Технология за утилизация на биогаз от пречиствателна инсталация за отпадни води

На есенния технически панаир, който се проведе в Пловдив от 27.09 до 02.10 тази година CHIME получи златен медал за „Технология за утилизация на биогаз от пречиствателна станция за отпадни води”.

На панаира беше изложен като част от технологията контейнерен вариант на когенератора на ТЕДОМ Cento T 160 SPE bio. Всъщност беше показана реална технология за една от пречиствателните станции в страната. Заедно с CHIME на панаира участвуваха и испанската фирма КОПАСА като изпълнител на технологията за пречистване, в резултат, на която се получава био-газа, както и чешката фирма TEDOM, на която CHIME е официален и изключителен представител.

Целта от реализацията на проекта е да се утилизира енергията на един вторичен продукт, какъвто е биогаза, получен при пречистването на отпадъчни води. Монтирането на два когенератора и два водогрейни котела (работен и резервен) за утилиация на биогаз се явява рационално решение за реализирането на основната идея. Двата когенератора трябва да осигурят необходимата топлинна и електрическа енергия за работа на пречиствателната станция, като за основно гориво използват биогаза, получен при процеса на пречистване на отпадъчни води.

Направените разчети показват възможност за получаване до 3600 Nm3 биогаз за денонощие. Това налага да се търси рационален режим на работа на инсталацията за оползотворяване на биогаза.

По задание инсталацията за утилизация ще може да разполага с 3250 Nm3 биогаз в денонощие. При този лимит режимът на работа на съоръженията в денонощието е следния:
      - Двата когенератора ще работят по 16 часа в денонощието - от 6 до 22 ч. Това е времето когато електрическата енергия от националната енергийна система е по-скъпа от собствено произведената еленергия и задоволяването на потребностите на обекта ще се извършва с електроенергия произведена от когенераторите т.е. със собствено производство.
      - Единият от двата водогрейни котела ще работи 8 часа в денонощието, от 22 ч. до 6 ч. Тогава обектът ще ползва по-евтината нощна електрическа енергия от националната енергийна система.

За този режим на работа са приложени необходимите изчисления за разхода на биогаз. При наличие на по-голям добив на газ в известни периоди от време е възможно да се удължи работата на когенераторите за да не се прибягва до безполезно изгаряне чрез Факел.

Кратко описание на проекта

В обслужващата сграда към метантанковете и на откритата площ до нея ще са разположени съоръженията свързани с производството на топлинна и електрическа енергия. Предвижда се на открито да бъдат монтирани два когенератора за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия в контейнерно изпълнение. Двата водогрейни котела с комбинирани горелки за биогаз и дизелово гориво ще бъдат разположени в котелно помещение разположено в обслужващата сграда към метантанковете.

Инсталацията за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (ИКПТЕЕ), е изградена на базата на два  когенератора, тип ”CENTO T160 SPЕ”, производство на фирма “TEDOM” - Чехия. Максималната изходяща електрическа мощност на всеки когенератор е Nel = 160 kWe , а топлинният изход е Qth = 177 kW.

Като резервен и върхов топлоизточник се предвиждат два водогрейни котела с мощност по 407 kW. В нормален режим на работа на инсталацията ще бъде включван само единия от котлите, другият е резервен. Котлите ще бъдат комплектовани с автоматични комбинирани газо-нафтови горелки. Всяка горелка е окомплектована с газозахранваща линия - за биогаз и горивна помпа за резервно гориво нафта. Съответно ще бъдат изградени и газозахранващи линии за биогаз за когенераторите.

В котелното помещение са разположени и спомагателни съоръжения като: водосъбирател, водоразпределител, циркулационни помпи, хидрофорна уредба, омекотителна инсталация, резервоар за омекотена вода, помпа за допълване на инсталацията с омекотена вода и мембранен разширителен съд. Всички те са свързани с функционирането на инсталацията за утилизация на биогаз.

Описание на основните ЕЛЕМЕНТИ НА системата

В основата на проекта е комбинираното производство на топлинна и електрическа енергия, което като технология осигурява по-висока степен на оползотворяване на горивото (в случая биогаз) в сравнение с разделното производство на тези два продукта съответно в ТЕЦ и в самостоятелна отоплителна котелна централа. Реализацията на проекта е свързана с изграждането на система, която включва следните основни компоненти:

  •      › газов бутален двигател (ГБД);
  •      › електрически генератор;
  •      › спомагателно оборудване – пускова система, система за охлаждане, система за оползотворяване на топлината на изходящите газове, смазочна система, система за захранване с гориво;
  •      › системи за регулиране и управление на електропроизводството;
  •      › системи за връзка с електрическата мрежа;
  •      › система за вентилация и охлаждане на корпуса на когенератора и подготовка на въздуха за горене.
За присъединяване на когенератора по водна страна са разработени:
  •      › Система от присъединителни тръбопроводи, циркулационни помпи за вторичния контур на когенераторите, регулираща и спирателна арматура към тях.
  •      › Система за охлаждане на гориво-въздушната смес след турбокомпресора, преди подаването й в цилиндрите на двигателя.
  •      › Авариен охладител към всеки когенератор, за охлаждане на циркулационната вода на вторичния контур, при понижена консумация на топлина от инсталацията.
Базовите показатели, характеризиращи работата на когенераторите са посочени в следващата таблица:

Базова характеристика на когенератор тип “TEDOM Cento T160 SP”

Максимална изходяща електрическа мощност

160

kW

Максимална изходна топлинна мощност

177

kW

Входна мощност на горивото

420

kW

Електрическа ефективност

38,2

%

Топлинна ефективност

42,1

%

Обща ефективност (оползотворяване на горивото)

80,3

%

Консумация на природен газ при 100 % натоварване

65

Nm3/h

Изходящо напрежение

400

V



Топлинна система

От гледна точка на използването на топлинната енергия на когенератора са налични два основни топлинни кръга (контура). Максималната топлинна енергия произвеждана от когенератора е сума от енергиите на тези два кръга, при условие за тяхното пълно оползотворяване.

      А) За целите, които се преследват - оползотворяване на отпадната топлина от двигателя, главно значение има т.н. Вторичен кръг (контур). С това название се означава топлинния кръг, който осъществява отнемането на топлината от охлаждането на двигателя и изходящите газове на когенератора и я отдава към системата за производство на топла вода. В стандартни работни условия този кръг работи с температура на връщащата вода от 50 до 70°C и номинален температурен градиент за водата 20°C. Необходимо е да се поддържа стриктно температурата на връщащата вода да не падне под 50°C, за да се избегнат проблеми с работата на когенератора. Този контур при стандартна доставка не е оборудван с циркулационна помпа за вода, която се явява топлоносител в инсталацията и няма система за поддържане на постоянна температура на водата, която постъпва в когенератора. В конкретен случай, при контейнерно изпълнение на когенераторната инсталация те са включени в заводската доставка.

Данни за вторичния контур:

Топлинен изход- отдадена топлина

177

kW

Температура на водата, вход /изход

70/90

°C

Температура на връщаща вода, min./max.

65/70

°C

Дебит на водата

2,5

kg/s

Максимално работно налягане

600

kPa

Количество на водата в когенератора

60

l

Пад на налягането на водата в топлообменника

30

kPa

Номинален температурен градиент за водата

20

K



Гориво, газов вход

Техническите данни описани в тази спецификация са валидни за газ със следните характеристики:

Долна работна калоричност на биогаза

23,4

 MJ/m3

Минимално съдържание на метан в биогаза

65

%

Работно налягане на входа на когенератора

5 ¸ 10

kPa

Максимални вариации на налягането на газа

10

%

Mаксимална температура на газа

30

°C

Консумация на газ при 100 % изходна мощност

65

Nm3/h

Консумация на газ при 75 % изходна мощност

53

Nm3/h

Консумация на газ при 50 % изходна мощност

38

Nm3/h



Входния газов тракт (газовата арматура), който се доставя с когенератора е в съответствие съдържа: газов филтър, комплект от два независими бързо-затварящи се електромагнитни вентила, нормално отворен електромагнитен вентил за продухване към външно пространство, нулев регулатор за налягане на газа и метална тръба за връзка със смесителното устройство. За коректна работа на когенератора се изисква присъединяване към газовата система на обекта с кореспондиращи по диаметър тръби и налягане на газа 5-10 kPa (50 – 100 mbar). Пред електромагнитните вентили трябва да се предвиди допълнително ръчен спирателен кран, манометър и продухвателна свещ. Нормално отворения електромагнитен вентил, разположен между двата електромагнитни, да се свърже с продухвателна тръба (свещ).

Присъединителните газопроводи трябва да пропуснат съответното количество газ така, че да не се допусне пад на налягането в дистрибутиращата система и резки промени в захранването на когенератора. За целта е монтиран буферен съд по линията на газа след ГРП. Продухвателните свещи трябва да бъдат присъединени към тръби, извеждащи газа извън машинното помещение на минимум 1m над покрива на сградата.

Въздух за горене и охлаждане

Неизползваната топлина (излъчена от горещите части на когенераторния агрегат) се отнема от шумозащитния корпус с помощта на охлаждащ въздух, който при контейнерните инсталации се засмуква отвън и влиза в обезшумителния корпус. Въздуха преминава през корпуса и излиза през друг отвор и с въздуховод се отвежда в околното пространство. Движението на охлаждащия въздух се осъществява от вентилатор, който е монтиран вътре в контейнера на когенератора.

Неизползвана топлина, отделяна с охлаждащия въздух 26 kW
Количество на въздуха за горене 674 Nm3/h
Номинално количество на въздуха за охлаждане 7700 Nm3/h
Температура на входящия въздух за охлаждане, min./max. -20 / 35 °C


Изходящи изгорели газове и конденз

Изгорелите газове, които се отделят от двигателя постъпват в топлообменник за охлаждане след това преминават през шумозаглушител и чрез ауспухова тръба се отвежда в атмосферата.

При стартирането на когенератора при ниска температура на водата се образува конденз в топлообменника. Кондензатът се отделя с дренажна тръба. Препоръчва се конденза да се отвежда към канализацията през сифон с височина мин. 200 mm.

Така произведената от когенератор топлинна енергия се доставя към събирателните колектори за изходяща и връщаща вода от където те се насочват към инсталацията за пречистване на отпадните води.

Произведената електрическа енергия чрез управляващото табло на когенератора се доставя към разпределителните табла на пречиствателната инсталация от където се предава за вътрешна консумация от станцията или за продажба.