к.т.н. Гарзанов А.Л., Смирнов В.М. (АГРО-3),
Аваков А.А. (ИЦ «Авелит»,)
Яковлев Ю.В. (завод «Союз»),
Малык И.С. (Группа «Черкизово»)
Подстилочный помет (ПП) является отходом птицефабрик и имеет III класс опасности. При размещении на открытых полигонах он разлагается с выделением токсичных и «парниковых» газов, загрязняя окружающую среду. В то же время ПП является альтернативным возобновляемым биотопливом с Q p н =2500±500 ккал/кг. Сжигание 1 т ПП позволяет получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или до 3 т пара на технологические нужды, замещая при этом до 270 м 3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива (мазут, печное топливо).
Сжигание ПП не требует гранулирования и сушки, что упрощает и удешевляет процесс его использования в качестве топлива. Особенностями ПП являются высокая влажность, зольность и наличие в золе щелочноземельных и щелочных металлов, повышающих ее шлакующую способность. По результатам анализов различных проб подстилочного помета, он имеет следующие теплотехнические характеристики (на рабочую массу):
· низшая теплота сгорания, ккал/кг 2 500±500;
· влажность, % 35±5;
· зольность, % 10-15;
· насыпная плотность, кг/м 3 380-400;
· выход летучих (на горючую массу), % 70-75;
Теоретические количества воздуха и продуктов сгорания составляют 3,1 и 3,9 нм 3 /кг соответственно, парциальное давление водяных паров – 0,23.
Сжигание партии (56т) ПП Петелинской птицефабрики проводилось в промышленной установке тепловой мощностью 1,5 МВт Ковровского завода котельно-топочного и сушильного оборудования «Союз». Установка состоит (рис.1) из закрытого топливного склада 1 с «живым» дном, скребкового транспортера топливоподачи 2, специальной слоевой топки 3, водяного теплообменника 4, рекуперативного воздухоподогревателя 5, циклонного золоуловителя 6, дымососа 7, дымовой трубы 8, вентилятора 9 и раздельных систем золоудаления из топки 10 и золоуловителя 11. Общий вид установки показан на рис 2.
Рисунок 1 – Принципиальная схема промышленной установки
В период проведения теплотехнических испытаний температура газов на выходе из топки поддерживалась в пределах 950±50 о С для предотвращения зашлаковывания поверхностей нагрева. При среднечасовом расходе топлива В к ~430 кг/ч (Q н р =2 660 ккал/кг, W p =34 %, А р =14,5 %) полезное тепловосприятие установки (по сетевой воде) составило 1Гкал/ч (1,2 МВт), а к.п.д. брутто – 83 % (при температуре уходящих газов 180ºС и коэффициенте избытка воздуха в них 1,5).
Рисунок 2. Общий вид опытно-промышленной установки с топливным складом
Содержание вредных примесей в продуктах сгорания при соблюдении требуемых топочных условий минимально и не превышает норм ПДВ. Результаты испытаний по сжиганию подстилочного помета приведены в табл. 1. Расчет потерь тепла и к.п.д. установки проводился по методу обратного баланса с использованием методики расчетов М.Б. Равича /1/. Эти результаты подтвердили, что ПП является достаточно эффективным видом биотоплива, который может сжигаться с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу.
Эффективная конструкция слоевой топки (рис. 3) с системой многозонного воздушного дутья обеспечила минимальный унос золы (коэффициент уноса золы а ун ≤0,2-0,3). Объемы золы, выгруженной из топки и из золоуловителя находились в соотношении ~5:1. Более 93% частиц золы, уловленной в золоуловителе имели размеры не более 100 мкм, в т.ч. 33% – до 50 мкм. При плотности этой золы не более 400 кг/м 3 скорость витания ее частиц не превышает 3-5 см/с. В табл. 1 приведен фракционный состав золы ПП и его сравнение с золой от сжигания подсолнечной лузги в котле Е-12-14 (г. Кропоткин, завод по экстракции растительных масел, золоуловитель типа МПУ-26).
Рисунок 3. Топочное устройство
Результаты испытаний по сжиганию ПП в промышленной установке
Таблица 1
| № | Наименование величины | Обозначение | Размерность | Величина |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1. | Расход сетевой воды | Wсв | м 3 /ч | 120 |
| 2 | Температура сетевой воды на входе | t"св | ºС | 46 |
| 3 | на выходе | t ""св | ºС | 54 |
| 4 | Полезное тепловосприятие установки | Q бр ку | Гкал/ч | 0,96 |
| 5 | Температура газов: в низу топки | t" т | ºС | 893 |
| 6 | в верху топки | t" т | ºС | 953 |
| 7 | за водяным ТО | t" в.т | ºС | 284 |
| 8 | за воздухоподогревателем | t" в.п. | ºС | 166 |
| 9 | Разрежение газов в верху топки | S" т | Па | 70 |
| 10 | Температура горячего воздуха | t г.в. | ºС | 159 |
| 11 | Температура холодного воздуха* | t хв | ºС | 18 |
| 12 | Температура уходящих газов* | t ух | ºС | 178 |
| ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ | ||||
| 13 | Содержание в уходящих газах:
кислорода* |
O 2 | % об | 7,0 |
| 14 | окиси углерода* | CO | % об | 0,006 |
| 15 | двуокиси углерода* | CO 2 | % об | 13,3 |
| 16 | окиси азота* | NO | ppm | 195 |
| 17 | Коэффициент избытка воздуха | α ух | - | 1,51 |
| 18 | Содержание в уходящих газах:
аммиака** |
- | мг/м 3 | 2,53 |
| 19 | фенола** | - | мг/м 3 | 0,097 |
| 20 | формальдегида** | - | мг/м 3 | 0,138 |
| 21 | сажи** | - | мг/м 3 | <1,0 |
| 22 | взвешенных веществ** | - | мг/м 3 | 21,7 |
| 23 | оксида углерода** | - | мг/м 3 | 26 |
| 24 | двуокиси серы** | - | мг/м 3 | 0 |
| 25 | оксида азота** | - | мг/м 3 | 198 |
| 26 | диоксида азота** | - | мг/м 3 | 1 |
| ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ | ||||
| 27 | Потеря тепла: с уходящими газами | q 2 | % | 11,2 |
| 28 | с хим.недожогом | q 3 | % | 0,02 |
| 29 | с мех.недожогом | q 4 | % | 0,5 |
| 30 | в окружающую среду | q 5 | % | 4,5 |
| 31 | с шлаком и золой | q 6 | % | 0,4 |
| 32 | К.П.Д. брутто установки | η бр ку | % | 83,4 |
| 33 | Расход натурального топлива | B ку | кг/ч | 433 |
| 34 | Удельный расход условного топлива на выработку тепла | b бр ку | кг у.т./Гкал | 171,3 |
| 35 | Количество продуктов сгорания (при α=1,5) | V г | нм 3 /кг | 5,4 |
| 36 | Действительный расход уходящих газов | W г | м 3 /час | 3863 |
Примечания: * - измерения с помощью Testo-350
** - измерения ЦЛАТИ (протокол №26-П/4 от 29.03.2010г.).
Фракционный состав и плотность золы ПП и подсолнечной лузги
Таблица 2
После завершения сжигания партии ПП установка была остановлена для ревизии состояния поверхностей нагрева. Поверхность водяного теплообменника была в значительной степени занесена летучей золой (рис. 4), которая легко удалялась при обдуве воздухом (рис. 5). Это говорит о необходимости оснащения котельных агрегатов, сжигающих такое топливо, аппаратами импульсной пневмоочистки поверхностей нагрева.
Рисунок 4. Поверхность водяного теплообменника после недельной эксплуатации на ПП
Рисунок 5. Поверхность водяного теплообменника после обдувки воздухом
В сочетании с ограничением температуры газов на выходе из топки не выше 1000ºС это обеспечит длительное поддержание стабильного к.п.д. котлов.
Результаты тестовых испытаний по сжиганию 56 т ПП Петелинской птицефабрики показали, что он является эффективным видом топлива, который может сжигаться с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. Также возможно сжигание клеточного помета при достижении конечной влажности не более 50% путем либо предварительного смешения с сухими древесными или растительными отходами, либо предварительной подсушки помета продуктами его же сгорания.
Экономическая эффективность замещения ПП натуральных топлив на примере прирдного газа приведена в табл.3.
Таблица 3
| № | Наименование показателей | Величина при количестве сжигаемого подстилочного помета, т/сутки | ||
| 75 | 150 | 225 | ||
| 1 | Теплопроизводительность котельной нетто (по отпуску тепла), Гкал/ч | 6,4 | 12,9 | 19,3 |
| 2 | Расход замещаемого газа, м 3 /ч * | 870 | 1 750 | 2 620 |
| 3 | Годовое количество замещаемого газа, тыс.м 3 /год | 7 621 | 15 330 | 22 950 |
| 4 | Стоимость замещаемого газа, млн.руб./год | 29,7 | 59,8 | 89,5 |
| 5 | Капитальные затраты, млн. руб. | 66,0 | 117,5 | 175,5 |
| 6 | Эксплуатационные затраты**, млн.руб./год | 6,8 | 10,2 | 15,3 |
| 7 | Общий экономический эффект, млн.руб./год | 22,9 | 49,6 | 74,2 |
| 8 | Срок окупаемости кап. затрат. год | 2,9 | 2,4 | 2,4 |
* - в расчетах стоимость природного газа принята с учетом транспортных затрат – 3,9 руб./тыс.нм 3
** - в состав эксплуатационных затрат включены затраты на электроэнергию, реагенты на ХВО и персонал.
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. Зола вносится в почву в сухом виде без дополнительной обработки. По опытным данным одного из подмосковных хозяйств, применение этой золы вместо обычных минеральных удобрений повысило урожайность с/х культур на 10-15%. Выход золы составляет 10-15 % от количества исходного помета. Оптовая стоимость 1 т золы составляет 5500 руб./т. В зависимости от требований потребителя зола может затариваться в мешки (биг-бэги) или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте. Ее использование в качестве минерального удобрения существенно увеличит экономическую эффективность использования ПП в качестве альтернативного биотоплива в котельных.
Использованная литература
Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. – М.: Наука, 1966 – 416 с.
Существует поговорка, что из мужика господин такой, как из навоза пуля. А вот отечественные кулибины эту народную мудрость немного подкорректировали. Сейчас акционерное общество «Белкотломаш» стало первым белорусским предприятием, где наладили нового перспективного вида продукции: водонагревательных котлов , сжигающих подстилочно-пометную массу.
Подобная утилизация отходов птицеводства позволяет решить сразу две важные для промышленности задачи: экономическую и экологическую. Котел не только производит тепловую энергию, но и сжигает куриный помет , который при ненадлежащих условиях хранения, переработки и утилизации становится опасным.
Известно, что сегодня цыплят-бройлеров выращивают в основном на глубокой подстилке. Преимущество этой технологии состоит в том, что с суточного возраста и до забоя птицу содержат в одном помещении . Глубокая подстилка хорошо поглощает влагу, вредные газы, улучшает санитарное состояние помещения и служит теплоизоляцией. Однако этот способ имеет один серьезный недостаток, так как на одного цыпленка нужно около 2,5-3 килограммов опилок.
В результате на каждой фабрике, которая использует технологию напольного выращивания, каждый день накапливаются десятки тонн использованной подстилочно-пометной массы. Птицефабрика на 400 тысяч несушек получает за год около 30 тысяч тонн помета . При его гниении выделяется около 700 тонн биогаза, в том числе 450 тонн метана, 208 тонн углекислого газа, 35 тонн водорода, сероводорода и аммиака. Ущерб экосистеме от выбросов оценивается в миллионы долларов.
Поэтому для птицефабрик Беларуси и других стран мира утилизация отходов птицеводства является довольно сложной задачей. Такую пометную массу (в натуральном или гранулированном виде) можно использовать в качестве удобрений, но вносить ее в почву нужно в небольшом количестве, так как в противном случае земля надолго выводится из оборота. Если в непосредственной близости друг от друга несколько крупных птицефабрик, то утилизация отходов является уже серьезной экологической проблемой.
Небольшие водонагревательные котлы устанавливают непосредственно на территории птицефабрики
Оптимальный выход из ситуации - сжигание помета в котлах , работающих на твердом топливе. Задача эта не из легких. Подстилочная масса содержит соединения серы и фосфора , которые разрушают трубную систему агрегатов и за считанные месяцы выводят ее из строя. Одним из предприятий не только в Беларуси, но и на всем постсоветском пространстве, которое взялось за решение этой проблемы, является «Белкотломаш».
Разработанная им установка может использовать подстилочный помет влажностью до 60% . Тепловая энергия, полученная при сжигании, идет на обогрев и технологические нужды птицефабрики. Помет не требует предварительной сушки или гранулирования, что значительно упрощает весь процесс. Уже сегодня специалисты подсчитали, что использование такого котельного оборудования позволит отечественным бройлерным птицефабрикам получить ряд конкурентных преимуществ. В первую очередь это позволит значительно сократить расходы на закупку газа, которые составляют сотни тысяч долларов ежегодно (для птицефабрик, которые используют газовые котлы), снизить капитальные затраты на строительство хранилищ помета, а также существенно уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду путем утилизации токсичного продукта без необходимости его длительного хранения. Разработчики нового оборудования сообщают, что испытание котла прошло успешно , поэтому в самое ближайшее время оно будет поставляться на птицефабрики Беларуси, России и других заинтересованных стран региона.
Владельцы патента RU 2538566:
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котельных агрегатах для утилизации птичьего помета, в том числе непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения. Техническим результатом является сжигание птичьего помета с полным дожигом вредных и зловонных газов. Способ предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. При этом птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести, а затем в последовательно расположенные слои (зоны) кипы нижней слоевой части топочной камеры: слой сушки и выделения летучих, слой раскаленного инертного кокса, восстановительный слой, окислительный слой выгорания кокса, слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои, с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области энергетики. Более конкретной областью использования изобретения будет топочная техника, например котельные агрегаты, в том числе мобильные, утилизирующие птичий, например куриный, помет непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения.
В качестве аналогов предлагаемого изобретения могут быть выбраны следующие технические решения.
Известен факельный способ сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в камерной гамма-топке с пересекающимися струями (Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов, М.: Энергоатомиздат, 1990, стр.18, рис.8). В такой топке обеспечивается высокая теплонапряженность топочного объема, хорошее удержание частиц топлива в топочном объеме вследствие создания вихревого движения газов с горизонтальной осью вращения, обеспечивающее высокую полноту сгорания. Недостатком данного способа является нестабильность топочного процесса при колебаниях нагрузки по расходу и влажности топлива, высокая температура, приводящая к образованию вредных окислов NO x , неприспособленность для сжигания крупнофракционных высоковлажных топлив, к которым относится птичий помет.
Известен способ сжигания измельченного топлива, описанный в патенте RU 2127399, опубликованном 10.03.1999, при котором температуру в предтопке поддерживают на уровне, не превышающем температуру размягчения золы. Недостатком данного способа применительно к задаче сжигания птичьего помета является невозможность термического разложения вредных продуктов газификации птичьего помета вследствие относительно низкой температуры топочного процесса и отсутствие возможности предварительной подсушки топлива внутри самой топки вследствие циклонного принципа сжигания.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрано устройство для сжигания смеси углеродосодержащих материалов и помета по патенту RU 2375637, опубликованному 10.12.2009, и соответственно способ сжигания помета, описанный в данном источнике. Предложенное устройство включает топку для сжигания птичьего помета, содержащую радиационную камеру с дутьевыми соплами. Способ сжигания птичьего помета в известном устройстве предусматривает подачу птичьего помета в радиационную камеру с организацией процесса сжигания топлива в ее нижней слоевой части и дожитом генераторного газа и летучих в ее верхней части. Известное из RU 2375637 устройство предназначено непосредственно для сжигания подстилочно-пометной массы, однако для данного устройства будут характерны все недостатки, перечисленные выше для способа по патенту RU 2127399. То есть также невозможно термическое разложения вредных и зловонных продуктов газификации птичьего помета и отсутствует возможность предварительной подсушки топлива внутри самой топки вследствие отсутствия механизма подачи топлива. Кроме того, устройство по RU 2375637 достаточно сложно по конструкции, включающей систему перегородок между массой сжигаемого помета и топливом для сжигания, расположенную в радиационной камере топке (очевидна их низкая надежность), а также предусматривающей необходимость отдельного узла для очистки уходящих газов.
В свою очередь предлагаемое изобретение позволит устранить указанные выше недостатки и позволит предложить способ для сжигания птичьего помета, а также топку для осуществления способа, которые позволят сжигать птичий помет с полным дожигом вредных и зловонных газов. Указанный технический результат достигается при использовании предложенного способа сжигания птичьего помета, а также котла для осуществления способа.
Предложенный способ сжигания птичьего помета предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания топлива в ее нижней топочной части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. В отличие от аналога птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с его подсушкой при движении через упомянутую часть под действием силы тяжести. В нижней слоевой части топочной камеры организуют полугазогенерационный процесс сжигания в перемешиваемой кипе, содержащей слой раскаленного инертного кокса с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. При этом в вихревую часть топочной камеры вдувают струи подогретого вторичного воздуха, направленные навстречу друг другу. В нижнюю слоевую часть топочной камеры подают подогретый первичный воздух. Упомянутую кипу перемешивают шурующей планкой. Уходящие газы из топочной камеры попадают в радиационную камеру.
Предложенный котел для сжигания птичьего помета представляет собой топочную камеру, разделенную на верхнюю вихревую часть с, по меньшей мере, одним окном выгрузки птичьего помета и дутьевыми соплами вторичного воздуха и нижнюю слоевую часть, оборудованную средствами организации полугазогенерационного процесса сжигания в перемешиваемой кипе, содержащей слой раскаленного инертного кокса. В нижней слоевой части топочной камеры расположена колосниковая решетка, на которой снизу вверх размещены слои кипы: зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы, в которой перемещается шурующая планка; окислительная зона выгорания кокса; восстановительная зона; зона инертного кокса; зона сушки и выделения летучих. В колосниковой решетке исполнены дутьевые сопла первичного воздуха. В самом верху топочной камеры встроены сопловые насадки, через которые в котел вдувается вторичный воздух, образующий вихревую зону горения. С верхней вихревой частью топочной камеры связана радиационная камера. Стены топочной камеры и радиационной камеры экранированы трубами циркуляционного контура котельной установки.
Птичий помет является особым и специфическим топливом, затрудняющим его сжигание в традиционных топочных устройствах, предназначенных для утилизации древесных отходов и других продуктов растительного происхождения. Основными особенностями птичьего помета является относительно высокая исходная влажность, относительно высокая зольность, низкая температура плавления золы, что обусловливает повышенную склонность к шлакообразованию, высокое содержание в продуктах газификации топлива вредных для окружающей среды и зловонных для человека веществ: аммиака, сероводорода, меркаптанов и др.
Соответственно технология сжигания птичьего помета должна отвечать следующим основным требованиям:
Обеспечение возможности предварительной подсушки топлива в слое до влажности, соответствующей условиям ведения топочного процесса;
Обеспечение возможности термического разложения в топочной камере вредных и зловонных газов, таких как аммиак, сероводород, меркаптаны, во избежание их попадания в составе дымовых газов в окружающую среду;
Исключение возможности зашлаковывания колосниковой решетки топки и теплообменных поверхностей трубного пучка котла;
Обеспечение, по возможности, улавливания мелкофракционных частиц зольного остатка и недогоревших частиц топлива, уносимых топочными газами, до их попадания в газоходы теплообменных поверхностей котельного агрегата.
Соответственно целью при создании способа сжигания птичьего помета и соответствующей топки будет
Обеспечение возможности сжигания птичьего помета при условии твердого золоудаления;
Исключение возможности шлакования колосниковой решетки топки и трубного пучка котельного агрегата;
Нейтрализация вредных газов, выделяющихся при сгорании помета;
Очистка дымовых газов от мелкофракционных частиц золы до попадания на теплообменные поверхности конвективного трубного пучка котельного агрегата;
Исключение возможности образования вредных окислов азота NO x ;
Улучшение условий зажигания высоковлажного разнофракционного топлива;
Повышение стабильности процесса горения и полноты сгорания.
Для достижения поставленной цели котел разделяется пережимом 2 на две камеры: топочную 3 и радиационную (конвективную) 4. Топочная камера 3 по высоте условно разделена на две части: нижнюю слоевую и верхнюю вихревую. В нижней слоевой части на колосниковой решетке в кипе (то есть в неподвижном слое топлива) высотой не менее 300 мм реализуется полугазогенерационный процесс сжигания, включающий подсушку свежего топлива, выделение из него летучих компонентов с образованием кокса, образование генераторного газа в восстановительной зоне и выжигание кокса в окислительной зоне кипы. Подсушке свежего влажного топлива, эффективному зажиганию топлива и повышению стабильности горения способствует наличие в кипе стабилизационного зажигательного слоя раскаленного инертного кокса. Для поддержания газогенераторного процесса горения первичный воздух в количестве 70% от теоретически необходимого подается в газогенераторную зону снизу через каналы в колосниковой решетке.
В окислительной зоне кипы температура достаточно высока, что приводит к оплавлению наружной поверхности частиц золы и их размягчению. Однако зашлаковывания колосниковой решетки не происходит вследствие того, что при гравитационном опускании золы вниз происходит конвективное охлаждение зольных частиц потоком первичного воздуха, подаваемого снизу через каналы колосниковой решетки, а также кондуктивное охлаждение посредством отвода теплоты от размягченных и оплавленных зольных частиц к более холодным твердым частицам в нижнем слое золы, образующим защитный слой, отделяющий зону оплавленных частиц от поверхности колосниковой решетки. Часть теплоты, выделяющейся в зоне окисления, посредством кондуктивного теплообмена передается в верхнюю более холодную восстановительную зону, где идет реакция восстановления CO 2 до CO с поглощением теплоты. В результате охлаждения происходит кристаллизация пленки жидкого шлака на поверхности зольных частиц, что приводит к их грануляции и превращению в малоразмерные гранулы, пригодные для твердого золоудаления. Доступ охлаждающего воздуха к зольным частицам и активное перемешивание оплавляемых частиц золы с более холодными частицами твердой золы обеспечивается возвратно-поступательным движением по колосниковой решетке шурующей планки 7. Скорость шуровки слоя и удаления твердой золы таковы, чтобы согласно тепловому балансу зольного слоя из него обеспечивался отвод избыточной теплоты, а также поддерживался защитный слой твердой золы достаточной толщины, чтобы в нем происходил процесс охлаждения и кристаллизации оплавленных зольных частиц, с целью защиты решетки от зашлаковывания и обеспечения твердого золоудаления. Кроме того, охлаждение зольного слоя также осуществляется за счет отвода части теплоты к экранным трубам 9 циркуляционного контура котла, размещенным по боковой поверхности топочной камеры.
В верхней части топочной камеры 3 реализуется вихревое сжигание образовавшегося генераторного газа и летучих, дожиг выносимых из слоя мелких частиц топлива и возврат в слой частиц золы, частичная подсушка свежего топлива, а также термическая нейтрализация вредных и зловонных газов. Для этого в вихревую зону топочной камеры 3 через сопла 5, расположенные напротив друг друга в области пережима 2 и направленные вниз под углом 30…60° к горизонту, вдувается острыми струями со скоростью 100…140 м/с подогретый до 250-350°C вторичный воздух. Количество вторичного воздуха составляет 45-50% от общего количества воздуха, необходимого для горения. Направление движения струй встречно-направленное вследствие того, что сопла 5 на стенках топки напротив друг друга установлены с определенным шагом в горизонтальной плоскости. Встречная компоновка сопел способствует стабилизации очага горения и выравниванию температурного поля в вихревой зоне. Благодаря такой аэродинамике в надслоевом пространстве топки ниже пережима 2 в результате ударного взаимодействия струй образуются два крупных вихря с горизонтальной осью вращения. В центре топки траектории движения вихрей имеют нисходящий характер, а вблизи стенок топки - восходящий.
Топки с пережимом исторически были разработаны, как форсированные топки полуоткрытого типа, имеющие высокое теплонапряжение топочного объема. Обычно их используют для реализации жидкого шлакоудаления, так как в них развивается высокая температура. Однако в данном случае благодаря экранированию топочной камеры трубами циркуляционного контура котла из зоны горения отводится избыточная теплота, что позволяет организовать процесс сжигания, обеспечивая снижение температуры топочного объема до уровня, исключающего шлакование топки и образование вредных окислов азота NO x . Вследствие подачи острого дутья и завихрению потока осуществляется активное смесеобразование генераторного газа и подогретого вторичного воздуха, благодаря чему в области соударения струй в центре топки поддерживается достаточно высокая температура, необходимая для термической нейтрализации вредных и зловонных газов.
