Chiński producent biogazowników – system dachowy i integracja procesu
Utworzono 01.15
Chiński producent biogazowni – system dachowy i integracja procesu
Biogazownia to mezofilny reaktor beztlenowy, zwykle eksploatowany w temperaturze od 35 do 38 °C przy hydraulicznym czasie zatrzymania wynoszącym od 20 do 30 dni, a sam zbiornik stanowi tylko część zakresu. Granica gazoszczelna, typ dachu, system mieszania i ciąg odsiarczania decydują o tym, czy instalacja utrzymuje produkcję gazu, czy jedynie zatrzymuje ciecz. Fermentatory ze stali szkliwionej zapewniają obojętne wnętrze w zakresie pH od 1 do 14 z wykończeniem o chropowatości Ra poniżej 0,8 µm, a dach dwumembranowy pracujący przy ciśnieniu rzędu kilopaskali utrzymuje fermentator hermetycznie, nie czyniąc z niego zbiornika ciśnieniowego.
Digestor beztlenowy wygląda jak zbiornik na rysunku, a zachowuje się jak proces. Zakłady zamawiają zbiornik, zapalają palnik, a potem przez następny rok zastanawiają się, dlaczego produkcja gazu utrzymuje się poniżej wartości projektowej: warstwa kożucha jest grubsza niż oczekiwano, pH spadło po zaburzeniu obciążenia, H₂S zjada kocioł albo dach „oddycha” zamiast trzymać szczelność. W niemal każdym z tych przypadków problemem nie był zbiornik, a jeśli już, to wybrano niewłaściwe wnętrze dla gazu tworzącego się nad cieczą. Wybór dostawcy biogazowni oznacza ocenę zbiornika, dachu, mieszania i ciągu gazowego jako jednego pakietu inżynieryjnego — i właśnie to ma uczynić sprawdzalnym niniejszy artykuł.
Digestia mezofilna i jej wymagania wobec zbiornika
Większość instalacji pracuje w zakresie mezofilnym w temperaturze od 35 do 38 °C i ta pojedyncza wartość determinuje projekt zbiornika. W tym zakresie szybkość procesów biologicznych jest wrażliwa na wahania temperatury, dlatego dostarczanie ciepła, izolację i system mieszania należy wymiarować łącznie, a nie pozostawiać dostawcy technologii. Hydrauliczny czas retencji wynoszący od 20 do 30 dni jest zwykle punktem wyjścia dla osadów komunalnych i z przemysłu spożywczego, przy czym krótszy czas retencji jest możliwy tam, gdzie obciążenie substancjami stałymi i podatność na przetwarzanie na to pozwalają. Zbiornik musi zatem wytrzymywać ciągłe, łagodne mieszanie, dopływ ciepła realizowany albo przez zewnętrzne wymienniki ciepła, albo przez pętlę recyrkulacji, oraz wylot gazu, który nigdy nie zostanie zalany cieczą. W praktyce oznacza to zbiornik z mieszadłem wewnątrz zbiornika lub w rurze cyrkulacyjnej, umieszczonym tak, aby utrzymywać w ruchu całą objętość, oraz ścieżkę cyrkulacji, która nie powoduje zwarcia od wlotu do wylotu.
Materiał zbiornika i środowisko korozyjne
Przestrzeń gazowa nad pofermentem jest częścią agresywną i znajduje się nad cieczą, a nie w niej. Siarkowodór powstaje podczas redukcji siarczanów, amoniak unosi się wraz ze wzrostem pH, a razem atakują stal węglową na linii wody i w pierścieniu górnym, gdzie tworzy się kondensacja. Ponieważ wnętrze musi być również zmywalne i nie może tworzyć biofilmu, który odbiera czas retencji, fermentator ze stali szkliwionej jest powszechną specyfikacją: warstwa emalii o grubości od 0,25 do 0,45 mm jest stapiana z panelem w temperaturze od 820 do 930 °C, o wytrzymałości powyżej 3 450 N/cm², obojętna w zakresie pH od 1 do 14 i wykończona z chropowatością Ra poniżej 0,8 µm, dzięki czemu kożuch odchodzi, zamiast przywierać do ściany. Każdy panel jest poddawany testowi iskrowemu przy 1500 V DC przed wysyłką, co ma tu znaczenie, ponieważ pinhole w pierścieniu górnym to początek wycieku, do którego później trudno dotrzeć.
