Dr inż. Joanna Wilk. Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki Rzeszów, ul. W. Pola 2. produkcji biogazu

Transkrypt

1 Dr inż. Joanna Wilk Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki Rzeszów, ul. W. Pola 2 Wykorzystanie osadów ściekowych do produkcji biogazu Lwów,

2 Oczyszczalnia ścieków Zakład realizujący swoje podstawowe zadanie Energia cieplna oczyszczania ścieków wykorzystujący utrzymanie określonej dostarczonąą z zewnątrzą energię. ę y j temperatury procesów fermentacji ogrzewanie pomieszczeń ogrzewanie kanałów komunikacyjnych Energia elektryczna napęd urządzeń elektrycznych (sprężarki powietrza, pompy pydo ścieków, pompy do zawracania i transportu osadu nadmiernego, itp.)

3 Algorytm zagospodarowania osadów ściekowych OCZYSZCZALNIA ŚCIEKÓW OSADY ŚCIEKOWE DEPONOWANIE NA SKŁADOWISKU ODWADNIANIE KOMPOSTOWANIE PRZYRODNICZE WYKORZYSTANIE FERMENTACJA METANOWA BIOGAZ SPALANIE POCHODNIA ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE (układ CHP) ZEWNĘTRZNE ŹRÓDŁO CIEPŁA OSUSZANIE OSADÓW INTEGRALNY PROCES SPALANIA SPALANIE LUB WSPÓŁSPALANIE WŁASNE ŹRÓDŁO CIEPŁA WŁASNE ŹRÓDŁO ENERGII ELEKTRYCZNEJ

4 Suszarnie słoneczne Zmniejszenie masy osadu o 75% Zmniejszenie objętości osadu o 68%

5 Suszarnie słoneczne Na odparowanie 1 tony wody z osadu 56 kwh, Inne termiczne suszarnie potrzebują aż 700 do 800 kwh

6 Charakterystyka osadów ściekowych Osady ściekowe - złożona organiczno-mineralna substancja = węgiel + wodór + tlen + azot + siarka + chlor + popiół Analiza elementarna - % suchej masy C H O N S Cl Popiół Osady wstępne wydzielone w osadnikach wstępnych Osady wtórne (nadmierne) powstające w osadnikach wtórnych Osady sur owe Odwadnianie Zagęszczanie mechaniczne Fermentacja Zagęszczanie grawitacyjne Suszenie

7 Не удается отобразить рисунок. Возможно, рисунок поврежден или недостаточно памяти для его открытия. Перезагрузите компьютер, а затем снова откройте файл. Если вмест о рисунка все еще отображается красный крестик, попробуйте удалить рисунок и вставить его заново. Właściwości energetyczne osadów ściekowych Ciepło spalania lub wartość opałowa górna (HHV higher heating value) wartość energii jaką otrzymuje się przy spaleniu bez pozostałości części palnych jednostki masy paliwa i ochłodzeniu spalin do temperatury otoczenia Wartość opałowa lub wartość opałowa dolna (LHV lower heating value) ciepło spalania pomniejszone o ciepło parowania wody zawartej w spalinach (wody, która powstała z reakcji wodoru z tlenem oraz wody zawartej w próbce paliwa przed spaleniem) LHV=HHV 24.42(W+9H) LHV=HHV(1 W) 24.42(W+9H) W udział dił wilgoci i H udział wodoru

8 Właściwości energetyczne osadów ściekowych Rodzaj osadu Popiół, Zawartość HHV, LHV, %s.m. wilgoci, % kj/kg kj/kg surowy po odwodnieniu mechanicznym surowy po zagęszczeniu grawitacyjnym nadmierny zagęszczony fermentujący przefermentowany przed suszeniem przefermentowany po osuszeniu w suszarni słonecznej drewno drewno po wysuszeniu