Окно выгрузки свежего топлива 1 конструктивно расположено так, что при выгрузке топливо попадает в наиболее высокотемпературную зону вихря, направленную вниз к слою, за счет чего в процессе падения в слой происходит частичная подсушка влажного топлива и сокращается вынос мелких частиц с высокой парусностью вследствие эжектирующего действия скоростных струй. За счет организации многократной циркуляции топочных газов в вихре достигается удержание в радиационной камере ниже пережима мелких твердых частиц топлива, выносимых из слоя до их полного сгорания. Этим обеспечивается повышение полноты сгорания топлива и снижение потерь теплоты с механическим недожогом. За счет пересечения в области выхода из сопел 5 медленных струй восходящих потоков, обладающих низкой кинетической энергией, с высокоскоростными наклонными струями из сопел 5, обладающими высокой кинетической энергией, происходит перехват из восходящего потока и сепарация в нисходящую скоростную струю мелких частиц твердого зольного остатка. Благодаря приобретенной кинетической энергии при обратном развороте над слоем направленных вниз вихревых струй под действием силы инерции происходит вынос зольных частиц из струи и падение в слой. Таким образом, реализуется очистка дымовых газов от мелкофракционных частиц золы и не допускается их вынос в конвективную часть.
Предложенная технология сжигания птичьего помета осуществляется следующим образом. Птичий помет через окно (питатель) 1 попадает в высокотемпературную часть вихревой зоны топочной камеры 3, где в процессе падения на слой происходит его частичное подсушивание. На колосниковой решетке 6 расположен слой топлива толщиной не менее 300 мм (кипа), в котором реализуется полугазогенерационный процесс. В кипе, как показано, последовательно сверху вниз расположены: зона сушки и выделения летучих, зона инертного кокса, восстановительная зона, в которой происходит образование генераторного газа, окислительная зона выгорания кокса, зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы. Сама кипа неподвижно расположена на колосниковой решетке, но внутри нее происходит гравитационное опускание топлива, проходящего последовательно все стадии процесса. Нижняя часть кипы (зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы) подвергается непрерывной шуровке посредством шурующей планки 7, с помощью которой осуществляется выгрузка золы в золосборник 8. Для поддержания процесса в кипе и охлаждения шлака снизу через отверстия в колосниковой решетке 6 подается подогретый до температуры 250-350°C первичный воздух в количестве 70% от теоретически необходимого.
В вихревую зону радиационной камеры 3 через встречно-наклонные сопла 5, расположенные в области пережима 2 между топочной 3 и радиацинной 4 камерами, вдувается подогретый до 250-350°C вторичный воздух в количестве 70% от потребного со скоростью 100…140 м/с. В результате встречного взаимодействия струй образуются вихри, в которых происходит активное смесеобразование с генераторным газом и его сгорание, сжигание выносимых из слоя мелкофракционных твердых частиц топлива, термическая нейтрализация вредных и зловонных газов, выделившихся из птичьего помета. В результате поперечного взаимодействия струй с различной кинетической энергией при их взаимном пересечении из потока восходящих дымовых газов происходит сепарация твердых частиц зольного остатка и возврат их в слой. Для предотвращения создания в топочной камере слишком высоких температур, создающих угрозу плавления золы и зашлаковывания топки, боковые поверхности топочной камеры экранированы трубами 9, включенными в состав циркуляционного контура котла, к которым отводится теплота.
Как и было показано выше, устройство для реализации предлагаемого способа представляет топку, разделенную пережимом 2 на две камеры: топочную 3 и радиационную 4. Топочная 3 в свою очередь разделена на две зоны: слоевого горения и вихревого горения. На колосниковой решетке 6 располагается неподвижная кипа топлива высотой не менее 300 мм, в которой реализуются все стадии газогенераторного процесса. Для его поддержания через отверстия в колосниковой решетке 6 подается подогретый первичный воздух. Нижняя часть слоя подвергается непрерывной шуровке посредством возвратно-поступательного движения шурующей планки 7, которая осуществляет золоудаление в золосборник 8. В зоне вихревого горения в области пережима 2 встречно-наклонно в горизонтальной плоскости относительно друг друга расположены дутьевые сопла 5 для подачи подогретого вторичного воздуха. Окно выгрузки в топку свежего топлива расположено так, чтобы выгрузка свежего топлива производилась по линии пересечения осей встречных струй, чтобы обеспечить попутное со струями нисходящее движение топлива вниз в слой. Благодаря эжектирующему эффекту струй это уменьшает вынос мелкофракционных частиц топлива с высокой парусностью, а высокая температура в очаге горения в месте соударения струй обеспечивает частичную подсушку влажного топлива еще в процессе его падения в слой. При поперечном пересечении струй в области устья сопел происходит сепарация струей высокой энергии твердых частиц зольного остатка из восходящих струй топочных газов с более низкой энергией и возвращение этих частиц в слой.
Таким образом, предложен эффективный способ для сжигания птичьего помета, а также топка для его осуществления, который позволит сжигать птичий помет с полным дожигом вредных и зловонных газов.
1. Способ сжигания птичьего помета, предусматривающий подачу птичьего помета в топочную камеру
с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части, отличающийся тем, что
птичий помет подают
в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести,
а затем в последовательно расположенные слои (зоны) кипы нижней слоевой части топочной камеры:
слой сушки и выделения летучих,
слой раскаленного инертного кокса,
восстановительный слой,
окислительный слой выгорания кокса,
слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои,
с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхнюю вихревую часть топочной камеры вдувают струи подогретого вторичного воздуха, направленные навстречу друг другу.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уходящие газы из топочной камеры подают в радиационную камеру.
