Советы по оптимизации процесса анаэробного сбраживания(AD) для предприятий пищевой промышленности

Нетрудно догадаться, почему технология анаэробного сбраживания (AD) имеет столь широкое применение в пищевой промышленности. В настоящее время более 400 заводов анаэробного сбраживания вырабатывают свыше 500 МВт энергии, однако, по данным ADBA*, потенциал для всей Великобритании оценивается в 80 ТВт-ч метана (что соответствует 30 % общего спроса на газ в стране). Технология AD позволяет использовать в качестве сырья отходы и побочные продукты производства. Зачастую это позволяет отказаться от других методов обработки отходов. Кроме того, тепло и электроэнергию, генерируемые в процессе сбраживания, можно задействовать при производстве ценного конечного продукта — дигестата, который используется как биоудобрение.

Хотя все заводы, независимо от масштаба, могут воспользоваться указанными выше преимуществами AD-технологий, не все из них способны добиться максимально возможной эффективности работы. В связи с недавними изменениями в схемах государственной поддержки возобновляемых источников энергии в Великобритании важно убедиться, что каждая единица доступной мощности используется надлежащим образом, а не расходуется впустую. Должны быть учтены все источники: от очевидных (например, биогаз или комбинированные модули тепловой и электрической энергии — ТЭЦ) до менее очевидных, таких как повторное использование тепла ТЭЦ для улучшения процесса. Необходимо досконально изучить их и использовать, по возможности, максимально.

Лучше всего провести такой анализ как можно раньше, на этапе планирования. Это позволит выбрать соответствующее оборудование и спроектировать установку с учётом оптимальной компоновки. Безусловно, это идеальная ситуация. Но есть вероятность того, что руководители проектов и операторы установок вполне могут увеличить общую эффективность практически любого существующего завода анаэробного сбраживания, если будут помнить о следующих ключевых соображениях.

Советы по оптимизации технологического процесса анаэробного сбраживания

  • Необходимо проанализировать весь технологический процесс: от получения сырья до экспорта дигестата. Первым шагом любого процесса оптимизации является чёткое понимание целей и предстоящих действий. Следует проанализировать каждый шаг рабочего цикла и понять, где возможны потери, и как их избежать. Например, имеется ли возможность предварительно нагревать исходное сырье до того, как оно поступит в биореактор, или, если эта опция уже реализована, можно ли повторно использовать тепло, произведённое в другом месте? Соответствует ли отношение количества тепловой энергии к электрической энергии требованиям проекта? Если этап планирования ещё не завершён, можно подумать о другом оборудовании, которое лучше подходит под потребности производства. Если завод уже введён в эксплуатацию, стоит изучить возможность повторного использования любого количества тепла, которое в данный момент расходуется впустую. Следует также обратить внимание на дигестат. Не исключено, что его питательную ценность можно увеличить, например, путём пастеризации или повышения концентрации.
  • Максимизировать эффективность всех процессов, от выработки энергии до теплообмена. Оценить их существующую эффективность с позиции теплопередачи, выхода электрической мощности или генерации газа. Поддержание чистоты оборудования, особенно поверхностей теплообмена, и его регулярное техническое обслуживание поможет технике работать с максимальной эффективностью.

При заказе или подборе оборудования следует помнить, что даже небольшое увеличение эффективности может принести значительную выгоду в масштабах всего срока эксплуатации установки. Например, повышение производительности блока генерации электроэнергии мощностью 500 кВт на 0,25 % может принести выгоду более 7000 фунтов стерлингов за весь срок службы установки при текущих оптовых ценах на электричество. Аналогичным образом, уменьшение объёма дигестата, производимого на заводе, позволяет получить другие выгоды, такие как сокращение требуемого для хранения места (снижение капитальных затрат) или снижение требований к транспортировке (снижение эксплуатационных расходов).

  • Необходимо повторно использовать тепло, которое иначе было бы потрачено впустую. Вначале этот принцип может показаться неясным, однако нужно чётко понимать, что любое количество тепла всегда можно пустить в дело. Это относится к теплу, выделяемому радиаторами (например, контуром охлаждения генератора ТЭЦ), теплообменниками или другими стадиями процесса.

