Автономный энергетический центр по утилизации отходов сельскохозяйственных предприятий

Введение. Проблему энергетического обеспечения сельскохозяйственных предприятий проще и эффективнее решать в рамках крупных хозяйств. Однако функционирование крупных животноводческих, птицеводческих комплексов и ферм ставит под угрозу экологическое благополучие окружающей природной среды в силу неудовлетворительно организованной работы по утилизации органических отходов. Экскременты животных и птиц в своем составе содержат большое количество опасных веществ в виде аммиака, сероводорода, меркаптана, фенола и др. В то же время, навоз и птичий помет являются ценными органическими удобрениями, так как в них содержатся все необходимые для питания растений элементы, причем в благоприятном сочетании.

В нашей стране в последние годы отмечается тенденция снижения количества вносимой в почву органики, что, в первую очередь, объясняется большими затратами при приготовлении, обеззараживании и внесении её в почву. В результате этого, вокруг многих животноводческих и птицеводческих предприятий скапливается большое количество навозных и пометных масс, которые при правильном решении проблемы их утилизации могут дать дополнительную прибыль и, одновременно, превратить хозяйства в практически безотходные производства.

Ещё более важным фактором, который должен приниматься во внимание при решении проблемы утилизации сельскохозяйственных отходов, служит возможность получения из них электрической и тепловой энергии, а, значит, обеспечение энергетической самостоятельности (безопасности) предприятий агрокомплекса.

Технологии утилизация отходов сельского хозяйства. На сегодняшний день наиболее распространенный и апробированный способ получения энергии — производство биогаза методом анаэробного сбраживания отходов сельхозпредприятий. Одним из недостатков этой технологии служит необходимость поддерживать температуру субстрата выше температуры окружающей среды, что значительно снижает эффективность производства биогаза, особенно в климатических условиях России, характеризующихся относительно низкими среднегодовыми температурами. Вместе с высокими металлоемкостью и затратами на транспортировку отходов до места утилизации, указанный фактор снижает инвестиционную привлекательность подобных энергетических проектов.

В современных условиях, преобразование сельскохозяйственных отходов в энергию необходимо рассматривать через призму показателей надежности, экономичности, эффективности, и, что не менее важно, экологичности. Такой подход обусловливает необходимость развития и применения соответствующих инновационных технологий.

Реальной альтернативой биогазовым технологиям может стать технология газификации отходов сельского хозяйства с последующим использованием произведенного генераторного газа для выработки электрической энергии и, при необходимости, тепловой энергии для собственных нужд агропредприятий.

Отличительными особенностями данной технологии от применяемых в настоящее время служат:

• всесезонность;
• низкие эксплуатационные расходы;
• компактность, и, как следствие, относительно низкая стоимость оборудования;
• относительная «всеядность».

Газификации могут подвергаться птичий помет, свиной навоз, навоз крупного рогатого скота, а также подсолнечная, рисовая и гречневая лузга, а также все виды соломы.

Применение технологии газификации наиболее эффективно — в рамках многофункционального энергетического центра на сельскохозяйственных отходах. При этом товарными продуктами на выходе данного энергетического центра могут быть:

• электроэнергия;
• тепловая энергия;
• промышленный холод;
• пеллеты (брикеты);
• удобрения;
• строительные материалы;
• присадки для металлургической промышленности.

Энергетический центр не всегда может иметь в качестве отпускаемого продукта электроэнергию и тепло, поскольку часто задача такого центра состоит в утилизации отходов, а не в энергообеспечении предприятия. При этом, однако, во всех случаях ядром энергетического центра служит мини-ТЭЦ на биомассе, обеспечивающая автономность предприятия по переработке отходов: как правило, мини-ТЭЦ обеспечивается выработка тепловой и электрической энергии, в первую очередь, на собственные нужды, выработка для внешних пользователей потребителей становится возможной при наличии достаточно большого количества отходов. В большинстве случаев, в составе центра целесообразно предусматривать технологическую линию по производству из исходного сырья облагороженного топлива — пеллет (брикетов). Кроме того, золы, образующиеся в процессе газификации сельскохозяйственных отходов, представляют собой ценные товарные продукты, имеющие широкий спектр применения и пользующиеся спросом у покупателей.