4. Котел для сжигания птичьего помета, содержащий топочную камеру с дутьевыми соплами, отличающийся тем, что
топочная камера разделена на
верхнюю вихревую часть с, по меньшей мере, одним окном выгрузки птичьего помета и дутьевыми соплами вторичного воздуха, и
нижнюю слоевую часть для организации процесса сжигания птичьего помета в соответствии с любым из пп.1-3.
5. Котел по п.1, отличающийся тем, что стены топочной и радиационной камер экранированы трубами циркуляционного контура котельной установки.
Похожие патенты:
Изобретение относится к утилизации водомаслоокалиносодержащих отходов металлургического и машиностроительного производства. Техническим результатом является получение продукта, пригодного для брикетирования мелкодисперсных железосодержащих отходов без добавок, а именно прямым прессованием прокаленной окалины, и снижение затрат на постороннее топливо при получении более качественной продукции.
Изобретение относится области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса. Техническим результатом является повышение качества сжигания подстилочного помета и продление срока использования установки для сжигания топлива.
Изобретение относится к средствам уничтожения твердых углеродсодержащих бытовых и промышленных отходов. Инсинератор твердых углеродсодержащих отходов содержит устройство для загрузки отходов со шнековым питателем 14, камеру горения 1, устройство поджига 4, устройство дожига 2 с плазматроном, систему подачи воздушного потока, завихритель воздушного потока, систему очистки и удаления продуктов горения, теплообменник 10, причем плазматрон содержит устройство инициирования разряда, внешний электрод и центральный электрод.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке промышленных хлорсодержащих отходов на основе полихлорированных бифенилов, и может быть использовано для утилизации этих отходов в печи шахтного типа.
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к оросительной установке открытого типа, устанавливаемой на пути движения продуктов сгорания, для их охлаждения и локализации при горизонтальном расположении ракетного двигателя на твердом топливе, и может быть использовано как при испытании, так и при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе.
Изобретение относится к системам с ПКС, тепловым сушилкам, автоматическим контроллерам и способам, в соответствии с которыми основные рабочие параметры сжигания, предпочтительно температуры кипящего слоя и шахты печи и соответствующая T, используются для регулирования массового расхода и качества подаваемых осадков в топочную печь и сушилку посредством контроля процессов обезвоживания выше по потоку процесса и/или операций смешивания твердых осадков сточных вод.
Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Для термической утилизации отходов бурят скважину, проводят газификацию органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом.
Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5).
Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов.
Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую.
Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка.
Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 , М В т, где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии. // 2493487
Изобретение относится к области термической переработки углеродсодержащих материалов с образованием топочного газа. Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов содержит вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первую и вторую магистрали подачи газового потока в тангенциальном направлении в камеру сгорания, первый и второй нагнетатели.
Изобретения могут быть использованы в области промышленной переработки горючих углерод- и углеводородсодержащих продуктов. Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов включает последовательную послойную переработку шихты в реакторе в присутствии катализатора. В реакторе шихта сверху вниз проходит зоны нагрева продуктов переработки (9), пиролиза (8), коксования (7), горения (6) с образованием твердого остатка, который выгружают из зоны выгрузки твердых остатков переработки (2) с выгрузным окном (3) из рабочего пространства реактора циклически с сохранением его герметичности. Герметичная рабочая камера (1) реактора содержит зону подвода влажных мелких частиц отходов твердых топлив и их пиролиза и коксования (14), совмещенную с зонами подвода (4) и нагрева (5) кислородсодержащего агента. Канал подвода кислородсодержащего агента (15) соединен с бункером-дозатором (16) влажных мелких частиц отходов твердых топлив, из которых в зоне (14) реактора формируется псевдоожиженный поток. В реактор вводят дополнительное количество кислородсодержащего агента в составе основного потока, необходимое для последующего горения мелких частиц отходов твердых топлив, прошедших зоны пиролиза (8) и коксования (7), и перевода их влаги в перегретый пар. Изобретения осуществляют полную утилизацию мелких фракций продуктов переработки, позволяют получить высококалорийный газ и увеличить выход и качество готовых продуктов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котельных агрегатах для утилизации птичьего помета, в том числе непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения. Техническим результатом является сжигание птичьего помета с полным дожигом вредных и зловонных газов. Способ предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. При этом птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести, а затем в последовательно расположенные слои кипы нижней слоевой части топочной камеры: слой сушки и выделения летучих, слой раскаленного инертного кокса, восстановительный слой, окислительный слой выгорания кокса, слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои, с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
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.
Помет птицефабрик является побочной продукцией птицеводства, в разы превышающей по объему выпуск готовой продукции: на 1 т мяса бройлеров производится до 3 т мяса индеек – до 4 т помета: птицефабрики России производят более 17 млн. т помета в год. Пока еще преобладает точка зрения на него как на опасный отход, снижающий прибыльность производства. Это побуждает птицеводов избавляться от него максимально дешевым способом – вывозом на свалки. Пиролиз и выработка биогаза как методы утилизации помета не нашли широкого применения в силу целого ряда причин. Выработка пиролизного газа из подстилочного помета технологически не эффективна, т.к. исходный помет является более калорийным топливом, чем пиролизный газ. Биогазовая установка – высокотехнологичное производство, имеющее ряд существенных ограничений (температура, при которой происходит выделение биогаза, не должна выходить за установленные рамки: при мезофильном режиме: 35±1,0; при термофильном режиме: 55±0,5ºС). После окончания процесса выделения биогаза жидких отходов, требующих утилизации, остается в 4-5 раз больше, чем исходного помета. Для их сушки не хватит всего выработанного биогаза. Поэтому выработка биогаза по существу не является методом утилизации биоотходов.
Видео: Сжигание подстилочного помёта в паровом котле
ООО АГК ЭКОЛОГИЯ предлагает непосредственное сжигание птичьего помета в специализированных водогрейных и паровых котлах. При этом скорость термической утилизации одной порции помета составляет 10-15 секунд. При правильной организации процесса горения концентрация выбросов меньше, чем при сжигании мазута, а образующаяся зола (до 14% от исходного объема отходов) является эффективным калийно-фосфорным удобрением. Таким образом, процесс сжигания помета характеризуется отсутствием вторичных отходов, что делает технологию экологически безупречной.
По предлагаемой нами технологии помет является вторичным сырьем и источником дополнительного дохода. Птичий помет является сырьем для производства:
- энергоресурсов (тепла, пара, электроэнергии) при его сжигании в виде биотоплива с побочным получением из золы минеральных удобрений.
- органических удобрений;
В бо льшей степени процесс термической утилизации применим к подстилочному помету, не требующему какой-либо подготовки перед сжиганием. Мы предлагаем технологию термической утилизации помета с выработкой из 1 т этого отхода до 2 Гкал тепла (ГВС, отопление), или 3 т пара, или до 600 кВт·ч электроэнергии, заместив при этом до 270 м 3 газа. Дополнительно при этом получается до 140 кг золы – эффективного минерального удобрения. Технология факельно-слоевого сжигания помета защищена Патентом №151541 (МКП F23G 7/00).
Удельные капитальные затраты на водогрейные котлы составляет 10-12 тыс.€/т помета в сутки, а срок окупаемости не превышает 2 лет только за счет снижения (или прекращения) потребления газа (1€ = 75 руб.).
Ниже Вы сможете просмотреть подробное видео о процессе эффективной утилизации помета с применением нашего оборудования.
Удельные капитальные затраты на паровые котельные составляют от 20 до 17 тыс. €/т помета в сутки, себестоимость тепла – порядка 400 руб./Гкал. В случае комбинированного производства электроэнергии и тепла капитальные затраты возрастают до 36 – 25 тыс. €/т помета или 2000-1300 €/кВт установленной мощности, снижаясь с ростом мощности ТЭЦ. Себестоимость электроэнергии составляет при этом от 2,4 до 0,7 руб./кВт·ч. Срок окупаемости инвестиций составляет от 2 (водогрейные котлы) до 5 лет (мини-ТЭЦ с комбинированным производством электроэнергии, пара, тепла и удобрений).
Утилизация клеточного помета осложнена его высокой (70-75%) влажностью, и требует его предварительной сушки (в том числе за счет тепла продуктов сгорания части уже высушенного помета). При его постоянном сжигании в котлах достаточна сушка до влажности 30%. При необходимости длительного хранения помет нужно сушить до влажности не более 15%. В этом случае он может использоваться и как органическое удобрение. При сушке клеточного помета необходима очистка газов после сушилок не только от уноса летучей золы, но и от дурнопахнущих газов. Для этой цели обычно используются абсорберы типа мокрых скрубберов с циркулирующей щелочной водой.
Видео: Сжигание клеточного помёта
Но и это ещё не всё. Утилизация помета путем его сжигания приводит к образованию золы, которая является ценным калийно–фосфорным минеральным удобрением, повышающим урожайность сельскохозяйственных культур на 10-15 %. Объем получаемой золы будет в 7-10 раз меньше объема исходного помета. В зависимости от требований ТУ зола может затариваться в мешки (биг-бэги) или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте.
Принципиальная схема паровой котельной
Эффективность использования клеточного помета как биотоплива возрастает при минимизации его исходной влажности: ее снижение с 75 до 65% увеличивает полезное тепло в 5 раз: с 0,1 до 0,5 Гкал/т помета за счет сокращения расхода топлива на сушку.
ООО АГК ЭКОЛОГИЯ предлагает производить предварительное подсушивание помета за счет тепла воздуха, удаляемого из птичников. Рекуперация этого тепла позволяет снизить влажность помета до 55-60%. Полезная теплопроизводительность в этом случае возрастает до 0,7 Гкал/т помета, что позволяет вырабатывать достаточно большое количество тепла или насыщенного пара на производственные нужды, экономя при этом природный газ.
Удельные капитальные затраты на создание такого энергокомплекса составляют до 700 тыс. руб./т помета в сутки, а срок их окупаемости не превышает 5-6 лет. Себестоимость тепловой энергии составляет 700 руб./Гкал, пара – 500 руб./т. Сопутствующим продуктом при этом является образование 50-60 кг золы (на 1 т сырого помета). Производство из этой золы кондиционера почв повышает урожайность сельхозкультур на 30-40%, что позволяет существенно снизить себестоимость кормов и, соответственно, конечной продукции птицеводства.
Термическая технология применима также для
- Утилизации куриного помета
- Сжигания куриного помета
- Переработки навоза КРС и свиней
- Переработки помета
- Переработки птичьего помета
