Сжигание помета. Котельные, работающие на птичьем помёте

Жарков Г. В. * , к.т.н. Пьяных К. Е. ** , Пупин В. Б. ** .
* ООО «Адаптика » (пгт. Белые Берега, г. Брянск, Россия ),
** Институт газа НАН У (Киев , Украина)

Аннотация . С развитием птицеводства проблема утилизации куриного помета приобретает все большую актуальность. Помет является сильным загрязнителем почвы, водного и воздушного бассейнов. В то же время помет — ценное сырье для производства удобрений, добавки к комбикормам и энергетический ресурс. Приведен сравнительный анализ различных направлений утилизации помета. Наиболее эффективным представляется комплексный подход к утилизации, в основе которого производство и газификация пеллет из подстилочного помета с использованием коксо-зольного остатка в качестве высококачественного удобрения и выработкой электрической и тепловой энергии для собственных нужд и внешних потребителей. Приведены составы генераторного газа, полученного при газификации пеллет из подстилочного и нативного помета. Предлагается схема предприятия по комплексной переработке помета.

В настоящее время самая динамично развивающаяся отрасль сельского хозяйства области — птицеводство. В ней достигается наибольшая отдача продукции в расчете на единицу затраченного корма. Как следствие, с 2008 по 2012 годы в Российской Федерации наблюдался устойчивый рост поголовья птицы. За этот период оно увеличилось на 123,4 млн голов. Прирост только в 2012 году составил более 24 млн. голов, достигнув к началу 2013 года 394,2 млн. голов . Очевидно, что, как и у каждой бурно развивающейся отрасли, у птицеводства есть «болезни роста». Одной из наиболее болезненных проблем является проблема утилизации куриного помета.

Министерством природных ресурсов РФ от 02.12.2002 утвержден «Федеральный классификационный каталог отходов», в который помет птиц включен как вещество III класса опасности. Птицефабрикам стали предъявлять серьезные штрафные санкции за размещение так называемых «опасных отходов».

С учетом постановления правительства России от 12.07.2003 № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» за размещение отхода III класса опасности (птичьего помета) с птицефабрик взимается штраф в размере 497 руб. за тонну, если в птицеводческих хозяйствах птичий помёт не утилизируется, а накапливается в хранилищах. В настоящее время по данным Минсельхоза платежи агрокомпаний за размещение на своих угодьях помета и других отходов доходят до 35 млрд. руб. в год, не считая штрафов за загрязнение окружающей среды.

Безподстилочный помет по уровню химического загрязнения окружающей среды в10 раз опаснее коммунально-бытовых отходов. Являясь благоприятной средой для сохранения и развития различных микроорганизмов и гельминтов, помет создает угрозу заражения водоемов, почвы, подземных вод, кормов и пастбищ опасными для людей и животных возбудителями болезней. По данным Всемирной организации здравоохранения более 100 видов различных возбудителей болезней животных и человека могут успешно развиваться в этой среде .

Наибольший уровень экологических нагрузок испытывают поля утилизации безподстилочного помета. Площадь полей, загрязненных органогенными отходами, в том числе животноводства, в РФ превышает 2,4 млн га, причем 20% являются сильно загрязненными, 54% - загрязненными, 26% - слабо загрязненными. Данные земли - постоянный источник загрязнения биосферы. При длительном хранении помета на грунтовых площадках, открытых для атмосферных осадков, экологические проблемы неизбежны. В поверхностном слое почвы (0 ,4 м) уровень минерального азота достигает 4950 кг/га, в том числе уровень нитратного азота превышает 2500 кг/га, что в 17 раз выше по сравнению с незагрязненной почвой. В грунтовых водах содержание нитратного азота превышает содержание его в дренажных водах с поля в 2 раза, аммиачного азота - в 8 раз, фосфора - в 11 раз, калия - в 10 раз. Только экологический ущерб от нарушения регламентов использования безподстилочного помета в настоящее время оценивается в 150 млрд. руб. Ущерб от причинения вреда здоровью людей и животных не поддается оценке даже приблизительно. Уровень заболеваемости населения в районах функционирования крупных животноводческих предприятий и птицефабрик в 1,6 раза превышает ее средний показатель в Российской Федерации.

Приведенные данные подтверждают, что грамотно организованная утилизация отходов очень важна как для успешного ведения конкурентоспособного производства, так и для обеспечения сосуществования птицеводческих комплексов и населения прилегающих территорий.

Куриный помет не только отходы, но и ценное сырье, которое необходимо использовать. Известно, что птичий помет это :

  • органическое удобрение с высоким со-держанием питательных веществ. Куриный помет как удобрение превосходит навоз, в нем содержится: азот (N ) - 1,6%, фосфор (P ) - 1,5%, калий (K ) - 0,8%, кальций (Ca ) — 2,4%, магний (Mg ) - 0,7%, сера (S ) - 0,4%. Также в нем содержатся микроэлементы: медь, марганец, кобальт, цинк, и аминокислоты;
  • ценная кормовая добавка. Сухой куриный помет содержит 26-38% сырого протеина, 12-14% клетчатки, 3-5% жиров, 3-9% кальция, до 5% фосфора;
  • биотопливо, низшая теплота сгорания которого составляет 3500…4000 ккал/кг сухой массы в зависимости от наличия и состава подстилки.

Использование помета не только технически возможно, но и экономически оправдано. Представляет интерес создание предприятия, рассчитанного на комплексное использование помета во всех перечисленных направлениях. Изложим основные положения такого подхода.

Помет как сырье для производства удобрений. Суть процесса предполагает производство гранулированных удобрений способом ускоренного компостирования. Такой подход полностью удовлетворяет требованиям документа «Ветеринарно -санитарные правила подготовки к использованию в качестве органических удобрений навоза, помета и стоков при инфекционных и инвазионных болезнях животных и птицы» (утв . Минсельхозпродом РФ 04.08.1997 № 13-7-2/1027) и позволяет получить качественный экологически чистый продукт, на который существует устойчивый спрос сельхозпроизводителей. Требования к качеству, методам контроля, условиям хранения, транспортирования и даже нормы применения такого продукта уже разработаны и изложены в ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия». Существуют готовые решения по ускоренному компостированию, проведены исследования по влиянию удобрений на основе компостированного помета на урожайность сельскохозяйственных культур. Остается подобрать комплект оборудования для производства оборудования, обеспечить его энергоносителями и приступать к формированию сети потребителей, производству и реализации. Очевидно, что если стоимость вырабатываемых удобрений не будет высокой, а форма будет удобной для применения, данный продукт составит существенную конкуренцию традиционным минеральным удобрениям.

Помет как составляющая комбикормов для крупного рогатого скота . Особенностью пищеварения у птиц является быстрое движение пищи по пищевому тракту. Как следствие, не все компоненты и питательные вещества усваиваются . В результате содержание в курином помете такого ценного продукта как белки превышает 30%. Пищеварительный тракт жвачных животных позволяет эффективно извлекать питательные вещества из корма. Это дает возможность использовать птичий помет как добавку к естественному рациону крупного рогатого скота. Использование непереработанного помета для этих целей невозможно: характерный запах, вкусовые качества, патогенная и условно-патогенная микрофлора не позволяют применять помет в виде кормовой добавки. Однако сушка и термообработка позволяют устранить запахи и уничтожить микрофлору. Это открывает широкие возможности по использованию куриного помета. Исследования по влиянию использования помета в качестве подкормки проводились во многих странах, в том числе и в СССР, неизменно показывая хорошие результаты, На этом основании еще в 1976 году Министерство сельского хозяйства утвердило «Временные ветеринарно-санитарные требования к сухому птичьему помету, применяемому для кормления сельскохозяйственных животных».

Подкормка в виде подготовленного куриного помета позволяет значительно увеличить привес животных при откорме, уменьшив при этом затраты на обеспечение этого привеса. Как и в случае применения помета в качестве удобрений, требования, обеспечивающие широкое использование те же: низкая цена и удобство использования.

Помет как энергетический ресурс. Сразу оговоримся, что использование нативного (безподстилочного ) помета для обеспечения энергетических нужд считаем необоснованным. Фраза Менделеева о нефти может быть в полной мере отнесена и к куриному помету. Нативный помет должен использоваться по приведенным выше направлениям. В отношении подстилочного помета, утилизация которого представляет собой реальную проблему, а результаты переработки не так однозначны, разумное его использование как энергетического ресурса абсолютно оправдано. Возможны несколько направлений такого использования: выработка биогаза и дальнейшее его использование; прямое сжигание; газификация и использование полученного газообразного топлива.

Выработка биогаза предполагает анаэробное разложение помета, очистку биогаза и сжигание в газопоршневых двигателях для получения электроэнергии и тепловой энергии за счет утилизации тепла выхлопных газов двигателей.

Оценим эффективность когенерационного комплекса на базе биогазовой установки, исходя из следующих данных:

  • выход биогаза при анаэробном разложении куриного помета с подстилкой влажностью 60% по данным компании ZORG Biogas достигает 90 м³ на 1 тонну .
  • теплота сгорания биогаза — 5000-6500 ккал/нм 3 ;
  • при работе газопоршневых двигателей в виде тепловой энергии можно получить до 40% от исходного энергетичесого потенциала топлива;

Анализ представленных данных показывает:

  • из 10 т помета с влажностью 45% будет получено 13,75 т помета влажностью 60%
  • выход газа составит 13,75 т/ч ∙90 м³ /т = 1237,5 м³ /ч;
  • энергетический потенциал полученного газа 1237,5 м³ /ч ∙ 5750 ккал/ м³ = 7,12 (8 ,28 МВт∙час);
  • что позволяет выработать электроэнергии — 8,28 МВт ∙ 0,35 = 2,9 МВт∙час;
  • дополнительно выработка тепловой энергии составит 7,12 Гкал ∙ 0,4 = 2,85 Гкал.

Таким образом, комплекс, рассчитанный на производство биогаза из 10 т/ч подстилочного куриного помета влажностью 45% и производство электрической и тепловой энергии, обеспечивает генерацию: 2,9 МВт электрической энергии и 2,85 Гкал тепловой энергии.

Достоинства и недостатки такой технологии известны. Перечислим основные проблемы: длительный и достаточно тонкий процесс переработки исходного сырья, необходимость поддержания температуры субстрата выше температуры окружающей среды, большие объемы удобрений с высокой влажностью (92 …95%), получаемых в ходе переработки. Существенной проблемой для подобного использования помета являются также высокие удельные капитальные вложения на создание комплексов, достигающие для анализируемого случая 2000…2500 Евро на 1 кВт установленной мощности.

Прямое сжигание . Рассмотрим аналогичную ситуацию, предполагающую производство электрической и тепловой энергии. Подстилочный помет сжигается в паровом котле, вырабатываемый пар и используется для производства электрической энергии посредством паровой турбины. Рассматривая комплексы в одинаковых условиях получим:

  • мощность комплекса по переработке помета - 10 т/ч (при влажности 45%);
  • к.п.д. парового котла, работающего на твердом топливе - 82%;
  • к.п.д. парового турбогенератора при работе в конденсационном режиме -25%.

Анализ представленных данных:

  • примем удельную низшую теплоту сгорания сухого материала 4000 ккал/кг, что вполне оправдано в случае использования в качестве наполнителя древесных опилок. Тогда полная теплота сгорания подстилочного помета при влажности 45% составит:
    4000 ∙ (1 -0,45) - 550∙ 0,45 = 1952,5 ккал/кг
  • энергетический потенциал помета, сжигаемого за 1 час в котле, составит:
    1952,5 ∙ 10000 = 19,52 Гкал
  • энергетический потенциал пара, полученного из помета:
    19,52 Гкал ∙ 0,82 = 16 Гкал (18 ,6 МВт∙час)
  • производство электрической энергии с использование паровой турбины, работающей в конденсационном режиме:
    18,6 МВт∙час ∙ 0,25 = 4,65 МВт∙час.

Возможна также работа комплекса с турбиной, в которой предусмотрены промышленные отборы пара или теплофикационный режим. В этом случае производство электроэнергии будет снижено, но комплекс сможет поставлять тепловую энергию.

Таким образом, комплекс, рассчитанный на прямое сжигание 10 т/ч подстилочного куриного помета влажностью 45% и производство электрической энергии, может вырабатывать до 4,65 МВт электроэнергии.

В сравнении с технологией, рассмотренной ранее, капитальные затраты будут существенно ниже. Средние удельные расходы на комплекс производства электроэнергии по паровому циклу составляет 1500 Евро на 1 кВт установленной мощности.

К сожалению, сжигание подстилочного помета без предварительной обработки - сложная задача, решение которой сопряжено с необходимостью обеспечения выполнения экологических нормативов. Влажность и состав утилизируемого помета - величина не постоянная, что оказывает влияние на режим эксплуатации оборудования и состав выбросов.

Сжиганию отходов в мире уделяется много внимания. Специальные требования к сжиганию отходов изложены в директиве 2000/76/ЕС Европейского парламента «О сжигании отходов». В этом документе сказано, что обязательным при сжигании неопасных отходов является поддержание в топочном пространстве температуры не менее 850 °C и выдержка при этой температуре газообразных продуктов, в течение минимум 2 секунд. Если сжигаются опасные отходы с содержанием более чем 1% галогенных органических соединений, выраженных как хлорин, температура должна быть не менее 1100 °C. Проблемы прямого сжигания и возможные экологические риски существенно снижают ценность такого подхода к использованию помета .

Газификация. Реальной альтернативой технологиям производства биогаза и прямого сжигания может быть технология газификации куриного помёта с последующим использованием произведенного генераторного газа для выработки тепловой и электрической энергии. Важно, что применение технологии газификации наиболее эффективно в рамках многофункционального комплекса по утилизации куриного помёта. При этом товарными продуктами на выходе комплекса являются удобрения, топливные пеллеты, электрическая и тепловая энергии.

Существует несколько технологий производства газообразного топлива путем термической его переработки. На основании собственного опыта газификации различных исходных продуктов, включая помет и другие отходы сельскохозяйственного производства, исходим из положения, что энергетический агрегат должен использовать подготовленное топливо со стабильными характеристиками по влажности, энергетическим показателям, фракционному составу. Только такой подход позволяет получить стабильные показатели работы энергетического комплекса. Предлагаемые решения включают:

  • сушку подстилочного помета до относительной влажности 20%;
  • гранулирование высушенного помета;
  • газификацию топливных гранул;
  • использование полученного газообразного топлива для производства тепловой и электрической энергии;
  • использование коксо-зольного остатка для производства удобрений.

Рассмотрим работу комплекса, рассчитанного на газификацию куриного помета для условий, представленных ранее:

  • мощность комплекса по переработке помета - 10 т/ч (при влажности 45%);
  • сушка помета до относительной влажности 20%
  • гранулирование, энергозатраты — 100 кВт/т гранул
  • к.п.д. электрический газопоршневых двигателей - 35%;
  • производство тепловой энергии — до 40% от исходного энергетического потенциала топлива;
  • к.п.д. газогенератора по генераторному газу - 75%;
  • дополнительное производство тепловой энергии 10%;
  • к.п.д. сушильного комплекса 50%
  • образование коксо-зольного остатка - до 20%.

Анализ представленных данных:

  • удельная теплота сгорания сухого материала 4000 ккал/кг, что оправдано в случае использования в качестве наполнителя древесных опилок. Полная теплота сгорания подстилочного помета при влажности 20% составит:
    4000 ∙ (1 -0,2) - 550∙ 0,2 = 3090 ккал/кг

Влажности 20% соответствует содержание 200 кг воды в 1 тонне помета. Для получения такого результата из 1 тонны помета влажностью 45% необходимо удалить 312,5 кг воды. В результате из 10 тонн помета влажностью 45% получим 6,875 т помета влажностью 20%. Общее количество испаренной влаги составит 3125 кг.

  • энергетический потенциал помета, подаваемого на газификацию, составит:
    3090 ∙ 6875 = 21,2 Гкал
  • энергетический потенциал газа, полученного из подготовленного помета:
    21,2 Гкал ∙ 0,75 = 15,9 Гкал (18 ,5 МВт∙час)
  • производство электрической энергии с использованием поршневого двигателя, работающего на генераторном газе:
    18,5 МВт∙час∙ 0,35 = 6,48 МВт∙час.
  • дополнительно выработка тепловой энергии:
    15,9 Гкал∙ 0,1+15,9 Гкал∙ 0,4 = 7,95 Гкал.
  • производство коксо-зольного остатка: 6,875 т ∙ 0,2 = 1,375 т / час

Остаток, влажность которого близка к 0, а содержание минеральных веществ выше, чем у исходного помета, используется как наполнитель в производстве компостированных удобрений.

