Газификация (пиролиз) подстилочного помета.
Газификацией (пиролизом) называется термическое разложение органических веществ при недостатке кислорода. Газификация или пиролиз помета, как подстилочного, так и бесподстилочного, считается перспективным направлением его энергетического использования, который по мнению некоторых специалистов имеет ряд преимуществ по сравнению с переработкой помета в биогазовых установках, в частности:
style="display:inline-block;width:336px;height:280px"
data-ad-client="ca-pub-4037835599918832"
data-ad-slot="7553000704">
— Более высокий КПД преобразования биомассы в полезную энергию (в биогазовых установках не более 50 %, в пиролизных до 85 %);
— Всесезонность, поскольку эффективность выработки генераторного газа практически не зависит от внешних условий;
— Компактность, меньше металлоемкость используемого оборудования;
— Меньше транспортные расходы на всех стадиях процесса утилизации отходов;
— Возможность превращения в газ и электроэнергию помета, содержащий лигнинвмищуючи добавки ( стружку, солому и т.д. );
— Безотходность процесса утилизации;
— Возможность практически полной автоматизации процесса переработки, низкие эксплуатационные расходы;
— Универсальность применяемого оборудования, возможность его использования для сжигания любых видов биомассы;
— Высокая экологичность применяемой технологии.
В результате пиролиза помета при температуре 300-800 ºС получают парогазовую смесь, которая состоит из смеси горючих газов (так называемый генераторный или пиролизный газ), углеподобный твердый остаток (полукокс) и золу. Генераторный газ используют для поддержания работы самой пиролизной установки, получения тепловой энергии для хозяйственных нужд, для замены природного или сжиженного газа в различных устройствах, для производства электроэнергии, а после соответствующей подготовки — и как топливо в двигателях внутреннего сгорания. Углеподобный остаток также используют в качестве топлива в самой пиролизной установке или для изготовления топливных брикетов. Золу используют как удобрение, в металлургической и в строительной промышленности.
Средняя теплота сгорания генераторного газа — 1200 ккал/м3 ( 5030 кДж/м3 ). Его усредненный компонентный состав приведен в таблице 5. После соответствующей обработки можно получить генераторный газ с повышенным содержанием горючих газов.
Таблица 5. Компонентный состав генераторного газа от газификации ПП
Название компонента |
Содержание, % по объему |
Угарный газ (СО) |
16-18 |
Водород (Н2) |
16-18 |
Метан (СН4) |
2-3 |
Азот (N2) |
59-62 |
Другие газы |
менее 2 |
Процесс газификации имеет суммарный КПД до 80%. Из 1 кг ПП в пересчете на сухое вещество получают в среднем 2 м3 генераторного газа общей теплотворной способностью 2400 ккал.
Пиролизные котлы, в том числе и бытовые, в которых можно сжигать и ПП, сейчас выпускают многие производители, в том числе и в Украине («Мотор Сич» и др.). К ведущим производителям промышленного оборудования для газификации различных органических отходов, в частности помета, принадлежат уже упомянутая компания LLC «Abono Group», ООО «ЦентрИнвестПроект» (г. Москва ), компании «Flex Technogies» (Великобритания), «Planitec srl» (Италия). Последняя поставляет мини — ТЭЦ в диапазоне мощностей от 60 кВт до 1 МВт.
Подготовка помета в установках этой компании для последующей газификации предусматривает:
— Подсушивание сырья до относительной влажности 12-15 %;
— Удаление посторонних металлических примесей;
— Измельчение помета до частиц не более 3 см;
— Дозированное добавление известняка для нейтрализации кислот, образующихся при газификации.
Для подсушивания помета используется обратимое тепло, образующееся при отведении генераторного газа и тепло, отводимое от системы охлаждения газотурбинного двигателя.
Показатели работы мини — ТЭЦ, рассчитанной на переработку ПП от одного птичника на 50 тыс. кур-несушек или бройлеров приведены в таблице 6. Стоимость оборудования мини — ТЭЦ составляет около 200 тыс. евро.
Таблица 6. Показатели работы мини — ТЭЦ производительностью 900 т ПП за год
Наименование показателей |
Значение показателей |
Время работы ТЭЦ в сутки, час. 2 |
24 |
Время работы ТЭЦ за год, час. 8000 |
8000 |
Общее количество помета, перерабатываемого за год, тонн |
900 |
Количество помета, перерабатываемого в сутки, тонн |
2,7 |
Средняя влажность помета, % |
30 |
Производится электрической энергии в час, кВт — ч. |
75 |
Тепловая мощность для внешнего потребителя, кВт (Гкал х час.) |
100 (0,086) |
Тепловая мощность, потребляемая для собственных нужд, кВт (подсушивание помета, поддержание работы газогенератора), кВт (Гкал х час.). |
50 (0,043) |
Выход золы в год, тонн |
135 |
Оборудование мини — ТЭЦ позволяет обеспечить производство с 1 кг ПП 0,8 кВт электрической энергии с КПД 27%, производство тепловой энергии для системы отопления в виде горячей воды с КПД 45 %, соответствие газообразных выбросов в атмосферу действующим требованиям экологического законодательства.
Основные недостатки пиролизных котельных агрегатов по сравнению с агрегатами прямого сжигания — выше в 1,5-2 раза цена оборудования, несколько сложнее эксплуатация.
Использование ПП для получения топливных гранул или брикетов.
Как уже упоминалось, использование получаемой при сжигании помета тепловой и электроэнергии на месте не всегда возможно. Продать электроэнергию возможно, но сложно и дорого подключиться к общей электросети. В этом случае целесообразно применять такой вариант энергетического использования помета, как изготовление из него топливных гранул или брикетов. Наиболее подходящий для этих целей ПП влажностью не более 30%. Технологическая линия изготовления гранул уже упоминавшейся выше компании «Planitec srl» предусматривает измельчение ПП, подсушивание до влажности 15-18 %, гранулирования или брикетирования, охлаждения и затаривания, очистки парогазовых выбросов. Стоимость установки подсушивания и гранулирования на 2 т гранул в час составляет около 3,7 млн. грн. Полученные гранулы можно использовать в твердотопливных котлах любого типа, в том числе в бытовых, а также в качестве удобрения. Они могут храниться длительное время без потери своих полезных свойств. Характеристики гранул из помета по сравнению с другими видами топлива приведены в таблице 7.
Таблица 7. Сравнительные характеристики видов топлива
Вид топлива | Теплота сгорания, МДж \ кг | Содержание серы, % | Содержание золы, % | Цена за 1 кг | Стоимость полученного тепла, грн./ГДж |
Каменный уголь |
20 |
2 |
20 |
1,5 |
75 |
Гранулы из ПП |
18 |
0,1 |
8 |
1,0 |
56 |
Природный газ * |
36 |
0,0 |
0 |
4,7 |
131 |
Гранулы из дерева |
17,5 |
0,1 |
1 |
1,5 |
86 |
Гранулы из соломы |
14,5 |
0,2 |
4 |
1,0 |
69 |
* — В расчете на 1 м3.
По данным российских производителей, срок окупаемости оборудования для изготовления гранул составляет около 4 лет, в Украине же, в связи с высокими ценами на природный газ и другие виды топлива по сравнению с российскими, по нашим подсчетам он не должен превышать 2-2,5 лет.
Выводы:
1. Переработку подстилочного помета для получения энергии можно рассматривать как экономически обоснованную альтернативу переработке его в органические удобрения в птицеводческих предприятиях, не имеющих в достаточном количестве собственных земель сельскохозяйственного назначения.
2. Прямое сжигание подстилочного помета для получения тепловой или электроэнергии целесообразно применять в птицеводческих хозяйствах, могут обеспечить их рациональное использование или реализацию.
3. Газификацию (пиролиз) подстилочного помета рекомендуется применять при возможности комплексного использования или реализации всех получаемых продуктов.
4. Переработка подстилочного помета в топливные гранулы или брикеты позволяет расширить рынки сбыта продукции и возможности ее использования (прямое сжигание, пиролиз, как удобрения).
Мельник В.А., Институт птицеводства НААН