Котельные на биотопливе. Канадская технология утилизации куриного помета

Апрель 19, 2010 6744

О местной экспериментальной котельной, работающей на птичьем помете, мы рассказали нашим читателям еще три года назад. Но только теперь директор ЭПХ ВНИТИП Виктор Шоль и руководитель районного АПК Иван Кончаков показали чудо-печь в действии. Мы сами с удивлением узнали, что производственная бойлерная на куриных "дровах" в отделении хозяйства в Конкурсном отработала в опытном порядке уже второй сезон. Сегодня даже щепетильные разработчики из Птицеграда с уверенностью говорят, что первая в стране котельная, работающая на птичьем помете, -- уже реальность. И даже имеет шансы стать пилотным проектом федеральной энергосберегающей и экологической программы.

Открыли месторождение... топлива

Хозяйство приобрело 16 птичников в "Конкурсном" пару лет назад. В планы реконструкции новой производственной площадки сразу же включили автономную котельную. Последний птичник отремонтировали этой зимой, вся ферма оснащена автоматикой и компьютерами. Одновременно в отделении отлаживали уникальную печь. Прежде племптицезавод получал тепло на все нужды с котельной поселка. Но в последние годы в мировом птицеводстве становится нормой использование в качестве дарового топлива подстилки из птичников -- помет вперемешку с древесными опилками.

Давно признано, что это -- превосходное топливо для котельной, -- говорит Виктор Готлибович Шоль. -- Помет с соломой, кстати, везде стараются компостировать и использовать, как удобрение. А в некоторых европейских странах нас убеждали, что свежий куриный помет считается ценнейшей и экологически чистой подкормкой для полей. Подтверждением тому колоссальная урожайность удобренных полей -- до 90 центнеров зерновых культур с гектара! Европейских фермеров ничуть не смущает специфический запах от удобренной нивы.

А вот птичьи продукты жизнедеятельности с березовыми и еловыми опилками землям не полезны. Зато это отличное топливо для малой энергетики. Котельную участка в Конкурсном мы проектировали с таким расчетом, чтобы при деле было все ценное вторсырье от птичьего стада в 2, 5 миллиона голов -- порядка 7 тысяч тонн птичьего помета. За семь годовых оборотов это отделение экспериментального племенного хозяйства выдает более 5 тысяч тонн куриного мяса и само себя обеспечивает энергоносителями для отопления птичников.

В такой печи и вода горит

Пока начальник опытной бойлерной Владимир Артеменко растапливает действующий котел (скоро войдет в строй и второй), обмениваемся впечатлениями на чистеньком дворе мини-котельной. Из трубы вьется дым, но никакого запаха не ощущается. Вспоминаю недавние поездки на сельские мазутные кочегарки. Там соседство с теплоэнергетическим объектом ощущалось за километр. "Дыхание" печи, работающей на помете, обследовали специалисты и дали заключение, что ее специфика никак на окружающей среде не отразилась, выхлоп ничем не отличается от газовых котельных.

Котел выглядит современно, рядом с пышущей жаром топкой пульт управления. Внутри ни запаха, ни обычного для старых котельных синего тумана. Все с удовольствием любуются на 700-градусный жар в печи. А где же все-таки помет? Оператор котельной ведет в обход печи к опрятному бункеру. Пока топливо доставляют ковшом экскаватора из соседнего хранилища, где подстилку из птичников сепарируют и рыхлят. Скоро появится транспортер, который отменит рейсы между соседними корпусами. Если заранее не скажут, что эту печь топят пометом, ни за что не догадаешься -- обычная блочно-модульная котельная, наподобие газовой.

Мы очень благодарны своим партнерам -- котельщикам из Коврова, которые упорно доводили экспериментальный проект. Первая попытка нас не устроила, и мы вместе работали над усовершенствованием конструкции котла. Второй вариант отвечает всем поставленным задачам. Помет с опилками даже с 37-процентной влажностью горит в печи, как солома. Это как раз то, чего мы добивались.

Логическим продолжением нашей энергосберегающей программы могло бы стать создание мини-электростанции, которая сначала будет превращать помет в биогаз, а затем вырабатывать электроэнергию для производственных нужд. Тут бы очень пригодились кроме помета и другие отходы птицеводства, например, с убойного производства. В дело пошли бы отходы с жироловок, шлам, даже ил. Модуль для такого отделения, как в Конкурсном, мог бы выдавать в сутки около 400 киловатт электроэнергии и оптимальный объем теплоносителя для обогрева птичников.

Но на такую серьезную модернизацию, говорят специалисты, в масштабах района требуется порядка 120 миллионов рублей. Вот почему ВНИТИП, районная власть и экспериментальное птицеводческое хозяйство выступили с инициативой и представили в РАН и РАСХН проект национальной программы энергосбережения и использования нестандартных источников электроэнергии.

Речь идет не только об энергосбережении, но и об актуальной экологической задаче, -- говорит руководитель районного АПК Иван Кончаков. -- Районный птицеводческий комплекс должен найти разумное применение огромному количеству птичьего помета -- это 70 тысяч тонн в год. В Центральной России отходов сельхозпроизводства порядка 100 миллионов тонн. При правильном подходе эти колоссальные залежи навоза можно превратить из экологической угрозы в дополнительный ресурс и прибыль. ЭПХ ВНИТИП уже пустило в дело тысячи тонн ценного вторсырья. В проект вложили 8,4 миллиона рублей, и вот уже целая птицефабрика работает на автономном отоплении ла и энергоноситель со своего неистощимого "месторождения".

Поленница в гранулах

Виктор Шоль показывает в углу котельной аккуратные стопки мешков и настоятельно советует заглянуть внутрь. Рассматриваем гладкие гранулы и пытаемся сообразить, что это такое. Гранулы для будущей кормовой смеси? Но зачем корма сложили в котельной? Оказалось, что это своего рода "поленница" -- заготовленное впрок топливо из того же птичьего помета. На установке, применяемой для приготовления кормов для птичьего стада, в хозяйстве излишки помета превращают в гранулы, удобные для длительного хранения. За лето припас вырастет, поскольку тепла птицеферме требуется гораздо меньше, а будущей зимой такие "дровишки" будут очень кстати.

Зола из топки тоже идет в дело, и это уже третий уровень использования вторичных ресурсов. Обращенный в пепел птичий помет бережно собирают и отправляют на поля. По ценности эта подкормка почвы соответствует очень дорогим нынче сложным минеральным удобрениям, сделали заключение растениеводы сельхозпредприятия "Ассортимент-Нива". В прошлом агросезоне при помощи добавок золы урожайность зерновых в хозяйстве поднялась в среднем на 5 центнеров с гектара. Аграрии экономят на удобрениях и поднимают урожай. И не надо больше везти за десятки километров жидкий помет с птицеферм на поля через весь район. За такие рейсы экологическая милиция совершенно обоснованно птицеводов штрафует.

У немцев получилось

А мы чем хуже, говорят районные птицеводы и специалисты АПК.

В 90-х годах в Европе было около 150 котельных, работающих на альтернативном топливе, а сегодня их уже 5900, -- приводит статистику Иван Михайлович Кончаков, который сам недавно руководил животноводческим предприятием. -- Причем, есть котельные при животноводческих комплексах и птицефабриках, а есть и городские альтернативщики. Последние работают на пищевых отходах из мусорных контейнеров жилых кварталов. За двадцать лет европейцы вырастили практически новую энергетику.

Как это удалось в Германии, рассказывает Виктор Готлибович Шоль.

Если просто выделить птицефабрике деньги на экологию и энергосбережение в общих чертах, она, разумеется, вложит их в новый птичник, а не в альтернативную котельную. Поэтому оптимальным представляется немецкий энергосберегающий алгоритм. Фермерам в Германии еще 18 лет назад стали выделять кредиты под 2 процента годовых на сооружение автономного безотходного отопления и установок получения биогаза. Как только объекты достраивались, владельцу компенсировали 90 процентов инвестиций (сегодня компенсации составляют одну треть кредита). Кроме того, за излишки тепла и электроэнергии государство платило владельцам новых котельных три цены против тарифа (сегодня выплачивают двойной тариф). Вот и объяснение тому, что за небольшой срок количество котельных на биологических отходах выросло в европейских странах в 40 раз. В Штатах есть котельная при птицеводческом комплексе на 40 миллионов голов птицы, которая перерабатывает в год 300 тысяч тонн помета.