Энергетические затраты на функционирование комплекса:

  • сушка помета, обеспечивающая удаление 3125 кг влаги в час. Потребление тепловой энергии:
    550ккал/кг ∙ 3125 кг / 0,5 = 3,44 Гкал;
  • производство гранул для обеспечения работы комплекса:
    6,875 т ∙ 100 кВт∙час = 687,5 кВт∙час.

Таким образом, комплекс, рассчитанный на газификацию 10 т/ч подстилочного куриного помета влажностью 45% и производство электрической и тепловой энергии, за вычетом энергии на собственные нужды обеспечивает генерацию 6,48 - 0,6875 = 5,8 МВт электрической и 7,95 - 3,44 = 4,5 Гкал тепловой энергии.

Комплекс газификации может обеспечивать подачу газообразного топлива для обеспечения работы энергетического оборудования - котлов, печей, иных топливоиспользующих агрегатов. Вместо поршневых машин для производства электрической энергии могут быть использованы также решения, предполагающие производство и использование пара в турбогенераторах или паровых машинах.

Особенности работы комплекса, включающего газификацию подготовленного куриного помета, следующие:

1. Технология предполагает использование обращенного процесса газификации, при котором газообразные продукты образуются в реагирующей высокотемпературной зоне. Уровень рабочих температур 1000….1200°С обеспечивает надежное разложение углеводородных соединений на простые компоненты. Состав газа, произведенного из подстилочного помета с наполнителем из древесных опилок, представлен в табл.1. В рамках исследования возможности использования подготовленного помета в качестве топлива проведены также испытания по газификации гранулированного нативного помета, которые показали, что получение энергетического газа из него возможно только при обогащении воздушного дутья кислородом (Табл . 1).

Таблица 1. Состав газа при газификации пеллет из помета

Компоненты

Материал для газификации, состав дутья

Помет с подстилкой из древесины, воздушное дутье

Нативный помет гранулированный, процент кислорода в дутье

Теплота сгорания, ккал/м 3

2. Технология газификации, разработанная для газификации бурого угля компанией «Сибтермо » (г . Красноярск), использована при переработке отходов. Работа генератора понятна из принципиальной схемы агрегата, которая представлена на рис.1. Генератор заполняется топливом. Верхний слой топлива разогревается за счет электрического нагрева до температуры самовоспламенения. Затем в генератор снизу подается воздух. В результате реакционный слой разогревается и начинается процесс газификации. В ходе работы генератора реагирующий слой перемещается вниз, а над ним образуется слой коксо-зольного остатка, в котором происходит дополнительная очистка газа. Организация работы генератора с низкими скоростями движения газов во внутреннем пространстве обеспечивает длительное время пребывания продуктов газификации в зоне высоких температур и малый вынос зольных частиц. Время работы генератора на одной загрузке — не менее 9 часов. При завершении процесса подача воздуха прекращается, генератор охлаждается, производится выгрузка коксо-зольного остатка и рабочий цикл повторяется. Эксплуатация комплекса установленной мощностью 2 МВт по генераторному газу (рис .2) подтвердила надежность оборудования и его высокие экономические показатели. Автоматическая система контроля позволяет отслеживать все важные события при работе комплекса, оперативно управлять технологическим процессом и сохранять значения важных параметров (рис .3.). Комплекс для обеспечения работы изготавливается из трех однотипных газогенераторов, попеременная работа которых обеспечивает эксплуатацию остального оборудования комплекса в непрерывном режиме.

3. Полученный газ подвергается охлаждению, очистке и может быть использован в энергетических агрегатах. При этом экологические показатели при его использовании соответствуют эмиссии загрязняющих веществ при работе энергетических агрегатов на природном газе.

Рис.1. Принципиальная схема газогенератора периодического действия
Обозначения:

— слой запаса топлива;

— слой разогрева, окисления и восстановления;

— слой коксо-зольного остатка;

— направление движения газа.

Технология качественной очистки генераторного газа, а также оборудование для производства из него электрической и тепловой энергии с использованием двигателей внутреннего сгорания разработана ООО «Адаптика ». Первая из запущенных установок, установленной мощностью 100 кВт по электрической энергии, использующая в качестве топлива генераторный газ, произведенный из древесных отходов, отработала более 2-х лет, что подтверждает надежность созданного комплекса. Отработана технологическая цепочка переработки отходов деревообработки в электрическую и тепловую энергии, налажен серийный выпуск электрогенерирующих комплексов. Следующим очевидным шагом стало решение по утилизации отходов сельскохозяйственной деятельности, одним из которых является переработка подстилочного помета. Удельные капитальные затраты на создание комплекса не превышают 2000 Евро на 1 кВт установленной электрической мощности.

Рис.2. Действующий комплекс газификации биосырья мощностью 2 МВт.

Рис.3. Мнемосхема комплекса производства и использования генераторного газа.

Сопоставление результатов анализа, проведенного для рассматриваемых технологий, показывает превосходство технологии газификации с точки зрения энергетической эффективности использования помета, сравнительную простоту схемы производства и использования генераторного газа. Капитальные затраты на создание комплексов газификации и использования генераторного газа сопоставимы с затратами на другие технологии.

Приведенные выше материалы показывают, что комплексный поход к утилизации куриного помета является наиболее эффективным. Производство энергии в количестве, превышающем собственные нужды, так же, как и производство удобрений для использования на собственных полях, существенно увеличивают эффективность и экономичность предприятия в целом. Предполагается следующая структура производства (рис .4):


Комплекс рассчитывается на производство удобрений из компостированного куриного помета, топливных гранул, гранулированных кормовых добавок и тепловой и электрической энергии. Мощности агрегатов желательно подбирать с некоторым запасом, обеспечивающим гибкое использование всего комплекса с преимущественным производством наиболее рентабельного в данный период вида продукции.

В настоящее время более остро встает проблема поиска отличных от традиционных источников энергии. Запасы традиционных энергоносителей конечны и недешевы, поэтому предпочтение все чаще отдается возобновляемым источникам энергии. Человечество уже использует потенциал воды, ветра, Солнца, но также одним из возобновляемых источников топлива являются продукты жизнедеятельности самого человечества.

Специалисты Турбопар уже более 6-ти лет успешно занимаются проблемами утилизации отходов птицеводства, животноводства и в целом сельского хозяйства.

1. Виды биотоплива.

Под биотопливом понимается топливо, получаемое путем переработки побочных продуктов животного или растительного происхождения (биомассы). Это и древесина (щепа), и солома, и жмыхи, и лузга масличных культур, и продукты жизнедеятельности домашних животных и самого человека. И этот источник энергоресурсов будет существовать, пока будет существовать человек и наша планета.
Различные виды биотоплива имеют разный энергетический потенциал и, соответственно, требуют различного подхода к извлечению этого потенциала.

2. Методы использования биотоплива (подготовка к использованию в котельной для последующей подачи в котлы).

Существуют различные технологии по использованию биотоплива и приготовлению из него конечного продукта для подачи в топку котла. И подбор конкретной технологии к определенному виду биотоплива зависит от условий Заказчика. Ранее мы рассмотрели вопросы использование щепы , в данном разделе осветим вопросы утилизации других видов биотоплива, а также биоотходов.

В зависимости от влажности исходного топлива, его свойств и происхождения выделяют такие технологии как прямое сжигание, газификацию, либо получение биогаза. Так при влажности исходного топлива более 50%, как правило, целесообразнее использовать технологию получения биогаза, при влажности меньше 50% методы прямого сжигания топлива либо газификацию топлива.
Остановимся на общем описании каждого из указанных методов.

Метод с получением биогаза. Сущность данного метода заключается в следующем: биотопливо (биомасса) загружается в биореакторы, где происходит процесс брожения, в ходе которого метановые бактерии вырабатывают собственно первичный биогаз. Требования к данной технологии очень высоки, любое нарушение технологии либо температурных ре
жимов может привести к гибели бактерий, и соответственно к остановке биореактора, для его очистки.

Минусами данного метода являются как дополнительные затраты на увеличение влажности исходного биотоплива (в зависимости от времени года до 92-94%) и подогрев добавляемой воды (если технология применяется в регионах с холодными периодами года), так и довольно долгий срок приготовления непосредственно топлива – биогаза. Также надо учитывать, что при данной технологии общая масса исходного сырья уменьшается на 3-5%, т.е. как способ, в том числе и утилизации отходов, такая технология малоприменима (хотя продукт после брожения в некоторых случаях можно использовать как удобрение). Однако в то же время стоит отметить и такие несомненные плюсы данной технологии, как:
- высокая калорийность получаемого топлива (по характеристикам биогаз наиболее приближен к природному газу),
- использование полученного биогаза для различных нужд, в том числе для получения биотоплива для автомобилей,
- существенная экономия на процессе получения энергии, если влажность исходного топлива высока (от 65%).

Особняком в этой технологии стоит утилизация куриного помета кур-несушек, влажность которого может достигать 90 % и более. Это связанно в первую очередь с высоким содержанием азота в данном виде топлива, что приводит при применении данной технологии к образованию большого количества азотистой воды, которая требует дорогостоящих решений по утилизации.


Метод газификации. Метод основан на получение генераторного газа. Данная технология применяется при влажности топлива до 50% (даже если производители подобного оборудования и декларируют влажность выше, надо учесть, что они не обманывают, они просто говорят о влажности исходного топлива. В газификатор поступает брикет с максимальной влажностью 50%).
Данная технология требует брикетирования, в отличие от технологии, основанной на биогазе (при биогазовой технологии можно ограничиться участком приема топлива и смешения, после чего полученная первичная масса загружается в биореактор). Таким образом, в процессе появляются дополнительные электрические затраты на этот узел. Следует отметить также и требования по зольности исходного топлива, которая не должна превышать 40 % (максимально достижимое значение в ходе экспериментов на сегодняшний день 45% зольности). Связано это требование с тем, что эти технологии основаны на горении с ограниченной подачей воздуха. Топливо с высокой зольностью не будет иметь стабильного горения. Кроме того, потребуются значительные затраты для поддержания этого процесса. Также отметим, что получаемый газ имеет более низкие качественные характеристики в сравнении с биогазом (так калорийность и теплота сгорания генераторного газа может быть в 3-5 раз ниже биогаза). К тому же, если получившийся газ планируется подавать в ГПА, то требуется дополнительная система очистки газа от продуктов горения, а также камера охлаждения. Также следует учесть, что в настоящее время в основном эта технология развита на экспериментальном уровне, по крайней мере, на территории стран СНГ, и существуют сильные ограничения по возможному количеству перерабатываемой биомассы.

Данные технологии имеют и свои уникальные по сравнению с другими методами преимущества. Одно из основных достоинств данной технологии – она применима практически к любому виду топлива. При помощи данной технологии генераторный либо пиролизный газ можно получить не только из биомассы, но и из ТБО (твердо-бытовых отходов), продуктов нефтепереработки (пластмассы, полиэтилен и пр.). Данная технология наиболее стабильна и контролируема. Конечный продукт (генераторный газ) стабилен по составу. По капиталовложениям данный вариант сопоставим с методом прямого сжигания. Происходит значительная утилизация отходов, что тоже дает несомненный плюс данной технологии, также как и то, что продуктами горения при данной технологии являются (при утилизации именно биомассы) высококачественные удобрения. Заметим, что затрачиваемое время на получение конечного продукта в виде генераторного газа значительно ниже, чем при биогазовом методе (при биогазе время получения биогаза в зависимости от типа применяемого первоначального биотоплива может доходить до 12-14 дней), и зависит от мощности брикетера, времени на сушку и времени на газификацию. Напоследок отметим, что при данном методе также отсутствуют вредные выбросы в атмосферу.
Полученный генераторный газ подают в стандартные газовые котлы (паровые либо водогрейные), но с переработанными под генераторный газ горелками.

Метод прямого сжигания. Как понятно из названия, суть метода – прямое сжигание биотоплива. При данном методе ключевое значение имеет даже не котельное оборудование, а метод топливоподготовки, хотя существует связь между топливоподготовкой и планируемым способом сжигания (цепная решетка, вихрь, кипящий слой и т.д.).
Данная технология требует низкой влажности топлива (45% и ниже), также как и предыдущий метод чувствительна к зольности первичной биомассы. К тому же в зависимости от типа топлива может меняться и сам состав оборудования, причем радикально, как пример, от брикетеров до дробилок. Также не стоит забывать, что в классическом исполнении этой технологии при сжигании есть проблема выбросов дымовых газов, температурой порой до 250 0С, что естественно не способствует экологической обстановке вокруг комплекса мини-ТЭЦ. При этом система требует довольно дорогих систем фильтрации, чтобы уменьшить выбросы в атмосферу вредных веществ.
Данная технология является наиболее отработанной, хотя в современном мире с помощью этой технологии пытаются утилизировать все больше видов биотоплива. Технология востребована при переводе котельной в мини-ТЭЦ на местные виды топлива, что позволяет существенно уменьшить первоначальные капитальные вложения (надо понимать, что речь идет о твердотопливных котлах).
Может возникнуть вопрос, а какой же метод применим при влажности исходной биомассы 50-65%? И однозначный ответ не будет дан, так как это то пограничное значение, при котором все покажет экономический расчет и сравнение технологий.

Специалисты ТУРБОПАР выполняют:

1. Анализ существующего топлива.

2. Выбор наиболее эффективного сжигания топлива.

3. Эффект утилизации.
Что же дает использование биотоплива?
Конечно, самый главный эффект использования данного топлива заключен в существенной экономии денежных средств.
Но также немаловажным является тот момент, что в отличие от классических видов энергоресурсов (таких как уголь, газ, мазут), биотопливо возобновляемо. Данный вид топлива не исчерпаем. Рано или поздно человечество будет вынуждено получать энергию именно при помощи возобновляемых источников топлива.

Необходимо отметить, что биотопливом зачастую являются отходы, утилизация которых стоит достаточно дорого, да и что скрывать, данные отходы наносят вред окружающей среде. Таким образом, при использовании биотоплива, помимо экономии на электрической и тепловой энергии за счет собственной выработки, происходит существенная экономия на утилизации отходов, в том числе сельскохозяйственных, происходит экономия на площадях, ранее отводимых под хранение отходов перед их отправкой на утилизацию, поддержание экологии (экономия хотя бы на экологических штрафах).

Итак, подведём итог и выделим плюсы использования биотоплива:
1. Биотопливо возобновляемо.
2. Себестоимость биотоплива существенно ниже, нежели стоимость классического топлива.
3. Исходя из пункта 2 существенно ниже и стоимость получаемой тепловой и электрической энергий.
4. В качестве источников топлива можно рассматривать различные отходы, такие как солома, лузга масличных культур, отходы переработки сахара (жом, ботва), навоз/помет и многие другие отходы животного и растительного происхождения.
5. Конечным продуктом котельных и мини-ТЭЦ на биотопливе является не только тепловая и электрическая энергии. Очень часто отходы самих котельных и мини-ТЭЦ на биотопливе можно использовать в дальнейшем (удобрения, побочные продукты в виде химических соединений, строительная отрасль и т.д.).
6. Улучшение экологической обстановки.
7. Экономия, и очень часто существенная, на утилизации отходов, таких как навоз/помет, лузга масличных и т.д.

Описание котельной на биотопливе.

В данном разделе представлено описание нескольких котельных, учитывая способ приготовления конечного топлива.

Котельная на биогазе.

Как отмечалось выше, в основу положено приготовление биогаза с последующим его использованием.
Укрупненный состав оборудования такой котельной: площадка приема топлива, оборудование смешения биотоплива, биореакторы, система подачи топлива в биореакторы, системы очистки биогаза (если требуется). Далее в зависимости от целей котельной можно установить классический газовый котел (водогрейный либо паровой). При необходимости выработки электрической энергии в дополнение к тепловой возможна установка либо ГПА, либо газовой турбины, либо паровой турбины. После газовой турбины устанавливается котел-утилизатор.
Такую котельную можно поставить, в том числе и возле очистных сооружений , для утилизации иловых накоплений.

Котельная на генераторном газе.

Укрупненный состав такой котельной: площадка приема исходного топлива, оборудование смешения, оборудование сушки, брикетеры, газогенераторная установка. Полученный генераторный газ далее отправляется либо на котел газовый (водогрейный либо паровой) с адаптированными под этот газ горелками, либо на ГПА (в случае ГПА требуется система очистки генераторного газа). Реализованными на данный момент в странах СНГ являются проекты только на основе получения пиролиза при переработке древесной щепы.

Котельная с применением прямого сжигания.

Состав данной котельной может варьироваться в зависимости от вида биотоплива, планируемого к сжиганию.
Так, например, при утилизации лузги масличных культур укрупненный состав оборудования может состоять из: площадки приема биотоплива, транспортеров топлива, бункеров дозаторов топлива и самих котлов (водогрейных либо паровых). При необходимости смешения нескольких видов лузги либо добавления в лузгу других видов растительных отходов устанавливается оборудование смешения, сушки и брикетирования.
Далее приведен пример работы Турбопар, разработка предпроектного исследования утилизации куриного помета на Украине в 2010году.

Как выбиралась утилизация куриного помета. Краткое описание проекта.


Заказчиком была поставлена следующая задача: крупной птицефабрике требовалось утилизировать до 200 тонн подстилочного помета в день, с получением тепловой и электрической энергии. Работа мини-ТЭЦ круглосуточная и круглогодичная.
На территории стран СНГ подобных проектов нет. Наиболее узким местом в данном проекте является обработка исходной биомассы (подстилочного помета), поскольку ее влажность колеблется в зависимости от поры года. Сам по себе вид топлива, получаемый из данной биомассы, обладает средней теплотой сгорания и содержит много вредных веществ. Были рассмотрены различные варианты приготовления топлива для последующей подачи в котел – от прямой подачи в топку до пылевого метода сжигания (превращение исходного топлива в мелкодисперсную пыль, обладающую более высокими свойствами горения, с последующей подачей этого пылевидного топлива в специальные топки в котлах). В итоге предварительно был принят вариант следующего вида:
- устанавливается хранилище первичного топлива с запасом топлива на 7 дней беспрерывной работы ТЭЦ,
- после этого устанавливается оборудование смешения с другими видами биотоплива,
- оборудование сушки,
- измельчения до необходимых размеров частиц
- и подача в бункеры-дозаторы перед котлами.
Далее осуществляется подача из бункеров-дозаторов непосредственно в паровые котлы.
После котлов устанавливается одна или две паровые турбины конденсационного типа с регулируемыми оборами пара. Пар из отборов отправляется на собственные нужды котельной (на участок сушки топлива), и птицекомплекса.
Электрическая энергия используется на собственные нужды птицекомбината. Остатки неиспользованной электрической энергии передаются в общегосударственную электрическую сеть.
Также данная мини-ТЭЦ помимо электрической и тепловой энергий побочным продуктом будет давать высококачественное удобрение (зола - продукт горения биомассы), которое будет использоваться либо для собственных нужд, либо реализовываться на рынке удобрений (предусмотрен участок пакетирования удобрений).
Здесь намеренно не раскрывается способы утилизации дымовых газов мини-ТЭЦ и детального описания систем оборудования. Скажем только, что при реализации проекта предприятие вырабатывать в сутки около 144 МВт электрической энергии, столько же тепловой. Срок окупаемости данного проекта с учетом всех вложений составит три года. Выполняется архитектурная часть проекта Утилизация куриного помета.

паровые котлы, водогрейные котлы, проектирование очистных сооружений

Котельные, работающие на птичьем помёте. Наше предприятие специализируется на разработке, создании, внедрении, наладке и вводе в эксплуатацию котельных для сельскохозяйственных предприятий.

Развитие аграрного комплекса Украины не мыслимо без развития птицеводства. Однако рост этого направления аграрного бизнеса влечёт за собой увеличение количества отходов в виде помёта. При традиционном подходе птичий помет рассматривается как токсичные отходы производства III класса опасности. Его размещение на открытых площадках ведет к сильному загрязнению окружающей среды. Поэтому уровень загрязнения почвы, грунтовых вод и воздуха в ведущих птицеводческих регионах в несколько раз превышает допустимые нормы.

Нашими специалистами разработано несколько методов утилизации птичьего помёта.

Утилизацию помёта можно преобразовать в доходный бизнес, изготавливая удобрения. Однако существует ещё один способ – использование помёта для обогрева самих птичников, а также бытовых и административных помещений.

Использование подстилочного помёта в виде топлива имеет очень большие перспективы.

Главным достоинством предлагаемого метода утилизации подстилочного помета являются:

  • полная и быстрая ликвидация отходов III класса опасности;
  • получение постоянно используемых видов тепловой и/или электрической энергии и ценного минерального удобрения;
  • хорошая адаптация к существующим системам тепло- и энергоснабжения птицефабрик. Также возможно сжигание клеточного помета при достижении его конечной влажности не более 50% с помощью предварительного перемешивания с сухими древесными или растительными отходами, либо предварительным подсушиванием помета продуктами его же сгорания.

Подстилочный помет может служить возобновляемым альтернативным биотопливом, которое используется для собственных нужд птицефабрики с замещением природного газа или другого вида натурального топлива. Сжигание подстилочного помета не требует его предварительной подготовки (гранулирования, измельчения, сушки и пр.). Это упрощает и удешевляет технологический процесс.

Сжигание 1т подстилочного помёта позволяет сэкономить до 270 м3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива (мазут, печное топливо). При этом можно получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или до 3 т пара на технологические нужды, либо выработать от 50 до 500–600 кВт электроэнергии (в зависимости от начальных и конечных параметров пара).

Как топливо подстилочный помет имеет следующие теплотехнические характеристики (на рабочую массу):

Зола, образующаяся при сжигании подстилочного помета, является комплексным фосфорно-калийно-известковым удобрением с повышенным содержанием микроэлементов и может применяться под различные культуры в дозах от 2 до 10 ц/га в зависимости от вида почв, культур и способа внесения. Она вносится в почву в сухом виде без дополнительной обработки. По результатам опытных данных, применение этой золы вместо обычных минеральных удобрений повысило урожайность сельскохозяйственных культур на 10–15 %. Выход золы составляет 10–15 % от количества исходного помета.

Надежное сжигание подстилочного помёта стало возможным с созданием специальных топочных устройств, сочетающих слоевое сжигание топлива с вихревым. Конструкция топки с системой многозонного воздушного дутья обеспечивает необходимые условия горения этого высоковлажного низкокалорийного высокозольного топлива с минимальным уносом золы. Результаты тестовых испытаний по сжиганию 56 т подстилочного помета в промышленной установке тепловой мощностью 1,5 МВт показали, что он эффективно сгорает с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. Для предотвращения зашлаковывания поверхностей нагрева в период проведения испытаний температура газов на выходе из топки поддерживалась в пределах 950±50 °С.

Топливный склад оборудуется расходной емкостью с «живым» дном. Пар из котла (давление до 1,4 МПа, температура до 190 °С) направляется на технологические нужды, в бойлер системы ГВС и на собственные нужды котельной. Зола, уловленная в топке, бункерах конвективного газохода котла и золоуловителя, непрерывно удаляется в золовой склад. В зависимости от требований потребителя зола может затариваться в мешки или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте. Для котельной, рассчитанной на сжигание 75-80 т ПП в сутки и имеющей тепловую мощность ~7–8 Гкал/ч (8 – 10 т/ч насыщенного пара давлением 1,4 МПа), требуется помещение размером ~18×15 м и высотой до 13 м. Помещение котельной может быть выполнено из сборных металлоконструкций с сэндвич-панелями на основе минерального базальтового утеплителя толщиной 100-150 мм с пределом огнестойкости 0,75–1,5 ч.

Топливный склад должен располагаться в закрытом неотапливаемом помещении площадью не менее 300 м2 (18×18 м), высотой до 6 м и также может быть выполнен из сборных металлоконструкций с сэндвич-панелями. Экономическая эффективность сжигания подстилочного помета и срок окупаемости капитальных затрат зависят от его количества. Сжигание подстилочного помета с выработкой пара и тепла является экономически эффективным и быстроокупаемым мероприятием. Расчетный срок окупаемости не превышает 18 мес. Дополнение производства пара и тепла выработкой электроэнергии существенно увеличит экономическую эффективность данного метода утилизации ПП. Так, при выработке 10 т/ч пара с параметрами 1,4 МПа и 250 °С в теплофикационном режиме с нагревом сетевой воды до 80 °С (режим ГВС) можно выработать примерно 900 кВт·ч электроэнергии, из них до 200 кВт·ч - для котельной, а остальное – на собственные нужды птицефабрики.

Этот метод утилизации ПП является наиболее быстрым со сроком окупаемости капитальных затрат не более 1,5 –2,0 лет. Составляющие капитальных затрат и экономической эффективности зависят от фактических условий и рассчитываются для каждого конкретного случая. Комплексная выработка тепла на ГВС и отопление, технологического пара и электроэнергии в котельных на подстилочном помете значительно увеличит независимость птицефабрик от поставщиков энергоресурсов и тарифов на них.

Топливо - куриный помет в смеси с подстилкой из лузги подсолнечника подсушенный до влажности 23%.

Экспериментальная установка представляет собой вихревую топку, выполненную в виде выносного предтопка.

Результаты эксперимента по сжиганию куриного помета

Место проведения эксперимента – г. Вольнянск

Время проведения – 26-27.01.2011 г.

Температура воздуха в помещении - + 13- +15оС

Температура воздуха на улице - -15оС

Топливо - куриный помет в смеси с подстилкой из лузги подсолнечника подсушенный до влажности 23%. Другие данные по калорийности, фракционному составу, выходу летучих, а также по составу минеральной части отсутствуют.

Краткое описание установки: экспериментальная установка представляет собой вихревую топку, выполненную в виде выносного предтопка. Предтопок установлен в непосредственной близости парового котла Е10-14, и соединенная с ним теплоизолированным газоходом и используется с ТДМ и существующей системой автоматики котла, конструктивно выполнен по следующей схеме. Цилиндрический корпус футерованный из нутрии огнеупорным материалом, для организации вихревого движения оборудован двумя завихрителями (верхним и нижним), 4 дутьевыми зонами расположенными по высоте. В верхней зоне установлен узел тангенциального ввода топлива с подводом первичного дутья с целью совместного ввода с топливом. Над верхней дутьевой зоной установлен завихритель в который подается воздух вторичного дутья для формирования организованного выпуска топочных газов из вихревого предтопка. Нижняя дутьевая зона состоит из нижнего завихрителя, с центральным отверстием для выгрузки золы, и соплами основного дутья. В средние дутьевые зоны подается вторичный воздух с целью поддержания устойчивости вихревого потока по высоте.

Описание эксперимента:

Опробована система пневмотранспорта в реактор, организовано вихревое движение в топке. Воздух подается в следующие зоны:

Эжектор;

Нижний завихритель:

Нижние дутьевые сопла основного дутья.

Остальные дутьевые зоны практически отключены в виду большого сопротивления газового тракта.

Был произведен пуск установки из холодного состояния путем розжига растопочного материала. Система топливоподачи работала надежно. Вихрь находился в стабильном состоянии. Отложений на стенах реактора и пода топки не наблюдались. Температура в реакторе – 800-1100оС в зависимости от расхода топлива, задаваемого изменением количества оборотов питателя.

Непрерывная постоянная работа оказалась невозможна из-за отсутствия воды в котле и соответственно утилизации тепла, отходящего из установки.

В целом в течении дня пришлось трижды запускать вихревой предтопок, пуски производились без затруднений с быстрым выходом на рабочие режимы.

27.01.2011 (по истечении 15 часов).

Было произведено 2-3 пробных пуска на дровах, попробован режим розжига в горячую топку. Временные остановки были связаны с зависанием топлива в бункере и срабатыванием системы безопасности котла. Полностью закрыты все дутьевые зоны, кроме нижнего ряда сопел основного дутья из-за недостатка топлива на траспортирование.

Наиболее распространенная в Украине технология производства мяса бройлеров предусматривает выращивание цыплят на полу на глубокой несменяемой подстилке. Основные преимущества такой технологии - использование сравнительно несложного и дешевого оборудования, высокий уровень механизации технологических процессов, простота и низкая трудоемкость выполнения работ по уходу за птицей и по санации птичника, меньшее количество дефектов тушек, повышение их категорийности по сравнению с клеточным выращиванием. Основной же недостаток - потребность в значительном количестве дефицитных подстилочных материалов. В расчете на 1-го выращенного бройлера необходимо потратить 1−1,5 кг подстилки в зависимости от сезона и срока выращивания. За 5−7 недель выращивания цыплят до подстилки добавляется помет. В итоге - на каждого выращенного бройлера получаем около 3−5 кг подстилочного помета (ПП) влажностью от 15 до 50%. Если считать, что в Украине за год выращивается около 500 млн. цыплят-бройлеров, выход только подстилочного бройлерного помета составит как минимум 2 млн. тонн. Если же добавить сюда ПП, полученный при содержании других видов и производственных групп птицы - общий его выход можно оценить в количестве не менее 3 млн. тонн.

Утилизация ПП наносит птицеводческим хозяйствам немало хлопот. Для его хранения и переработки нужны большие земельные участки. ПП содержит значительное количество вредных для окружающей среды веществ, семян сорняков, часто - яйца и личинки гельминтов, патогенные микроорганизмы. Он является также благоприятной средой для развития мух, грызунов, гельминтов и микроорганизмов и, при ненадлежащих условиях хранения, переработки и использования служит источником загрязнения наземных и грунтовых вод, почв и атмосферы вредными веществами, несет эпизоотическую и санитарно-эпидемиологическую угрозу для самих птицеводческих хозяйств, окружающих территорий и окружающей среды в целом.

Согласно государственному классификатору отходов, помет отнесен к III-й группе опасных веществ. Сельскохозяйственные предприятия, крестьянские и другие хозяйства, занимающиеся производством, переработкой и сбытом продукции животноводства и птицеводства, и при этом осуществляют размещение отходов (навоза и птичьего помета), являются плательщиками экологического налога. Стоимость их размещения на открытых полигонах в среднем составляет 100 грн./т. Из-за проблем с утилизацией помета у птицеводческих хозяйств возникают постоянные конфликты с местными экологическими и санитарными службами. Поэтому, с учетом вышеприведенного, каждое птицеводческое предприятие стоит перед проблемой: что делать с птичьим пометом?

Традиционным способом использования ПП является его переработка в органические удобрения, поскольку он содержит значительное количество питательных веществ для растений (азота, фосфора, калия, кальция, микроэлементов) (табл. 1). В США и некоторых европейских странах переработанный помет используют также в качестве кормового ингредиента для жвачных животных, потому что он содержит также значительное количество клетчатки, протеина, отдельных аминокислот, липидов, безазотистых экстрактивных веществ. Таблица 1. Химический состав подстилочного помета после выращивания цыплят-бройлеров,% (по данным компании «СВ технологии»)

Наименование показателей Значение показателей
Содержание влаги, %
Содержание сухого вещества, %
Азот, %
Кальций, %
Фосфор, %
Сырые липиды, %
Сырая клетчатка, %
Безазотистые экстрактивные вещества, %
Лизин, %
Гистидин, %
Аргинин, %
Аспарагиновая кислота, %
Треонин, %
Глутаминовая кислота, %
Пролин, %
Глицин, %
Аланин, %
Валин, %
Изолейцин и лейцин, %
Тирозин, %
Фенилаланин, %
Медь, мг/кг
Цинк, мг/кг
Железо, мг/кг
Марганец, мг/кг
Кобальт, мг/кг
Магний, мг/кг

Способы переработки ПП в органические удобрения или кормовые добавки должны обеспечивать обезвреживание патогенной микрофлоры, семян сорняков, яиц и личинок гельминтов, стабилизацию питательных веществ, дезодорацию конечного продукта, а это требует немалых затрат. Кстати, большие затраты на утилизацию помета и платежи за экологическое загрязнение стали одной из причин прекращения деятельности ряда бройлерных птицефабрик в Западной Европе. Кроме того, значительное количество птицеводческих предприятий в Украине не имеют в достаточном количестве сельскохозяйственных земель для использования всего объема получаемого помета как органического удобрения на собственных полях. Реализация же помета в любом виде другим предприятиям связана со значительными трудностями и расходами. В связи с этим, в последнее время все чаще в качестве альтернативы переработке помета в органические удобрения предлагают сжигание подстилочного и бесподстилочного помета тем или иным способом с целью получения тепловой и электрической энергии. У обеих вариантов есть свои сторонники и противники. Рассмотрим аргументы тех и других.

Производство на основе подстилочного помета органических или органо-минеральных удобрений.

Аргументы за:

а) получение ценного для растениеводства продукта в виде органических или органо-минеральных удобрений с высоким содержанием азота, фосфора и калия, правильное использование которых способствует улучшению структуры и микрофлоры почв, обогащению их гумусом, повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 10−30%;

б) улучшение состояния окружающей среды в результате обезвреживания патогенной микрофлоры, семян сорняков, яиц и личинок сорняков, дезодорации неприятно пахнущих веществ;

в) возможность организации замкнутого цикла утилизации помета в вертикально-интегрированных агропромышленных объединениях.

Аргументы против:

а) значительное количество азота (до 50%) и других питательных веществ в процессе хранения, переработки и использования в качестве удобрения теряется;

а) большая продолжительность цикла переработки, в связи с чем названные выше негативные факторы действуют в течение значительного времени;

б) необходимы комплекс механизированных средств, значительные трудо-и энергозатраты на хранение и переработку сырья, хранения, транспортировки и использования полученных удобрений;

в) потребность в значительных земельных площадях для хранения, переработки и использования полученных удобрений. Максимальная доза внесения органических удобрений на основе птичьего помета: компоста - 60 т / га, сухого птичьего помета - 8 т / га;

г) в случае неправильной переработки, внесения избыточных доз помета происходит деградация земель, накопление в урожае сельскохозяйственных культур нитратов и нитритов, загрязнения земель семенами сорняков, окружающей среды - вредными веществами и неприятными запахами.

Использование подстилочного помета для получения энергии.

Аргументы за:

а) наиболее простое и наименее трудоемкое и энергозатратное решение проблемы утилизации помета;

б) быстрое на надежное обезвреживание всех вредных факторов и улучшение состояния окружающей среды; в) получение тепловой или электроэнергии, которые с каждым годом растут в цене;

г) возможность обеспечения за счет сжигания помета собственных нужд в тепловой и электрической энергии;

д) золу от сжигания помета можно хранить годами без потерь питательных веществ, использовать как минеральное удобрение, содержащее калий, фосфор, кальций и ряд других элементов (табл. 2) в оптимальные агротехнические сроки;

е) короткий цикл производства, в связи с чем, упомянутые выше негативные факторы действуют в течение непродолжительного времени;

е) уменьшение транспортных расходов в 5−6 раз;

ж) не нужны значительные земельные участки для хранения и переработки помета.

Аргументы против:

а) потеря азота сырья в технологическом цикле;

б) достаточно высокая стоимость оборудования для сжигания помета (в то же время она не является больше, чем, например, для переработки помета в биогазовых установках);

г) возможные проблемы с реализацией полученных тепловой и электроэнергии и золы.

Таблица 2. Химический состав золы после сжигания подстилочного бройлерного помета (по данным компании «СВ технологии»)

Наименование вещества Содержание,%

остальные

Анализируя плюсы и минусы каждого варианта, можно прийти к выводу, что энергетическая переработка ПП может быть вполне конкурентоспособной с вариантом переработки его в органические удобрения как минимум в птицеводческих предприятиях, не имеющих в достаточном количестве собственных земель сельскохозяйственного назначения.

Сейчас предлагаются несколько возможных вариантов энергетического использования ПП путем сжигания:

1) прямое сжигание в котельных установках для получения горячей воды, пара или электроэнергии;

2) газификация (пиролиз) помета с той же целью;

3) изготовление из ПП топливных гранул (пеллет) или брикетов, далее - гранулы или брикеты могут сжигаться на месте для получения горячей воды, пара или электроэнергии, или реализовываться для использования в качестве удобрения или в качестве топлива.

Переработка ПП методом прямого сжигания

Прямое сжигание ПП не требует обязательного его гранулирования или сушки. Теплота сгорания ПП находится в пределах 2600-3400 ккал/кг (10300-14250 МДж/кг). Содержание вредных веществ в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, при применении современных топочных устройств не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК). Сжигание 1 тонны ПП позволяет получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или 3 тонн пара на технологические нужды. При этом экономится до 270 м3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива. Коэффициент полезного действия котельных агрегатов при прямом сжигании помета составляет 60−85%. Выход золы составляет 10−18% от исходного количества ПП. Зола может вноситься под различные сельскохозяйственные культуры без дополнительной обработки в количестве 2−10 ц / га. Использование этой золы как удобрения способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 10−15%.

Особенностью ПП в качестве топлива являются высокая влажность, зольность, наличие в золе значительного количества щелочных и щелочно-земельных металлов, что вызывает его высокую шлакообразующую способность. В связи с этим, до последнего времени не всегда удавалось достичь устойчивого и надежного сгорания ПП в котельном агрегате. Сейчас эта проблема решена путем применения технологии сжигания в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое, которая обеспечивает надежное сгорание материала с влажностью до 60%.

В цех по сжиганию ПП обычно входят: котельная, склад сырья и хранилище для золы от сжигания ПП. Хранилище для золы можно и не строить, а сразу затаривать золу в мешки (биг-беги) или транспортировать к месту использования в закрытом транспорте.

Типоразмерный ряд цехов прямого сжигания ПП спроектировала группа компаний Агро-3 «Экология» (г. Москва). По данным этой группы компаний, для котельной, сжигающей, например, 75 т ПП за сутки, с тепловой мощностью 5 Гкал / час. (До 7 тонн пара в час.), необходимо помещение из сборного железобетона или металлоконструкций и сэндвич-панелей размерами 18×15 м, высотой 13 м.

Склад сырья для бесперебойного обеспечения котельной указанной мощности может быть расположен в неотапливаемом помещении площадью около 300 м2 (18×18 м) с высотой 6 м.

Он также может быть сделан из металлоконструкций и сэндвич-панелей. Склад золы может быть расположен в неотапливаемом помещении площадью примерно 140 м2 (12×12) с высотой 6 м.

Для контроля за расходом топлива или уровня золы может быть использован датчик уровня зерна. Обслуживающий персонал цеха - 3−4 работника в смену, потребляемая электрическая мощность - около 100 кВт.

Капитальные затраты на создание цеха по сжиганию ПП для получения горячей воды и пара зависит от тепловой мощности и количества сжигаемого ПП (табл. 3).

Таблица 3. Необходимая сумма капитальных затрат для создания цеха прямого сжигания ПП для получения горячей воды и пара

Наименование показателей

Количество сжигаемого ПП
1 Выработка тепла, Гкал/год.
2 Выработка пара, т/год.
3
в том числе:
3.1 Проектно-конструкторские работы
3.2 Оборудование
3.3 Монтаж
3.4 Пусконаладочные работы
3.5 Строительно-монтажные работы (помещение котельной, склад ПП и золы и т.п.) *

* - Без стоимости земляных, бетонных, изыскательских работ и согласований.

Экономическую эффективность цеха по сжиганию ПП только для получения тепловой энергии можно примерно рассчитать исходя из замещения подстилочным пометом природного газа (4,7 грн./м3) в котельной, рассчитанной на получение аналогичного количества тепла, и фосфорных и калийных удобрений (2,0 грн. / кг) золой от сжигания ПП (табл. 4).

Таблица 4. Экономический эффект и срок окупаемости капитальных вложений цеха сжигания помета.

Наименование показателей

Количество сжигаемого ПП за сутки, тонн
Капитальные затраты, млн. грн.
Количество сжигаемой подстилки за год, тыс. т
Теплопроизводительность котельной нетто (по отпуску тепла) Гкал/час.
Количество газа, которое замещается за год., м 3
Кількість газу, яка заміщується за рік, тис. м 3
Стоимость замещенного газа, млн. грн.
Количество полученной золы за год, т
Стоимость замещенных минеральных удобрений, млн. грн.
Общая стоимость полученной продукции (тепло + зола), млн... грн.
Годовые эксплуатационные расходы *, млн. грн.
Общий годовой экономический эффект, млн. грн.
Срок окупаемости капиталовложений, месяца

* - Эксплуатационные расходы включают стоимость электроэнергии, реагентов на химводоочистку, расходы на персонал и транспортные расходы.

Полученная тепловая энергия может быть использована на тепло, прежде всего, потребностей самого птицеводческого хозяйства, а также ближайших населенных пунктов. Однако на практике это не всегда возможно. В таком случае рекомендуется использовать полученную тепловую энергию для выработки электроэнергии. Так, при выработке 7 т / час. пары с параметрами 1,4 МПа и 250 ºС, подогреве сетевой воды до 80 ºС, можно производить каждый час еще и примерно 630 кВт час. электроэнергии, из них 100 кВт час. - будет потрачено на собственные нужды котельной, остальные - на нужды птицеводческого хозяйства или на реализацию. По удельной стоимости паротурбинной установки 8200 грн. / КВт общие капитальные затраты при этом возрастут еще на 5,2 млн. грн. Годовой экономический эффект только за счет реализации золы и электроэнергии составит 9,4 млн. грн., Срок окупаемости капитальных затрат 2,5 года.

Сейчас работы по проектированию цехов прямого сжигания помета, поставки для них оборудования и ряд других работ выполняет ряд учреждений: группа компаний АТТ (Альтернативное тепло и технологии г. Харьков), Ковровский завод топочного и котельного оборудования (г. Ковров, Россия), уже упомянутая группа компаний АГРО-3 «Экология» (г. Москва), НПЦ «ЭРКО» (г. Москва), LLC «Abono Group» и другие.

Газификация (пиролиз) подстилочного помета.

Газификацией (пиролизом) называется термическое разложение органических веществ при недостатке кислорода. Газификация или пиролиз помета, как подстилочного, так и бесподстилочного, считается перспективным направлением его энергетического использования, который по мнению некоторых специалистов имеет ряд преимуществ по сравнению с переработкой помета в биогазовых установках, в частности:

Более высокий КПД преобразования биомассы в полезную энергию (в биогазовых установках не более 50 %, в ​​пиролизных до 85 %);

Всесезонность, поскольку эффективность выработки генераторного газа практически не зависит от внешних условий;

Компактность, меньше металлоемкость используемого оборудования;

Меньше транспортные расходы на всех стадиях процесса утилизации отходов;

Возможность превращения в газ и электроэнергию помета, содержащий лигнинвмищуючи добавки (стружку, солому и т.д.);

Безотходность процесса утилизации;

Возможность практически полной автоматизации процесса переработки, низкие эксплуатационные расходы;

Универсальность применяемого оборудования, возможность его использования для сжигания любых видов биомассы;

Высокая экологичность применяемой технологии.

В результате пиролиза помета при температуре 300−800 ºС получают парогазовую смесь, которая состоит из смеси горючих газов (так называемый генераторный или пиролизный газ), углеподобный твердый остаток (полукокс) и золу. Генераторный газ используют для поддержания работы самой пиролизной установки, получения тепловой энергии для хозяйственных нужд, для замены природного или сжиженного газа в различных устройствах, для производства электроэнергии, а после соответствующей подготовки - и как топливо в двигателях внутреннего сгорания. Углеподобный остаток также используют в качестве топлива в самой пиролизной установке или для изготовления топливных брикетов. Золу используют как удобрение, в металлургической и в строительной промышленности.

Средняя теплота сгорания генераторного газа - 1200 ккал/м3 (5030 кДж/м3). Его усредненный компонентный состав приведен в таблице 5. После соответствующей обработки можно получить генераторный газ с повышенным содержанием горючих газов.

Таблица 5. Компонентный состав генераторного газа от газификации ПП

Название компонента
Угарный газ (СО)
Водород (Н 2)
Метан (СН 4)
Азот (N 2)
Другие газы

Процесс газификации имеет суммарный КПД до 80%. Из 1 кг ПП в пересчете на сухое вещество получают в среднем 2 м3 генераторного газа общей теплотворной способностью 2400 ккал.

Пиролизные котлы, в том числе и бытовые, в которых можно сжигать и ПП, сейчас выпускают многие производители, в том числе и в Украине («Мотор Сич» и др.). К ведущим производителям промышленного оборудования для газификации различных органических отходов, в частности помета, принадлежат уже упомянутая компания LLC «Abono Group», ООО «ЦентрИнвестПроект» (г. Москва), компании «Flex Technogies» (Великобритания), «Planitec srl» (Италия). Последняя поставляет мини - ТЭЦ в диапазоне мощностей от 60 кВт до 1 МВт.

Подготовка помета в установках этой компании для последующей газификации предусматривает:

Подсушивание сырья до относительной влажности 12−15 %;

Удаление посторонних металлических примесей;

Измельчение помета до частиц не более 3 см;

Дозированное добавление известняка для нейтрализации кислот, образующихся при газификации.

Для подсушивания помета используется обратимое тепло, образующееся при отведении генераторного газа и тепло, отводимое от системы охлаждения газотурбинного двигателя.

Показатели работы мини - ТЭЦ, рассчитанной на переработку ПП от одного птичника на 50 тыс. кур-несушек или бройлеров приведены в таблице 6. Стоимость оборудования мини - ТЭЦ составляет около 200 тыс. евро.

Таблица 6. Показатели работы мини - ТЭЦ производительностью 900 т ПП за год

Наименование показателей

Значение показателей
Время работы ТЭЦ в сутки, час. 2
Время работы ТЭЦ за год, час. 8000
Общее количество помета, перерабатываемого за год, тонн
Количество помета, перерабатываемого в сутки, тонн
Средняя влажность помета, %
Производится электрической энергии в час, кВт - ч.
Тепловая мощность для внешнего потребителя, кВт (Гкал х час.)
Тепловая мощность, потребляемая для собственных нужд, кВт (подсушивание помета, поддержание работы газогенератора), кВт (Гкал х час.).
Выход золы в год, тонн

Оборудование мини - ТЭЦ позволяет обеспечить производство с 1 кг ПП 0,8 кВт электрической энергии с КПД 27%, производство тепловой энергии для системы отопления в виде горячей воды с КПД 45 %, соответствие газообразных выбросов в атмосферу действующим требованиям экологического законодательства.

Основные недостатки пиролизных котельных агрегатов по сравнению с агрегатами прямого сжигания - выше в 1,5−2 раза цена оборудования, несколько сложнее эксплуатация.

Использование ПП для получения топливных гранул или брикетов.

Как уже упоминалось, использование получаемой при сжигании помета тепловой и электроэнергии на месте не всегда возможно. Продать электроэнергию возможно, но сложно и дорого подключиться к общей электросети. В этом случае целесообразно применять такой вариант энергетического использования помета, как изготовление из него топливных гранул или брикетов. Наиболее подходящий для этих целей ПП влажностью не более 30%. Технологическая линия изготовления гранул уже упоминавшейся выше компании «Planitec srl» предусматривает измельчение ПП, подсушивание до влажности 15−18 %, гранулирования или брикетирования, охлаждения и затаривания, очистки парогазовых выбросов. Стоимость установки подсушивания и гранулирования на 2 т гранул в час составляет около 3,7 млн. грн. Полученные гранулы можно использовать в твердотопливных котлах любого типа, в том числе в бытовых, а также в качестве удобрения. Они могут храниться длительное время без потери своих полезных свойств. Характеристики гранул из помета по сравнению с другими видами топлива приведены в таблице 7.

Таблица 7. Сравнительные характеристики видов топлива

Вид топлива Теплота сгорания, МДж \ кг Содержание серы, % Содержание золы, % Цена за 1 кг Стоимость полученного тепла, грн./ГДж
Каменный уголь
Гранулы из ПП
Природный газ *
Гранулы из дерева
Гранулы из соломы

* - В расчете на 1 м3.

По данным российских производителей, срок окупаемости оборудования для изготовления гранул составляет около 4 лет, в Украине же, в связи с высокими ценами на природный газ и другие виды топлива по сравнению с российскими, по нашим подсчетам он не должен превышать 2−2,5 лет.

Выращивание в гидропонике - это минимальные затраты, чистота и наличие практически любых полноценных и экологически чистых овощей круглый год. Контролируйте качество того, что дает вам энергию и здоровье.

1. Переработку подстилочного помета для получения энергии можно рассматривать как экономически обоснованную альтернативу переработке его в органические удобрения в птицеводческих предприятиях, не имеющих в достаточном количестве собственных земель сельскохозяйственного назначения.

2. Прямое сжигание подстилочного помета для получения тепловой или электроэнергии целесообразно применять в птицеводческих хозяйствах, могут обеспечить их рациональное использование или реализацию. 3. Газификацию (пиролиз) подстилочного помета рекомендуется применять при возможности комплексного использования или реализации всех получаемых продуктов.

4. Переработка подстилочного помета в топливные гранулы или брикеты позволяет расширить рынки сбыта продукции и возможности ее использования (прямое сжигание, пиролиз, как удобрения).

Мельник В.А., Институт птицеводства НААН



 

Возможно, будет полезно почитать: