Рациональное использование тепла в процессе анаэробного сбраживания (AD)

Владельцам биогазовых установок анаэробного сбраживания (AD) или тем, кто только планирует заняться этим бизнесом, имеет смысл задуматься об увеличении эффективности технологического процесса на всех его этапах. Использование тепла, генерируемого естественным образом в рамках процесса, поможет сэкономить тысячи фунтов в год, особенно если эта энергия будет перенаправлена на другие цели.

Оптимальной производительности установки AD можно добиться путём тонкой настройки состава исходного сырья и времени выдержки, обеспечивающего максимальный выход биогаза. Кроме того, необходимо регулярно обслуживать генератор ТЭЦ, который вырабатывает электроэнергию. Однако некоторые аспекты зачастую игнорируются, например, побочное тепло от генератора. На некоторых предприятиях оно используется для нагрева биореактора или для пастеризации, в то время как другие заводы не используют его вообще. Эти потенциальные потери ресурсов измеряются тысячами фунтов каждый год. Использование отдельного генератора тепла для других операций, например, для сушки или концентрации дигестата (органического биоудобрения, являющегося отходом в процессе AD) приводит к расходам на энергию, которую можно получить бесплатно.

Учитывая тарифы на тепло, полученное в результате сжигания биогаза, без учёта льготы RHI (от 2,2 до 7,5 фунта/кВт), или стоимость тепла от котла, работающего на сжиженном нефтяном газе, составляющую на данный момент около 6,6 фунта/кВт, выгода становится очевидна. Для типичного газового генератора половина мощности уходит в тепло. Для установки мощностью 300 кВт использование этого тепла означает экономию до 124 тыс. фунтов стерлингов в год с учётом RHI до рассмотрения снижения тарифов.

Неполное использование тепловых потоков

Одним из решений можно считать отбор и передачу этого побочного тепла с помощью теплообменников. Это проверенный метод рекуперации тепла, генерируемого на одной стадии процесса, и передачи его для использования на другой стадии. Однако, несмотря на широкое использование подобных устройств в таких отраслях, как производство продуктов питания и химическом секторе, они недостаточно активно используются в отрасли анаэробного сбраживания.

Существует четыре основные операции технологического процесса AD, где может использоваться ранее тратившееся впустую тепло: предварительный нагрев исходного сырья, нагрев биореактора, пастеризация и выпаривание. В какие из них лучше всего его направить, будет зависеть от конкретной ситуации, но даже если использовать тепло в рамках AD-процесса невозможно, его можно направить на другие цели, такие как сушка, отопление соседних офисов и мастерских или нагрев воды для промывки оборудования.

Подобные варианты использования избыточного тепла также являются бесплатными, поскольку не требуют закупки дополнительного топлива. Все указанные выше способы его применения могут быть реализованы с помощью подходящего теплообменника. Зачастую они оказываются предпочтительнее по сравнению с другими технологиями, такими как системы с нагревательными ёмкостями, также используемые при пастеризации. Грамотно спроектированная система способна восстанавливать и повторно использовать 40 % тепла, производимого установкой.

Теплообменники – решение проблемы эффективности

Использование теплообменников для пастеризации более эффективно, чем применение резервуаров с нагревательными рубашками, поскольку они имеют существенно меньшую тепловую нагрузку (до 50 % для некоторых систем). Это связано с низким уровнем теплопередачи в системах с резервуарами, которые обычно сливают использованную горячую воду, а не возвращают её в производственный цикл. При помощи теплообменников можно организовать эффективную пастеризацию дигестата в соответствии с требованиями стандарта PAS 110 с использованием избыточного тепла, исключив необходимость дополнительного источника энергии, такого как бойлер для биомассы, который может увеличить стоимость проекта на сотни тысяч фунтов. Рационально спроектированная система теплообменников может обеспечить теплом непрерывный процесс пастеризации, используя меньше энергии, чем альтернативные решения. При этом дополнительная рекуперация или восстановление тепла может составить до 60 %. Это сбережённое тепло можно затем использовать в другой операции, например, в вакуум-выпарной установке, что позволяет производителю рассчитывать на получение льгот в рамках программы RHI.

Тепло может быть израсходовано на отделение воды от дигестата путём выпаривания. Этот метод позволяет уменьшить общий объём дигестата на целых 80 %, что значительно снижает транспортные расходы, связанные с его вывозом. Грамотно спроектированная система обеспечивает сохранение ценных питательных веществ в дигестате, в то время как вода в виде пара может быть сконденсирована и повторно использована. Например, её можно снова добавить в исходное сырье, перед его загрузкой в биореактор, что делает весь процесс практически самодостаточным с точки зрения использования воды и утилизации жидких отходов на заводе. После выпаривания содержание сухого твёрдого вещества в обработанном дигестате увеличивается до 20 % (зачастую данная величина представляет собой четырехкратное увеличение), что значительно облегчает транспортировку и обращение с ним.

Отказ от льготных тарифов, растущая конкуренция и экологические проблемы приводят к тому, что эффективность оказывается напрямую связана с эксплуатационной устойчивостью завода. Внедрение экономных систем на базе теплообменников на новых предприятиях или модернизация существующих объектов является одним из самых простых способов обеспечить их будущую финансовую стабильность и ежегодно экономить сотни тысяч фунтов.

Ключевые преимущества использования теплообменников на заводе анаэробного сбраживания:

  • грамотно спроектированная система может восстанавливать и повторно использовать 40 % тепла, производимого AD-установкой;
  • после выпаривания обработанный дигестат содержит до 20 % сухого вещества;
  • по сравнению с другими методами теплообменники требуют на 50 % меньше тепла для

Автор: менеджер по международным продажам HRS Heat Exchangers Мэтт Хейл (Matt Hale)

Вернуться к списку