного газа в российских условиях

Для определения возможностей распространения технологии в РФ проводились технические и экономические подсчеты потенциальных стандартных объектов в этой сфере. В качестве первоначальной информации применяли итоги пилотных проектов, которые были реализованы организацией «Геополис» в Московской области. Период длительности стандартного проекта равнялся в таких расчетах одному десятилетию. Стоит отметить, что при определении прибыли от добычи газа и электрической энергии применялись цены ниже действующих на данный момент в сфере энергетических ресурсов (180 рублей за кубометр СГ и 250 рублей за 1 кВт в час электрической энергии).

Эти данные были получены в результате опроса потенциальных пользователей электроэнергии из газов. Рассматривалось два вида схем для устранения СГ. Первая предполагала создание электроэнергии, вторая включала в себя передачу сырого газа пользователям. Результаты этих исследований позволяют сделать выводы: объекты по созданию электрической энергии нуждаются в крупных денежных вложениях и являются максимально прибыльными в соответствии с абсолютными показателями. С увеличением массы тел свалочного типа в прямой пропорции возрастают технические и экономические показатели. Все рассмотренные способы отличаются экономической эффективностью. Важно добавить, что эти расчеты имеют и ограничения. Здесь не учитывается обложение налогами и инфляционный процесс. Их появление в расчетной схеме негативно повлияет на показатели прибыли.

Таблица 2. Технико-экономические показатели типовых объектов по производству электроэнергии из СГ

Масса свалочного тела
(млн. т)
Мощность объекта
(MW)
Инвестиции + экспл. затраты
(млн. руб.)
Накопленная прибыль*
(млн. руб.)
>=2,5 >=2,6 >=12 300 >=25 000
2,5 — 1,0 2,60 — 1,04 12 300 — 10 350 25 000 — 10 000
1,0 — 0,5 1,04 — 0,52 10 350 — 5 200 10 000 — 5 000
Технико-экономические показатели типовых объектов по добыче СГ

Масса свалочного тела
(млн. т)
Мощность объекта
(куб. м/ч)
Инвестиции + экспл. затраты
(млн. руб.)
Накопленная прибыль*
(млн. руб.)
>=2,5 >=2 000 >=8 400 >=12 000
2,5 — 1,0 2 000 — 800 8 400 — 4 000 12 000 — 6 000
1,0 — 0,5 800 — 400 4 000 — 2 000 6 000 — 3 000
=2,5 >=20
2,5 — 1,0 90
1,05 — 0,5 400
>=0,5 800

Разновидности российских свалок

Проект, посвященный санитарному захоронению с высвобождением энергии в Московской области, начался в 1994-м году и длился два с половиной года. Предназначение этого проекта – выявление в РФ возможностей биогазовой методики – одной из составляющих захоронения отходов по санитарным правилам.

Биогаз представляет собой окончательную продукцию разложения на микробиологическом уровне фракций отходов, которые находятся на полигоне. Речь идет об остатках растительного типа и животного происхождения, бумажных и древесных фракциях. Скорость, к которой такие материалы проходят биологическую инверсию, не одинакова и зависит не только от разновидности отходов, но и от физических, химических параметров в теле свалочного типа (показателей влажности, температурного режима и так далее).

Биогаз представляет собой горючий материал, который включает в себя около 60 процентов метана и примерно 50 процентов двуокиси углерода, его уровень теплотворной способности в два раза меньше, нежели аналогичный показатель у природного газа, он варьируется от 4500 до 5000 Ккал на кубометр. Количество биологического газа, которое можно набрать и устранить на отходном полигоне находится в прямой пропорции с весом газа свалочного типа.

Рис.2. Объём образования и добычи биогаза

источник

Добыча свалочного газа

Добыча свалочного газа происходит с использованием пассивной, либо активной системы сбора. Типичная система, будь то активная или пассивная, состоит из серии газоотводящих скважин, размещенных по всей территории полигона для твердых бытовых отходов (ТБО). Количество скважин и расстояние между ними зависят от характеристик конкретного полигона, таких как объем, плотность, глубина и площадь отходов. По мере добычи свалочного газа, газоотводящие скважины создают предпочтительный маршрут миграции газа. Большинство систем сбора свалочного газа спроектированы с учетом резервирования, что обеспечивает непрерывность работы и защиту от сбоя. Такое резервирование может предусматривать дополнительные газоотводящие скважины на случай отказа какой-либо из действующих.

