Sestava a technologické parametry bioplynové stanice Zadání: Množství, druh a koncentrace vstupních materiálů Cíl: Technologické parametry Produkce bioplynu (toky materiálu, objem, zatížení, doba zdržení) Výkon kogenerační jednotky Objemy a charakter dalších zařízení Navrhnout sestavu technologické linky blokové schéma
Technologická linka bioplynové stanice Vstupní jímky Na čerpatelné substráty (denní zásoba) Na koncentrované substráty (váha a šnekový podavač) Předúprava Dezintegrace nehomogenního materiálu Hygienizační nebo pasterizační jednotka na vybrané substráty Pasterizační jednotka (odpady z jídelen, jateční odpady, organická frakce komunálního odpadu, doba zdržení 1 hodina při teplotě 70 C), doba zdržení 20 min při teplotě 135 C Síta, separátory Reaktor (horizontální nebo vertikální, s ohřevem a mícháním) Plynojem (nasazený na reaktor nebo uskladňovací nádrž, samostatný, 25 % denní produkce bioplynu) Úprava bioplynu odstranění vlhkosti, sulfanu Využití bioplynu kogenerační jednotka Uskladňovací nádrže (zásoba digestátu na 6 zimních měsíců) nebo separace pevné a kapalné fáze
Technologické parametry bioplynové stanice Objemový průtok Qv (m3/d) Hmotnostní průtok Qm (t/d) Hmotnostní zatížení reaktoru Bv kg/m3.d (VL, VLzž) Hydraulické zatížení (m3/m3.d) Doba zdržení Θ (d) Θ = Vr/Qv Vr = Qm*1000/Bv Bv = Qm/Vr Specifická produkce bioplynu - na sušinu materiálu (m3/kg) Produkce bioplynu m3/d podle denní dávky sušiny materiálu Objemová rychlost produkce bioplynu - na objem reaktoru (m3/m3.d)
Postup řešení Data: množství, druh a koncentrace vstupních materiálů 1) zvolit typ technologie : mokrá, suchá, polosuchá fermentace, z toho plyne žádaná koncentrace sušiny v reaktoru 2) zvolit provozní teplotu (38 C, 55 C) 3) z 1 a 2 vyplyne použitelné zatížení Bv kg/m3.d (org.sušina) mezofilní 2,5 až 3 kg/m3.d, termofilní 4,5 až 5 kg/m3.d 4) vypočítat z množství org. sušiny vstupního materiálu a zvoleného zatížení objem reaktoru Vr 5) zjistit koncentraci sušiny v reaktoru, jestli odpovídá zvolené technologii, pokud je vyšší zjistit množství ředící vody 6) na základě denního objemového přítoku a objemu reaktoru zjistit dobu zdržení
7) zjistit specifickou produkci bioplynu nebo metanu substrátu Nm3/kg org.sušiny a) ze známých dat podobných nebo stejných materiálů b) z testu výtěžnosti bioplynu 8) z množství a koncentrace substrátů vypočítat produkci bioplynu 9) z produkce bioplynu produkci CH4 a výkon kogenerační jednotky 10) z množství substrátů eventuelně vody na ředění denní produkci digestátu a objem uskladňovací nádrže na 6 měsíců provozu 11) objemy vstupních jímek, plynojemu, případně hygienizace
Příklad: Množství a skladba substrátů v t/r Kejda vepřová 13000 Kukuřice siláž 8000 Tráva sečená 1800 lihovarské výpalky 150 Odpad ze sil 120 Tuky z kapes grilů 800 G-fáze 1000 odpady z jídelen a kuchyní 300 prošlé potraviny 300
Typ technologie : Mokrá fermentace, míchaný reaktor, mezofilní teplota 38 C Zatížení Bv: organická sušina 2,5 kg/m3.d ------------------------------------------------------------- objem reaktoru (m3) Vr = Qm*1000/Bv doba zdržení (d) Θ = Vr/Qv potřebuji objemový průtok Qv (m3/d) a hmotnostní průtok sušiny Qm (t/d)
objemový průtok Qv (m3/d) Pro odhad objemového průtoku se počítá tuna reálného materiálu (i s obsahem vody) jako m3, jako rok se počítá 360 dní, 5 dní se počítá na případné odstávky nebo provozní problémy (relativně optimistický odhad, v provozu bývá i více, podle provozovatele) t/r = m3/r Kejda vepřová 13000 Kukuřice siláž 8000 Tráva sečená 1800 lihovarské výpalky 150 Odpad ze sil 120 Tuky z kapes grilů 800 G-fáze 1000 odpady z jídelen a kuchyní 300 prošlé potraviny 300 Celkem m3/r 25470 Qv m3/d 70,8
