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

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

* - прибыль рассчитана без учета налогов и коэффициента дисконтирования

Так или иначе, учитывая, что расчеты осуществлялись для жестких конкурентных условий, когда энергия из газов реализуется по более низкой стоимости, нежели стандартная энергия, можно судить о целесообразности распространения технологии в РФ. Этот процесс должен подкрепляться формированием благоприятных экономических и юридических условий, поскольку он отражается не только в экономических эффектах, но и в экологическом состоянии.

Таблица 3. Технико-экономические показатели типовых объектов по добыче СГ

* - прибыль рассчитана без учета налогов и коэффициента дисконтирования

Для определения возможностей российской сферы по получению и устранению газов свалочного типа проводилась подробная классификация свалок в стране. В соответствии с этой классификацией можно судить о наличии нескольких сотен свалок, которые подходят для реализации экономически эффективных проектов. Можно сделать вывод, что имеющиеся возможности достаточно велики.

Таблица 4. Классификация свалок РФ

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