Rodzaje dachów i granica ciśnieniowa
Biogazownia to zbiornik niskociśnieniowy, a udawanie inaczej generuje koszty i ryzyko. Właściwą granicą jest gazoszczelna pokrywa, która pozwala na wahania ciśnienia w zakresie kilku kilopaskali, zazwyczaj utrzymywanych w oknie ±3 do ±5 kPa przez zawór nadmiarowo-upustowy i zestaw przerywacza płomienia. Dach dwumembranowy lub z tkaniny szklanej, z zewnętrzną membraną atmosferyczną i wewnętrzną membraną gazową przy nominalnym ciśnieniu od dwóch do trzech kPa, zapewnia hermetyczne uszczelnienie przy niższym koszcie niż sztywny dach i jest powszechnym wyborem do zastosowań fermentacyjnych. Sztywny dach z kopuły aluminiowej jest zgodny z AWWA D108 i API 650, z uwzględnieniem wiatru i śniegu na miejscu zgodnie z ADM 2015 i ASCE 7-10, i pasuje do zakładów, które chcą stałej geometrii. W obu przypadkach wylot gazu, urządzenie nadmiarowo-upustowe, przerywacz płomienia i punkt poboru próbek należą do tego samego zakresu co zbiornik, w przeciwnym razie zakład kończy z zbiornikiem i oddzielnym, niezintegrowanym dachem.
Produkcja gazu, H₂S i ciąg technologiczny downstream
Projektuj ciąg gazowy pod przewidywaną kompozycję, a nie pod czysty metan. Typowe komunalne osady dają około 0,5 do 0,6 m³ biogazu na kilogram usuniętych substancji lotnych, a zawartość metanu mieści się w tym zakresie; surowiec z przemysłu spożywczego może wytworzyć więcej na tonę dopływu, ale jest znacznie bardziej podatny na zaburzenia. Niezależnie od wydajności, H₂S musi zostać usunięty, zanim gaz dotrze do kotła, silnika lub sieci, ponieważ siarczek koroduje urządzenia po stronie odpływowej, nawet jeśli wnętrze zbiornika jest samo w sobie chronione. Dozowanie chlorku żelaza lub odsiarczanie na suchym złożu to typowe podejścia. Mieszanie to druga dźwignia: mieszanie gazem jest tanie i skuteczne w przypadku jednorodnych substratów, natomiast mieszanie mechaniczne jest potrzebne tam, gdzie tworzy się warstwa kożucha, a w obu przypadkach martwa strefa staje się pływającą pokrywą osadu, która blokuje zbieranie gazu.
Specyfikacja techniczna
Parametr | Typowa wartość / zakres | Uwaga |
Temperatura mezofilna | 35–38 °C | Standardowy zakres roboczy |
Hydrauliczny czas retencji | 20–30 dni | Krótszy przy wyższym załadunku substancji stałych |
Wydajność biogazu | około 0,5–0,6 m³/kg usuniętych VS | Typowy osad komunalny |
Zakres ciśnienia dachu membranowego | ±3–5 kPa | Granica gazu niskociśnieniowego |
Ciśnienie nominalne membrany wewnętrznej | 2–3 kPa | Zbiornik gazowy dwumembranowy |
Temperatura topnienia emalii | 820–930 °C | Topnienie paneli wewnętrznych |
Grubość powłoki emaliowej | 0,25–0,45 mm | Obojętna w zakresie pH 1–14 |
Projektowany okres eksploatacji | ≥ 30 lat | Z określonym systemem wnętrza |
O co zapytać producenta przed podpisaniem umowy
Zażądaj od dostawcy oświadczenia, czy dostarcza wyłącznie zbiornik, czy kompletny zakres anaerobowy: ogrzewanie, mieszanie, zbiór gazu, dach, odsiarczanie oraz EPC sekcji anaerobowej. Zapytaj, jaki dach proponuje dla Twojej lokalizacji i dlaczego, oraz uzyskaj na piśmie dobór zaworu bezpieczeństwa i przerywacza płomienia. Poproś o rekomendację dotyczącą wnętrza w odniesieniu do zmierzonego pH i poziomu siarczków, wraz z odpowiednimi atestami. Zapytaj, kto sprawdza fundament pod zbiornik, który nie może osiadać nierównomiernie, ponieważ przechylony fermentator zniekształca zbiór gazu i uszkadza uszczelnienie dachu. I poproś o plan rozruchu, ponieważ pierwszy miesiąc pracy fermentatora determinuje jego krzywą osiadania i populację biomasy.
Przykład projektu
Projekt | Lokalizacja | Produkt | Wydajność | Zakres |
Sekcja obróbki beztlenowej | Hebei, Chiny | GFS digester, sekcja EPC beztlenowa | zgodnie z projektem procesu | dostawa i rozruch sekcji beztlenowej |
Program ścieków przemysłowych | Xinjiang, Chiny | Zbiornik GFS, 27 jednostek | 30 469 m³ | dostawa + nadzór |
Magazynowanie ścieków browarniczych | Syczuan, Chiny | Zbiornik GFS | 14 655 m³ | dostawa + nadzór |
Zdolności inżynieryjne Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projektuje i wytwarza zbiorniki magazynowe skręcane od 2008 roku. Jako pierwszy w Chinach producent zbiorników ze szkła emaliowanego na stal (GFS), firma posiada blisko 200 patentów związanych z emalią, produkuje około 300 000 stalowych płyt pokrytych emalią rocznie, zrealizowała ponad 30 000 zainstalowanych projektów i dostarcza swoje zbiorniki do ponad 100 krajów. Nowa baza produkcyjna o powierzchni 150 000 m² została dodana w celu zwiększenia zdolności produkcyjnych, a pojedyncze zbiorniki są dostarczane o pojemności do 60 000 m³. Produkcja odbywa się zgodnie z ISO 9001 i ISO 45001, z certyfikacją produktów obejmującą NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI i EUROCODE, a projektowanie opiera się na AWWA D103-09, AWWA C550 i NFPA, gdy wymaga tego zastosowanie.
W przypadku zastosowań do fermentacji beztlenowej obejmuje to integrację gazoszczelnego dachu membranowego i opisane powyżej kontrole granicy niskiego ciśnienia, a także emaliowane wnętrze, które jest odporne na atmosferę H₂S i amoniaku w przestrzeni nadfermentacyjnej fermentatora.
Często zadawane pytania
P1: Czy fermentator jest zbiornikiem ciśnieniowym?
O1: Nie. Fermentator biogazu pracuje przy ciśnieniu atmosferycznym lub zbliżonym do atmosferycznego, a granica gazu jest utrzymywana przez elastyczną membranę lub zawór nadmiarowy w zakresie kilku kilopaskali. Jest to zbiornik niskociśnieniowy, a nie zbiornik ciśnieniowy, i nie należy go tak określać.
P2: Dlaczego wybrać tryb mezofilny zamiast termofilnego?
A2: Operacja mezofilowa w temperaturze od 35 do 38 °C jest bardziej odporna na wahania obciążenia i wymaga mniej energii do ogrzewania, dlatego większość komunalnych i przemysłowych oczyszczalni spożywczych prowadzi ten proces. Operacja termofilowa zapewnia szybszą kinetykę i krótszy czas retencji, ale jest bardziej wrażliwa i droższa w utrzymaniu.
P3: W jaki sposób dach biogazowy jest utrzymywany jako gazoszczelny?
O3: Za pomocą pokrywy dwumembranowej lub z tkaniny szklanej z wewnętrzną membraną gazową o ciśnieniu nominalnym od dwóch do trzech kPa oraz zewnętrzną membraną atmosferyczną, wraz z zaworem nadmiarowym i przerywaczem płomienia, które utrzymują granicę w oknie od ±3 do ±5 kPa.
P4: Czy emaliowane wnętrze wytrzymuje siarkowodór?
A4: Tak, warstwa emalii jest obojętna w zakresie pH od 1 do 14 i jest preferowanym wnętrzem do fermentacji materiałów zawierających siarczki. Ochrona ta dotyczy wyłącznie wnętrza zbiornika; instalacja gazowa nadal wymaga odsiarczania, aby chronić kotły, silniki i rurociągi.
P5: Jaki czas retencji powinienem założyć w projekcie?
O5: Dwadzieścia do trzydziestu dni to normalny mezofilny punkt wyjścia dla osadów komunalnych, przy czym krótszy czas retencji jest możliwy przy wyższym obciążeniu substancją stałą lub dla łatwo poddających się obróbce odpadów z przemysłu spożywczego. Liczba ta powinna wynikać z testów laboratoryjnych lub pilotażowych na własnym substracie.
P6: Czy instalację można później rozbudować?
O6: Tak. Fermentatory skręcane można dodawać jako równoległe zbiorniki na tej samej przygotowanej płycie fundamentowej, co pozwala uniknąć wyłączania istniejącego reaktora i rozkłada nakłady inwestycyjne w czasie.
Biogazownia odnosi sukces tam, gdzie zbiornik, gazoszczelny dach, mieszanie i ciąg odsiarczania zostały zaprojektowane razem pod kątem rzeczywistego substratu. Praca mezofilowa w temperaturze 35 do 38 °C przy czasie retencji 20 do 30 dni określa objętość, dach dwumembranowy wyznacza granicę niskiego ciśnienia, a wewnętrzna powłoka ze szkliwa stapianego wyznacza margines odporności na korozję w atmosferze H₂S. Przed przetargiem należy przeanalizować skład gazu, wymagany czas retencji oraz lokalne wartości wiatru i śniegu, a także wymagać od dostawcy zobowiązania do realizacji pełnego zakresu anaerobowego, a nie samego zbiornika.
Porozmawiaj z inżynierem
Prześlij nam substrat i jego ChZT lub ładunek substancji stałych, dzienną objętość i procentową zawartość substancji stałych, docelową produkcję biogazu, zmierzony poziom pH i siarczków, dostępną powierzchnię oraz wartości wiatru i śniegu dla lokalizacji. Otrzymasz propozycję fermentatora, rekomendację typu dachu, obliczenie czasu retencji oraz pełny pakiet rysunków i certyfikatów.
WhatsApp