Historia biogazu oczyszczalnianego
Mimo iż potencjał produkcji biogazu w Polsce w dużej mierze pozostaje niewykorzystany, to jak się okazuje, sama idea, aby energię zawartą w biogazie zacząć wykorzystywać dla celów energetycznych, była obecna już na początku ubiegłego stulecia. Niemiecki inżynier Karl Imfoff uczestniczył w projekcie budowy pierwszej w Europie prototypowej, doświadczalnej oczyszczalni ścieków „Kläranlage Saspe”. Projekt został zrealizowany w Gdańsku w latach trzydziestych XX wieku, następnie po wojnie obiekt przyjął nazwę „Oczyszczalnia Zaspa”. W archiwalnych materiałach możemy znaleźć rysunki potwierdzające wykorzystywanie kotłów gazowych opalanych biogazem do produkcji ciepła. Istnieje prawdopodobieństwo, że już wtedy były koncepcje wytwarzania prądu z biogazu, bowiem na rysunkach znaleziono również prądnice.
Rysunek z lat 1931 – 1933, kotłownia oraz kocioł gazowy, opalany biogazem. Źródło: http://blizejzrodel.pl/blizej-wiedzy/oczyszczalnia-zaspa-na-wskros-nowoczesna/
Eksperymenty z biogazem zostały przerwane przez II wojnę światową oraz przez rozwój energetyki opartej na węglu. Obecny zwrot w kierunku odnawialnych źródeł energii oraz światowy postęp technologiczny pozwoliły na wznowienie koncepcji energetycznego wykorzystania biogazu. Dzisiaj technologia odzyskiwania biogazu jest powszechnie stosowana w oczyszczalniach ścieków na świecie oraz w Polsce.
Kogeneracja - przełom w rozwoju branży
Od czasów wynalezienia metody produkcji biogazu jej ogólna zasada pozostaje niezmienna, wciąż jednak wprowadzane są ulepszenia, aby wykorzystanie biogazu było jak najbardziej efektywne i bezpieczne. Rozwój technologii sprawił, że idea produkcji energii elektrycznej z biogazu stała się faktem. Był to przełom w zakresie wykorzystywania biogazu. Wszyscy zdają sobie sprawę, że skojarzona produkcja prądu i ciepła to obecnie najefektywniejsza metoda wykorzystania biogazu. Centrum Elektroniki Stosownej jako jedna z pierwszych polskich firm wprowadziła na polski rynek urządzenia kogeneracyjne. Nasze agregaty kogeneracyjne pracują na wielu obiektach oczyszczalnianych, na niektórych już od 20 lat.
Zastosowanie osprzętu instalacji biogazowych dla jeszcze efektywniejszego wykorzystania biogazu
Wytworzony biogaz składa się głównie z metanu i dwutlenku węgla oraz w mniejszym stopniu z: tlenu, azotu, siarkowodoru oraz siloksanów. Paliwo przed podaniem do jednostki kogeneracyjnej należy doprowadzić do parametrów wymaganych przez producenta jednostki kogeneracyjnej (agregaty produkcji MWM: siloksany < 20mg / 10kWh; siarkowodór < 1 500 ppm/10kWh). Dbanie o jakość paliwa jest istotne z ekonomicznego punktu widzenia. Im lepsza jakość biogazu, tym mniejsze prawdopodobieństwo poważnych i kosztownych awarii oraz mniejsza częstotliwości serwisów. Dlatego tak ważne jest dbanie o jakość biogazu oraz jego odpowiednie przygotowanie. Właśnie dlatego wraz z rozwojem rynku kogeneracji firma CES wprowadziła do swojego portfolio urządzenia linii biogazowej:
Miernik Siloksanów
W biogazie szczególnie niepożądanymi substancjami są siloksany -krzemoorganiczne związki, które podczas procesu spalania mogą łączyć się z tlenem lub innymi związkami, co może powodować wytrącanie krzemionki oraz krzemianów, które osadzają się na głowicach cylindrów, tłokach, łopatach turbin i powierzchniach wymienników ciepła. Miernik siloksanów to proste, kompaktowe urządzenie, które monitoruje poziom siloksanów on-line i dostarcza dane w czytelnej formie tabel i wykresów. Dzięki temu można na bieżąco monitorować poziom stężenia siloksanów w biogazie na przestrzeni dowolnie długiego okresu czasu. Pozwala to zaobserwować, w jakich warunkach poziom siloksanów w biogazie rośnie i na bieżąco reagować.
Dane z miernika siloksanów pozwalają precyzyjnie stwierdzić, kiedy należy wymienić węgiel aktywny w filtrach biogazu. Dzięki temu można maksymalnie wykorzystać zakupiony węgiel aktywny, utrzymując bezpieczne parametry biogazu.
Filtry biogazu
Są wykorzystywane w celu usunięcia zanieczyszczeń, które mogą prowadzić do uszkodzenia agregatu kogeneracyjnego. Węgiel aktywny jest stosowany do absorpcji siloksanów lub siarkowodoru. Węgiel dobierany jest na podstawie rzeczywistego składu biogazu, stężenia zanieczyszczeń oraz rodzaju substancji usuwanej. Dobór wielkości filtra jest podyktowany przepływem oraz ilością zanieczyszczeń, jak i orientacyjnym czasookresem wymiany złoża. Firma CES oferuje filtry o optymalnej konstrukcji, łatwe w obsłudze, które umożliwiają sprawne funkcjonowanie instalacji, bez dużych strat ciśnienia.
Filtry ze złożami węgla aktywnego dostarczone dla biogazowni w Darżynie.
Analizatory biogazu
Są wykorzystywane do monitorowania składu biogazu. Jest to bardzo ważny element kontroli jakości biogazu jak i funkcjonowania całej instalacji biogazowej. Najczęściej badane jest stężenie metanu, tlenu, siarkowodoru. Metan, decyduje o kaloryczności biogazu, co wpływa na ilość wyprodukowanej energii. Wysokie stężenie siarkowodoru może prowadzić do korozji. Z kolei zbyt duża zawartość tlenu, szkodzi bakteriom produkującym metan oraz stwarza zagrożenie wybuchowe. Analizatory dają możliwość kontrolowania takich parametrów i szybkiej reakcji w celu usunięcia nieprawidłowości. Analizatory są zbudowane modułowo, dzięki czemu istnieje możliwość rozbudowy o np. kolejne głowice, umożliwiające badanie stężenia innych gazów w zależności od potrzeb klienta.
Analizator biogazu – zintegrowany system pomiarów IMC.
Odsiarczalnia biologiczna biogazu
Kolumna wypełniona złożem, w której namnażają się bakterie siarkowe(Thiobacillus). Bakterie do prawidłowego przeprowadzenia procesu potrzebują tylko odpowiedniej ilości tlenu, odpowiedniej temperatury oraz sztucznego nawozu. Proces rozkładu H₂S przez bakterie można przedstawić następującym równaniem:
H₂S + 2O₂ = H₂SO₄
2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O
S + H₂O + 1,5O₂ = H₂SO₄
Proste w obsłudze instalacje zdolne są uzdatniać biogaz, gdzie zawartość siarkowodoru wynosi nawet 20 000ppm z 95% skutecznością! Praca odsiarczalni biologicznej jest zautomatyzowana, nie wymaga obsługi poza prostymi czynnościami serwisowymi. Siarkowodór zostaje przetworzony w siarkę elementarną i kwas siarkowy, szlam ten w przypadku oczyszczalni może zostać z powrotem zawrócony do procesu napowietrzania ścieków.
Zbiorniki Biogazu
Są to niskociśnieniowe magazyny, które jednocześnie stanowią bufor przed urządzeniami wykorzystującymi biogaz jako paliwo, czyli np. systemami kogeneracyjnymi. Najczęściej wykonane jako niezależne, wolnostojące obiekty posadowione na fundamencie betonowym. Zbiorniki występują w kształcie 1/2 oraz 2/3 sfery. Składają się z dwóch oddzielnych komór: powietrznej oraz gazowej. Komora gazowa jest przykryta komorą powietrzną. Utrzymywanie stałego ciśnienia w komorze powietrznej oraz jej przewietrzanie jest realizowane przez dmuchawę. Membrany wykonane są z wytrzymałego materiału, z tkaniny z włókien poliestrowych, dwukrotnie pokrytych PVC, odpornych na promienie UV, oddziaływanie mikrobiologiczne oraz ścieranie.
Realizacja budowy zbiornika biogazu 2640 m3 – praca równoległa z istniejącym zbiornikiem.
Osuszacze/schładzacze biogazu
Biogaz zawsze zawiera parę wodną, wykraplająca się wewnątrz urządzeń lub w rurociągach. Woda wraz z zawartymi w biogazie agresywnymi związkami chemicznymi może doprowadzić do znacznych uszkodzeń korozyjnych. Dlatego w instalacjach biogazowych stosujemy urządzenia osuszające biogaz. Osuszanie biogazu jest prowadzone według zasady suszenia kondensacyjnego i odbywa się poprzez chłodzenie czynnikiem roboczym w płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła. Schłodzenie strumienia gazu powoduje skraplanie się zawartej w nim wody, co pozwala usunąć ją z gazu, następuje to poprzez syfon lub zbiornik kondensatu, wyposażony w pompkę, która umożliwia odprowadzenie cieczy. Następnie schłodzony biogaz powinien zostać ponownie podgrzany w celu zmniejszenia wilgotności względnej. Tak samo jak w przypadku wcześniej omawianych przypadków (siarkowodoru, siloksanów) wilgotność jest parametrem istotnym dla prawidłowej pracy urządzeń kogeneracyjnych (agregaty produkcji MWM: wilgotność względna < 80%).
Osuszacz biogazu - biogazownia w Darżynie.
Pochodnie
w przypadku nadmiernej produkcji bądź awarii instalacji biogazowej powstaje nadwyżka biogazu. Gdy nie ma zbiornika biogazu lub jest on już w całości wypełniony, nadmiar biogazu należy spalić. W tym celu służą pochodnie, które zostały skonstruowane tak, aby działały bezobsługowo, niskoemisyjnie oraz bezpiecznie. Emisja biogazu bezpośrednio do atmosfery, bez spalenia lub innej formy utylizacji, w świetle obowiązujących przepisów jest niedopuszczalna i stanowi skażenie środowiska.
Dostawa pochodni metanu na teren zakładu Anwil S.A.
Dmuchawy biogazu
Paliwo podawane do jednostek kogeneracyjnych musi być o odpowiednim ciśnieniu. W tym celu na instalacjach biogazowych najczęściej wykorzystywane są dmuchawy odśrodkowe (wentylatory) lub bocznokanałowe. Podnoszą ciśnienie biogazu poprzez tworzenie serii wirów, powstających wskutek odziaływania odśrodkowego ciągu – wytworzonego poprzez wirnik. Podczas sprężania wzrasta temperatura biogazu, co może być dodatkowo wykorzystywane w procesie osuszania. Umieszczając dmuchawę w ciągu technologicznym bezpośrednio po schłodzeniu biogazu, podnosi ona temperaturę zmniejszając wilgotność względną.
Dobór i eksploatacja urządzeń linii biogazowej
Niezwykle ważnym aspektem jest dobór urządzeń oraz możliwość wykonywania regularnych serwisów zalecanych przez producentów. Warto pamiętać o tym, wybierając dostawcę, ponieważ nie wszystkie firmy świadczą usługi posprzedażowe. Dobór urządzenia powinien zostać dokonany przez wykwalifikowaną osobę z doświadczeniem, która podejdzie do tematu indywidualnie, przeprowadzi wywiad oraz pobierze od klienta wymagane parametry. Po montażu osprzętu instalacji biogazowych wymagany jest przyjazd serwisanta w celu wyregulowania urządzeń oraz upewnienia się, że wszystko zostało poprawnie zainstalowane. Świadczymy usługi kompleksowo od projektu, poprzez dobór, dostawy, montaż, jak również uruchomienia instalacji biogazowych. Serdecznie zapraszamy do kontaktu, gdy pojawi się potrzeba wykorzystania oferowanych produktów w Państwa zastosowaniach lub realizowanych projektach.
Autor:
Karol Wyrzykowski
Osprzęt Instalacji Biogazowych
tel.: +48 12/261 05 75
kom.: +48 887 337 223
e-mail: kwyrzykowski@ces.com.pl