9 Fermentacja metanowa beztlenowy biologiczny proces rozkładu wysokocząsteczkowych substancji organicznych Proces fermentacji wielofazowy Faza I hydroliza wielkocząsteczkowych związków organicznych Faza II rozkład zhydrolizowanych ow yc substancji do kwasów organicznych (acidogeneza) Faza III rozkład kwasów organicznych do kwasu octowego (octanogeneza) Faza IV rozkład octanów i kwasu octowego do metanu i bezwodnika kwasu węglowego (metanogeneza)

10 Fermentacja metanowa Skład biogazu % CO H 2 O N O H NH H 2 S 0 1 Faza I Faza II Faza III CH 4 CO 2 Faza IV

11 Czynniki wpływające na proces fermentacji Skład chemiczny doprowadzonego d substratu (osadu) Temperatura procesu fermentacji Czas procesu fermentacji ilość i częstotliwość doprowadzania osadu surowego Intensywność mieszania Odczyn Uwodnienie Ilo ość gazu dm 3 n /kg s.m.o. Czas fermentacji [doby]

12 Fermentacja osadów ściekowych Fermentacja psychofilowa 5 o C 20 o C fermentacja mezofilowa 30 o C 38 o C fermentacja termofilowa - 45 o C 55 o C Ogólna postać reakcji powstawania biogazu a b 3z n a b 3z C nhaobnz + n + H2O + CH n 2 Dla osadów ściekowych a 8 + b 4 + 3z 8 CO 2 + znh 3 4 C + 10H19O3N + 18H2O 25CH4 + 15CO2 4NH3

13 Komory fermentacyjne, zbiornik biogazu

14 Fermentacja osadów ściekowych węglowodany fermentacja białka CH 4 CO 2 H 2 O tłuszcze bakterie, temperatura BIOGAZ

15 Produkcja ścieków i biogazu - oczyszczalnia w Rzeszowie ścieki, tys m I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII biogaz, tys m I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

16 Produkcja ścieków i biogazu Rzeszów - produkcja oczyszczonych ścieków około 15 mln m 3 rocznie Standardowo z 1 m 3 osadu (4 5% suchej masy) można otrzymać m 3 biogazu o zawartości ok. 60% CH 4 Pozyskanie biogazu do celów energetycznych ze względów Pozyskanie biogazu do celów energetycznych ze względów ekonomicznych uzasadnione w oczyszczalniach produkujących 8 tys. 10 tys. m 3 ścieków w ciągu doby.

17 wbmil 1951 Właściwości energetyczne biogazu Charakterystyka t k biogazu HHV, LHV [kj/m 3 n3 ] 40% CH 4, 55% CO 2 (Trinczek i Ulbrich 2001) % CH 4, 25% CO 2 (Trinczek i Ulbrich 2001) % CH 4, 34.5% CO 2 (Van Herle i in. 2003) % CH 4, 38.3% CO 2 (Van Herle i in. 2003) % CH 4, 30% CO 2 (Wilk i Wolańczyk 2004) Wartość opałowa 1m 3 biogazu odpowiada: 0,5m 3 gazu ziemnego, 0,7 l oleju napędowego, 0,7 l benzyny, 0,8 kg koksu, 1,2 kg węgla kamiennego, 2,2 kg drewna.

18 Energetyczne wykorzystanie biogazu biogaz zbiornik gazu kocioł c.w. osady ściekowe budynki odsiarczac z układ kogeneracyjny (CHP) silnik tłokowy generator G pradu ene ergia ele ktryczna z ze ewnatrz wydzielona komora fermentacyjna (WKF)

19 Zbiornik biogazu i pochodnia

20 Skojarzona produkcja ciepła i energii elektrycznej

21 Kotły na biogaz

22 moc znamionowa elektryczna: 345 kw, moc znamionowa cieplna: 531 kw, obroty: /min, maksymalne ciśnienie i i wody ogrzewanej 16 bar, maksymalna temperatura wody ogrzewanej dopływającej 70 o C, maksymalna temperatura wody ogrzewanej wypływającej 90 o C, częstość prądu generatora 50 Hz, napięcie nominalne 400 V, prąd nominalny 635 A. System CHP Combined Heat Power Parametry pracy modułu:

23 Dziękuję za uwagę