UNIA EUROPEJSKA Fundusz Spójności ZAKŁAD USŁUG TECHNICZNYCH SP. Z.O.O Ul. Bieszczadzka 5 38-540 Zagórz Polska Nr referencyjny nadany sprawie przez Zamawiającego Tel. (013) 465 15 00 Fax (013) 465 15 05 http://www.zut.zagorz.net e-mail:zutzagorz@pro.onet.pl OPIS TECHNICZNY BIOGAZOWNI ROLNICZEJ W GMINIE ZAGÓRZ KONTRAKT NR PROJEKTOWANIE i BUDOWA BIOGAZOWNI ROLNICZEJ W GMINIE ZAGÓRZ Niniejszy opis zawiera [8] stron(y). Zagórz, Styczeń 2010 Aktualizacja: luty 2012
WSTĘP Dla lokalizacji przedsięwzięcia pn.: Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz zostały wyznaczone początkowo działki 351/10 1066/3 oraz 376/95, jednak po analizach dotyczących nie tylko pracy samej instalacji lecz również tras transportu (dowozu) do Biogazowni substratów i wywozu masy pofermentacyjnej, zdecydowano się na zmianę lokalizacji instalacji na działki oznaczone numerami 456/2, 751, 526, 525. Zmiana ta skutkuje uniknięciem przejazdu ciężkiego sprzętu (ciągniki, beczkowozy, ciężkie naczepy) ulicami osiedla mieszkaniowego a także większym oddaleniem instalacji od siedzib ludzkich. Instalacja Biogazowni to zespół budowli, urządzeń i osprzętu mniej lub bardziej rozbudowanych w zależności od rodzajów pozyskiwanych substratów, sposobu ich załadunku do komór fermentacji oraz sposobów wykorzystania uzyskiwanych produktów. W projektowanej Biogazowni substratami do produkcji biogazu będą: kiszonka kukurydzy, kiszonka traw, gnojowica bydlęca i trzodowa, obornik i inne odpady organiczne z przetwórstwa rolno-spożywczego. Projektowany system ma być elastyczny na wahania składu substratów, ze szczególnym uwzględnieniem kiszonki z trawy. Pozyskiwany w wyniku fermentacji biogaz zasilać będzie agregat kogeneracyjny, w którym wytworzona zostanie energia elektryczna ciepło w postaci gorącej wody. Pozostałość pofermentacyjna po mechanicznym odwodnieniu, jako ustabilizowany i ulepszony nawóz, będzie wywożona na obszary rolne i stosowana do nawożenia areałów przeznaczonych pod uprawy biomasy. PODSTAWOWE OBIEKTY BIOGAZOWNI Planowana instalacja biogazowa składa się z następujących bloków funkcjonalnych: Zbiornik Wstępny Stacja Załadowcza Komora Fermentacji I Stopnia Komora Fermentacji II Stopnia Separator Reszty Pofermentacyjnej (opcjonalnie) Zbiornik Końcowy Stacja Kogeneracyjna (oraz pochodnia gazowa) Silosy Przejazdowe Budynek Techniczny Podłączenie do stacji transformatorowej Waga Samochodowa 2
Infrastruktura Towarzysząca (sieci i instalacje, drogi, ogrodzenie, zagospodarowanie terenu) OPIS WYPOSAŻENIA BIOGAZOWNI Zbiornik Wstępny (1) zagłębiony żelbetonowy zbiornik o pojemności minimum 150 m 3 służy do przyjmowania gnojowicy i innych substratów płynnych wlewanych bezpośrednio z beczkowozów oraz wody deszczowej spływającej poprzez zbiornik buforowy ścieków (10). Zbiornik posiada strop przejezdny - z odpowiednimi otworami montażowymi, pokrywami i barierami ochronnymi. Zbiornik jest wyposażony w system zanurzeniowych mieszadeł służących do homogenizacji wsadu. Pompa zanurzeniowa DN150 (do 9% zawartości suchej masy, o wysokości podnoszenia powyżej 8 m) zabudowana w zbiorniku służy do przepompowywania zhomogenizowanej gnojowicy lub innych płynnych substancji ze zbiornika wstępnego do komory fermentacyjnej. Zbiornik posiada zabezpieczenie przed przepełnieniem. Przewiduje się możliwość całkowitego opróżnienia zbiornika. Stacja Załadowcza (2) stanowi w pełni zautomatyzowany układ załadunku substancji stałych (traw, kiszonek, obornika itp.) zamontowany pod odpowiednim kątem tak by substancje ześlizgiwały się w kierunku ślimaka podającego. Zbiornik (komora) przyjmująca substraty stałe o pojemności 30m 3, wykonany jako wodoszczelny, pokryty odpowiednimi tworzywami sztucznymi zmniejszającymi współczynnik szorstkości ścian wewnętrznych. Wymiary zewnętrzne L=7,3m, B=3,0m, H=4m; wysokość krawędzi do załadowania 3,2m. Substraty stałe są ważone automatycznie, z rejestracją i odczytem miejscowym wagi. Układ sterowania załadunkiem zlokalizowany został w szafie sterowniczej. Przewiduje się system z możliwością sterowania automatycznym procesem załadunku w funkcji czasu lub masy. System dostarczony jako komplet wraz z montażem i rozruchem. Komora Fermentacji I Stopnia (3) zaprojektowana jako zbiornik żelbetonowy o pojemności całkowitej rzędu 2500m 3, pojemności roboczej rzędu 2250m 3. Wymagana jest zabezpieczenie przed rozszczelnieniem i wyciekiem oraz dobra izolacja termiczna. Sugerowana grubość ścian co najmniej 25cm, zaś grubość płyty dolnej betonowej co najmniej 18cm. Klasa betonu 35/45. Dopuszcza się także zastosowanie zbiorników stalowych o parametrach wytrzymałościowych i termicznych co najmniej takich jak opisywane dla żelbetonu. W górnej części komory powyżej zwierciadła swobodnego cieczy (wsadu), w której będzie kontakt z surowym biogazem (około 1 m od górnej krawędzi) ściana wewnętrzna powinna być zabezpieczona przed szkodliwym oddziaływaniem niektórych składników biogazu na beton warstwą żywicy epoksydowej. W ścianie zbiornika wbudowane są rury grzewcze, do podgrzania masy fermentacyjnej. Instalacja grzewcza (rury) jest również zabudowana w płycie dolnej (posadzce) komory. 3
Komora Fermentacyjna jest wyposażona w zbiornik biogazu (kopuły podwójne z tworzywa sztucznego hermetycznie zamontowanej na koronie komory). Ściany i posadzka Komory są ocieplane odpowiednimi materiałami izolacyjnymi (płyty o gr. 10cm) strop drewniany uniemożliwiający powrót biogazu do styku powtórnego z powierzchnią masy fermentacyjnej i tym samym pomniejszeniem strat ciepła. Do obliczeń związanych z ogrzewaniem komory, przyjęto że średnio dziennie komora przyjmuje około 40m 3 świeżego substratu przy temp. 10 C, a temperatura zewnętrzna wynosi średnio do -10 C. Warstwa izolacji cieplnej jest zabezpieczona przed uszkodzeniami mechanicznymi i atmosferycznymi blachą trapezową. Mieszadło poziome łopatowe dostosowane do mieszania gęstej masy fermentacyjnej (obornik, kiszonki) czterołopatowe. Moc silnika mieszadła 15 kw; obroty mieszadła 10 rpm.; długość wału 5 m; zasięg ramion (łopat) 3,65 m. Redukcja siarkowodoru H2S w biogazie następuje poprzez wdmuchiwanie pod strop powietrza w ilości maks. do 4% wytwarzanego biogazu. Konstrukcja dachowa (szczelinowo zabudowana konstrukcja drewniana stanowiąca doskonałe siedlisko szczepów bakterii, które redukują siarkowodór do siarki. Strop zabezpiecza również kopułę przed opadnięciem do fermentowanej masy. Kopuła z tworzywa hermetycznie zamocowana do korony komory fermentacyjnej służy jako magazyn biogazu. Materiał kopuły PE-FPP. Pojemność magazynowania biogazu 1200m 3. Kopuła składa się z dwóch warstw między które wdmuchiwane jest powietrze wentylatorem z silnikiem o mocy ok. 200 W. Szafa sterownicza łącznie z rozdzielaczem ciepłej wody zasilająca układ ogrzewania