Система збору і переробки біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів

Реферат: Система збору та переробки біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів містить набір вертикальних свердловин, пробурених на певну глибину відходів, кожна з яких оснащена обсадною трубою, яка за допомогою оголовка з портами для вимірювальних пристроїв та регулюючим вентилем підключена індивідуальним газопроводом до технологічних камер з гребінками, від яких прокладений магістральний газопровід з системами зливу конденсату до місця переробки біогазу в теплову та/або електричну енергію, де встановлюють сепаратор, пиловловлювач, вакуумна газодувка та утилізатор біогазу, наприклад генеруюча установка та/або факел. Свердловини розміщують по площі полігону у вузлах рівномірної сітки на відстані подвоєного радіусу дії свердловини. UA 111909 U про видачу патенту: UA 111909 U UA 111909 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої галузі, зокрема до технологій та пристроїв добування газу, і може бути використана для збору біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів з послідуючою його переробкою в теплову та/або електричну енергію. Відомою є система збору та утилізації біогазу з масиву полігонів твердих побутових відходів [Патент України на корисну модель № 70366, МПК (2012.01) Е21В 43/00, F17D 1/02, F17D 1/04, F17D 1/05], яка включає свердловини, пробурені по поверхні полігону у вузлах уявної сітки, вічка якої являють собою правильні трикутники зі стороною 30 м. Свердловини підключені газопроводами до системи дегазації масиву з магістральним газопроводом, газовим насосом і утилізатором газу, що включає відводи конденсату з гідрозатворами, встановленими в найнижчих точках магістрального газопроводу. Однак ця система має низку продуктивність свердловин та високу вартість, оскільки свердловини вибирається та розміщується незалежно від їх радіусу дії, тобто від відстані, що обмежує область відходів навколо свердловини, з якої збирається біля 100 % біогазу. Як показують результати досліджень радіус дії свердловини перевищує 15 м. Тому біогазу у відходах, доступного для збору між свердловинами, розміщеними на відстані 30 м, буде недостатньо для досягнення їх високої продуктивності. При цьому відкачування біогазу буде здійснюється за рахунок більшої кількості свердловин ніж доцільно. В цій системі також не передбачені пристрої для компенсації механічних навантажень та просідання відходів, що знижує її надійність та строк експлуатації. Іншим відомим аналогом є система дегазації та транспортування біогазу на робочих полігонах твердих побутових відходів [Патент України на корисну модель № 90506, МПК (2014.01) Е21В 43/00, E21F 7/00, F16L 57/00, F17D 1/00, F17D 1/065], яка містить свердловину з обсадною трубою, в яку додатково поміщена ще одна внутрішня обсадна труба з встановленим на неї захисним екраном, що забезпечує герметичність та захищає саму свердловину від механічних пошкоджень внаслідок просідання відходів. Свердловина з'єднана газоходом з газопроводом та газовою гребінкою, з якої виходять магістральні газопроводи проведені до центральної гребінки, обладнаної системою зливу конденсату, та прокладені до місця подальшої утилізації біогазу, або отримання електроенергії в когенераційних установках. Однак ця система ненадійна та вийде з ладу на ділянці з'єднання свердловини з газопроводом, що виконане з використанням газоходу, як тільки останній потрапить під дію поперечних та повздовжніх деформацій внаслідок зміщення осі підземного газопроводу, яке спричинене роботою полігонної техніки та/або просіданням відходів. В свою чергу це призведе до розгерметизації газопроводів системи збору біогазу, потрапляння кисню з атмосферного повітря та створення в трубопроводах вибохонебезпечної суміші. Крім того в системі збору біогазу не передбачено пристрій для з'єднання газозбірної гребінки з магістральним газопроводом, що дозволяє компенсувати механічні навантаження та просідання відходів. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є система збору та утилізації біогазу з тіла діючого полігону твердих побутових відходів [Патент України на корисну модель № 85243, МПК (2013.01) Е21В 43/00, E21F 7/00, F17D 1/00], яка включає систему вертикальних свердловин, пробурених в товщу газоносного шару у правильному шаховому порядку на відстані не більше 25 м одна від одної. Свердловини оснащені перфорованими трубами, які підключені окремими газопроводами до системи збірних технологічних камер з гребінками та магістрального газопроводу, вологозбірника, фільтрів пиловловлювання, вакуумного насосу та утилізатора газу. Також в системі збору біогазу передбачено встановлення регулюючої заслінки у місці під'єднання газопроводу до гребінки. Однак продуктивність свердловин даної системи оцінюється досить низькою за рахунок використання сітки розміщення свердловин з перекриттям їх радіусів дії (дренажу), що призводить до значного зменшення кількості біогазу у відходах, доступного для збору між свердловинами. Крім того, жорстке муфтове з'єднання свердловини та газопроводу не дозволяє компенсувати деформації внаслідок зміщення осей цих пристроїв, спричинених роботою полігонної техніки та/або просіданням відходів, що знижує технічну надійність системи збору біогазу та погіршує її експлуатацію. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення системи збору та переробки біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів в якій, за рахунок розміщення свердловин на оптимальній відстані одна від одної та використання гнучких компенсаторів, підвищується продуктивність свердловин, збільшується надійність та строк експлуатації системи збору біогазу і покращуються її техніко-економічні показники. Поставлена задача вирішується тим, що в системі збору та переробки біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів, яка включає набір вертикальних свердловин розміщених по площі полігону та оснащених обсадними трубами, кожна з яких за допомогою 1 UA 111909 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 оголовка з портами для вимірювальних пристроїв та регулюючим вентилем підключена газопроводом до технологічних камер з гребінками, від яких прокладений магістральний газопроводів з системами зливу конденсату до місця переробки біогазу в теплову та/або електричну енергію, де встановлюється волого збірник, пиловловлювач, вакуумна газодувка та утилізатор біогазу, наприклад генеруюча установка та/або факел, згідно з корисною моделлю, свердловини розміщуються у вузлах рівномірної (трикутної або прямокутної) сітки на оптимальній відстані одна від одної, що дорівнює подвоєному радіусу дії свердловини, а підключення свердловин з гребінками і гребінок з магістральним газопроводом і механічними пристроями виконано з використанням гнучких компенсаторів. Внаслідок розташування свердловин у вузлах рівномірної сітки на оптимальній відстані одна від одної досягається максимально-доступна витрата на свердловині, що призводить до покращення техніко-економічних показників системи збору біогазу, а використання гнучких компенсаторів дозволяє даній системі сприймати та згладжувати зміщення, деформації та вібрації, що викликані роботою механічних пристроїв та просіданням відходів. Суть корисної моделі пояснює креслення. Запропонована система збору та переробки біогазу включає набір вертикальних свердловин 1, пробурених на певну глибину відходів і розміщених по площі полігону у вузлах рівномірної сітки на відстані подвоєного радіусу дії свердловини, значення якого приймається з літератури, або визначаються в ході вишукувальних робіт. Кожна свердловина 1 обладнана обсадною трубою 2, перфорована частина якої обсипана щебенем, а суцільна - ущільнена шаром глини, або відходів. Обсадна труба 2 за допомогою компенсаторів 3 і оголовка 4 з портами для вимірювальних пристроїв 5 та регулюючим вентилем 6 з'єднана газопроводом 7, прокладеним нижче глибини промерзання з нахилом у бік технологічної камери та/або свердловини, з гребінкою 8. При цьому оголовок 4 може розміщуватись як на обсадній трубі 2, так й перед гребінкою 8. Від гребінки 8 через регулюючий вентиль 6 та компенсатор 3 на глибині, більшій за глибину промерзання, прокладений магістральний газопровід 9, що обладнаний в нижній точці системою зливу конденсату 10. Магістральний газопровід 9 підведений до місця переробки біогазу в теплову та/або електричну енергію, де встановлюється сепаратор 11, пиловловлювач 12, вакуумна газодувка 13 та утилізатор біогазу 14, прикладом якого є генеруюча установка та/або факел. Система збору та переробки біогазу працює наступним чином. Біогаз, зібраний з товщі відходів свердловинами 1, проходить через обсадну трубу 2 і надходить через компенсатори 3, оголовки 4 та газопроводи 7 до гребінки 8, в якій змішується в єдиний потік. За допомогою оголовка 4, що обладнаний портами для вимірювальних пристроїв 5 та регулюючим вентилем 6, здійснюється аналіз та налаштування параметрів біогазу на кожній свердловині. З гребінки 8 біогаз надходить в магістральний газопровід 9, з нижньої точки якого відводиться конденсат за допомогою системи зливу конденсату 10. Далі біогаз потрапляє в сепаратор 11 та пиловловлювач 12, де додатково очищується від вологи та пилу. Очищений біогаз надходить до вакуумної газодувки 13, яка з однієї сторони створює розрідження, необхідне для збору біогазу, а з іншої сторони нагнітання, необхідне для подачі біогазу в утилізатор 14, де відбувається його переробка в теплову та/або електричну енергію. Таким чином запропонована система збору та переробки біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів в порівнянні з прототипами дозволяє підвищувати продуктивність свердловин, здатна компенсувати просідання відходів та має довший строк експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Система збору та переробки біогазу на діючих та закритих полігонах твердих побутових відходів, що містить набір вертикальних свердловин, пробурених на певну глибину відходів, кожна з яких оснащена обсадною трубою, яка за допомогою оголовка з портами для вимірювальних пристроїв та регулюючим вентилем підключена індивідуальним газопроводом до технологічних камер з гребінками, від яких прокладений магістральний газопровід з системами зливу конденсату до місця переробки біогазу в теплову та/або електричну енергію, де встановлюється сепаратор, пиловловлювач, вакуумна газодувка та утилізатор біогазу, наприклад генеруюча установка та/або факел, яка відрізняється тим, що свердловини розміщуються по площі полігону у вузлах рівномірної сітки на відстані подвоєного радіусу дії свердловини. 2 UA 111909 U 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що свердловини підключені до гребінок, а гребінки підключені до магістрального газопроводу і механічних пристроїв з використанням гнучких компенсаторів. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3