Это возможно и в нашей стране, говорят инициаторы трижды экономичного проекта, если энергосбережение перейдет от деклараций в практическую плоскость государственной приоритетной программы. Первая русская печь на помете уже работает в подмосковном Птицеграде.

к.т.н. Гарзанов А.Л., Смирнов В.М. (АГРО-3),
Аваков А.А. (ИЦ «Авелит»,)
Яковлев Ю.В. (завод «Союз»),
Малык И.С. (Группа «Черкизово»)

Подстилочный помет (ПП) является отходом птицефабрик и имеет III класс опасности. При размещении на открытых полигонах он разлагается с выделением токсичных и «парниковых» газов, загрязняя окружающую среду. В то же время ПП является альтернативным возобновляемым биотопливом с Q p н =2500±500 ккал/кг. Сжигание 1 т ПП позволяет получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или до 3 т пара на технологические нужды, замещая при этом до 270 м 3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива (мазут, печное топливо).

Сжигание ПП не требует гранулирования и сушки, что упрощает и удешевляет процесс его использования в качестве топлива. Особенностями ПП являются высокая влажность, зольность и наличие в золе щелочноземельных и щелочных металлов, повышающих ее шлакующую способность. По результатам анализов различных проб подстилочного помета, он имеет следующие теплотехнические характеристики (на рабочую массу):

· низшая теплота сгорания, ккал/кг 2 500±500;

· влажность, % 35±5;

· зольность, % 10-15;

· насыпная плотность, кг/м 3 380-400;

· выход летучих (на горючую массу), % 70-75;

Теоретические количества воздуха и продуктов сгорания составляют 3,1 и 3,9 нм 3 /кг соответственно, парциальное давление водяных паров – 0,23.

Сжигание партии (56т) ПП Петелинской птицефабрики проводилось в промышленной установке тепловой мощностью 1,5 МВт Ковровского завода котельно-топочного и сушильного оборудования «Союз». Установка состоит (рис.1) из закрытого топливного склада 1 с «живым» дном, скребкового транспортера топливоподачи 2, специальной слоевой топки 3, водяного теплообменника 4, рекуперативного воздухоподогревателя 5, циклонного золоуловителя 6, дымососа 7, дымовой трубы 8, вентилятора 9 и раздельных систем золоудаления из топки 10 и золоуловителя 11. Общий вид установки показан на рис 2.

Рисунок 1 – Принципиальная схема промышленной установки

В период проведения теплотехнических испытаний температура газов на выходе из топки поддерживалась в пределах 950±50 о С для предотвращения зашлаковывания поверхностей нагрева. При среднечасовом расходе топлива В к ~430 кг/ч (Q н р =2 660 ккал/кг, W p =34 %, А р =14,5 %) полезное тепловосприятие установки (по сетевой воде) составило 1Гкал/ч (1,2 МВт), а к.п.д. брутто – 83 % (при температуре уходящих газов 180ºС и коэффициенте избытка воздуха в них 1,5).

Рисунок 2. Общий вид опытно-промышленной установки с топливным складом

Содержание вредных примесей в продуктах сгорания при соблюдении требуемых топочных условий минимально и не превышает норм ПДВ. Результаты испытаний по сжиганию подстилочного помета приведены в табл. 1. Расчет потерь тепла и к.п.д. установки проводился по методу обратного баланса с использованием методики расчетов М.Б. Равича /1/. Эти результаты подтвердили, что ПП является достаточно эффективным видом биотоплива, который может сжигаться с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу.

Эффективная конструкция слоевой топки (рис. 3) с системой многозонного воздушного дутья обеспечила минимальный унос золы (коэффициент уноса золы а ун ≤0,2-0,3). Объемы золы, выгруженной из топки и из золоуловителя находились в соотношении ~5:1. Более 93% частиц золы, уловленной в золоуловителе имели размеры не более 100 мкм, в т.ч. 33% – до 50 мкм. При плотности этой золы не более 400 кг/м 3 скорость витания ее частиц не превышает 3-5 см/с. В табл. 1 приведен фракционный состав золы ПП и его сравнение с золой от сжигания подсолнечной лузги в котле Е-12-14 (г. Кропоткин, завод по экстракции растительных масел, золоуловитель типа МПУ-26).

Рисунок 3. Топочное устройство

Результаты испытаний по сжиганию ПП в промышленной установке

Таблица 1

Примечания: * - измерения с помощью Testo-350

** - измерения ЦЛАТИ (протокол №26-П/4 от 29.03.2010г.).

Фракционный состав и плотность золы ПП и подсолнечной лузги

Таблица 2

После завершения сжигания партии ПП установка была остановлена для ревизии состояния поверхностей нагрева. Поверхность водяного теплообменника была в значительной степени занесена летучей золой (рис. 4), которая легко удалялась при обдуве воздухом (рис. 5). Это говорит о необходимости оснащения котельных агрегатов, сжигающих такое топливо, аппаратами импульсной пневмоочистки поверхностей нагрева.

Рисунок 4. Поверхность водяного теплообменника после недельной эксплуатации на ПП

Рисунок 5. Поверхность водяного теплообменника после обдувки воздухом

В сочетании с ограничением температуры газов на выходе из топки не выше 1000ºС это обеспечит длительное поддержание стабильного к.п.д. котлов.

Результаты тестовых испытаний по сжиганию 56 т ПП Петелинской птицефабрики показали, что он является эффективным видом топлива, который может сжигаться с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. Также возможно сжигание клеточного помета при достижении конечной влажности не более 50% путем либо предварительного смешения с сухими древесными или растительными отходами, либо предварительной подсушки помета продуктами его же сгорания.

Экономическая эффективность замещения ПП натуральных топлив на примере прирдного газа приведена в табл.3.

Таблица 3

* - в расчетах стоимость природного газа принята с учетом транспортных затрат – 3,9 руб./тыс.нм 3

** - в состав эксплуатационных затрат включены затраты на электроэнергию, реагенты на ХВО и персонал.

Зола, образующаяся при сжигании подстилочного помета, является комплексным фосфорно-калийно-известковым удобрением с повышенным содержанием микроэлементов и может применяться под различные культуры в дозах от 2 до 10 ц/Га в зависимости от вида почв, культур и способа внесения. Зола вносится в почву в сухом виде без дополнительной обработки. По опытным данным одного из подмосковных хозяйств, применение этой золы вместо обычных минеральных удобрений повысило урожайность с/х культур на 10-15%. Выход золы составляет 10-15 % от количества исходного помета. Оптовая стоимость 1 т золы составляет 5500 руб./т. В зависимости от требований потребителя зола может затариваться в мешки (биг-бэги) или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте. Ее использование в качестве минерального удобрения существенно увеличит экономическую эффективность использования ПП в качестве альтернативного биотоплива в котельных.

Использованная литература

Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. – М.: Наука, 1966 – 416 с.

Mr. Vladimir Rabinovitch, B.Sc.,CMfg.E.

Business Development Manager

Hitec Machinery Canada

Toronto, Ontario, Canada

Tel: 1-416-567-8701

e-mail:[email protected]

В статье господина Лысенко В.П. «Экологические проблемы птицефабрик России и роль биотехнологии в переработке органических отходов» правильно отражены существующие на сегодня проблемы утилизации куриного помёта.

В предлагаемой ниже информации мы даём краткое описание Канадской технологии, которая решает экологические проблемы, связанные с помётом и одновременно превращает его в ценное топливо.

Группа Канадских компаний обладает технологией и выпускает оборудование для преобразования куриного помёта в сухое топливо и получения тепловой и электроэнергии. Сухой куриный помёт имеет почти такую же калорийность как дерево и если есть технология его сушки и сжигания с высокой эффективностью, то помёт превращается в ценное топливо.

Мы превращаем сырой куриный помёт в сухую пыль и сжигаем эту пыль самым эффективным образом.

Сушка помёта.

В Канаде выпускается система BPS , которая одновременно сушит и измельчает биомассу (на фото).