komory z możliwością podłączenia 28 obwodów grzewczych z regulacją przepływu w każdej gałęzi. Komora Fermentacji II Stopnia (4) komora dofermentująca; zaprojektowana jako zbiornik żelbetonowy o pojemności całkowitej ok. 2100m 3 ; pojemności roboczej ok 1800m 3 ; Sugerowane grubości ścian - 22cm; grubość płyty dennej -18cm. Klasa betonu 35/45. Dopuszcza się także zastosowanie zbiorników stalowych o parametrach wytrzymałościowych i termicznych co najmniej takich jak opisywane dla żelbetonu. W górnej części ściana wewnętrzna (przestrzeń gazowa około 3m od górnej krawędzi) jest zabezpieczona przed szkodliwym oddziaływaniem niektórych składników biogazu na beton specjalną warstwą żywicy epoksydowej. W ścianie zbiornika zabudowane są rury grzewcze do ogrzania zawartości masy fermentacyjnej. Instalacja grzewcza (rury) jest także zabudowana w płycie dolnej (posadzce) Komory. 4
Komora będzie wyposażona w zbiornik biogazu (kopuły z tworzywa sztucznego hermetycznie zamontowanej na koronie komory fermentacyjnej). Ściany i posadzka Komory są ocieplane odpowiednimi materiałami izolacyjnymi (płytami o grubości 10 cm), strop drewniany uniemożliwiający dwukierunkowy przepływ biogazu i tym samym pomniejszenie strat ciepła. Do obliczeń związanych z ogrzewaniem komory przyjęto, że średnio dziennie komora przyjmuje około 42m 3 substratu o temp. 10 C, a temperatura zewnętrzna wynosi średnio do -10 C. Warstwa izolacji cieplnej jest zabezpieczona przed uszkodzeniami mechanicznymi i atmosferycznymi blachą trapezową. Komora jest wyposażona w mieszadła zatapialne z silnikiem o mocy 13kW i obrotach 360 rpm. Projektuje się uszczelnienie strefy gazowej oraz system podnoszenia mieszadła. Konstrukcja dachowa strop szczelinowy drewniany stanowiący doskonałe siedlisko szczepów bakterii, które odsiarczają (redukują) siarkowodór do siarki elementarnej. Redukcja siarkowodoru H2S w biogazie następuje poprzez wdmuchiwanie pod strop drewniany powietrza w ilości max. do 4% wytwarzanego biogazu. Połączenie gazowe pomiędzy Komorami Fermentacji jest wykonane rurociągiem o średnicy DN200. Szafa rozdzielcza mediów zostanie zabudowana łącznie z rozdzielaczem ciepłej wody. Zabudowane będą: 1x rozdzielacz sprężonego powietrza; 1x rozdzielacz odsiarczania; 1x zasilanie rozdzielcze odsiarczania (dopływ powietrza); 1x rozdzielacz do sprężonego powietrza zasilającego węże uszczelniające kopuły; kolektory (rozdzielacz) ogrzewania podłogowego i ściennego dla 21 obwodów. Projektuje się podwójne wzierniki z instalacją oświetlenia - otwory DN300 z szybami i spryskiwaczami oraz oprawą świetlną 50W, w wykonaniu EX. Minimalny wskaźnik pojemności łącznej zbiorników fermentacyjnych do mocy elektrycznej biogazowni 7m 3 /kw el., który również powinien być zachowany w przypadku technologii krąg w kręgu powering Separator Reszta pofermentacyjna może zostać poddana obróbce mechanicznej celem odwodnienia/zagęszczenia. Przewiduje się możliwość zastosowania prasy taśmowej lub wirówki odśrodkowej. Zawartość masy suchej w frakcji zagęszczonej będzie na poziomie od 25 do 40% w zależności od początkowej wilgotności reszty pofermentacyjnej i zastosowanego separatora. Zagęszczone nawozy będą transportowane przy pomocy ładowarki do wydzielonej części silosów przejazdowych (7). Wymagana pojemność na ten cel powinna zapewnić 4 miesięczne przechowywanie w okresie zimowym (~3 tys. ton). Zawartość masy suchej w odcieku z separatora nie przekroczy 1,5% co umożliwi jego wykorzystanie jako uzupełnienie wody procesowej w komorach 5
fermentacyjnych, a także do deszczowania w rolnictwie. Nadmiar odcieku (jeśli wystąpi) może być gromadzony wraz z wodami opadowymi lub w odrębnym zbiorniku buforowym. Zbiornik Końcowy (5) - stanowi magazyn płynnej masy pofermentacyjnej i będzie wykonany jako monolityczny zbiornik żelbetonowy wyposażony w przykrycie gazoszczelne z ujęciem i odprowadzeniem biogazu. W przypadku rezygnacji z separatora minimalna pojemność Zbiornika Końcowego wynosi 5250 m 3. Kogenerator (moduł kogeneracyjny) w Stacji Kogeneracyjnej (6) umieszczony w kontenerze wraz z kompletnym oprzyrządowaniem, osprzętem, układem cieplnym, króćcami do podłączenia mediów, wentylatorami awaryjnymi itp. Moc generatora 500 kwe, moc cieplna na poziomie ok. 560 kw (woda 90 C). Silosy Przejazdowe na kiszonki (7) o całkowitej powierzchni co najmniej 3200 m 2 do magazynowania zapasów, w pierwszym rzędzie kiszonek, ale również innych stałych substancji organicznych i zagęszczonych przefermentowanych nawozów. Silosy są tak umieszczone, aby była możliwość przejechania po ich stropie pojazdem. Budynek techniczny (8) jest to budynek, w którym mieszczą się pompy, zasuwy, rurociągi, umieszczone są tam również szafy przyłączeniowe oraz sterownia. Waga samochodowa (9) służąca do ewidencji dowożonych substratów. Zbiornik buforowy ścieków (10) połączony z instalacją kanalizacji opadowej i Zbiornikiem Wstępnym. Pochodnia gazowa (11) połączona z instalacją gazową Biogazowni oraz z układem zabezpieczeń ciśnieniowych, której zadaniem jest spalanie gazu w sytuacjach awaryjnych np. awaryjne zatrzymanie kogeneratora itp. Przyłącz do stacji transformatorowej (12) służące do wyprowadzenia wygenerowanej mocy do sieci elektroenergetycznej. Standardowe rozwiązanie zdawczo-odbiorcze wyposażenie pola pomiarowego, rozdzielnicę NN (0,4 kv), oraz automatykę zabezpieczeniową zgodnie z wymaganiami określonymi w warunkach przyłączenia źródła do sieci elektroenergetycznej. OPIS PROCESU TECHNOLOGICZNEGO Dostarczana na teren Biogazowni gnojowica będzie krótko czasowo magazynowana w zbiorniku wstępnym (1), gdzie po przygotowaniu tj. wymieszaniu (zmiksowaniu) zostanie przepompowana do komory fermentacyjnej (3). Sieczka kukurydzy i traw będzie składana i magazynowana w silosach 6
przejazdowych (7), a następnie po zakiszeniu za pomocą ładowarki przewożona do stacji załadowczej (2) skąd będzie transportowana systemem przenośników ślimakowych do komory fermentacyjnej I stopnia (3). W identyczny sposób będzie podawany do bioreaktora przywożony bezpośrednio na teren biogazowi obornik i podobne substraty stałe. W komorze fermentacji I stopnia (3) zachodzić będą procesy w temperaturze ~40 C (fermentacja mezofilowa). Zawartość komory będzie w sposób ciągły mieszana przy pomocy systemu wolnoobrotowych mieszadeł. Czas przetrzymania wsadu w komorze fermentacji I stopnia będzie wynosić ok. 40 do 50 dni. Materiał będzie podawany w sposób okresowy partiami. Podczas każdego ładowania lub pompowania substratów do komory I (3) taka sama ilość materiału ale już upłynnionego przelewa się połączeniem syfonowym do komory fermentacyjnej II stopnia (4), gdzie podlega dofermentowaniu przez okres kolejnych ok. 30 do 40 dni. Wytworzony w obu komorach (3) i (4) biogaz gromadzi się pod