POLITECHNIKA WARSZAWSKA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA, MECHANIKI I PTEROCHEMII
Semestr zimowy 2007/2008
Zespół
Praca semestralna
INŻYNIERIA ŹRÓDEŁ ENERGII
PROJEKT HSE DO CELÓW GRZEWCZYCH Z WYKORZYSTANIEM BIOGAZOWNI
Sprawdzający:
Płock, 2008r.
SPIS TREŚCI
1. WPROWADZENIE
2. PODSTAWOWE POJĘCIA
3. KONCEPCJA
4. ZAŁOŻENIA
5. OBLICZNIA
6. PROJEKT
6.1. POZYSKANIE ORAZ SKŁADOWANIE ODCHODÓW
6.2. WYTWARZANIE BIOGAZU
6.3. GENEROWANIE CIEPŁA
6.4. OGÓLNY SCHEMAT SYSTEMU
7. DOBÓR MODUŁÓW FUNKCJONALNYCH
8. CHARAKTERYSTYKA MODUŁÓW FUNKCJONALNYCH
9. OPIS PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
10. UWAGI KOŃCOWE
Obecnie, ze względu na duże zainteresowanie ekologią, utylizacja wszelkich odpadów ma zasadnicze znaczenie. Dotyczy to również zagospodarowania odchodów ludzkich i zwierzęcych. Problem ten zaznacza się nie tylko w oczyszczalniach ścieków komunalnych ale również w gospodarstwach rolniczych nastawionych na hodowlę trzody chlewnej bądź bydła.
Przy dużej liczbie stada, konieczna staje się prawidłowa utylizacja odchodów.
Jednym z rozwiązań problemu odchodów w takim gospodarstwie jest wykorzystanie biogazowni. Biogazownia to instalacja, w której celowo przeprowadza się fermentację masy organicznej, w tym odchodów, słomy, skoszonej trawy i innych organicznych odpadów produkcyjnych w celu pozyskania tzw. biogazu lub biometanu. Zawartość metanu w biogazie powstałym w biogazowni szacować można na poziomie ok. 50%-60%.
Dla przykładu w Pawłówku funkcjonuje elektrownia wykorzystująca odchody świń. Elektrownia ma moc 1,5MW, odchody pochodzą od ok. 9200 świń (ok. 25 tys. ton surowca rocznie).
Opracowany projekt dotyczył będzie gospodarstwa hodującego 3000 świń. Hybrydyzacja polegała będzie na połączeniu wytwarzania energii cieplnej oraz elektrycznej. Produkowana energia zaspokajała będzie w pierwszym rzędzie potrzeby własne gospodarstwa. Nadwyżka energii sprzedawana będzie do sieci ciepłowniczej/elektrycznej.
Biogazownia – instalacja służąca do celowej produkcji biogazu z biomasy roślinnej, odchodów zwierzęcych lub organicznych odpadów (np. z przemysłu spożywczego).
Biogaz inaczej biometan – mieszanina zawierająca ok. 50-60% metanu, wartość opałowa 20MJ/m3
Energia cieplna – zwana też energią termiczną, to ta część energii wewnętrznej układu, która może być przekazywana innemu układowi w formie ciepła.
Energia elektryczna – energia układu ładunków elektrycznych; elektrodynamiczna, jeśli się one poruszają lub elektrostatyczna, jeśli pozostają w spoczynku.
Hybrydyzacja – to skojarzenie dwóch lub więcej źródeł energii lub wygenerowanie z jednego źródła energii dwóch lub więcej źródeł energii.
System – jakikolwiek obiekt fizyczny lub abstrakcyjny, w którym można wyróżnić jakieś wzajemnie powiązane dla obserwatora elementy. W tym sensie podział czegoś na systemy jest względny i zależy od tego kto przy pomocy czego i do czego poklasyfikował jakiś zbiór na systemy. Dlatego też elementy jednego systemu mogą stanowić składniki innych systemów.
Źródła – generator energii.
Działanie – transformacja stanu dokonanego przez człowieka.
Funkcjonowanie – zmiana wg programu.
Proces – zmiana stanu pod wpływem różnych czynników.
Skojarzenie – wygenerowanie z jednego źródła energii dwóch lub więcej źródeł.
3. Koncepcja
W gospodarstwie rolnym hodującym bydło i trzodę chlewną powstaje duża ilość odchodów. Powstający w procesie ich fermentacji biogaz (biometan) służyć może do produkcji energii cieplnej i elektrycznej w hybrydowym systemie energetycznym. Energia cieplna wykorzystywana może być do ogrzewania zabudowań mieszkalnych i gospodarczych. Produkowana w systemie zintegrowanym energia elektryczna posłuży do zasilenia urządzeń elektrycznych w gospodarstwie. Nadmiar energii zostanie oddany (niedobór uzupełniony) z sieci miejskiej.
Schemat zamiany energii: Z – zasób, NE – nośnik energii, G - generator EE- energia elektryczna, EC – energia cieplna, OEE – odbiornik energii elektrycznej, OEC – odbiornik energii cieplnej
4. Założenia:
Zasób:
Odchody bydła/trzody chlewnej
Nośnik energii:
Biogaz
Generator:
Kocioł parowy + turbina
Odbiorcy:
Odbiorca energii elektrycznej (sieć energetyczna)
Odbiorca energii cieplnej (Sieć C.O.)5. Obliczenia
Liczebność stada:
3000szt.
Produkcja odchodów:
5kg/świnię x dzień
Produkcja gazu:
0.040-0.060 m3/kg – przyjęto 0.05m3/kg
3000szt. x 5kg/szt x 365 dni = 5 500 ton
Produkcja biogazu:
5 500t x 50 m3/t =275 tys. m3
Roczna produkcja energii przy założeniu:
wartość opałowa
20MJ/m3
sprawność przetwarzania energii 80% (60% EC, 20% EE)
20 x 275 000 x 80% = 4400GJ/rok
Cena biogazowni
2000000PLN
cena jednostkowa energii:
28,93PLN/GJ
Czas zwrotu inwestycji:
Zakładając czas trwałości instalacji na 25 lat mamy spełniony warunek
tz<tk
Obliczenie efektywności:
f = 100% / 15,712 = ok. 6,4%
6. Projekt
6.1. Pozyskanie oraz składowanie odchodów
a – produkcja
b – transport
c – przechowywanie
d – transport do dalszej obróbki
OBORA
c
a
d
b
Zbiornik
odchodów
6.2. Wytwarzanie biogazu
a – produkcja biogazu pod wpływem fermentacji
c – oczyszczanie
d – przechowywanie
6.3. Generowanie ciepła
a – przesyłanie gazu do pieca
b – spalanie gazu
Moduł funkcjonalny składa się z:
- kotła parowego,
- turbiny parowej,
- instalacji grzewczej,
- pompy wodnej.
Moduł funkcjonalny: EE – energia elektryczna, EC – energia cieplna
Poczynając opis modułów funkcjonalnych skojarzonego systemu elektrociepłowni wykorzystującej biogaz jako paliwo należy jako pierwszy etap potraktować system obróbki wstępnej dozowania paliwa oraz systemy oczyszczania spalin. Biogaz produkowany jest z odchodów zwierzęcych powstających w oborze. Za pomocą systemów przenośnych jako produkt wędruje po przenośniku bezpośrednio z obory do podręcznego zbiornika odchodów. Po krótkim czasie odchody wędrują do fermentatora gdzie produkowany jest biogaz. Produkcja biometanu następuje w czasie pod wpływem fermentacji produktu. Dalszy proces polega na oczyszczeniu tak powstałego paliwa, które magazynowane jest w zbiorniku.
W opisywanym projekcie celem produkcji biogazu jest wytworzenie energii elektrycznej i cieplnej. Biogaz jest paliwem łatwym w spalaniu dlatego przetworzenie go na energię cieplną jest wyjątkowo proste. Dodatkowo stosując piec z układem generatora, jesteśmy w stanie produkować energię elektryczną, przy wykorzystaniu transformatora współpracującego z siecią przesyłową. Aby dopełnić opisu w skład wyposażenia technologicznego wchodzą wymienniki ciepła, pompy obiegowe, rurociągi technologiczne, armatura oraz liczniki energii.
...
portmw