Спалювання посліду. Котельні, що працюють на пташиному посліді

Жарков Г. В. *, к.т.н. П'яних К. Є. **, Пупін В. Б. **.
* ТОВ «Адаптика» ( смт. Білі Береги, м. Брянськ, Росія),
** Інститут газу НАН У (Київ, Україна)

Анотація. З розвитком птахівництва проблема утилізації курячого посліду набуває все більшої актуальності. Послід є сильним забруднювачем ґрунту, водного та повітряного басейнів. Водночас послід — цінна сировина для виробництва добрив, добавки до комбікормів та енергетичний ресурс. Наведено порівняльний аналізрізних напрямів утилізації посліду. Найбільш ефективним представляється комплексний підхід до утилізації, в основі якого виробництво та газифікація пелет з підстилкового посліду з використанням коксо-зольного залишку як високоякісного добрива та вироблення електричної та теплової енергії для власних потреб та зовнішніх споживачів. Наведено склади генераторного газу, отриманого при газифікації пелет з підстилкового та нативного посліду. Пропонується схема підприємства з комплексної переробки посліду.

В даний час галузь, що найбільш динамічно розвивається сільського господарстваобласті - птахівництво. У ньому досягається найбільша віддача продукції розрахунку одиницю витраченого корму. Як наслідок, з 2008 по 2012 роки Російської Федераціїспостерігалося стійке зростання поголів'я птиці. За цей період воно збільшилося на 123,4 млн голів. Приріст лише у 2012 році становив понад 24 млн. голів, досягнувши до початку 2013 року 394,2 млн. голів. Очевидно, що, як і в кожної галузі, що бурхливо розвивається, у птахівництва є «хвороби зростання». Однією з найболючіших проблем є проблема утилізації курячого посліду.

Міністерством природних ресурсівРФ від 02.12.2002 затверджений «Федеральний класифікаційний каталог відходів», до якого послід птахів включений як речовина ІІІ класу небезпеки. Птахофабрикам стали пред'являти серйозні штрафні санкції за розміщення про «небезпечних відходів».

З урахуванням постанови уряду Росії від 12.07.2003 № 344 «Про нормативи плати за викиди у атмосферне повітрязабруднюючих речовин стаціонарними та пересувними джерелами, скидання забруднюючих речовин у поверхневі та підземні водні об'єкти, розміщення відходів виробництва та споживання» за розміщення відходу III класу небезпеки (пташиного посліду) з птахофабрик стягується штраф у розмірі 497 руб. за тонну, якщо у птахівницьких господарствах пташиний послід не утилізується, а накопичується у сховищах. В даний час за даними Мінсільгоспу платежі агрокомпаній за розміщення на своїх угіддях посліду та інших відходів сягають 35 млрд. руб. на рік, крім штрафів за забруднення навколишнього середовища.

Безпідстильний послід за рівнем хімічного забруднення навколишнього середовища в 10 разів небезпечніший за комунально-побутові відходи. Будучи сприятливим середовищем для збереження та розвитку різних мікроорганізмів та гельмінтів, послід створює загрозу зараження водойм, ґрунту, підземних вод, кормів та пасовищ небезпечними для людей та тварин збудниками хвороб. За даними Всесвітньої організаціїохорони здоров'я більше 100 видів різних збудників хвороб тварин і людини можуть успішно розвиватися в цьому середовищі.

Найбільший рівеньекологічних навантажень зазнають поля утилізації безпідстилкового посліду. Площа полів, забруднених органогенними відходами, у тому числі тваринництва, у РФ перевищує 2,4 млн га, причому 20% є сильно забрудненими, 54% – забрудненими, 26% – слабо забрудненими. Ці землі - постійне джерело забруднення біосфери. При тривалому зберіганні посліду на ґрунтових майданчиках, відкритих для атмосферних опадів, екологічні проблеминеминучі. У поверхневому шарі ґрунту (0,4 м) рівень мінерального азоту досягає 4950 кг/га, у тому числі рівень нітратного азоту перевищує 2500 кг/га, що у 17 разів вище порівняно із незабрудненим ґрунтом. У ґрунтових водах вміст нітратного азоту перевищує вміст його в дренажних водах з поля у 2 рази, аміачного азоту – у 8 разів, фосфору – у 11 разів, калію – у 10 разів. Тільки екологічні збитки від порушення регламентів використання безпідстилкового посліду нині оцінюється в 150 млрд. крб. Збитки від заподіяння шкоди здоров'ю людей і тварин не оцінюються навіть приблизно. Рівень захворюваності населення районах функціонування великих тваринницьких підприємств і птахофабрик в 1,6 разу перевищує її середній показник у Російській Федерації.

Наведені дані підтверджують, що грамотно організована утилізація відходів є дуже важливою як для успішного ведення конкурентоспроможного виробництва, так і для забезпечення співіснування птахівницьких комплексів та населення прилеглих територій.

Курячий послід не лише відходи, а й цінну сировину, яку необхідно використати. Відомо, що пташиний послід це :

  • органічне добриво з високим вмістом поживних речовин. Курячий послід як добриво перевищує гній, у ньому міститься: азот (N) - 1,6%, фосфор (P) - 1,5%, калій (K) - 0,8%, кальцій (Ca) - 2,4% магній (Mg) - 0,7%, сірка (S) - 0,4%. Також у ньому містяться мікроелементи: мідь, марганець, кобальт, цинк та амінокислоти;
  • цінна кормова добавка Сухий курячий послідмістить 26-38% сирого протеїну, 12-14% клітковини, 3-5% жирів, 3-9% кальцію, до 5% фосфору;
  • біопаливо, нижча теплота згоряння якого становить 3500...4000 ккал/кг сухої маси в залежності від наявності та складу підстилки.

Використання посліду не лише технічно можливе, а й економічно виправдане. Цікавим є створення підприємства, розрахованого на комплексне використання посліду в усіх перерахованих напрямках. Викладемо основні тези такого підходу.

Послід як сировина для добрив. Суть процесу передбачає виробництво гранульованих добрив у спосіб прискореного компостування. Такий підхід повністю задовольняє вимогам документа «Ветеринарно-санітарні правила підготовки до використання як органічні добрива гною, посліду та стоків при інфекційних та інвазійних хворобах тварин і птиці» (утв. Мінсільгосппродом РФ 04.08.1997 № 13-7-2/1 дозволяє отримати якісний екологічно чистий продукт, який існує стійкий попит сільгоспвиробників. Вимоги до якості, методів контролю, умов зберігання, транспортування та навіть норми застосування такого продукту вже розроблено та викладено у ГОСТ Р 53117-2008 «Добрива органічні на основі відходів тваринництва. Технічні умови». Існують готові рішення щодо прискореного компостування, проведено дослідження щодо впливу добрив на основі компостованого посліду на врожайність сільськогосподарських культур. Залишається підібрати комплект обладнання для виробництва обладнання, забезпечити його енергоносіями та приступати до формування мережі споживачів, виробництва та реалізації. Очевидно, що якщо вартість добрив, що виробляються, не буде високою, а форма буде зручною для застосування, даний продукт складе суттєву конкуренцію традиційним мінеральним добривам.

Послід як складова комбікормів для великого рогатої худоби . Особливістю травлення у птахів є швидкий рух їжі стравоходом. Як наслідок, не всі компоненти та поживні речовини засвоюються. В результаті вміст у курячому посліді такого цінного продукту, як білки, перевищує 30%. Травний тракт жуйних тварин дозволяє ефективно витягувати поживні речовини з корму. Це дає можливість використовувати пташиний послід як добавку до природного раціону великої рогатої худоби. Використання непереробленого посліду для цих цілей неможливе: характерний запах, смакові якості, патогенна та умовно-патогенна мікрофлора не дозволяють застосовувати послід у вигляді кормової добавки Однак сушіння та термообробка дозволяють усунути запахи та знищити мікрофлору. Це відкриває широкі можливості використання курячого посліду. Дослідження щодо впливу посліду в якості підживлення проводилися в багатьох країнах, у тому числі і в СРСР, незмінно показуючи хороші результати. сільськогосподарських тварин».

Підживлення у вигляді підготовленого курячого посліду дозволяє значно збільшити приріст тварин при відгодівлі, зменшивши при цьому витрати на забезпечення цього приросту ваги. Як і у разі застосування посліду як добрива, вимоги, що забезпечують широке використання ті самі: низька ціна та зручність використання.

Послід як енергетичний ресурс. Відразу обмовимося, що використання нативного (безпідстилковий) послід для забезпечення енергетичних потреб вважаємо необґрунтованим. p align="justify"> Фраза Менделєєва про нафту може бути повною мірою віднесена і до курячого посліду. Нативний послід повинен використовуватися за наведеними вище напрямками. Що стосується підстилкового посліду, утилізація якого є реальною проблемою, а результати переробки негаразд однозначні, розумне його використання як енергетичного ресурсу абсолютно виправдано. Можливі кілька напрямів такого використання: вироблення біогазу та подальше його використання; пряме спалювання; газифікація та використання отриманого газоподібного палива.

Вироблення біогазупередбачає анаеробне розкладання посліду, очищення біогазу та спалювання в газопоршневих двигунах для отримання електроенергії та теплової енергії за рахунок утилізації тепла вихлопних газів двигунів.

Оцінимо ефективність когенераційного комплексу на базі біогазової установки, виходячи з таких даних:

  • вихід біогазу при анаеробному розкладанні курячого посліду з підстилкою вологістю 60% за даними компанії ZORG Biogas досягає 90 м ³ на 1 тонну.
  • теплота згоряння біогазу - 5000-6500 ккал/нм 3;
  • при роботі газопоршневих двигунів у вигляді теплової енергії можна отримати до 40% від вихідного енергетичного потенціалу палива;

Аналіз даних показує:

  • з 10 т посліду з вологістю 45% буде отримано 13,75 т посліду з вологістю 60%
  • вихід газу становитиме 13,75 т/год ∙90 м³/т = 1237,5 м³/год;
  • енергетичний потенціал отриманого газу 1237,5 м³/год ∙ 5750 ккал/м³ = 7,12 (8,28 МВт∙год);
  • що дозволяє виробити електроенергії - 8,28 МВт · 0,35 = 2,9 МВт · год;
  • додатково вироблення теплової енергії становитиме 7,12 Гкал ∙ 0,4 = 2,85 Гкал.

Таким чином, комплекс, розрахований на виробництво біогазу з 10 т/год підстилкового курячого посліду вологістю 45% та виробництво електричної та теплової енергії, забезпечує генерацію: 2,9 МВт електричної енергії та 2,85 Гкал теплової енергії.

Переваги та недоліки такої технології відомі. Перелічимо основні проблеми: тривалий і досить тонкий процес переробки вихідної сировини, необхідність підтримання температури субстрату вище температури навколишнього середовища, великі обсяги добрив з високою вологістю (92...95%), які отримують під час переробки. Істотною проблемою для такого посліду є також високі питомі капітальні вкладення на створення комплексів, що досягають для аналізованого випадку 2000…2500 Євро на 1 кВт встановленої потужності.

Пряме спалювання. Розглянемо аналогічну ситуацію, яка передбачає виробництво електричної та теплової енергії. Підстилковий послід спалюється в паровому котлі, пар і використовується для виробництва електричної енергії за допомогою парової турбіни. Розглядаючи комплекси в однакових умовах отримаємо:

  • потужність комплексу з переробки посліду – 10 т/год (при вологості 45%);
  • к.п.д. парового котла, що працює на твердому паливі – 82%;
  • к.п.д. парового турбогенератора під час роботи в конденсаційному режимі -25%.

Аналіз представлених даних:

  • приймемо питому нижчу теплоту згоряння сухого матеріалу 4000 ккал/кг, що цілком виправдано у разі використання як наповнювач тирси. Тоді повна теплота згоряння підстилкового присліду при вологості 45% складе:
    4000 ∙ (1 -0,45) - 550 ∙ 0,45 = 1952,5 ккал/кг
  • енергетичний потенціал посліду, що спалюється за 1 годину в котлі, складе:
    1952,5 ∙ 10000 = 19,52 Гкал
  • енергетичний потенціал пари, отриманої з посліду:
    19,52 Гкал ∙ 0,82 = 16 Гкал (18,6 МВт∙год)
  • виробництво електричної енергії з використанням парової турбіни, що працює в конденсаційному режимі:
    18,6 МВт∙год ∙ 0,25 = 4,65 МВт∙год.

Можлива також робота комплексу з турбіною, у якій передбачені промислові відбори пари або теплофікаційний режим. У цьому випадку виробництво електроенергії буде знижено, але комплекс зможе постачати теплову енергію.

Таким чином, комплекс, розрахований на пряме спалювання 10 т/год підстилкового курячого посліду вологістю 45% та виробництво електричної енергії, може виробляти до 4,65 МВт електроенергії.

У порівнянні з технологією, розглянутою раніше, капітальні витрати будуть суттєво нижчими. Середні питомі витратина комплекс виробництва електроенергії за паровим циклом становить 1500 Євро на 1 кВт встановленої потужності.

На жаль, спалювання підстилкового посліду без попередньої обробки - складне завдання, вирішення якого пов'язане з необхідністю забезпечення виконання екологічних нормативів. Вологість і склад посліду, що утилізується - величина не постійна, що впливає на режим експлуатації обладнання і склад викидів.

Спалювання відходів у світі приділяється багато уваги. Спеціальні вимоги до спалювання відходів викладено у директиві 2000/76/ЄС Європейського парламенту «Про спалювання відходів». У цьому документі сказано, що є обов'язковим при спалюванні безпечних відходівє підтримка у топковому просторі температури не менше 850 °C і витримка при цій температурі газоподібних продуктів протягом мінімум 2 секунд. Якщо спалюються небезпечні відходи з більш ніж 1% галогенних органічних сполук, виражених як хлорин, температура повинна бути не менше 1100 °C. Проблеми прямого спалювання та можливі екологічні ризики суттєво знижують цінність такого підходу до використання посліду.

Газифікація.Реальною альтернативою технологіям виробництва біогазу та прямого спалювання може бути технологія газифікації курячого посліду з подальшим використанням виробленого генераторного газу для вироблення теплової та електричної енергії. Важливо, що застосування технології газифікації найбільше ефективно в рамках багатофункціонального комплексу з утилізації курячого посліду. При цьому товарними продуктами на виході комплексу є добрива, паливні пеллети, електрична та теплова енергії.

Існує кілька технологій виробництва газоподібного палива шляхом його термічної переробки. На підставі власного досвіду газифікації різних вихідних продуктів, включаючи послід та інші відходи сільськогосподарського виробництва, виходимо з положення, що енергетичний агрегат повинен використовувати підготовлене паливо зі стабільними характеристиками з вологості, енергетичних показників, фракційного складу. Тільки такий підхід дає змогу отримати стабільні показники роботи енергетичного комплексу. Пропоновані рішення включають:

  • сушіння підстилкового посліду до відносної вологості 20%;
  • гранулювання висушеного посліду;
  • газифікацію паливних гранул;
  • використання отриманого газоподібного палива для виробництва теплової та електричної енергії;
  • використання коксо-зольного залишку для добрив.

Розглянемо роботу комплексу, розрахованого на газифікацію курячого посліду для умов, представлених раніше:

  • потужність комплексу з переробки посліду – 10 т/год (при вологості 45%);
  • сушіння посліду до відносної вологості 20%
  • гранулювання, енерговитрати - 100 кВт/т гранул
  • к.п.д. електричний газопоршневий двигун - 35%;
  • виробництво теплової енергії – до 40% від вихідного енергетичного потенціалу палива;
  • к.п.д. газогенератора по генераторному газу – 75%;
  • додаткове виробництво теплової енергії 10%;
  • к.п.д. сушильного комплексу 50%
  • утворення коксо-зольного залишку – до 20%.

Аналіз представлених даних:

  • питома теплота згоряння сухого матеріалу 4000 ккал/кг, що виправдано у разі використання як наповнювач тирси. Повна теплота згоряння підстилкового присліду при вологості 20% складе:
    4000 ∙ (1 -0,2) - 550 ∙ 0,2 = 3090 ккал/кг

Вологості 20% відповідає вміст 200 кг води в 1 тонні посліду. Для отримання такого результату з 1 тонни посліду вологістю 45% необхідно видалити 312,5 кг води. В результаті з 10 тонн посліду вологістю 45% отримаємо 6,875 т посліду вологістю 20%. Загальна кількість випарованої вологи становитиме 3125 кг.

  • енергетичний потенціал посліду, що подається на газифікацію, складе:
    3090 ∙ 6875 = 21,2 Гкал
  • енергетичний потенціал газу, отриманого з підготовленого посліду:
    21,2 Гкал ∙ 0,75 = 15,9 Гкал (18,5 МВт∙год)
  • виробництво електричної енергії з використанням поршневого двигуна, що працює на генераторному газі:
    18,5 МВт∙год∙ 0,35 = 6,48 МВт∙год.
  • додатково вироблення теплової енергії:
    15,9 Гкал 0,1 +15,9 Гкал 0,4 = 7,95 Гкал.
  • виробництво коксо-зольного залишку: 6,875 т ∙ 0,2 = 1,375 т/год

Залишок, вологість якого близька до 0, а вміст мінеральних речовин вищий, ніж у вихідного розслідування, використовується як наповнювач у виробництві компостованих добрив.

Енергетичні витрати на функціонування комплексу:

  • сушіння посліду, що забезпечує видалення 3125 кг вологи на годину. Споживання теплової енергії:
    550ккал/кг ∙ 3125 кг/0,5 = 3,44 Гкал;
  • виробництво гранул для забезпечення роботи комплексу:
    6,875 т ∙ 100 кВт∙год = 687,5 кВт∙год.

Таким чином, комплекс, розрахований на газифікацію 10 т/год підстилкового курячого посліду вологістю 45% та виробництво електричної та теплової енергії, за вирахуванням енергії на власні потреби забезпечує генерацію 6,48 - 0,6875 = 5,8 МВт електричної та 7,95 – 3,44 = 4,5 Гкал теплової енергії.

Комплекс газифікації може забезпечувати подачу газоподібного палива для забезпечення роботи енергетичного обладнання - котлів, печей, інших агрегатів, що використовують паливо. Замість поршневих машин для електричної енергії можуть бути використані також рішення, що передбачають виробництво і використання пари в турбогенераторах або парових машинах.

Особливості роботи комплексу, що включає газифікацію підготовленого курячого посліду, такі:

1. Технологія передбачає використання оберненого процесу газифікації, при якому газоподібні продукти утворюються в високотемпературній зоні, що реагує. Рівень робочих температур 1000 ... 1200 ° С забезпечує надійне розкладання вуглеводневих сполук на прості компоненти. Склад газу, виробленого з підстилкового посліду з наповнювачем з тирси, представлений в табл.1. В рамках дослідження можливості використання підготовленого посліду як паливо проведено також випробування з газифікації гранульованого нативного посліду, які показали, що отримання енергетичного газу з нього можливе лише при збагаченні повітряного дуття киснем (Табл. 1).

Таблиця 1. Склад газу при газифікації пелет із посліду

Компоненти

Матеріал для газифікації, склад дуття

Послід з підстилкою з деревини, повітряне дуття

Нативний послід гранульований, відсоток кисню у дутті

Теплота згоряння, ккал/м3

2. Технологія газифікації, розроблена для газифікації бурого вугілля компанією "Сібтермо" (м. Красноярськ), використана при переробці відходів. Робота генератора зрозуміла з принципової схеми агрегату, представленої на рис.1. Генератор заповнюється паливом. Верхній шар палива розігрівається за рахунок електричного нагріву до температури самозаймання. Потім генератор знизу подається повітря. В результаті реакційний шар розігрівається та починається процес газифікації. У ході роботи генератора реагує шар переміщається вниз, а над ним утворюється шар коксо-зольного залишку, в якому відбувається додаткове очищення газу. Організація роботи генератора з низькими швидкостями руху газів у внутрішньому просторі забезпечує тривалий часперебування продуктів газифікації у зоні високих температурта малий винос зольних частинок. Час роботи генератора на одному завантаженні – не менше 9 годин. При завершенні процесу подача повітря припиняється, генератор охолоджується, виробляється вивантаження коксо-зольного залишку і повторюється робочий цикл. Експлуатація комплексу встановленою потужністю 2 МВт по генераторному газу (рис.2) підтвердила надійність обладнання та його високі економічні показники. Автоматична система контролю дозволяє відстежувати все важливі подіїпри роботі комплексу, оперативно керувати технологічним процесом та зберігати значення важливих параметрів (рис.3.). Комплекс для забезпечення роботи виготовляється із трьох однотипних газогенераторів, поперемінна робота яких забезпечує експлуатацію решти обладнання комплексу у безперервному режимі.

3. Отриманий газ піддається охолодженню, очищенню та може бути використаний в енергетичних агрегатах. При цьому екологічні показники при використанні відповідають емісії забруднюючих речовин при роботі енергетичних агрегатів на природному газі.

Рис.1. Принципова схема газогенератора періодичної дії
Позначення:

- Шар запасу палива;

- шар розігріву, окислення та відновлення;

- Шар коксо-зольного залишку;

- Напрямок руху газу.

Технологія якісного очищення генераторного газу, а також обладнання для виробництва електричної та теплової енергії з використанням двигунів. внутрішнього згоряннярозроблено ТОВ «Адаптика». Перша із запущених установок, встановленою потужністю 100 кВт електричної енергії, що використовує як паливо генераторний газ, вироблений з деревних відходів, відпрацювала більше 2-х років, що підтверджує надійність створеного комплексу. Відпрацьовано технологічний ланцюжок переробки відходів деревообробки в електричну та теплову енергії, налагоджено серійний випуск електрогенеруючих комплексів. Наступним очевидним кроком стало рішення щодо утилізації відходів сільськогосподарської діяльності, одним із яких є переробка підстилкового посліду. Питомі капітальні витрати на створення комплексу не перевищують 2000 євро на 1 кВт встановленої електричної потужності.

Рис.2. Чинний комплекс газифікації біосировини потужністю 2 МВт.

Рис.3. Мнемосхема комплексу виробництва та використання генераторного газу.

Зіставлення результатів аналізу, проведеного для розглянутих технологій, показує перевагу технології газифікації з погляду енергетичної ефективності використання посліду, порівняльну простоту схеми виробництва та використання генераторного газу. Капітальні витрати на створення комплексів газифікації та використання генераторного газу можна порівняти з витратами на інші технології.

Наведені вище матеріали показують, що комплексний похід до утилізації курячого посліду є найефективнішим. Виробництво енергії у кількості, що перевищує власні потреби, так само, як і виробництво добрив для використання на власних полях, суттєво збільшують ефективність та економічність підприємства загалом. Передбачається наступна структура виробництва (рис.4):


Комплекс розраховується на виробництво добрив із компостованого курячого посліду, паливних гранул, гранульованих кормових добавок та теплової та електричної енергії. Потужність агрегатів бажано підбирати з деяким запасом, що забезпечує гнучке використання всього комплексу з переважним виробництвом найбільш рентабельного в даний період виду продукції.

Нині гостріше постає проблема пошуку відмінних від традиційних джерел енергії. Запаси традиційних енергоносіїв кінцеві і недешеві, тому перевага все частіше віддається відновлюваним джерелам енергії. Людство вже використовує потенціал води, вітру, Сонця, але також одним із відновлюваних джерел палива є продукти життєдіяльності самого людства.

Фахівці Турбопар вже понад 6 років успішно займаються проблемами утилізації відходів птахівництва, тваринництва та загалом сільського господарства.

1. Види біопалива.

Під біопаливом розуміється паливо, одержуване шляхом переробки побічних продуктів тваринного чи рослинного походження (біомаси). Це і деревина (тріска), і солома, і макухи, і лушпиння олійних культур, і продукти життєдіяльності свійських тварин і самої людини. І це джерело енергоресурсів існуватиме, доки існуватиме людина і наша планета.
Різні види біопалива мають різний енергетичний потенціал і, відповідно, потребують різного підходу до отримання цього потенціалу.

2.Методи використання біопалива(Підготовка до використання в котельні для подальшої подачі в котли).

Існують різні технології використання біопалива і приготування з нього кінцевого продукту для подачі в топку котла. І підбір конкретної технології до певному видубіопалива залежить від умов Замовника. Раніше ми розглянули питання використання тріски, у цьому розділі висвітлимо питання утилізації інших видів біопалива, а також біовідходів.

Залежно від вологості вихідного палива, його властивостей та походження виділяють такі технології як пряме спалювання, газифікацію або отримання біогазу. Так за вологості вихідного палива понад 50%, зазвичай, доцільніше використовувати технологію отримання біогазу, при вологості менше 50% методи прямого спалювання палива чи газифікацію палива.
Зупинимося на загальному описікожного із зазначених методів.

Метод із отриманням біогазу. Сутність даного методу полягає в наступному: біопаливо (біомаса) завантажується в біореактори, де відбувається процес бродіння, під час якого метанові бактерії виробляють власне первинний біогаз. Вимоги до цієї технології дуже високі, будь-яке порушення технології або температурних ре
жимов може призвести до загибелі бактерій, і відповідно до зупинки біореактора, для його очищення.

Мінусами даного методу є як додаткові витрати на збільшення вологості вихідного біопалива (залежно від пори року до 92-94%) та підігрів води, що додається (якщо технологія застосовується в регіонах з холодними періодами року), так і досить довгий термін приготування безпосередньо палива – біогазу . Також треба враховувати, що з даної технології загальна маса вихідної сировини зменшується на 3-5%, тобто. як спосіб, у тому числі й утилізації відходів, така технологія є малозастосовною (хоча продукт після бродіння в деяких випадках можна використовувати як добриво). Однак у той же час варто відзначити і такі безперечні плюси даної технології, як:
- висока калорійність палива (за характеристиками біогаз найбільш наближений до природного газу),
- використання отриманого біогазу для різних потреб, у тому числі для отримання біопалива для автомобілів,
- Суттєва економія на процесі отримання енергії, якщо вологість вихідного палива висока (від 65%).

Окремо в цій технології стоїть утилізація курячого посліду курей-несучок, вологість якого може досягати 90% і більше. Це пов'язано насамперед із високим вмістом азоту в даному виді палива, що призводить при застосуванні даної технології до утворення великої кількостіазотистої води, яка потребує дорогих рішень щодо утилізації.


Метод газифікації. Метод заснований отримання генераторного газу. Ця технологія застосовується при вологості палива до 50% (навіть якщо виробники подібного обладнання і декларують вологість вище, треба врахувати, що вони не обманюють, вони просто говорять про вологість вихідного палива. У газифікатор надходить брикет із максимальною вологістю 50%).
Дана технологія вимагає брикетування, на відміну від технології, заснованої на біогазі (при біогазовій технології можна обмежитися ділянкою прийому палива та змішування, після чого отримана первинна маса завантажується в біореактор). Таким чином, у процесі з'являються додаткові електричні витрати на цей вузол. Слід зазначити також і вимоги щодо зольності вихідного палива, яка має перевищувати 40 % (максимально досяжне значення під час експериментів нині 45% зольності). Пов'язана ця вимога з тим, що ці технології ґрунтуються на горінні з обмеженою подачею повітря. Паливо з високою зольністю не матиме стабільного горіння. Крім того, будуть потрібні значні витрати для підтримки цього процесу. Також відзначимо, що одержуваний газ має нижчі якісні характеристики порівняно з біогазом (так калорійність і теплота згоряння генераторного газу може бути в 3-5 разів нижче за біогаз). До того ж, якщо газ, що вийшов, планується подавати в ДПА, то потрібна додаткова система очищення газу від продуктів горіння, а також камера охолодження. Також слід врахувати, що в даний час в основному ця технологія розвинена на експериментальному рівні, принаймні на території країн СНД, і існують сильні обмеження щодо можливої ​​кількості біомаси, що переробляється.

Дані технології мають свої унікальні в порівнянні з іншими методами переваги. Одна з основних переваг цієї технології - вона застосовна практично до будь-якого виду палива. За допомогою цієї технології генераторний або піролізний газ можна отримати не тільки з біомаси, але і з ТПВ (твердо-побутових відходів), продуктів нафтопереробки (пластмаси, поліетилен та ін.). Ця технологія найбільш стабільна та контрольована. Кінцевий продукт (генераторний газ) стабільний за складом. По капіталовкладенням даний варіант можна порівняти з методом прямого спалювання. Відбувається значна утилізація відходів, що теж дає безперечний плюс даної технології, як і те, що продуктами горіння при даній технології є (при утилізації саме біомаси) високоякісні добрива. Зауважимо, що час, що витрачається на отримання кінцевого продукту у вигляді генераторного газу, значно нижчий, ніж при біогазовому методі (при біогазі час отримання біогазу в залежності від типу застосовуваного початкового біопалива може доходити до 12-14 днів), і залежить від потужності брикетера, часу на сушіння та часу на газифікацію. Насамкінець зазначимо, що при даному методі також відсутні шкідливі викиди в атмосферу.
Отриманий генераторний газ подають у стандартні газові котли(парові чи водогрійні), але з переробленими під генераторний газ пальниками.

Метод прямого спалювання. Як відомо з назви, суть методу – пряме спалювання біопалива. При даному методі ключове значеннямає навіть не котельне обладнання, а метод паливопідготовки, хоча існує зв'язок між паливопідготовкою та планованим способом спалювання (ланцюгові грати, вихор, киплячий шар і т.д.).
Ця технологія вимагає низької вологості палива (45% і нижче), так само як і попередній метод чутлива до зольності первинної біомаси. До того ж, залежно від типу палива може змінюватися і сам склад обладнання, причому радикально, як приклад, від брикетерів до дробарок. Також не варто забувати, що у класичному виконанні цієї технології при спалюванні є проблема викидів димових газів, температурою часом до 250 0С, що звичайно сприяє екологічній обстановці навколо комплексу міні-ТЕЦ. Система вимагає досить дорогих систем фільтрації, щоб зменшити викиди в атмосферу. шкідливих речовин.
Ця технологія є найбільш відпрацьованою, хоча в сучасному світіза допомогою цієї технології намагаються утилізувати дедалі більше видів біопалива. Технологія затребувана при переведенні котельні в міні-ТЕЦ на місцеві види палива, що дозволяє суттєво зменшити початкові капітальні вкладення (треба розуміти, що йдетьсяпро твердопаливні котли).
Може виникнути питання, а який метод застосовний при вологості вихідної біомаси 50-65%? І однозначна відповідь не буде дана, оскільки це те прикордонне значення, при якому все покаже економічний розрахунок та порівняння технологій.

Фахівці ТУРБОПАР виконують:

1. Аналіз існуючого палива.

2. Вибір найбільш ефективного спалювання палива.

3. Ефект утилізації.
Що ж дає використання біопалива?
Звичайно, найголовніший ефект використання даного палива полягає у суттєвій економії коштів.
Але також важливим є той момент, що, на відміну від класичних видів енергоресурсів (таких як вугілля, газ, мазут), біопаливо відновлено. Цей вид палива не вичерпний. Рано чи пізно людство буде змушене отримувати енергію саме за допомогою поновлюваних джерел палива.

Необхідно відзначити, що біопаливом найчастіше є відходи, утилізація яких коштує досить дорого, та й що приховувати, ці відходи завдають шкоди навколишньому середовищу. Таким чином, при використанні біопалива, крім економії на електричній та тепловій енергії за рахунок власного вироблення, відбувається суттєва економія на утилізації відходів, у тому числі сільськогосподарських, відбувається економія на площах, які раніше відводилися під зберігання відходів перед їх відправкою на утилізацію, підтримання екології ( економія хоча б на екологічних штрафах).

Отже, підіб'ємо підсумок і виділимо плюси використання біопалива:
1. Біопаливо відновлюване.
2. Собівартість біопалива значно нижча, ніж вартість класичного палива.
3. Виходячи з пункту 2 суттєво нижчою та вартість одержуваної теплової та електричної енергій.
4. Як джерела палива можна розглядати різні відходи, такі як солома, лушпиння олійних культур, відходи переробки цукру (жом, бадилля), гній/послід і багато інших відходів тваринного та рослинного походження.
5. Кінцевим продуктом котелень та міні-ТЕЦ на біопаливі є не тільки теплова та електрична енергії. Дуже часто відходи самих котелень та міні-ТЕЦ на біопаливі можна використовувати надалі (добрива, побічні продукти у вигляді хімічних сполук, будівельна галузь тощо).
6. Поліпшення екологічної обстановки.
7. Економія, і дуже часто суттєва, на утилізації відходів, таких як гній/послід, лушпиння олійних і т.д.

Опис котельні на біопаливі.

У цьому розділі наведено опис кількох котелень, враховуючи спосіб приготування кінцевого палива.

Котельня на біогазі.

Як зазначалося вище, в основу покладено приготування біогазу з подальшим використанням.
Укрупнений склад устаткування такої котельні: майданчик прийому палива, обладнання змішування біопалива, біореактори, система подачі палива в біореактори, системи очищення біогазу (якщо потрібно). Далі в залежності від цілей котельні можна встановити класичний газовий котел (водогрійний або паровий). При необхідності вироблення електричної енергії на додаток до теплової можливе встановлення або ДПА, або газової турбіни, або парової турбіни. Після газової турбіни встановлюється котел-утилізатор.
Таку котельню можна поставити, у тому числі біля очисних споруд, для утилізації мулових накопичень.

Котельня на генераторному газі.

Укрупнений склад такої котельні: майданчик прийому вихідного палива, обладнання змішування, обладнання сушіння, брикетери, газогенераторна установка. Отриманий генераторний газ далі відправляється або на газовий котел (водогрейний або паровий) з адаптованими під цей газ пальниками, або на ДПА (у разі ДПА потрібна система очищення генераторного газу). Реалізованими на даний моменту країнах СНД є проекти лише з урахуванням отримання піролізу під час переробки деревної тріски.

Котельня із застосуванням прямого спалювання.

Склад даної котельні може змінюватись в залежності від виду біопалива, що планується до спалювання.
Так, наприклад, при утилізації лушпиння олійних культур укрупнений склад обладнання може складатися з: майданчика прийому біопалива, транспортерів палива, бункерів дозаторів палива та самих котлів (водогрейних або парових). При необхідності змішування кількох видів лушпиння або додавання в лушпиння інших видів рослинних відходів встановлюється обладнання змішування, сушіння та брикетування.
Далі наведено приклад роботи Турбопар, розробка передпроектного дослідження утилізації курячого посліду в Україні у 2010 році.

Як вибиралася утилізація курячого посліду. Короткий опис проекту.


Замовником було поставлено наступне завдання: великої птахофабриці потрібно утилізувати до 200 тонн підстилкового посліду в день, з отриманням теплової та електричної енергії. Робота міні-ТЕЦ цілодобова та цілорічна.
На території країн СНД таких проектів немає. Найбільш вузьким місцем у цьому проекті є обробка вихідної біомаси (підстилкового посліду), оскільки її вологість коливається в залежності від пори року. Сам по собі вид палива, що отримується з даної біомаси, має середню теплоту згоряння і містить багато шкідливих речовин. Були розглянуті різні варіантиприготування палива для подальшої подачі в котел - від прямої подачі в топку до пилового методу спалювання (перетворення вихідного палива на дрібнодисперсний пил, що володіє більш високими властивостями горіння, з подальшою подачею цього пилоподібного палива на спеціальні топки в котлах). У результаті попередньо було прийнято варіант такого виду:
- встановлюється сховище первинного палива із запасом палива на 7 днів безперервної роботи ТЕЦ,
- після цього встановлюється обладнання змішування з іншими видами біопалива,
- обладнання сушіння,
- подрібнення до необхідних розмірів частинок
- та подача в бункери-дозатори перед котлами.
Далі здійснюється подача з бункерів-дозаторів безпосередньо до парових котлів.
Після котлів встановлюється одна або дві парові турбіни конденсаційного типу з регульованими оборами пари. Пар з відборів відправляється на власні потреби котельні (на ділянку сушіння палива), та птахокомплексу.
Електрична енергія використовується на власні потреби птахокомбінату. Залишки невикористаної електричної енергії передаються до загальнодержавної електричну мережу.
Також дана міні-ТЕЦ крім електричної та теплової енергії побічним продуктомдаватиме високоякісне добриво (зола - продукт горіння біомаси), яке використовуватиметься або для власних потреб, або реалізовуватиметься на ринку добрив (передбачена ділянка пакетування добрив).
Тут навмисно не розкриваються способи утилізації димових газів міні-ТЕЦ та детального опису систем обладнання. Скажімо тільки, що при реалізації проекту підприємство вироблятиме за добу близько 144 МВт електричної енергії, стільки ж теплової. Термін окупності даного проекту з урахуванням усіх вкладень становитиме три роки. Виконується архітектурна частина проекту Утилізація курячого посліду.

парові котли, водогрійні котли, проектування очисних споруд

Котельні, що працюють на пташиному посліді.Наше підприємство спеціалізується на розробці, створенні, впровадженні, налагодженні та введенні в експлуатацію котелень для сільськогосподарських підприємств.

Розвиток аграрного комплексу України неможливий без розвитку птахівництва. Однак зростання цього напряму аграрного бізнесу спричиняє збільшення кількості відходів у вигляді посліду. При традиційному підході пташиний послід сприймається як токсичні відходи виробництва III класу небезпеки. Його розміщення на відкритих майданчиках веде до сильного забруднення довкілля. Тому рівень забруднення ґрунту, ґрунтових вод та повітря у провідних птахівницьких регіонах у кілька разів перевищує допустимі норми.

Нашими фахівцями розроблено кілька методів утилізації пташиного посліду.

Утилізацію посліду можна перетворити на дохідний бізнес, виготовляючи добрива. Однак існує ще один спосіб - використання посліду для обігріву самих пташників, а також побутових та адміністративних приміщень.

Використання підстилкового посліду як палива має дуже великі перспективи.

Головною перевагою запропонованого методу утилізації підстилкового посліду є:

  • повна та швидка ліквідація відходів III класу небезпеки;
  • отримання постійно використовуваних видів теплової та/або електричної енергії та цінного мінерального добрива;
  • хороша адаптація до існуючих систем тепло- та енергопостачання птахофабрик. Також можливе спалювання клітинного посліду при досягненні його кінцевої вологості не більше 50% за допомогою попереднього перемішування з сухими деревними або рослинними відходами, або попереднім підсушуванням посліду продуктами його згоряння.

Підстилковий послід може служити поновлюваним альтернативним біопаливом, яке використовується для потреб птахофабрики із заміщенням природного газу або іншого виду натурального палива. Спалювання підстилкового посліду не вимагає його попередньої підготовки (гранулювання, подрібнення, сушіння тощо). Це спрощує та здешевлює технологічний процес.

Спалювання 1т підстилкового посліду дозволяє заощадити до 270 м3 природного газу або до 240 кг рідкого палива (мазут, пічне паливо). При цьому можна отримати до 2 Гкал тепла у вигляді гарячої водиабо до 3 т пари на технологічні потреби, або виробити від 50 до 500–600 кВт електроенергії (залежно від початкових та кінцевих параметрів пари).

Як паливо підстилковий послід має такі теплотехнічні характеристики (на робочу масу):

Зола, що утворюється при спалюванні підстилкового посліду, є комплексним фосфорно-калійно-вапняним добривом з підвищеним вмістом мікроелементів і може застосовуватися під різні культури в дозах від 2 до 10 ц/га залежно від виду ґрунтів, культур та способу внесення. Вона вноситься у ґрунт у сухому вигляді без додаткової обробки. За результатами дослідних даних застосування цієї золи замість звичайних мінеральних добрив підвищило врожайність сільськогосподарських культур на 10–15 %. Вихід золи становить 10–15 % кількості вихідного посліду.

Надійне спалювання підстилкового посліду стало можливим зі створенням спеціальних топкових пристроїв, що поєднують шарове спалювання палива з вихровим. Конструкція топки із системою багатозонного повітряного дуття забезпечує необхідні умовигоріння цього високовологого низькокалорійного високозольного палива з мінімальним винесенням золи. Результати тестових випробувань зі спалювання 56 т підстилкового посліду у промисловій установці тепловою потужністю 1,5 МВт показали, що він ефективно згоряє з мінімальним викидом шкідливих речовин в атмосферу. Для запобігання зашлаковування поверхонь нагріву в період проведення випробувань температура газів на виході з топки підтримувалася в межах 950±50 °С.

Паливний склад обладнується витратною ємністю із «живим» дном. Пара з котла (тиск до 1,4 МПа, температура до 190 ° С) прямує на технологічні потреби, в бойлер системи ГВП та на власні потреби котельні. Зола, уловлена ​​в топці, бункерах конвективного газоходу котла і золоуловлювача, безперервно видаляється в золовий склад. Залежно від вимог споживача, зола може затарюватися в мішки або вивозитися до місця використання у насипному вигляді у закритому транспорті. Для котельні, розрахованої на спалювання 75-80 т ПП на добу і має теплову потужність ~7–8 Гкал/год (8 – 10 т/год насиченої пари тиском 1,4 МПа), потрібне приміщення розміром ~18×15 м та висотою до 13 м. Приміщення котельні може бути виконане із збірних металоконструкцій із сендвіч-панелями на основі мінерального базальтового утеплювача товщиною 100-150 мм з межею вогнестійкості 0,75-1,5 год.

Паливний склад повинен розташовуватися в закритому приміщенні неопалюваному площею не менше 300 м2 (18×18 м), висотою до 6 м і також може бути виконаний зі збірних металоконструкцій з сендвіч-панелями. Економічна ефективність спалювання підстилкового посліду та термін окупності капітальних витрат залежать від його кількості. Спалювання підстилкового посліду з виробленням пари і тепла є економічно ефективним заходом, що швидко окупається. Розрахунковий термін окупності вбирається у 18 міс. Доповнення виробництва пари та тепла виробленням електроенергії суттєво збільшить економічну ефективність цього методу утилізації ПП. Так, при виробленні 10 т/год пари з параметрами 1,4 МПа і 250 ° С в теплофікаційному режимі з нагріванням мережної води до 80 ° С (режим ГВП) можна виробити приблизно 900 кВт·год електроенергії, з них до 200 кВт·год - для котельні, а решта – на власні потреби птахофабрики.

Цей метод утилізації ПП є найшвидшим із терміном окупності капітальних витрат трохи більше 1,5 –2,0 років. Складові капітальних витрат та економічної ефективності залежать від фактичних умов та розраховуються для кожного конкретного випадку. Комплексне вироблення тепла на ГВП та опалення, технологічної пари та електроенергії в котельнях на підстилковому посліді значно збільшить незалежність птахофабрик від постачальників енергоресурсів та тарифів на них.

Паливо - курячий послід у суміші з підстилкою із лушпиння соняшника підсушений до вологості 23%.

Експериментальна установка є вихровою топкою, виконаною у вигляді виносної передтопки.

Результати експерименту зі спалювання курячого посліду

Місце проведення експерименту – м. Вільнянськ

Час проведення – 26-27.01.2011р.

Температура повітря в приміщенні - +13-+15оС

Температура повітря на вулиці - -15оС

Паливо - курячий послід у суміші з підстилкою із лушпиння соняшника підсушений до вологості 23%. Інші дані щодо калорійності, фракційного складу, виходу летких, а також щодо складу мінеральної частини відсутні.

Короткий описустановки: експериментальна установка є вихровою топкою, виконаною у вигляді виносної передтопки. Передтопок встановлений у безпосередній близькості парового котла Е10-14 і з'єднана з ним теплоізольованим газоходом і використовується з ТДМ та існуючою системою автоматики котла, конструктивно виконаний за наступною схемою. Циліндричний корпус футерований з нутрії вогнетривким матеріалом, для організації вихрового руху обладнаний двома завихрювачами (верхнім і нижнім), 4 зонами дуття розташованими по висоті. У верхній зоні встановлено вузол тангенціального введення палива з підведенням первинного дуття з метою спільного введення палива. Над верхньою дутьовою зоною встановлений завихрювач, у який подається повітря вторинного дуття для формування організованого випуску топкових газів з вихрової передтопки. Нижня дутева зона складається з нижнього завихрювача, з центральним отвором для вивантаження золи, і соплами основного дуття. У середні дутьові зони подається вторинний повітря з підтримки стійкості вихрового потоку по висоті.

Опис експерименту:

Опробовано систему пневмотранспорту в реактор, організовано вихровий рух у топці. Повітря подається у такі зони:

Ежектор;

Нижній завихрювач:

Нижні дутьові сопла основного дуття.

Інші дутьові зони практично відключені через великий опір газового тракту.

Було зроблено пуск установки з холодного стану шляхом розпалювання розпалювального матеріалу. Система паливоподачі працювала надійно. Вихор перебував у стабільному стані. Відкладень на стінах реактора та подавання топки не спостерігалися. Температура в реакторі – 800-1100оС залежно від витрати палива, що задається зміною кількості оборотів живильника.

Безперервна постійна робота виявилася неможливою через відсутність води в котлі і відповідно утилізації тепла, що відходить з установки.

Загалом протягом дня довелося тричі запускати вихрову передтопку, пуски проводилися без труднощів зі швидким виходом на робочі режими.

27.01.2011 (за 15 годин).

Було зроблено 2-3 пробні пуски на дровах, випробуваний режим розпалювання в гарячу топку. Тимчасові зупинки були пов'язані із зависанням палива в бункері та спрацюванням системи безпеки котла. Повністю закриті всі дутьові зони, крім нижнього ряду сопів основного дуття через нестачу палива на транспортування.

Найбільш поширена в Україні технологія виробництва м'яса бройлерів передбачає вирощування курчат на підлозі на глибокій незмінній підстилці. Основні переваги такої технології - використання порівняно нескладного та дешевого обладнання, високий рівеньмеханізації технологічних процесів, Простота і низька трудомісткість виконання робіт з догляду за птицею та по санації пташника, менша кількість дефектів тушок, підвищення їх категорійності порівняно з клітинним вирощуванням. Основний недолік - потреба у значній кількості дефіцитних підстилкових матеріалів. У розрахунку на 1-го вирощеного бройлера необхідно витратити 1-1,5 кг підстилки залежно від сезону та терміну вирощування. За 5-7 тижнів вирощування курчат до підстилки додається послід. У результаті - на кожного вирощеного бройлера отримуємо близько 3-5 кг підкладки підстилкового (ПП) вологістю від 15 до 50%. Якщо вважати, що в Україні за рік вирощується близько 500 млн. курчат-бройлерів, вихід тільки підстилкового бройлерного посліду складе щонайменше 2 млн. тонн. Якщо ж додати сюди ПП, отриманий при утриманні інших видів та виробничих груп птиці – загальний його вихід можна оцінити у кількості не менше ніж 3 млн. тонн.

Утилізація ПП завдає птахівницьким господарствам чимало клопоту. Для його зберігання та переробки потрібні великі земельні ділянки. ПП містить значну кількість шкідливих для навколишнього середовища речовин, насіння бур'янів, часто – яйця та личинки гельмінтів, патогенні мікроорганізми. Він є також сприятливим середовищем для розвитку мух, гризунів, гельмінтів та мікроорганізмів і, за неналежних умов зберігання, переробки та використання служить джерелом забруднення наземних та ґрунтових вод, ґрунтів та атмосфери шкідливими речовинами, несе епізоотичну та санітарно-епідеміологічну загрозу для самих навколишніх територій та навколишнього середовища в цілому.

Згідно з державним класифікатором відходів, послід віднесений до ІІІ-ї групи небезпечних речовин. Сільськогосподарські підприємства, селянські та інші господарства, що займаються виробництвом, переробкою та збутом продукції тваринництва та птахівництва, і при цьому здійснюють розміщення відходів (гною та пташиного посліду), є платниками екологічного податку. Вартість їхнього розміщення на відкритих полігонах у середньому становить 100 грн./т. Через проблеми з утилізацією посліду у птахівницьких господарств виникають постійні конфлікти з місцевими екологічними та санітарними службами. Тому, з урахуванням наведеного вище, кожне птахівницьке підприємство стоїть перед проблемою: що робити з пташиним послідом?

Традиційним способом використання ПП є його переробка в органічні добрива, оскільки містить значну кількість поживних речовин для рослин (азоту, фосфору, калію, кальцію, мікроелементів) (табл. 1). У США та деяких європейських країнахперероблений послід використовують також як кормовий інгредієнт для жуйних тварин, тому що він містить також значну кількість клітковини, протеїну, окремих амінокислот, ліпідів, безазотистих екстрактивних речовин. Таблиця 1. Хімічний склад підстилкового посліду після вирощування курчат-бройлерів, % (за даними компанії «СВ технології»)

Найменування показників Значення показників
Вміст вологи, %
Вміст сухої речовини, %
Азот, %
Кальцій, %
Фосфор, %
Сирі ліпіди, %
Сира клітковина, %
Безазотисті екстрактивні речовини, %
Лізін, %
Гістидин, %
Аргінін, %
Аспарагінова кислота, %
Треонін, %
Глутамінова кислота, %
Пролін, %
Гліцин, %
Аланін, %
Валін, %
Ізолейцин та лейцин, %
Тирозин, %
Фенілаланін, %
Мідь, мг/кг
Цинк, мг/кг
Залізо, мг/кг
Марганець, мг/кг
Кобальт, мг/кг
Магній, мг/кг

Способи переробки ПП в органічні добрива або кормові добавки повинні забезпечувати знешкодження патогенної мікрофлори, насіння бур'янів, яєць та личинок гельмінтів, стабілізацію поживних речовин, дезодорацію кінцевого продукту, що потребує чималих витрат. До речі, великі витрати на утилізацію посліду та платежі за екологічне забруднення стали однією з причин припинення діяльності низки бройлерних птахофабрик. Західної Європи. Крім того, значна кількість птахівницьких підприємств в Україні не має достатньої кількості сільськогосподарських земель для використання всього обсягу одержуваного посліду як органічного добрива на власних полях. Реалізація ж посліду у будь-якому вигляді іншим підприємствам пов'язана зі значними труднощами та витратами. У зв'язку з цим, у останнім часомвсе частіше в якості альтернативи переробці посліду в органічні добрива пропонують спалювання підстилкового і безпідстилкового посліду тим чи іншим способом з метою одержання теплової та електричної енергії. У обох варіантів є свої прихильники та противники. Розглянемо аргументи тих та інших.

Виробництво на основі підстилкового посліду органічних або органо-мінеральних добрив.

Аргументи за:

а) отримання цінного для рослинництва продукту у вигляді органічних або органо-мінеральних добрив з високим вмістом азоту, фосфору та калію, правильне використання яких сприяє покращенню структури та мікрофлори ґрунтів, збагаченню їх гумусом, підвищенню врожайності сільськогосподарських культур на 10-30%;

б) поліпшення стану навколишнього середовища внаслідок знешкодження патогенної мікрофлори, насіння бур'янів, яєць та личинок бур'янів, дезодорації речовин, що неприємно пахнуть;

в) можливість організації замкнутого циклу утилізації посліду у вертикально-інтегрованих агропромислових об'єднаннях.

Аргументи проти:

а) значна кількість азоту (до 50%) та інших поживних речовин у процесі зберігання, переробки та використання як добрива втрачається;

а) більша тривалість циклу переробки, у зв'язку з чим названі вище негативні фактори діють протягом значного часу;

б) необхідні комплекс механізованих засобів, значні трудо- та енерговитрати на зберігання та переробку сировини, зберігання, транспортування та використання отриманих добрив;

в) потреба у значних земельних площах для зберігання, переробки та використання отриманих добрив. Максимальна доза внесення органічних добрив на основі пташиного посліду: компосту – 60 т/га, сухого пташиного посліду – 8 т/га;

г) у разі неправильної переробки, внесення надлишкових доз посліду відбувається деградація земель, накопичення в урожаї сільськогосподарських культур нітратів та нітритів, забруднення земель насінням бур'янів, довкілля – шкідливими речовинами та неприємними запахами.

Використання підстилкового посліду для отримання енергії.

Аргументи за:

а) найбільш просте та найменш трудомістке та енерговитратне вирішення проблеми утилізації посліду;

б) швидке на надійне знешкодження всіх шкідливих факторів та покращення стану навколишнього середовища; в) отримання теплової чи електроенергії, які з кожним роком зростають у ціні;

г) можливість забезпечення за рахунок спалювання посліду власних потреб у тепловій та електричній енергії;

д) золу від спалювання посліду можна зберігати роками без втрат поживних речовин, використовувати як мінеральне добриво, що містить калій, фосфор, кальцій та низку інших елементів (табл. 2) у оптимальні агротехнічні терміни;

е) короткий цикл виробництва, у зв'язку з чим згадані вище негативні фактори діють протягом нетривалого часу;

е) зменшення транспортних витрат у 5-6 разів;

ж) не потрібні значні земельні ділянки для зберігання та переробки посліду.

Аргументи проти:

а) втрата азоту сировини у технологічному циклі;

б) досить висока вартість обладнання для спалювання посліду (у той же час вона не є більшою, ніж, наприклад, для переробки посліду в біогазових установках);

г) можливі проблемиз реалізацією отриманих теплової та електроенергії та золи.

Таблиця 2. Хімічний склад золи після спалювання підстилкового бройлерного розслідування (за даними компанії «СВ технології»)

Найменування речовини зміст,%

інші

Аналізуючи плюси та мінуси кожного варіанту, можна дійти висновку, що енергетична переробка ПП може бути цілком конкурентоспроможною з варіантом переробки його в органічні добрива як мінімум у птахівницьких підприємствах, які не мають достатньої кількості власних земель сільськогосподарського призначення.

Наразі пропонуються кілька можливих варіантівенергетичного використання ПП шляхом спалювання:

1) пряме спалювання в котельнях для отримання гарячої води, пари або електроенергії;

2) газифікація (піроліз) посліду з тією ж метою;

3) виготовлення з ПП паливних гранул (пеллет) або брикетів, далі - гранули або брикети можуть спалюватися на місці для отримання гарячої води, пари або електроенергії, або реалізовуватися для використання як добрива або паливо.

Переробка ПП методом прямого спалювання

Пряме спалювання ПП не вимагає обов'язкового гранулювання або сушіння. Теплота згоряння ПП знаходиться в межах 2600-3400 ккал/кг (10300-14250 МДж/кг). Вміст шкідливих речовин у продуктах згоряння, що викидаються в атмосферу, при застосуванні сучасних топкових пристроїв не перевищує гранично допустимих концентрацій (ГДК). Спалювання 1 тонни ПП дозволяє отримати до 2 Гкал тепла у вигляді гарячої води або 3 тонни пари на технологічні потреби. При цьому економиться до 270 м3 газу або до 240 кг рідкого палива. Коефіцієнт корисної дії котелень при прямому спалюванні посліду становить 60-85%. Вихід золи становить 10-18% від вихідної кількості ПП. Зола може вноситися під різні сільськогосподарські культури без додаткової обробки у кількості 2-10 ц/га. Використання цієї золи як добрива сприяє підвищенню врожайності сільськогосподарських культур на 10-15%.

Особливістю ПП як паливо є висока вологість, зольність, наявність у золі значної кількості лужних та лужноземельних металів, що викликає його високу шлакоутворювальну здатність. У зв'язку з цим до останнього часу не завжди вдавалося досягти стійкого та надійного згоряння ПП у котельному агрегаті. Зараз ця проблема вирішена шляхом застосування технології спалювання у високотемпературному киплячому шарі, що циркулює, яка забезпечує надійне згоряння матеріалу з вологістю до 60%.

У цех зі спалювання ПП зазвичай входять: котельня, склад сировини та сховище для золи від спалювання ПП. Сховище для золи можна і не будувати, а одразу затарювати золу в мішки (біг-біги) або транспортувати до місця використання у закритому транспорті.

Типорозмірну низку цехів прямого спалювання ПП спроектувала група компаній Агро-3 «Екологія» (м. Москва). За даними цієї групи компаній, для котельні, що спалює, наприклад, 75 т ПП за добу, з тепловою потужністю 5 Гкал/год. (До 7 тонн пари на годину), необхідно приміщення зі збірного залізобетону або металоконструкцій та сендвіч-панелей розмірами 18×15 м, висотою 13 м.

Склад сировини для безперебійного забезпечення котельної зазначеної потужності може бути розташований у приміщенні, що не опалюється, площею близько 300 м2 (18×18 м) з висотою 6 м.

Він також може бути зроблений з металоконструкцій та сендвіч-панелей. Склад золи може бути розташований у приміщенні, що не опалюється, площею приблизно 140 м2 (12×12) з висотою 6 м.

Для контролю за витратою палива чи рівня золи може бути використаний датчик рівня зерна. Обслуговуючий персонал цеху - 3-4 працівники за зміну, споживана електрична потужність - близько 100 кВт.

Капітальні витрати на створення цеху зі спалювання ПП для отримання гарячої води і пари залежить від теплової потужності та кількості ПП, що спалюється (табл. 3).

Таблиця 3. Необхідна сума капітальних витрат для створення цеху прямого спалювання ПП для отримання гарячої води та пари

Найменування показників

Кількість спалюваного ПП
1 Вироблення тепла, Гкал/рік.
2 Вироблення пари, т/рік.
3
у тому числі:
3.1 Проектно-конструкторські роботи
3.2 Устаткування
3.3 Монтаж
3.4 Пусконалагоджувальні роботи
3.5 Будівельно-монтажні роботи (приміщення котельні, склад ПП та золи тощо) *

* - Без вартості земляних, бетонних, розвідувальних робіт та погоджень.

Економічну ефективність цеху зі спалювання ПП тільки для отримання теплової енергії можна приблизно розрахувати виходячи із заміщення підстилочним послідом природного газу (4,7 грн./м3) у котельні, розрахованій на отримання аналогічної кількості тепла, та фосфорних та калійних добрив (2,0 грн ./кг) золою від спалювання ПП (табл. 4).

Таблиця 4. Економічний ефект та термін окупності капітальних вкладеньцеху спалювання посліду.

Найменування показників

Кількість спалюваного ПП за добу, тонн
Капітальні витрати, млн. грн.
Кількість підстилки, що спалюється за рік, тис. т
Теплопродуктивність котельної нетто (відпустка тепла) Гкал/год.
Кількість газу, що заміщується за рік., м 3
Кількість газу, що заміщується за рік, тис. м 3
Вартість заміщеного газу, млн. грн.
Кількість отриманої золи за рік, т
Вартість заміщених мінеральних добрив, млн. грн.
Загальна вартість отриманої продукції (тепло+зола), млн... грн.
Річні експлуатаційні витрати*, млн. грн.
Загальний річний економічний ефект, млн. грн.
Термін окупності капіталовкладень, місяця

* - Експлуатаційні витрати включають вартість електроенергії, реагентів на хімводоочищення, витрати на персонал та транспортні витрати.

Отримана теплова енергія може бути використана на тепло насамперед потреб самого птахівничого господарства, а також найближчих населених пунктів. Однак на практиці це не завжди можливе. У такому разі рекомендується використовувати отриману теплову енергію для вироблення електроенергії. Так, при виробленні 7 т/год. пари з параметрами 1,4 МПа та 250 ºС, підігріву мережної води до 80 ºС, можна виробляти щогодини ще й приблизно 630 кВт год. електроенергії, із них 100 кВт год. - буде витрачено на власні потреби котельні, решта - на потреби птахівницького господарства або на реалізацію. За питомою вартістю паротурбінної установки 8200 грн. / кВт загальні капітальні витрати при цьому зростуть ще на 5,2 млн. грн. Річний економічний ефект лише за рахунок реалізації золи та електроенергії становитиме 9,4 млн. грн., термін окупності капітальних витрат 2,5 року.

Наразі роботи з проектування цехів прямого спалювання посліду, постачання для них обладнання та ряд інших робіт виконує низка установ: група компаній АТТ (Альтернативне тепло та технології м. Харків), Коврівський завод топкового та котельного обладнання (м. Килимів, Росія), вже згадана група компаній АГРО-3 "Екологія" (м. Москва), НВЦ "ЕРКО" (м. Москва), LLC "Abono Group" та інші.

Газифікація (піроліз) підстилкового посліду.

Газифікацією (піролізом) називається термічне розкладання органічних речовин за нестачі кисню. Газифікація або піроліз посліду, як підстилкового, так і безпідстилкового, вважається перспективним напрямом його енергетичного використання, який на думку деяких фахівців має ряд переваг у порівнянні з переробкою посліду в біогазових установках, зокрема:

Вищий ККД перетворення біомаси на корисну енергію (у біогазових установках трохи більше 50 %, в піролізних до 85 %);

Всесезонність, оскільки ефективність виробітку генераторного газу практично не залежить від зовнішніх умов;

Компактність, менша за металоємність використовуваного обладнання;

Найменше транспортні витрати на всіх стадіях процесу утилізації відходів;

Можливість перетворення на газ та електроенергію посліду, що містить лігнінвміщуючи добавки (стружку, солому тощо);

безвідходність процесу утилізації;

Можливість практично повної автоматизації процесу переробки; низькі експлуатаційні витрати;

Універсальність устаткування, що застосовується, можливість його використання для спалювання будь-яких видів біомаси;

Висока екологічність технології, що застосовується.

В результаті піролізу посліду при температурі 300-800 ºС отримують парогазову суміш, яка складається з суміші горючих газів (так званий генераторний або піролізний газ), твердий вуглеподібний залишок (напівкокс) і золу. Генераторний газ використовують для підтримки роботи самої піролізної установки, отримання теплової енергії для господарських потреб, для заміни природного або зрідженого газу в різних пристроях, для виробництва електроенергії, а після відповідної підготовки – і як паливо у двигунах внутрішнього згоряння. Вуглеподібний залишок також використовують як паливо в самій піролізній установці або для виготовлення паливних брикетів. Попелю використовують як добриво, в металургійній та в будівельній промисловості.

Середня теплота згоряння генераторного газу – 1200 ккал/м3 (5030 кДж/м3). Його усереднений компонентний склад наведено у таблиці 5. Після відповідної обробки можна отримати генераторний газ з підвищеним вмістом горючих газів.

Таблиця 5. Компонентний складгенераторного газу від газифікації ПП

Назва компонента
Чадний газ (СО)
Водень (Н 2)
Метан (СН 4)
Азот (N 2)
Інші гази

Процес газифікації має сумарний ККД до 80%. З 1 кг ПП у перерахунку на суху речовину одержують у середньому 2 м3 генераторного газу загальною теплотворною здатністю 2400 ккал.

Піролізні котли, у тому числі й побутові, в яких можна спалювати і ПП, зараз випускають багато виробників, у тому числі й в Україні (Мотор Січ та ін.). До провідних виробників промислового обладнаннядля газифікації різних органічних відходів, зокрема посліду, належать вже згадана компанія LLC "Abono Group", ТОВ "ЦентрІнвестПроект" (м. Москва), компанії "Flex Technogies" (Великобританія), "Planitec srl" (Італія). Остання постачає міні-ТЕЦ у діапазоні потужностей від 60 кВт до 1 МВт.

Підготовка посліду в установках цієї компанії для наступної газифікації передбачає:

Підсушування сировини до відносної вологості 12-15%;

Видалення сторонніх металевих домішок;

Подрібнення посліду до частинок трохи більше 3 див;

Дозоване додавання вапняку для нейтралізації кислот, що утворюються при газифікації.

Для підсушування посліду використовується оборотне тепло, що утворюється при відведенні генераторного газу та тепло, що відводиться від системи охолодження газотурбінного двигуна.

Показники роботи міні-ТЕЦ, розрахованої на переробку ПП від одного пташника на 50 тис. курей-несучок або бройлерів, наведено в таблиці 6. Вартість обладнання міні-ТЕЦ становить близько 200 тис. євро.

Таблиця 6. Показники роботи міні-ТЕЦ продуктивністю 900 т ПП за рік

Найменування показників

Значення показників
Час роботи ТЕЦ за добу, годину. 2
Час роботи ТЕЦ протягом року, годину. 8000
Загальна кількість посліду, що переробляється за рік, тонн
Кількість посліду, що переробляється на добу, тонн
Середня вологість посліду, %
Виробляється електричної енергії за годину, кВт - год.
Теплова потужність для зовнішнього споживача, кВт (Гкал х год.)
Теплова потужність, споживана для потреб, кВт (підсушування посліду, підтримка роботи газогенератора), кВт (Гкал х час.).
Вихід золи на рік, тонн

Обладнання міні-ТЕЦ дозволяє забезпечити виробництво з 1 кг ПП 0,8 кВт електричної енергії з ККД 27%, виробництво теплової енергії для системи опалення у вигляді гарячої води з ККД 45%, відповідність газоподібних викидів в атмосферу чинним вимогам екологічного законодавства.

Основні недоліки піролізних котелень в порівнянні з агрегатами прямого спалювання - вище в 1,5-2 рази ціна обладнання, дещо складніша експлуатація.

Використання ПП для одержання паливних гранул або брикетів.

Як уже згадувалося, використання одержуваної при спалюванні посліду теплової та електроенергії на місці не завжди можливе. Продати електроенергію можна, але складно і дорого підключитися до загальної електромережі. У цьому випадку доцільно застосовувати такий варіант енергетичного використання посліду, як виготовлення паливних гранул або брикетів. Найбільш підходящий для цих цілей ПП вологістю трохи більше 30%. Технологічна лінія виготовлення гранул уже згадуваної вище компанії «Planitec srl» передбачає подрібнення ПП, підсушування до вологості 15-18%, гранулювання або брикетування, охолодження та затарювання, очищення парогазових викидів. Вартість встановлення підсушування та гранулювання на 2 т гранул на годину становить близько 3,7 млн. грн. Отримані гранули можна використовувати в твердопаливних котлах будь-якого типу, у тому числі в побутових, а також як добрива. Вони можуть зберігатися тривалий час без втрати своїх корисних властивостей. Характеристики гранул із посліду порівняно з іншими видами палива наведені у таблиці 7.

Таблиця 7. Порівняльні характеристики видів палива

Вид палива Теплота згоряння, МДж\кг Вміст сірки, % Зміст золи, % Ціна за 1 кг Вартість отриманого тепла, грн./ГДж
Кам'яне вугілля
Гранули із ПП
Природний газ *
Гранули із дерева
Гранули із соломи

* - У розрахунку на 1 м3.

За даними російських виробників, термін окупності обладнання для виготовлення гранул становить близько 4 років, в Україні ж у зв'язку з високими цінами природний газта інші види палива в порівнянні з російськими, за нашими підрахунками він не повинен перевищувати 2-2,5 років.

Вирощування в гідропоніці - це мінімальні витрати, чистота та наявність практично будь-яких повноцінних та екологічно чистих овочів. цілий рік. Контролюйте якість того, що дає вам енергію та здоров'я.

1. Переробку підстилкового посліду для отримання енергії можна розглядати як економічно обґрунтовану альтернативу переробці його в органічні добрива в птахівницьких підприємствах, які не мають достатньої кількості власних земель сільськогосподарського призначення.

2. Пряме спалювання підстилкового посліду для отримання теплової або електроенергії доцільно застосовувати в птахівницьких господарствах, можуть забезпечити їхнє раціональне використання або реалізацію. 3. Газифікацію (піроліз) підстилкового посліду рекомендується застосовувати при можливості комплексного використання або реалізації всіх продуктів, що отримуються.

4. Переробка підстилкового посліду в паливні гранули або брикети дозволяє розширити ринки збуту продукції та можливості її використання (пряме спалювання, піроліз, як добрива).

Мельник В.А., Інститут птахівництва НААН



 

Можливо, буде корисно почитати: