Energetyczne wykorzystanie odpadów z biogazowni
Odpady z biogazowni - poferment Poferment obecnie nie spełnia kryterium nawozu organicznego. Spełnia natomiast definicję środka polepszającego właściwości gleby i może być stosowany na własnych polach bez pozwolenia Poferment jest zagospodarowywany do celów nawozowych. Przed wykorzystaniem nawozowym należy wykonać analizę jego składu chemicznego i badania sanitarne oraz właściwości gleby na której planuje się zastosowanie osadu Zachodzi konieczność jego magazynowania przez około 6miesięcy w lagunach lub specjalnych zbiornikach żelbetonowych
Odpady z biogazowni - poferment Zachodzi konieczność jego magazynowania przez około 6miesięcy w lagunach przykrytych geomembraną ponieważ nadal zachodzą procesy fermentacyjne lub w specjalnych zbiornikach żelbetonowych Przechowywanie uwodnionego pofermentu wymaga olbrzymich nakładów inwestycyjnych na wykonanie zbiorników żelbetonowych lub zabezpieczenie około 2-3 dodatkowych hektarów na laguny Zagospodarowanie nawozowe wymaga od 1000 do 5000 ha dla biogazowni o mocy 1MWe
Wykorzystania energetyczne Prowadzone są badania mające na celu znalezienie alternatywnych dróg wykorzystania pofermentu według propozycji zakładającej rozfrakcjonowanie pofermentu na frakcję ciekłą istałą. Według tej koncepcji: Frakcja ciekła została by zawrócona do komory fermentacyjnej po uprzedniej denitryfikacji (znaczne ograniczenie zużywanej wody) lub użyta jako nawóz ciekły Frakcja stała po wstępnym odwodnieniu mechanicznym została by osuszona metodami termicznymi i zgranulowana (magazynowania długoterminowego, możliwość użycia do celów energetycznych - biopaliwo stałe lub nawozowych) Przygotowana i zgranulowana frakcja stała została by wykorzystana do celów energetycznych, wytwarzania paliw II generacji poprzez (zgazowanie lub piroliza) lub jako paliwo do współspalania (popiół użyty jako nawóz)
Odwadnianie pofermentu Odwadnianie pofermentu metodami mechanicznymi (taśmowa prasa filtracyjna, wirówka dekantacyjne) pozwala osiągnąć maksymalną zawartość suchej masy sięgającą około 30%. Metody mechaniczne nie pozwalają na usunięcie wilgoci związanej. Wirówka dekantacyjna Taśmowa prasa filtracyjna
Osuszanie pofermentu Osuszanie pofermentu do wilgotności umożliwiającej granulowanie, magazynowanie i wykorzystanie energetyczne wymaga osuszenia do wilgotności poniżej 20%. Uzyskanie tego poziomu wilgotności można zrealizować za pomocą termicznych metod osuszania, które pozwalają usuwanie wilgoci związanej. Metody termiczne wymagają orząd wielkości więcej na usunięcie wody niż metody mechaniczne. Znane rozwiązanie techniczne procesów suszenia termicznego wymagają od około 0,7 do 1,2 KWh energii cieplnej na odparowanie 1kg wody związanej.