Если в технологическом процессе ещё не предусмотрели предварительный нагрев исходного сырья, необходимо оценить, насколько это может увеличить тепловой КПД биореактора. В то же время, если предварительный нагрев уже применяется, следует подумать о возможности повторного использования тепла от другого источника. Скорее всего, оно будет дешевле (и более «зелёным»), чем энергия, полученная специально для этой цели. Аналогичным образом, пастеризация дигестата с использованием рециркулируемого тепла устраняет необходимость установки дополнительного источника тепла, такого как котёл для биомассы, который может добавить к стоимости проекта сотни тысяч фунтов.

Многие присутствующие на рынке системы пастеризации просто теряют использованное тепло. Системы HRS повторно его используют, что делает их на 70 % более эффективными, чем традиционные пастеризаторы , где используется одна емкость с тепловой рубашкой. «». Это тепло можно повторно использовать не только в самой системе, но и на любой другой операции технологического процесса (например, при повышении концентрации дигестата), либо вывести в другие технологические процессы.

  • Добиваться непрерывной обработки. Приостановка и запуск единиц оборудования на заводе является признаком неэффективности, даже если этот процесс автоматизирован. Использование систем пастеризации или повышения концентрации дигестата с несколькими резервуарами означает, что пока в одной ёмкости продукт подвергается термической обработке, другие могут заполняться или опорожняться. Это гарантирует непрерывность остальной части AD-процесса.

Вдобавок к этому, системы HRS с несколькими резервуарами используют четырёхуровневые температурные датчики в каждой ёмкости: три в нижней части и один в верхней части. Благодаря такому решению, резервуары могут быть заполнены до половины своей ёмкости, если спрос на дигестат или его расход снизятся, обеспечивая непрерывное и гибкое производство дигестата. Без этих датчиков система была бы «медленной». Пришлось бы ждать полного заполнения резервуаров, что потребовало бы больших затрат тепла, а также привело бы к замедлению производства или даже остановке системы и её перезапуску.

  • Увеличение качества и питательной ценности дигестата. Дигестат следует рассматривать как ключевой продукт процесса анаэробного сбраживания, а не как его побочный эффект, с которым нужно бороться.  Максимизация его ценности с точки зрения питательных веществ, простота использования и качество также способны принести финансовую прибыль всему бизнесу. Пастеризация не только обеспечивает соответствие стандарту PAS110, но и является гарантией качества для покупателей Получение дигестата с требуемой концентрацией для сельскохозяйственного использования, например, путём повышения концентрации полностью жидких органических отходов, также увеличивает его ценность и полезность для фермеров и садоводов.

Сегодня особую важность приобретает возможность оперативного контроля на всех этапах технологического процесса. Выбор системы пастеризации или повышения концентрации со встроенным программным обеспечением для отслеживания производственных параметров подчеркнёт качество биоудобрения для потенциальных клиентов и одновременно позволит сократить время и затраты, связанные с ручным ведением учёта и соблюдением требований.

  • Минимизировать время простоя и технического обслуживания. Если завод не работает, то он не генерирует энергию и не возвращает вложенные в него инвестиции. Несмотря на то, что текущее техническое обслуживание и сервис необходимы для обеспечения бесперебойной работы любой техники, наши системы не требуют остановки завода для очистки труб или замены фильтров. Необходимо выбирать оборудование, имеющее разумный срок службы, которое не откажет преждевременно, например, вследствие коррозии. Теплообменники DTI серии типа «труба в трубе» от компании HRS позволяют снизить степень загрязнения за счёт труб со спиральной накаткой,  которые способствуют разрушению пограничного слоя и турбулизации потока . Это предотвращает прилипание к стенкам труб отходов, вызывающих коррозию. Следовательно, эти системы меньше нуждаются в очистке.

Компания HRS Heat Exchangers сотрудничала с несколькими предприятиями пищевой промышленности, на всех этапах помогая им в строительстве заводов анаэробного сбраживания, начиная с первоначального технико-экономического обоснования и заканчивая поставкой дополнительного оборудования для уже имеющихся установок. Как показала практика, можно уменьшить количество отходов и в то же время увеличить рентабельность и эффективность завода анаэробного сбраживания, что, в свою очередь, реально отражается на итоговых финансовых показателях и служит отличным примером экологически чистого и безопасного метода переработки отходов с целью получения энергии, несмотря на неоднозначность государственной политики.

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

Вернуться к списку