Удаляемый механическим способом куриный помет (как подстилочный, так и бесподстилочный) сортируется с целью удаления инородных тел, например, куриных трупов. Очищенная фракция формируется в бурты, где периодически перемешивается с целью интенсификации процесса воздушной сушки.

По мере необходимости подсушенная масса помета поступает в сушилку барабанного типа, где доводится до требуемой относительной влажности не более 15 %. В качестве агента сушки применяется горячий воздух, подогретый выхлопными газами ДВС в составе газогенераторной мини-ТЭЦ. Далее производится удаление металлических включений с последующим доизмельчением возможных длинных волокон (сена). Добавление дозированного количества доломитовой муки в подготовленную биомассу обеспечивает в процессе газификации очистку производимого генераторного газа от вредных примесей HCl и H2S. После глубокой очистки и охлаждения газ, полученный в газогенераторе, поступает в качестве основного топлива (до 95 %) в газодизельный электроагрегат.

Небольшое количество дизтоплива необходимо для воспламенения газовоздушной смеси в камере сгорания двигателя. Необходимость отвода тепла, образующегося в процессе работы ДВС, дает возможность производить в режиме когенерации тепловую энергию в виде горячей воды для внешнего пользователя. Основным же товарным продуктом является электроэнергия, которая может поставляться потребителю как в автономном режиме, так и в режиме параллельно с сетью. Образующаяся на выходе газогенератора зола, которая по своему химическому составу является ценным концентрированным минеральным удобрением, дополняет список товарных продуктов в процессе утилизации куриного помета. Экологическая чистота предлагаемого решения обеспечивается системой впрыска мочевины на выходе из газовоздушного теплообменника ДВС в количестве, необходимом для нейтрализации NOx в выхлопных газах до допустимых значений.

Проблемы использования куриного помета в рамках технологии газификации. Одну из серьезнейших проблем представляет собой утилизация куриного помета: его внесение в почву в качестве удобрения создаёт дисбаланс минеральных веществ с повышенной концентрации фосфора в подземных и поверхностных водах, что способствует развитию водорослей. Поскольку птичий помет и близкий ему по свойствам свиной навоз — самые проблемные виды отходов для утилизации, рассмотрим принципы организации мини-ТЭЦ с использованием в качестве топлива птичьего помета, разработанной специалистами итальянской фирмы Planitec s.r.l.

Технологическое решение Planitec s.r.l. значительно расширяет сферу применения куриного помета, по сравнению с использованием его исключительно в качестве удобрения, и позволяет перевести проблему его утилизации из статьи расходов в источник дохода, дополнительно получив при этом электрическую и тепловую энергию.

Куриный помет содержит птичьи экскременты, а также солому, рисовую лузгу или другие отходы органического происхождения, используемые в качестве подстилки. С точки зрения его утилизации в рамках энергетического центра, наибольшую важность имеют следующие его параметры:

• высшая теплотворная способность (ВТС) 3000-3400 ккал/кг;
• низшая теплотворная способность (НТС) 2200-2800 ккал/кг;
• относительная влажность 15-40 %;
• зольность 10-15 %.

Применение куриного помета для производства энергии методом газификации имеет специфические особенности, по сравнению с использованием растительных (древесных) биомасс, они связаны с его физико-химическим составом. Анализ состава партии куриного помета, произведенный на экспериментальной базе Planitec s.r.l., выявляет следующие особенности.

Дата публикации: 25.02.2012

Похожие записи:

• Кластерный подход при формировании технопарков рационального природопользования
• Акустическая паровая внутрикапельная кавитация — новое направление для создания эффективных энергосберегающих и экологически чистых технологий
• Каталитическая интенсификация процессов переработки возобновляемого растительного сырья в биотоплива
• Комплексное использование германий содержащих углей с получением исходного сырья для производства солнечных батарей
• Дожигание анодного газа алюминиевого производства в автономной установке
• Повышение энергоэффективности производства чугуна и ферросплавов при использовании карельского шунгита