Techniki suszenia Suszenie konwekcyjne suszarki taśmowe suszenie zimnym powietrzem suszarki bębnowe suszarki wirówkowe Suszenie kontaktowe (przeponowe) suszarki cienkich warstw suszarki tarczowe Suszenie w niskiej temperaturze < 80 C Suszenie w wysokiej temperaturze >80 C
Prototyp suszarki przeponowej W ramach prac badawczych w realizacji : PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych. Został wykonany prototyp suszarki przeponowej z rekuperacją ciepła. Wstępne wyniki badań nad energochłonnością procesu suszenia pozwoliły oszacować energochłonność na poziomie 0,3KWh na 1kg odparowanej wody. Widok na grzałki elektryczne będące źródłem energii cieplnej reaktora do osuszania pofermentu Widok aplikacji sterującej pracą reaktora do osuszania pofermentu Widok leja zasypowego z materiałem modelowym o wilgotności 70%
Właściwości osuszonego pofermentu Poferment z biogazowni rolniczej Bałdy Osuszony poferment w piecu komorowym L.p. Powt. Nazwa próby Wilgotność Ciepło spalania Wartość opałowa Węgiel związany Części lotne Popiół C H S N Cl O 1 % GJ/Mg GJ/Mg % s.m. % s.m. % s.m. % s.m % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. A 7,95 16,820 15,288 14,67 58,60 26,72 39,77 4,63 0,87 3,74 0,43 23,84 B Poferment przed 7,81 16,895 15,384 14,65 58,45 26,90 39,62 4,63 0,87 3,74 0,44 23,80 C pirolizą 7,79 16,860 15,356 14,78 58,98 26,25 39,66 4,68 0,88 3,81 0,42 24,30 Śr. 7,85 16,858 15,343 14,70 58,67 26,62 39,68 4,65 0,87 3,76 0,43 23,98
Piroliza i zgazowanie pofermentu Szafa sterownicza chłodnica Kondycjoner Analizator Sygnazu Reaktor
Badania karbonizatu z pofermentu następuje znaczna koncentracja popiołu z około 26% do 49% spada kaloryczność z około 16GJ/Mg do 14GJ/Mg Wyniki badań karbonizatu z przetwarzania pirolitycznego pofermentu Karbonizat uzyskany z przetwarzania pirolitycznego pofermentu L.p. Powt. Nazwa próby Wilgotność Ciepło spalania Wartość opałowa Węgiel związany Części lotne Popiół C H S N Cl O % GJ/Mg GJ/Mg % s.m. % s.m. % s.m. % s.m % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. % s.m. A 3,25 14,049 13,513 30,26 20,09 49,64 36,34 1,77 0,48 2,72 0,32 8,73 1 B Poferment po 3,28 14,091 13,549 30,21 20,32 49,47 36,16 1,79 0,46 2,68 0,32 9,12 C procesie pirolizy 3,29 14,040 13,497 30,34 20,12 49,54 35,27 1,70 0,47 2,70 0,30 10,02 Śr. 3,27 14,060 13,520 30,27 20,18 49,55 35,93 1,75 0,47 2,70 0,31 9,29
Paliwa gazowe z zgazowanie i pirolizy pofermentu Zbadano możliwość wykorzystania pofermentu w procesach wytwarzania paliw gazowych II generacji. W procesie pirolizy uzyskano gaz pirolityczny o następującym udziale procentowym w objętości analizowanej próby CO -20%, CH 4-15%, H 2 12%, Kaloryczność gazu pirolitycznego uzyskano na poziomie 8MJ/m 3 W procesie zgazowania uzyskano gaz generatorowy o następującym udziale procentowym w objętości analizowanej próby CO -20%, CH 4-7%, H 2 10%, Kaloryczność gazu pirolitycznego uzyskano na poziomie 4,8MJ/m 3
Wnioski Wykorzystanie energetyczne pofermentu wymaga przygotowania poprzez zastosowanie w pierwszym etapie mechanicznych metod osuszania wody niezwiązanej a następnie bardziej energochłonnych metod termicznych do usunięcia wody związanej, Z 1T pofermentu można uzyskać po odwodnieniu i osuszeniu około 1350MJ (375KWh) energii, Przy wykorzystaniu najbardziej sprawnej suszarni do odparowania 700kg wody zużyjemy 1692MJ (490KWh), co daje ujemny bilans energetyczny na osuszanie pofermentu (wymagane bardziej sprawne osuszanie pofermentu), Spalenie osuszonego pofermentu daje około 70% energii na osuszenie pofermentu, W biogazowniach występuje nadmiar ciepła z kogeneracji, które może zostać wykorzystane do instalacji osuszania pofermentu ale w pierwszej kolejności do podgrzewania komór fermentacyjnych, Dzięki odwadnianiu uzyskujemy recykling wody procesowej, Uzyskujemy nawóz stały w postaci wysuszonego pofermentu, który można magazynować lub wykorzystać do celów energetycznych
Wnioski Duże stężenie popiołu w pofermencie eliminuje możliwość spalania bezpośredniego w kotłach rusztowych (najbardziej rozpowszechnione w energetyce zawdodowej) ze względu na możliwość wystąpienia problemów ze szlakowaniem oraz zgazowania w reaktorach ze złożem stałym. Istnieje natomiast możliwość współspalania lub zgazowania, Możliwe jest bezpośrednie użycie w reaktorach zgazowania lub spalania w złożu fluidalnym gdzie problemy ze szlakowaniem nie występują tego typu nie występują, Popiół z spalania czy zgazowania pofermentu posiada ten sam potencjał nawozowy ale skoncentrowany.