MSE

Mazowiecki Sojusz Energetyczny

Baza wiedzy i aktualności o energii odnawialnej

Aktualności Drukuj Drukuj Small Medium Large

KATEGORIE: BiogazBiogaz

Rozwiązania technologiczne "uniwersalnej" biogazowni

Dodano Śr., 12/04/2017 - 12:12

Przede wszystkim trzeba wziąć pod uwagę zmianę kompozycji biomasy kierowanej do fermentacji. Ze względu na uwarunkowania rynkowe (wahania cen i dostępność substratów), każdy powinien się zastanowić nad możliwością przyjęcia innego surowca. Warto więc zwrócić uwagę już na etapie planowania i projektowania instalacji na zastosowanie rozwiązań technologicznych, które pozwolą zminimalizować dodatkowe koszty i ryzyko konsekwencji zmian.

"Uniwersalna" - czyli jaka?

Wielu czytelników mogłoby zadać pytanie - czy istnieje uniwersalna biogazownia? Biogazownia, która byłaby w stanie przyjąć każdego rodzaju substrat, stabilnie pracować i wciąż z taką samą wydajnością produkować biogaz - to marzenie wielu inwestorów biogazowni.

Niestety nie ma jednego uniwersalnego modelu biogazowni. Biogazownia, która spełnia te wymagania, innymi słowy - biogazownia idealna ­- nie istnieje. Budowa wielu linii technologicznych przyjmujących różne substraty, również te, którymi aktualnie nie dysponujemy, często wymagające pasteryzacji, a także dodatkowych zbiorników magazynowych czy też komór fermentacyjnych, wymagałaby poniesienia nieuzasadnionych nakładów finansowych.

Jednakże dobierając odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne dla biogazowni, możemy znacząco zwiększyć szanse na to, że taka instalacja będzie pracowała stabilnie i wydajnie. Przede wszystkim powinniśmy zwrócić uwagę na konstrukcję (kształt) i pojemność pierwotnej komory fermentacyjnej, w której zachodzi najwyższa produkcja biogazu. Warto zastanowić się nad zapewnieniem odpowiednich warunków do prawidłowego rozwoju i pracy flory bakteryjnej odpowiedzialnej za procesy fermentacji. Optymalnym rozwiązaniem dla każdego rodzaju substratu jest zastosowanie pionowej komory fermentacyjnej ze stropem, całkowicie izolowanej termicznie (ściany, płyty fundamentowe i dach). Zazwyczaj budowane są wysokie, pionowe zbiorniki stalowe szkliwione bądź żelbetowe. Wysokość tego typu zbiorników zwykle wynosi powyżej 10 m (maks. do 20 m), średnica jest zbliżona do wysokości zbiornika, a pojemność maks. to ok. 5000 m3 dla jednego zbiornika.

W przeciwieństwie do częściej spotykanych rozwiązań z zastosowaniem zbiorników fermentacyjnych z nabudowanym dachem membranowym, których duża powierzchnia nie chroni przed utratą ciepła, a co więcej, utrudnia utrzymanie równomiernej temperatury wewnątrz zbiornika, całkowita izolacja termiczna minimalizuje straty ciepła, zapewniając jednorodną temperaturę wewnątrz zbiornika.

Pionowe komory fermentacyjne

Zastosowanie pionowej komory fermentacyjnej wiąże się również ze sposobem mieszania za pomocą wolnoobrotowego mieszadła o pionowej osi obrotu, pracującego w trybie ciągłym, co oznacza dokładne wymieszanie biomasy i brak tzw. martwych stref bez dostatecznego dopływu związków odżywczych dla bakterii. Na bieżąco następuje także wyrównywanie stężeń produktów przemian fermentacyjnych (których nadmiar mógłby być przyczyną zaburzeń stabilności zachodzących procesów) oraz wyrównywanie temperatury. Ciągłe mieszanie przyczynia się też do pełniejszego przefermentowania biomasy, tym samym do zminimalizowania związków odorogennych.