«C» Установка для извлечения и сжигания свалочного газа

Установка в компактном исполнении на окрашенной или оцинкованной горячим способом раме из углеродистой стали. Горелка для сжигания выполнена из нержавеющей стали и изнутри покрыта керамическим волокном.

Установка по высокотемпературной утилизации свалочного газа класса «HT»

Установка выполнена на окрашенной или оцинкованной горячим способом раме или в контейнере

Установка постоянного горения свалочного газа

Процесс постоянной добычи и утилизации свалочного биогаза необходим для законсервированных полигонов и вновь вводимых в эксплуатацию, где мощности по выходу биогаза ограничены из-за низкого статического давления биогаза полигона или где нет возможности подключения к стационарной сети электроснабжения.

Пассивные системы добычи свалочного газа

Для отвода свалочного газа в атмосферу или в регулирующую систему, пассивные газосборные системы (рис.1) задействуют перепады давления и концентрацию газа, создающиеся на полигоне ТБО. Такие системы можно установить в ходе активной эксплуатации полигона или после его закрытия. Свалочный газ поступает в газоотводящие скважины, также именуемые добывающими. Скважины оборудуются, как правило, пластиком с перфорацией или с прорезями и имеют вертикальную ориентацию с установкой в толщу полигона на глубине 50—90 % общего уровня отходов, а в случае присутствия грунтовых вод — на уровне их поверхности. Вертикальные скважины обычно размещают после полного или частичного закрытия мусорного полигона. В качестве каналов миграции газа пассивная газосборная система также может содержать горизонтальные скважины, которые располагают ниже уровня почвы. Это подходит для тех объектов, где есть потребность в быстром отводе газов (например, полигоны с проблемами миграции подземных газов), а также для глубоких или эксплуатируемых полигонов. Некоторые скважины отводят газ непосредственно в атмосферу, большинство же транспортируют его в перерабатывающие или регулирующие системы (например, факельные установки).

Рис.1 Пассивная газосборная система

Эффективность пассивной системы добычи свалочного газа отчасти зависит от того, насколько хорошо газ удерживается в пределах полигона. Объем газа можно контролировать и варьировать за счет различных конструкций систем добычи свалочного газа. Газ можно удерживать с использованием изоляции над, под и по краям полигона. Непроницаемая изоляция (например, глина или геосинтетическая мембрана), не пропускающая свалочный газ, позволяет создавать предпочтительные маршруты миграции газа. Например, если установить такой барьер над полигоном, неконтролируемый отвод в атмосферу будет ограничен и газ пойдет через газоотводящие скважины.

Эффективность пассивной системы также зависит от экологических условий и возможности их контроля за счет конструктивной схемы. При недостаточном давлении для вытеснения газа в вентиляционное или регулирующее устройство пассивная система не сможет хорошо удалять газ. Как указано, высокое барометрическое давление иногда приводит к затягиванию на полигон внешнего воздуха через пассивные вентиляционные каналы, не транспортирующие газ в регулирующие устройства. Вот почему пассивные системы добычи свалочного газа считаются недостаточно надежными в случае высокого риска миграции газов, в частности там, где в зданиях и замкнутых пространствах возможно скопление метана во взрывоопасных объемах.

Достаточно распространено факельное сжигание свалочного газа, как решение, например, проблемы распространения запахов, даже при отсутствии нормативных предписаний. При соответствии требованиям NSPS (нормативов концентрации загрязняющих веществ для нового источника) и EG (нормативов по выбросам) пассивные системы добычи свалочного газа можно использовать только на полигонах, секции которых изолированы согласно подпункту D RCRA (Закона США о сохранении и восстановлении природных ресурсов) в целях предотвращения миграции газа.

Активные системы добычи свалочного газа

Качественно спроектированные активные системы добычи свалочного газа (рис.2) считаются наиболее эффективными для сбора свалочного газа (по данным EPA — Агентства США по охране окружающей среды, 1991). Активные системы, так же как и пассивные, состоят из вертикальных и горизонтальных скважин. Отличие в том, что в данном случае скважины оборудуются клапанами для регулирования потока газа и забора проб. Забор проб дает возможность оператору системы определять уровень газообразования, состав и давление газа.

Активные системы добычи свалочного газа снабжены вакуумными устройствами или насосами для отвода газа с полигона и трубопроводом, соединяющим газоотводящие скважины с вакуумными устройствами. Вакуумные устройства или насосы выводят газ с полигона посредством создания низкого давления в газоотводящих скважинах. Низкое давление в скважинах формирует предпочтительный маршрут миграции свалочного газа. Размер, тип и количество вакуумных устройств, необходимых в активной системе для отвода газа с полигона, зависят от объема производимого газа. Имея информацию о генерировании, составе и давлении свалочного газа и возможность оценить изменения выработки и распределения газа, оператор полигона может перенастроить насосную систему и клапаны газоотводящих скважин для оптимизации схемы сбора газов. Конструкция системы должна учитывать потенциальные потребности обработки газа, связанные, например, с расширением площади полигона.

Рис.2 Активная система добычи свалочного газа

Компания Conveco предлагает комплексные решения для полиговнов ТБО по добыче и утилизации свалочного газа. Оттправьте нам запрос через форму ниже и наш специалист свяжется с вами в кратчайшие сроки.

источник

Добыча и утилизация свалочного газа (СГ)

Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу достиг почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. тонн в год. Влияние потока ТБО остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда биофильных элементов, в частности органического углерода. Так, масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн. тон в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет лишь 41,4 млн. тонн в год.

Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде. В этих условиях отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению, которое вызывает в частности генерацию свалочного газа.

Эмиссии СГ, поступающие в природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ. Это фактически привело к возникновению самостоятельной отрасли мировой индустрии, которая включает добычу и утилизацию СГ. Состояние данной отрасли, перспективы ее развития в России, наиболее распространенные из используемых технологий и ряд других взаимосвязанных вопросов экологического и технико-экономического характера затрагиваются в данной статье.

Процессы газообразования

Существенная часть фракций ТБО повсеместно представлена различными органическими материалами. Основными группами среди них являются пищевые остатки и бумага. Их соотношение меняется в зависимости от уровня развития страны и ее географического положения и культурных особенностей. Однако в целом доля органических фракций ТБО колеблется по миру не столь значительно, от 56% в развитых странах до 62% — в развивающихся. Если учесть фракции представленные древесными отходами, то эти величины возрастут соответственно до 61% и 69%.

В условиях захоронений, куда поступает практически 80% общего потока отходов, быстро формируются анаэробные условия, в которых протекает биоконверсия органического вещества (ОВ) с участием метаногенного сообщества микроорганизмов. В результате этого процесса образуется биогаз или, так называемый, свалочный газ (СГ), макрокомпонентами которого являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2).

Можно утверждать, что в среднем газогенерация заканчивается в свалочном теле в течение 10-50 лет, при этом удельный выход газа составляет 120-200 куб. м на тонну ТБО. Стехиометрия процесса газообразования может быть описана следующим упрощенным уравнением реакции:

n C6H10O5 + n H2O ——-> 3n CH4 + 3n CO2

Существенное варьирование газопродуктивности и скорости процесса определяется условиями среды, сложившимися в конкретном свалочном теле. К числу параметров контролирующих биоконверсию относятся влажность, температура, рН, состав органических фракций. Их комплексное влияние отражается в следующем уравнении кинетики реакции газообразования первого порядка:

  • Q — количество биогаза (куб. м), генерированное за время t (годы);
  • M — масса отходов (т);
  • q — удельный газовый потенциал (куб. м/т);
  • k — константа скорости реакции газообразования (1/год).

На практике, для прогноза газообразования применяют различные модификации формулы (1). Их основное различие сводится к количеству фракций органического вещества (ОВ) ТБО, включаемых в рассмотрение. Как правило, в составе ОВ выделяют быстро-, средне- и медленно разлагаемые материалы. Они существенно различаются по своим физико- химическим свойствам и сроком биологического распада. Так, например, разложение «быстрых» фракций завершается в течение 2-4 лет, в то время как биоконверсия «медленных» — протекает в течение десятилетий. В зависимости от количества фракций, включаемых в формулу (1), прогнозные модели принимают вид одно-, двух- и трехфазных.

Так, долголетние исследования позволили фирме «Геополис» установить, что обобщенная двухфазная модель, использующая константы скоростей реакций оцененные на основании полевых наблюдений, является адекватным средством прогноза образования СГ для условий России и Италии. Кривая реализации удельного газового потенциала ТБО, отражающая данную модель позволяет сделать вывод о том, что наиболее интенсивно процесс протекает в первые 5 лет, за которые выделяется около 50% полного запаса СГ.

Макрокомпонентами СГ являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2) их соотношение может меняться от 40-70% до 30-60% соответственно. В существенно меньших концентрациях, на уровне первых процентов присутствуют как правило — азот (N2), кислород (О2), водород (Н2). В качестве микропримесей в состав СГ могут входят десятки различных органических соединений.

Состав биогаза обуславливает ряд его специфических свойств. Прежде всего СГ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м 3 . В определенных концентрациях он токсичен. Конкретные показатели токсичности определяются наличием ряда микропримесей, таких, например как сероводород (Н2S). Обычно СГ обладает резким неприятным запахом. Также СГ, относится к числу так называемых парниковых газов, что придает ему глобальную значимость и делает его объектом пристального внимания мирового сообщества.

Масштабы газообразования

Глобальная эмиссия СГ является важным параметром для расчета прогнозных моделей изменения климата Земли в целом. Также на оценках потоков свалочного метана строятся национальные стратегии природоохранной деятельности в некоторых развитых странах. Так, например, в США вступил в силу закон о необходимости оборудования всех без исключения полигонов страны системами добычи и обезвреживания биогаза, после того как американскими исследователями было показано, что свалки являются основным антропогенным источником метана в США.

Первые глобальные оценки потока свалочного метана начали проводиться в прошлом десятилетии. Так, в одной из первых наиболее авторитетных работ 1987 года было показано, что глобальная эмиссия свалочного СН4 составляет 30-70 млн. т в год, или 6-18% от его общепланетарного потока. При этом отмечалось, что данная величина превышает массу метана выделяемого угольными шахтами. На основании роста объемов образования ТБО в развивающихся странах делался прогноз о том, что в следующем столетии свалки будут основным глобальным источником метана.

В середине девяностых годов оценка глобальной эмиссии свалочного метана проводилась экспертной группой Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC), была получена величина равная 40 млн. т/год. Практически она подтвердила правильность прежних оценок, и окончательно поставила свалочный метан в реестр основных источников парниковых газов планеты.

Интересно отметить, что существенный вклад в глобальную эмиссию производит Россия. По тем же оценкам IPCC свалки России ежегодно выбрасывают в атмосферу 1,1 млн. т, что составляет примерно 2.5% от планетарного потока.

Виды негативного влияния свалочного газа(СГ)

Свободное распространение СГ в окружающей среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального масштабов, обусловленных его специфическими свойствами.

При накоплении СГ могут формироваться взрыво- пожароопасные условия в зданиях и сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО. Такие ситуации регулярно возникают в случае нелегального захоронения ТБО в зонах жилой застройки. Например, в Москве, десятки объектов были построены в последнее десятилетие в зонах распространения так называемых насыпных грунтов, которые в большинстве случаев были представлены массами газогенерирующих ТБО. Только разработка специальных защитных мероприятий позволила ввести указанные объекты в строй. Вместе с тем известны случаи взрывов зданий из-за накопления СГ в их техподпольях. Ряд серьезных инцидентов такого рода, сопровождавшихся человеческими жертвами, имел место, в частности, в США и Англии. Частые пожары на полигонах также в основном являются последствием стихийного, бесконтрольного распространения СГ.

Накопление СГ в замкнутых пространствах также опасно с токсикологической точки зрения. Известно довольно много случаев отравлений при техническом обслуживании заглубленных инженерных коммуникаций, которые сопровождались смертельными исходами. К сожалению, открытая статистика таких инцидентов отсутствует. Высока вероятность того, что причиной несчастий было накопление СГ, источником которого являлись старые насыпные грунты.

СГ также оказывает гибельное воздействие на растительный покров. Так, причиной подавления растительного покрова, которое регулярно наблюдается вокруг свалочных тел, является накопление СГ в поровом пространстве почвенного покрова, вызывающее асфиксию корневой системы.

Свободное распространение СГ приводит также к загрязнению атмосферы прилежащих территорий, токсичными и дурно пахнущими соединениями. И наконец как уже отмечалось СГ является парниковым газом, который усиливает эффект изменения климата Земли в целом.

Приведенный перечень негативных явлений, обусловленных СГ, убедительно свидетельствует о необходимости борьбы с его эмиссиями. В большинстве развитых стран существуют специальные законы, обязывающие владельцев полигонов предотвращать стихийное распространение СГ. Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология экстракции и утилизации СГ.

Технологическая схема экстракции и утилизации СГ

Для экстракции СГ на полигонах обычно используется следующая принципиальная схема: сеть вертикальных газодренажных скважин соединяют линиями газопроводов, в которых компрессорная установка создает разрежение необходимое для транспортировки СГ до места использования. Установки по сбору и утилизации монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела. Принципиальная технологическая схема системы по сбору СГ приведена на рис.1.

Рис.1. Принципиальная технологическая схема системы по сбору СГ

Каждая скважина осуществляет дренаж конкретного блока ТБО, условно имеющего форму цилиндра. Устойчивость работы скважины может быть обеспечена, если ее дебит не превышает объема вновь образующегося СГ. Оценка газопродуктивности существующей толщи ТБО проводится в ходе предварительных полевых газо-геохимических исследований.

Сооружение газодренажной системы может осуществляться как целиком на всей территории полигона ТБО после окончания его эксплуатации, так и на отдельных участках полигона в соответствии с очередностью их загрузки. При этом надо учитывать, что для добычи СГ пригодны свалочные тела мощностью не менее 10 м. Желательно также, что бы территория полигона ТБО, на которой намечается строительство системы сбора СГ, была рекультивирована, т.е. перекрыта слоем грунта мощностью не менее 30-40см.

Скважины

Для добычи СГ на полигонах ТБО применяются вертикальные скважины. Обычно они располагаются равномерно по территории свалочного тела с шагом 50-100 м между соседними скважинами. Их диаметр колеблется в интервале 200-600 мм, а глубина определяется мощностью свалочного тела и может составлять несколько десятков метров. Для проходки скважин используется как обычное буровое оборудование, так и специализированная техника, позволяющая сооружать скважины большого диаметра. При этом, выбор того или иного оборудования обычно обусловлен экономическими причинами.

При бурении скважин в толще отходов в российских условиях, наиболее целесообразным по нашему мнению, является использование шнекового бурения. Оно сравнительно недорого и легко доступно, т.к. широко используется в инженерно-геологических изысканиях. При использовании этого вида бурения максимально возможный диаметр скважин составляет 0.5м. Однако их строительство в российских условиях встречает ряд трудностей, связанных с присутствием большого количества инородных включений (металлических и бетонных конструкций, остатков техники, механизмов и пр.) в свалочной толще, затрудняющих бурение и приводящих к частой поломке бурового инструмента. Наш опыт показывает, что относительно легко могут быть пробурены скважины диаметром 250-300 мм, в тоже время они вполне достаточны для добычи СГ.

Инженерное обустройство скважины включает несколько этапов. На первом — в скважину опускается перфорированная стальная или пластиковая труба, заглушенная снизу и снабженная фланцевым соединением в приустьевой части. Затем в межтрубное пространство засыпается пористый материал (например, гравий) с послойным уплотнением до глубины 3-4 м от устья скважины. На последнем этапе сооружается глиняный замок мощностью 3-4 м для предотвращения попадания в скважину атмосферного воздуха.

После завершения строительства скважины приступают к установке оголовка скважины, представляющего собой металлический цилиндр, снабженный газозапорной арматурой для регулировки дебита скважины и контроля состава СГ, а также патрубком для присоединения скважины к газопроводу.

На заключительной стадии на оголовок скважины устанавливается металлический или пластмассовый короб для предотвращения несакционированного доступа к скважине.

Газопроводы для транспортировки СГ

Температура СГ в толще отходов может достигать 40-50°С , а содержание влаги — 5-7% об.. После экстракции СГ из свалочного тела и его поступления в транспортные газопроводы, происходит резкое снижение температуры, что приводит к образованию конденсата, который может выделяться в значительных количествах. Ориентировочно при добыче СГ в объеме 100 м 3 /час, в сутки образуется около 1 м 3 конденсата. Поэтому отвод конденсата с помощью специальных устройств является задачей первостепенной важности, т.к. его наличие в газопроводе может затруднить или сделать невозможной экстракцию СГ.

На первом этапе проектирования газопроводов проводится их гидравлический расчет с целью выбора оптимального диаметра труб на различных участках.

При выборе материалов для газопроводов обычно рассматривают два варианта: использование пластиковых или стальных труб. Их сравнительный анализ проводится по следующим критериям:

  • механическая прочность;
  • коррозионная стойкость;
  • возможность использования в просадочных грунтах.

Основное преимущество стальных труб обусловлено механической прочностью и их повсеместным использованием при строительстве газопроводов в России. Пластиковые трубы характеризуются высокой коррозионной стойкостью и пластичностью. Учитывая высокую просадочную способность ТБО и высокую коррозионную активность СГ, для прокладки газопровода рекомендуется использовать пластиковые трубы из полиэтилена низкого давления (ПНД).

Полиэтиленовые газопроводы обладают рядом преимуществ по сравнению с металлическими: они гораздо легче, обладают достаточной прочностью, эластичностью и коррозийной стойкостью, хорошо свариваются. Газопроводы не требуют электрохимической защиты. Производительность труда при строительстве полиэтиленовых газопроводов в 2,5 раза выше. При приемке в эксплуатацию полиэтиленовых газопроводов требуется исполнительная документация согласно СНиП 2.04.08-87 и СНиП 3.05.02-88.

При отсутствии полиэтиленовых могут быть применены стальные трубы. В связи с повышенной агрессивностью среды свалочной толщи, при их использовании газопровод должен быть изолирован защитными покрытиями усиленного типа в соответствии с действующими техническими нормативами: битумно-полимерными, битумно-минеральными, полимерными (по ГОСТ 15836-79)

Газопровод прокладывается в траншеях, пройденных на глубине предотвращающей промерзание труб в зимнее время. При прокладке линий газопровода с целью предотвращения скопления конденсата необходимо соблюдать определенные уклоны, а также устанавливать конденсатоотводчики, обеспечивающие удаление влаги из системы.

Конденсатоотводчик представляет собой стальной сварной резервуар для стока конденсата с системой гидрозатвора, обеспечивающие минимальные трудозатраты по поддержанию их в рабочем состоянии.

Для регулирования работы газопровода используется запорная арматура из материалов коррозионностойких к биогазу — краны, задвижки и заслонки. Запорная арматура должна обеспечить надежность, оперативность и безопасность при управлении работой газопровода с минимальными гидравлическими потерями.

По системе трубопроводов СГ поступает на пункт сбора СГ.

Пункт сбора СГ

Газосборный пункт предназначен для принудительного извлечения СГ из свалочной толщи. Для этого с помощью специального электровентилятора в системе газопроводов создается небольшое разряжение (около 100 мбар).

Утилизация свалочного газа

В мировой практике известны следующие способы утилизации свалочного газа:

  • факельное сжигание, обеспечивающее устранение неприятных запахов и снижение пожароопасности на территории полигона ТБО, при этом энергетический потенциал СГ не используется в хозяйственных целях;
  • прямое сжигание СГ для производства тепловой энергии;
  • использование СГ в качестве топлива для газовых двигателей с целью получения электроэнергии и тепла;
  • использование СГ в качестве топлива для газовых турбин с целью получения электрической и тепловой энергии;
  • доведение содержания метана в СГ (обогащение) до 94-95% с последующим его использованием в газовых сетях общего назначения.

Целесообразность применения того или иного способа утилизации СГ зависит от конкретных условий хозяйственной деятельности на полигоне ТБО и определяется наличием платежеспособного потребителя энергоносителей, полученных на основе использования СГ. В большинстве развитых стран этот процесс стимулируется государством с помощью специальных законов. Так, во многих странах ЕЭС и США существуют законы, обязывающие потребителей покупать альтернативную энергию. Мало того, нормативно определена стоимость такого вида энергии, которая как правило в 2-2.5 раза выше стоимости энергии произведенной на основе традиционных энергоносителей (природный газ, нефтепродукты и пр.)

В России подобная нормативно-правовая база отсутствует. Следствием этого являются большие трудности, связанные со сбытом энергии полученной из СГ. Такое положение сдерживает широкое распространение технологии в России. В сложившихся условиях использование СГ для удовлетворения нужд полигона ТБО или локального потребителя является наиболее реалистичным.

Масштабы мировой экстракции свалочного газа

В заметных объемах биогаз добывается и утилизируется в ряде развитых западных стран. К их числу относятся США, Германия, Великобритания, Нидерланды, Франция, Италия, Дания. Объемы годовой газодобычи представлены в табл.1. из которой следует, что глобальная утилизация СГ составляет примерно 1,2 млрд. куб. м в год, что эквивалентно 429 тыс. тонн метана или 1% его глобальной эмиссии. Таким образом, объем извлекаемого газа ничтожен по сравнению с объемом его образования. Это открывает широкие возможности для развития биогаза как отрасли в целом.

Объемы годовой газодобычи

Перспективы добычи и утилизации СГ в России

Для оценки перспектив тиражирования технологии в России проводили специальные технико-экономические расчеты возможных типовых объектов по добыче и утилизации СГ. В качестве исходных данных использовали результаты пилотных проектов, выполненных фирмой «Геополис» в Московском регионе. Один из проектов, проводившийся на территории города Серпухова подробно описан в предыдущем разделе статьи. Срок жизни типового объекта принимали равным 10 годам. Важно подчеркнуть, что при расчете доходов от добычи газа и производства электроэнергии использовались цены ниже существующих сегодня на рынке энергоресурсов, а именно: 180 руб. за 1м 3 СГ и 250 руб. за 1 кВт/ч электроэнергии.

Эти цифры были получены на основании опроса потенциальных потребителей энергии из СГ. Рассматривали два варианта технологических схем утилизации газа. Первая включала — производство электроэнергии, вторая — подачу сырого СГ потребителю. Полученные результаты расчетов в табл.2. и табл.3. позволяют констатировать, что: объекты по производству электроэнергии требуют больших инвестиций и являются более прибыльными по абсолютным показателям; с ростом массы свалочного тела фактически пропорционально растут все технико-экономические показатели объектов; все рассмотренные варианты экономически эффективны. Однако необходимо отметить, что выполненные расчеты имеют ряд существенных ограничений. Они не учитывают налогообложения и процесса инфляции. Вероятно их ввод в расчетные алгоритмы существенно понизит величины ожидаемых прибылей.

Технико-экономические показатели типовых объектов
по производству электроэнергии из СГ

* — прибыль рассчитана без учета налогов и коэффициента дисконтирования

Тем не менее, принимая во внимание, что оценки выполнены для условий жесткой конкуренции, когда энергия из СГ продается по более низким ценам, чем традиционная, можно сделать вывод о целесообразности тиражирования технологии в России. Безусловно этот процесс должен стимулироваться созданием наиболее благоприятных финансово-правовых условий, так как он выражается не только и столько в экономических, сколько в экологических эффектах, которые не нашли числового выражения в данной статье.

Технико-экономические показатели типовых объектов по добыче СГ

* — прибыль рассчитана без учета налогов и коэффициента дисконтирования

Для оценки потенциала российской отрасли индустрии по добыче и утилизации СГ проводили предварительную классификацию существующих российских свалок табл.4. На ее основании можно сделать вывод о наличии по крайней мере нескольких сотен объектов, пригодных для осуществления экономически жизнеспособных СГ проектов. Таким образом, имеющийся потенциал огромен.

Классификация свалок РФ

Пилотный проект по экстракции и утилизации СГ на полигонах Московской области (МО)

Проект «Санитарное захоронение с рекуперацией энергии на территории Московской области» был начат в январе 1994 года и продолжался в течение двух с половиной лет. Одной из целей проекта являлась демонстрация в России возможностей биогазовой технологии — одного из элементов санитарного захоронения отходов на полигонах ТБО широко используемого в мировой практике.

Биогаз — это конечный продукт микробиологического разложения определенных фракций отходов, захороненных на полигоне. К ним относятся: растительные и животные остатки, бумага и древесина. Скорости, с которой эти материалы подвергаются биоинверсии существенно различны и зависят не только от вида отходов, но и от физико-химических условий в свалочном теле (влажности, температуры, pH и т.д.)

Биогаз горюч, он состоит на 50-60% из метана и на 40-50% из двуокиси углерода, его теплотворная способность примерно в два раза ниже, чем у природного газа и составляет около 4500 — 5000 Ккал/м 3 .

Количество биогаза, которое можно собрать и утилизировать на полигоне ТБО прямо пропорционально массе свалочного тела.

В качестве объектов для демонстрации возможностей биогазовой технологии были выбраны два типичных полигона Московской области (МО): полигон «Дашковка» в Серпуховском районе МО и полигон «Каргашино» в Мытищинском районе МО.

На них был проведен комплекс подготовительных работ включавший:

  • полевые газогеохимические исследования с целью определения продуктивности свалочной толщи;
  • разведочное бурение с целью определения мощности свалочного тела и его параметризации;
  • топографическая съемка масштаба 1:500.

В результате были оценены биогазовые потенциалы исследованных объектов, определены скорости образования биогаза, а также и возможные объемы газодобычи. На основании полученных данных последний параметр был рассчитан для типичного полигона МО (площадь 5-7га; средняя мощность отходов 10-12м). Как следует из рис.2., обычно на полигоне МО в период эксплуатации образуется до 600-800м 3 биогаза в час, при этом порядка 50% этого объема может быть использовано в качестве альтернативного источника энергии.

Рис.2. Объём образования и добычи биогаза

На пилотных полигонах ТБО МО был выбран вариант утилизации биогаза в форме производства электроэнергии. Для этого на их территориях были построены системы газодобычи, включающие скважины и газопроводы и компрессорные станции, обеспечивающие подачу газа к мотор-генераторам, находящимся в непосредственной близости от полигонов ТБО. В проекте было использовано компрессорное оборудование и установки по производству электроэнергии, поставленные голландской фирмой Гронтмай в рамках технической помощи Администрации МО.

В 1995г. началась эксплуатация первой биогазовой установки, позволившая собрать детальную информацию о площади сбора биогаза единичной скважиной, об эффективности перекрытия ТБО грунтовым экраном, о режимах добычи биогаза в различных погодных условиях.

В настоящее время обе установки (Серпухов, Мытищи) функционируют в опытно-промышленном режиме, вырабатывая по 80 кВт/ч электроэнергии каждая. Их опыт эксплуатации показал, что в российских условиях из 1 м 3 биогаза может быть произведено 1.3-1.5 кВт электроэнергии. Это означает, что при полном использовании запасов биогаза на полигонах, может быть произведено от 260 до 300 кВт электроэнергии в час, что соответствует производству около 2500 МВт электроэнергии в год.

При существующих в настоящее время ценах на электроэнергию потенциальный доход от эксплуатации одной биогазовой установки на типичном полигоне МО может составить около 1,2 млрд.руб. Однако, современная финансовая ситуация и практика монопольного распределения электроэнергии заставляют сомневаться в возможности отыскания платежеспособного потребителя на указанные объемы электричества. Поэтому в сложившихся условиях целесообразно использовать произведенную электроэнергию частично для собственных нужд предприятия эксплуатирующего полигон ТБО, а частично для производства энергоемкой продукции хозспособом (например, производства рассады цветов или овощей в теплицах), что дает возможность снизить ее себестоимость и сделать конкурентоспособной в условиях рынка.

Полученный в ходе выполнения данного Проекта опыт может быть использован при дальнейшем внедрении и тиражировании данной технологии на существующих и будущих полигонах в России.

источник

Читайте также:  Установка kyocera на mac

Добавить комментарий