ООО "ЮЖФЛОТСЕРВИС"
ул. Канатная 42, офис 501 Одесса, 65014, Украина
Тел: +380(482)345137; +380(48)7155517 Факс: +380(482)344670 E-mail: info-sms@mail.ru  WEB: http://www.sms-ua.biz
HOME PAGE
 
ПРОЕКТЫ
 
ПРОДУКЦИЯ
 
ПАРТНЕРЫ
 
КОНТАКТЫ

 

        « Применение когенеративных установок для утилизации свалочного газа»
 
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.
 
В Украине количество бытовых отходов не очень отстает от среднеевропейского и составляет около 38—40 млн. кв.м ежегодно (или около 10 млн. тонн). Общая же масса твердых отходов в стране достигает 1 млрд. тонн ежегодно. По своему составу украинские ТБО отвечают категории переходных стран.
Доминирующим методом обращения с бытовыми отходами в Украине было и остается размещение и захоронение ТБО на мусоросвалках и специальных полигонах, которых сегодня официально более 770. Подавляющее большинство свалок (от 80 до 90%) работают в режиме перегрузки, с давно нарушенными проектными показателями по объемам поступления отходов, без соблюдения мер предосторожности относительно загрязнения подземных вод и воздушного бассейна. Полигоны эти размещены вблизи городов и принимают, соответственно, городские отходы.
 
Одна из главнейших проблем, связанная с захоронением отходов, — образование так называемого свалочного газа (СГ).
При захоронении органического вещества (которого в мусорной массе в среднем от 50 до 70%) происходит его биоконверсия с участием микроорганизмов. В результате этого процесса образовывается био-газ, макрокомпонентами которого является метан (СН4) и диоксид углерода (СО2).
Большую опасность представляет фильтрат, попадающий с территории свалок в подземные воды. В отходах длительное время сохраняются бактерии, вызывающие брюшной тиф, дизентерию, холеру, туберкулез, другие опасные болезни. Проникновение фильтрата в подземные воды может привести к значительному распространению этих микроорганизмов. (В странах с теплым климатом, как правило, третьего мира, болезни разносятся не только с фильтратом, но и с крысами и мышами, кошками и собаками, птицами, насекомыми.) Кроме того, с фильтратом в среду обитания попадает широкий диапазон неорганических веществ — по подсчетам, с 300 тонн ТБО всасывается 1,5 тонны натрия и калия, по тонне кальция и магния, тонне хлоридов, 4 тонны кислых карбонатов, 200 кг сульфатов. Наконец, под мусоросвалки отчуждаются большие площади земель, которые практически невозможно использовать после консервации полигона.
Пораженные масштабами проблемы экологические публицисты констатировали: человечество вошло в новую эру — мусорную.
 
      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 с участием метаногенного сообщества микроорганизмов.
 В результате этого процесса образуется СГ, макрокомпонентами которого 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 СГ обуславливает ряд его специфических свойств. Прежде всего СГ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м3. В определенных концентрациях он токсичен. Конкретные показатели токсичности определяются наличием ряда микропримесей, таких, например как сероводород (Н2S). Обычно СГ обладает резким неприятным запахом.  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.
Как правило, наиболее интенсивно процесс биоконверсии отходов протекает в первые 5 лет, за которые выделяется около 50% полного запаса СГ.
 
     Виды негативного влияния 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 взрывопожароопасные условия в зданиях и сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО. Такие ситуации регулярно возникают в случае нелегального захоронения ТБО в зонах жилой застройки.
 Частые пожары на полигонах также в основном являются последствием стихийного, бесконтрольного распространения СГ. Накопление СГ в замкнутых пространствах также опасно с токсикологической точки зрения.
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 рисунках 1 и 2.
 
Рис.1.
 

Рис.2

 
 
На рисунке 2 отражена схема утилизации СГ в электрическую и тепловую энергии.
Пласты  ТБО формируются на полигоне при  завозке из автотранспортом .
 
Образующийся при биоконверсии органических составляющих ТБО СГ поступает через вертикальные скважины в коллектор (п.3). Далее  СГ принудительно подаётся в сепаратор (п.4) для отделения от газового конденсата. Очищенный СГ нагнетается  накопительный танк перерабатывающей станции (п.5). В накопительном танке СГ доводится  до необходимой кондиции после чего подаётся в блок когенераторных установок. Вырабатываемая когенераторами электрическая и тепловая энергия по сетям (п.6) потребителям.
Ниже представлены узлы технологической схемы утилизации СГ.
 
Скважины, коллектор, трубопроводы для транспортировки  СГ
 
Станции по утилизации  СГ
 
Установки по сбору и утилизации СГ  монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела полигона.
 Каждая скважина осуществляет дренаж конкретного блока ТБО, условно имеющего форму цилиндра. 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.
Газодренажная система
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.
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 несанкционированного 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 м3/час, в сутки образуется около 1 м3 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.
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
 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 СГ - 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 нагнетающего вентилятора или вакуумного насоса  в системе газопроводов создается небольшое разряжение (около 100 мбар).
 
Утилизация СГ в когенерационных установках (КГУ)- газопоршневых тепловых электростанциях.
Когенерация - это процесс одновременного производства тепла и электроэнергии. Этот процесс осуществляется при помощи одного устройства, которое представляет собой генераторную установку с поршневым двигателем, оснащенную системой утилизации выделяемого тепла. В качестве горючего могут использоваться природный газ, био-газ, например СГ, образующийся при разложении бытового мусора.
Тепло, возникающее в двигателе внутреннего сгорания, через систему охладителей двигателя, масла и продуктов сгорания в дальнейшем эффективно используется, поэтому производительность когенерационных установок находится в пределах 80 – 90 %.
Наряду с производством тепла при сжигании метаносодержащих газов когенерация предлагает  возможность производства электрической  энергии. Производимые электрическая и тепловая энергии используются для собственных нужд объекта или  продаются в общую распределительную сеть.
При этом себестоимость производимых электрической и тепловой энергии  значительно дешевле по сравнению с покупкой их из сети.
      Поскольку СГ является сопроводительным продуктом при переработке органических отходов, при этом, затраты по эксплуатации установки будут связаны только с отчислениями на оборудование и на сервисное обслуживание. Доходы будут составлять как сэкономленные средства за тепло и электроэнергию, так средства за  их продажу в сеть.
КГУ являются силовыми энергетическими агрегатами на базе газовых двигателей Tedom, Ford и Caterpillar. Конструктивно двигатель и генератор расположены на стальной фундаментной раме, внутри которой расположены теплообменники установки и глушитель выхлопа.
Система управления обеспечивает полностью автоматическую работу КГУ, а также параллельную работу установок между собой и параллельно с электрической сетью. Выхлоп, подключение к тепловой сети и газу производится с помощью подготовленных фланцев, которые выведены на стену кожуха в той части, где находится генератор.
В поставке решена проблема вентиляции когенератора внутри помещения, аварийного датчика утечки газа, датчика повышенной температуры под кожухом, освещения внутри кожуха, автоматического дополнения масла и всех необходимых приборов для правильной работы установки.
Возможно удаленное управление и мониторинг работы КГУ.
Для производства электрической и тепловой энергии при утилизации СГ мы предлагаем следующие КГУ:
Малой мощности
Тип
установки
Эл. мощность
(кВт)
Тепловая мощность (кВт)
Расход природного газа (м3/час)*
КПД элект. (%)
КПД тепловой (%)
КПД общий (%)
 
Cento T150 SP
150
192
61
36.3
51.1
87.4
 
Cento T160 SP
160
197
64
36.8
50.6
87.4
 
Cento T300 SP
300
370
121
35.1
52.8
87.7
 
 
Расход газа приведен для био-газа, содержащего  65% метана при нормальных условиях 
 
 (0°C, 101-325 кПа). В случае других условий данные могут отличаться.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
средней мощности
Тип
установки
Эл. мощность
(кВт)
Тепловая мощность (кВт)
Расход природного газа (м3/час)*
КПД элект. (%)
КПД тепловой (%)
КПД общий (%)
 
Quanto C1000 SP
1021
11198
238
38.1
50.3
84.4
 
 
Расход газа приведен для био-газа, содержащего  65% метана при нормальных условиях 
 
 (0°C, 101-325 кПа). В случае других условий данные могут отличаться.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Все КГУ, работающие на СГ отличают высокие  суммарные КПД производимых электрической и тепловой энергий : 84,4-86,9%.
 
КГУ поставляются в следующем  исполнении:
 
 
 
 в кожухе с противошумной защитой
в металлическом контейнере
 
Возможна  компоновочная схема размещения в одном металлическом контейнере 2-3 КГУ.
Например, в 40" контейнере размещены  3  КГУ модели  Cento T160 Bio, производящих суммарно 480 кВт электроэнергии и 590 тепловой при суммарном потреблении природного газа 164 м3/час.
КГУ наиболее выгодно эксплуатировать при трехсменной работе предприятия, когда не нужно производить «сброс» избытка электроэнергии в сеть.
Ниже представлены некоторые объекты внедрения  «под ключ» предлагаемых технологии и оборудования.
Свалка
Brno-Černovice
Чешская Республика
Cento T300 SP
2003
Свалка
Litvínov
Чешская Республика
Cento T 150 SP BIO
2003
Свалка
Dačice
Чешская Республика
Cento T 150 SPE
2006
Свалка Getlini *)
Riga
Латвия
5xQuanto 1100 SP
2002
Свалка Ďáblice, Chabry
Praha
Чешская Pеспублика
2x Quanto 1100 SP
2002
*) В 2002 году в Гетлини был открыт модернизированный полигон для хранения твердых бытовых отходов и энергоблок для их переработки.
СГ, образующийся в глубине мусорного холма, собирают и используют: пять двигателей внутреннего сгорания генерируют электроэнергию, образующееся при работе двигателей тепло идет на подогрев воды.
Этот экологический проект - самый масштабный на территории бывшего СССР.
Примечание
В настоящее время в России реализуется региональные проекты по  приобретению технологий и оборудования для утилизации СГ за счёт продажи согласно Киотского протокола квот на выбросы метаносодержащих СГ.
Российские компании - охотники за «Киотскими» квотами сегодня активно стремятся заполучить проекты, предусматривающие замещение углеродного топлива за счёт модернизации своего производства  с последующим  оформлением их как ПСО. Последнее позволит им, начиная с  2008 года получить возможность продавать полученные единицы сокращенных выбросов.
            Самый актуальный пример. Омская компания «ЭкоПрогресс» подготовила контракт с Датским углеродным фондом на продажу в Европу квоты на свалочный газ от гниющего мусора на сумму 14 миллионов евро. Газификация Омской области попадает по условия  «Киотского» протокола,  поскольку предусматривает модернизацию  процессов утилизации ТБО  с возможностью замещения углеродного топлива.
           Данный проект проанализирован Датской стороной. По их расчётам, на свалках Омской области до 2013 года будет выделено порядка 80 миллионов кубов СГ газа, из которых 48 миллионов кубов — это метан, что эквивалентно двум миллионам тонн углекислого газа. Сегодня котировка «Киотских» квот — 7-9 евро за тонну СО2. Если сегодня их продавать, то выйдет 14 миллионов евро.