dwuwarstwowymi kopułami z tworzywa sztucznego (podwójna membrana) szczelnie zamontowanymi na koronie obydwóch komór. Kopuły pełnią rolę przejściowego magazynu biogazu. Do przestrzeni gazowej (pod szczelinowy strop drewniany) wpompowuje się niewielkie ilości powietrza w celu zmniejszenia zawartości siarkowodoru. Tak pozyskany biogaz, po wykropleniu wilgoci) jest kierowany do spalania w kogeneratorze (6) w celu produkcji energii elektrycznej i ciepła. Po przejściu przez obie komory, reszta pofermentacyjna może być kierowana na separator, który dokonuje rozdziału na odciek (<1,5% m.s.) oraz zagęszczone nawozy (~30% m.s.) lub bezpośrednio do Zbiornika Końcowego (6). Frakcja ciekła jest w znacznym stopniu zawracana do komory fermentacyjnej natomiast nawozy mogą być gromadzone w silosach przejazdowych (7), gdzie będą buforowo magazynowane do czasu możliwości zagospodarowania ich pod uprawy. Wytworzona w kogeneratorze (6) energia elektryczna i ciepło w części zostaną wykorzystane na potrzeby własne biogazowni, zaś nadwyżka będzie wprowadzana i sprzedawana do sieci elektroenergetycznej za pośrednictwem stacji transformatorowej (12) i opcjonalnie do sieci ciepłowniczej. Nadmiar energii cieplnej, który nie będzie wykorzystany w Biogazowni ani będzie mógł być sprzedany będzie wyrzucany do otoczenia za pośrednictwem awaryjnej chłodnicy wentylatorowej. Pojemność silosów przejazdowych (7) wystarczy do zmagazynowania substratów (kiszonek) do stabilnej pracy biogazowni w okresie całego roku oraz, w przypadku zastosowania separacji mechanicznej reszty pofermentacyjnej), do magazynowania zagęszczonych nawozów przez okres zimowy (4 miesiące). W budynku technicznym (8) zgrupowane są wszystkie układy (połączenia) pompowo - rurociągowe oraz zespoły sterownicze pozwalające na operacje eksploatacyjne biogazownią, jak również sprawowanie bieżącej kontroli w zakresie pracy instalacji łącznie z rejestracją zaistniałych zdarzeń. Do kompletu wyposażenia biogazowi należy również waga samochodowa (9), zbiornik ścieków (10) wraz infrastrukturą (sieci i instalacje, drogi, ogrodzenie, zagospodarowanie terenu) oraz pochodnia gazowa (11) do spalania nadmiaru gazu w okresie dłuższego wyłączenia kogeneratora. Uproszczony schemat blokowy planowanej instalacji biogazowej przedstawiono na poniższym rysunku. Separator, jako moduł opcjonalny, został wyrysowany linią przerywaną. 7
BILANS MASY I POTENCJAŁ ENERGETYCZNY Lp. Rodzaj wsadu (substrat) Zakres zmian od -do [%] 1 Gnojowica bydlęca 8-18 2 Gnojowica świńska 10-20 3 Obornik bydlęcy 0-2 4 Kiszonka kukurydzy 7-50 5 Kiszonka trawy 30-60 6 Odpady piekarnicze 0-0,8 7 Pozostałości z przetwórstwa rolnospożywczego 0-3,5 Wymienione powyżej substraty są wystarczające do zasilanie silnika CHP o mocy elektrycznej 0,5 MW i rocznej produkcji energii elektrycznej na poziomie 4200 MWh. Zastosowanie separatora umożliwi znaczące zmniejszenie zapotrzebowania na wodę procesową oraz zmniejszy ilość reszty pofermentacyjnej do zagospodarowania, jednocześnie podnosząc jej jakość. Względy technologiczne (ORL, C/N, charakterystyka jakościowa odcieku) zdecydują o ewentualnych ograniczeniach odnośnie ponownego zawracania filtratu do komory fermentacyjnej. Wstępnie zakłada się całkowity recycling wówczas zapotrzebowanie wody świeżej (opadowej, innej powierzchniowej lub z ujęcia głębinowego) jest na poziomie poniżej 2 m 3 /dobę. 8