Pro hmotnostní průtok Qm (t/d) potřebuji koncentrace sušiny a organické sušiny Z dostupných dat podobná BPS, odborná literatura: koncentrace koncentrace specifická VL VLzž produkce bioplynu % % Nm3/kg VLzž Kejda vepřová 7 4,9 0,368 Kukuřice siláž 48 40,8 0,495 Tráva sečená 20 16,4 0,360 lihovarské výpalky 15 13,65 0,633 Odpad ze sil 88 83,6 0,400 Tuky z kapes grilů 50 47,5 0,956 G-fáze 90 89,1 0,525 odpady z jídelen a kuchyní 12 11,28 0,580 prošlé potraviny 20 18,4 0,846
t/r = m3/r VL% VLzž% VL (t/r) VLzž (t/r) Kejda vepřová 13000 7 4,9 910 637 Kukuřice siláž 8000 48 40,8 3840 3264 Tráva sečená 1800 20 16,4 360 295 lihovarské výpalky 150 15 13,7 22,5 20 Odpad ze sil 120 88 83,6 105,6 100 Tuky z kapes grilů 800 50 47,5 400 380 G-fáze 1000 90 89,1 900 891 odpady z jídelen a kuchyní 300 12 11,3 36 34 prošlé potraviny 300 20 18,4 60 55 Celkem m3/r 25470 Celkem t/r 6634 5677 Qv m3/d 70,8 Qm (t/d) 18,4 15,8 denní průtoky se počítají na 360 dní (5 dní rezerva na odstávky) objem reaktoru (m3) Vr = Qm*1000/Bv celkový + 10% na plynový prostor: 6952 m3 zaokrouhlit nahoru Vrc = 7000 m3 15,8*1000/2,5 = 6320 m3 účinný objem
doba zdržení (d) Θ = Vr/Qv Qv vypočítané = 70,8 m3/d Kontrola koncentrace celkové sušiny: Qm = 18,4 t/d Cm = 18,4/70,8 *100 = 26 % sušiny pro míchaný reaktor moc VL t/d voda t/d konc.vl % konc. vody % 18,4 52,3 26 74 18,4 115,8 14 86 přídavek 63,5 Qv m3/d 131,6 doba zdržení (d) Θ = Vr/Qv 6320/131,6 = 53 d
Další postup: Výpočet množství produkovaného bioplynu a koncentraci CH4 z jednotlivých substrátů celkové množství bioplynu za rok celkové množství CH4 za rok 9,94 kwh/nm3 CH4 Brutto energie v CH4 za rok Účinnost převodu na elektrickou energii 40 % kwh/d (360 dní) kw potřebné ho výkonu návrh instalovaného výkonu
t/r = m3/r VL% VL (t/r) Nm3/kg VL BP m3/r CH4 % CH4 Nm3/r Kejda vepřová 13000 7 910 0,368 334880 55 207 626 Kukuřice siláž 8000 48 3840 0,495 1900800 52 1 178 496 Tráva sečená 1800 20 360 0,360 129600 50 77 760 lihovarské výpalky 150 15 22,5 0,633 14243 65 9 685 Odpad ze sil 120 88 105,6 0,400 42240 60 25 766 Tuky z kapes grilů 800 50 400 0,956 382400 80 305 920 G-fáze 1000 90 900 0,525 472500 60 307 125 odpady z jídelen a kuchyní 300 12 36 0,580 20880 65 13 572 prošlé potraviny 300 20 60 0,846 50769 60 30 462 Celkem m3/r 25470 6 634 2 987 916 1 715 432 Qv m3/d 70,8 Qm t/d 18,4 8 300 4 765 Výhřevnost CH4 = 802,82 kj/mol 35,8 MJ/Nm3 9,94 kwh/nm3 Brutto energie v CH4 Účinnost převodu na elektrickou energii 40 % kwh/h kw potřebné návrh instalovaného výkonu 4765*9,94 = 47365 kwh/d 47365 *0,4 = 18946 kwh/d 18946/24 = 789,4 kwh/h 789,4 kw 800 900 kw
t/r = m3/r VL% VL (t/r) Nm3/kg VL BP m3/r CH4 % CH4 Nm3/r Kejda vepřová 13000 7 910 0,368 334880 55 207 626 Kukuřice siláž 8000 48 3840 0,495 1900800 52 1 178 496 Tráva sečená 1800 20 360 0,360 129600 50 77 760 lihovarské výpalky 150 15 22,5 0,633 14243 65 9 685 Odpad ze sil 120 88 105,6 0,400 42240 60 25 766 Tuky z kapes grilů 800 50 400 0,956 382400 80 305 920 G-fáze 1000 90 900 0,525 472500 60 307 125 odpady z jídelen a kuchyní 300 12 36 0,580 20880 65 13 572 prošlé potraviny 300 20 60 0,846 50769 60 30 462 Celkem m3/r 25470 6 634 2 987 916 1 715 432 Qv m3/d 70,8 Qm t/d 18,4 8 300 4 765
Hygienizace vybraných substrátů tuky z kapes grilů odpady z jídelen a kuchyní prošlé potraviny Celkem 800 t/r = 2,2 t/d 300 t/r = 0,83 t/d 300 t/r = 0,83 t/d 3,89 t/d Provoz hygienizace 2x denně objem reaktoru 2 až 2,5 m3
1 - vstupní jímka míchání jímky dávkovací čerpadlo 2 - fermentor míchání fermentoru vytápění fermentoru nasazený plynojem 3 využití bioplynu kogenerační jednotka hořák zbytkového plynu napojení na topení 4 skladovací nádrž míchání zakrytí 5 odvoz digestátu na hnojení