Ponadto mieszadło pionowe zapobiega powstawaniu warstwy tzw. kożucha, utworzonego przez cząstki substratu o dużej tendencji do unoszenia się na powierzchni, takiego jak kiszonki z roślin i odpady stałe z przetwórstwa rolno-spożywczego. W przeciwieństwie do mieszadeł szybkoobrotowych, jednostajne, powolne obroty mieszadła pionowego nie powodują szybkiego zużycia i stępienia śmigieł. Taka konstrukcja zbiornika fermentacyjnego sprawdza się w prowadzeniu fermentacji substratów o różnych właściwościach, zarówno w postaci płynnej, jak i stałej.

Dodatkowo zastosowanie jednego mieszadła dla komory fermentacyjnej pierwotnej o pracy ciągłej, regulowanej przez falownik, w porównaniu do zbiorników fermentacyjnych niskich, z dachami membranowymi, w których pracuje zwykle kilka mieszadeł, często zatapialnych z silnikiem wewnątrz zbiornika, znacząco wpływa na obniżenie zużycia energii elektrycznej na mieszanie

Zlokalizowanie silnika mieszadła z przekładnią na zewnątrz zbiornika zapewnia łatwy dostęp w przypadku awarii, co stanowi kolejny atut tego rozwiązania.

Zaobserwowano, że mieszanie biomasy fermentacyjnej przez kilka mieszadeł (zwykle w niskich komorach fermentacyjnych) zużywa nie tylko więcej energii elektrycznej, ale również regulacja ich pracy w trybie pracy nieciągłej (są włączane kilka razy w ciągu godziny) przyczynia się do powstawania kożucha. Utrudnia on powstałym pęcherzykom biogazu swobodne przemieszczanie do przestrzeni gazowej, w której bakterie siarkowe utleniają siarkowodór, w ciągu reakcji, do siarki całkowitej. Z uwagi na to, że ze zbiornika magazynowego gazu wytworzony biogaz jest przekazywany do agregatów kogeneracyjnych, często nie jest wystarczająco odsiarczony, co może powodować korozję silnika. Zaleca się wtedy dodatkowe systemy odsiarczania, np. z wykorzystaniem węgla aktywnego, co generuje dodatkowe koszty eksploatacyjne. W zbiornikach z ciągłym mieszaniem wolnoobrotowym, wyprodukowane pęcherzyki biogazu, swobodnie przemieszają się z biomasy fermentującej do przestrzeni gazowej, gdzie następuje ich oczyszczanie z siarkowodoru, więc nie jest konieczne dodatkowe odsiarczanie (oczywiście poza przypadkami substratów o wysokiej zawartości siarki). Warto dodać, że pierwotne komory fermentacyjne są zabezpieczone przed działaniem biogazu w przestrzeni gazowej zbiornika. Dla stalowych, pokrytych szkłem stosuje się co najmniej podwójną warstwę szkła (a nawet potrójną) lub stal kwasoodporną w górnej partii zbiorników oraz dachu.

Zewnętrzy wymiennik ciepła

System ogrzewania w omawianych rozwiązaniach bazuje na instalacji zewnętrznego wymiennika ciepła. Wymiennik ciepła (spiralny bądź rurowy), zazwyczaj zaizolowany termicznie, służy do utrzymania właściwej temperatury procesowej. Jest on zlokalizowany w pomieszczeniu przepompowni, pomiędzy komorami fermentacyjnymi. W przypadku obniżenia się temperatury fermentującej biomasy, przez wymiennik ciepła jest przepuszczany strumień cieczy, która po przejściu przez wymiennik ciepła ogrzewa się i z powrotem wraca do zbiornika. Następnie, ogrzana biomasa - jako nośnik ciepła, zostaje rozprowadzona w całej objętości komory fermentacyjnej za pomocą wspomnianego wcześniej mieszadła o pionowej osi obrotu. Biomasa pompowana jest przez wymiennik ciepła aż do czasu osiągnięcia właściwej dla procesu temperatury. W ten sposób jest utrzymywana stała temperatura w zbiorniku. Lokalizacja wymiennika poza komorą fermentacyjną ułatwia dostęp do niego w przypadku czyszczenia czy wymiany części uszczelnień. Tym samym nie trzeba ingerować w proces technologiczny wewnątrz komory fermentacyjnej. Urządzenie zazwyczaj jest wykonane ze stopów nierdzewnych, posiada dużą zdolność wymiany ciepła, ma możliwość zmiany kierunków przepływu biomasy, charakteryzuje się niewielkim ryzykiem zatkania przez cząstki stałe oraz jest łatwe do umycia w przypadku zaczopowania. Dostępność (na zewnątrz zbiorników) i możliwość mechanicznego udrożnienia wymiennika w przypadku awarii czy zaczopowania jakiegoś elementu, umożliwiają utrzymywanie wysokiej sprawności przepływu ciepła. W rozwiązaniach z zastosowaniem rurociągów wewnątrz zbiorników wraz z upływem czasu następuje spadek sprawności przepływu ciepła z uwagi na "zarastanie" tych rurociągów fermentującymi cząstkami, które w takich przypadkach trzeba mechanicznie wyczyścić, opróżniając zbiornik fermentacyjny.

Dobór odpowiedniego systemu

Warto się również zastanowić nad systemem przyjmującym substraty i wprowadzającym je do komory fermentacyjnej. Stosowane mogą być różne rozwiązania. Jednym z nich jest instalacja podajnika mieszająco-podającego. Pobiera ona stały substrat (który często jest dodatkowo rozdrabniany) oraz płyn (ciecz procesową zawróconą z separatora bądź część cieczy z komory fermentacyjnej), miesza i dopiero po uzyskaniu półpłynnej konsystencji wprowadza do komory fermentacyjnej. W porównaniu do bezpośredniego wprowadzania do komory stałego substratu jest to znaczące ulepszenie ze względu na wstępne przygotowanie porcji substratów, zarówno pod kątem jednorodności, jak i temperatury mieszaniny wprowadzanej do komory (a to ważne szczególnie w zimie). Na rynku są dostępne również systemy (np. rozdrabniacze) do dodatkowej obróbki materiału organicznego przed wprowadzeniem do procesu fermentacji. Jednak należy wziąć pod uwagę, że każdy taki system będzie pobierał dodatkową energię w celu obróbki wsadu (często zarówno energię elektryczną, jak i ciepło w różnej postaci, w tym pary technologicznej). Zatem warto zastanowić się wcześniej nie tylko nad nakładem inwestycyjnym, ale również nad bilansem energetycznym i efektywnością tego typu systemów.

Osobną kwestię stanowi zastosowanie materiałów budowlanych o odpowiedniej jakości, takich jak: klasa betonu, stal szkliwiona, membrana o niskiej przepuszczalności metanu czy zastosowanie rurociągów z materiałów odpowiednich dla tłoczonego medium.

Podsumowując, w ramach poszukiwania instalacji, która poradzi sobie w zmiennych warunkach, powinno się zwrócić uwagę na wiele aspektów technologicznych i konstrukcyjnych, które przyczynią się do większej "elastyczności" biogazowni. Coraz częściej dostępne są także innowacyjne rozwiązania technologiczne, przynoszące korzyści finansowe, wynikające z niższych kosztów eksploatacyjnych, w tym przede wszystkim zużycia energii zarówno elektrycznej, jak i cieplnej na potrzeby własne instalacji biogazowej. Zastosowanie energooszczędnych rozwiązań przekłada się bezpośrednio na zwiększenie przychodów z biogazowni.

 

Katarzyna Gowin, Biogazownie Polskie ("Czysta Energia" - 3/2017)

 

http://cire.pl/item,144385,2,0,0,0,0,0,rozwiazania-technologiczne-uniwersalnej-biogazowni.html

 

Komentarzy: 0.

Zaloguj aby móc dodać komentarz.
Jeśli nie posiadasz jeszcze konta zarejestruj się.
 
Zgłoś błąd na stronie
 

Dołącz do nas!

zaloguj się lub zarejestruj i korzystaj w pełni z naszego serwisu

zaloguj zarejestruj