Как повысить эффективность биогазовой установки?

5 мая 2017 года вступили в силу Указы Президента №135 от 27.04.2017 «О развитии агропромышленного комплекса Гомельской области» и №136 от 27.04.2017 «О вопросах организаций агропромышленного комплекса Гродненской области». Также этой датой Президентом подписан Указ №147 «Об организациях агропромышленного комплекса Могилевской области», который вступил в силу 11 мая 2017 года.

Как повысить эффективность биогазовой установки?

Авторы:
Леонид Полещук, начальник управления энергетического обеспечения и транспорта Министерства сельского хозяйства и продовольствия,
Анастасия Подымако, ведущий эксперт по технологиям ЧУП «Консалтинговый центр «БКЦ»,
Александр Куцко, заместитель директора департамента ветеринарного и продовольственного надзора Министерства сельского хозяйства и продовольствия.

Мы привыкли, что выгода от биогазовых комплексов — это получение электроэнергии как для собственных нужд, так и на продажу. В то же время в европейской практике биогазовый комплекс — в большей степени утилизационное предприятие. Утилизация туш павших животных — пока не задействованный отечественными предприятиями резерв.

Метанообразующие бактерии — это полноценные микроорганизмы, для жизнедеятельности и работы которых среда должна быть химически сбалансирована. Субстрат, перебраживаемый в метантенках, — многокомпонентная система. В отечественных реалиях, как правило, в качестве субстрата рассматривают отходы жизнедеятельности животных и растительную массу, иногда зерновые остатки. Однако чем разнообразнее его состав, тем больше можно получить биогаза на единицу площади биореактора, а значит, тем выше эффективность установки.
Если сравнить выход биогаза из различных субстратов, то наибольшим потенциалом обладают отходы бойни и туши павших животных. Так, из одной тонны навоза можно получить 56–60 м3 биогаза, а из тонны остатков животного происхождения — 150 м3. Рассматривая это соотношение, надо понимать, что отходы бойни не могут составлять основную часть субстрата, а должны находиться в пределах нескольких процентов от общего объема ежедневной загрузки.
В Европе утилизация павших животных на биогазовых комплексах — немаловажный источник доходов для собственника, наряду с производством электрической и тепловой энергии. Лицо или организация, нуждающиеся в утилизации павших животных, оплачивают данные услуги владельцу биогазовой установки. Надо заметить, что в Беларуси существует аналогичная практика: ветсанутильзаводы утилизируют павших животных и другие подобные отходы на платной основе.

Технология утилизации на биогазовом комплексе
Регламент Европейского союза № 1774/2002 устанавливает санитарные правила в отношении побочных продуктов животного происхождения, не предназначенных для потребления человеком. Стоит отметить в нем несколько важных моментов, касающихся технологической схемы утилизации.
В частности, регламент требует организовать доставку сырья (трупов животных, отходов мясопереработки и боен) к биогазовому комплексу. Для этого нужна специализированная техника с герметичной емкостью. После каждого рейса необходимо проводить санитарную обработку, причем стоки после мойки должны очищаться на специализированных сооружениях биологической очистки. Ни в коем случае нельзя использовать для этого биогазовый комплекс.
Значение имеет и логистика. Требуется оценить, возможно ли ежедневно доставлять сырье, или необходимо предусмотреть холодильные камеры, в которых оно будет храниться перед переработкой.
Нужно правильно подобрать оборудование для измельчения. Существуют машины, способные целиком перемалывать туши, в том числе и крупного рогатого скота. Мощность двигателя такой дробилки составляет около 50 кВт. Однако при ее предварительном использовании не удастся сразу получить частицы размером менее 5 см, что не позволит добиться полной стерилизации. Поэтому потребуется вторая дробилка, позволяющая получать субстрат с частицами намного меньшего размера — не более 2 см.
Наконец, необходимо позаботиться о тепловой обработке. Регламент Европейского союза описывает четыре метода. Первый применяется при размере частиц не более 50 мм. Продукты животного происхождения нагревают продуцированным насыщенным паром до внутренней температуры выше 133 °С в течение минимум 20 минут без перерывов при абсолютном давлении не менее 3 бар. Обработка паром может применяться в качестве как отдельного процесса, так и операции, предваряющей или завершающей стадию стерилизации.
Второй метод предназначен для отходов с частицами размером более 150 мм. Побочные продукты животного происхождения необходимо раздробить до размеров менее 150 мм, после чего нагреть до внутренней температуры выше 100 °С в течение минимум 125 минут, до внутренней температуры выше 110 °С в течение минимум 120 минут и до внутренней температуры выше 120 °С в течение минимум 50 минут.
При третьем методе предполагается, что при размере частиц более 30 мм побочные продукты животного происхождения дробят до размеров не более 30 мм. После этого их нагревают до внутренней температуры выше 100 °С в течение минимум 95 минут, до внутренней температуры выше 110 °С в течение минимум 55 минут и до внутренней температуры выше 120 °С в течение минимум 13 минут.
Наконец, четвертый метод: при размере частиц более 20 мм побочные продукты животного происхождения необходимо раздробить до размеров не более 20 мм. После этого их нагревают до свертывания, затем спрессовывают, чтобы удалить из белкового материала жир и воду. Белковый материал нагревают до внутренней температуры выше 80 °С в течение минимум 120 минут и до внутренней температуры выше 100 °С в течение минимум 60 минут.
Подобной переработке не подвергаются отходы первой категории, в отношении которых существует подозрение на инфицирование и которые должны утилизироваться либо в крематориях, либо в специальных скотомогильниках.
Ко второй категории относится следующий материал: навоз и содержимое пищеварительного тракта; весь животный материал, собранный во время обработки сточных вод с боен; продукты животного происхождения, содержащие остатки ветеринарных препаратов и контаминантов на допустимом уровне; животные и части туловищ павших животных, включая животных, убитых с целью ликвидации инфекционного заболевания. Эта группа весьма обширна; возможность использования продуктов животного происхождения, полученных при убое животных в рамках ликвидации заболеваний, должна в частном порядке определяться Государственной ветеринарной службой.
После измельчения и стерилизации обезвреженная масса подается насосным оборудованием в биогазовый комплекс. Следует учитывать, что ежедневное количество продуктов животного происхождения должно составлять не более 1–2 % от общей загрузки, для того чтобы не нарушить соотношение C:N и не перегрузить биореактор органикой, поскольку это скажется на скорости протекания процесса.

Где взять ресурсы?
В результате полная последовательность технологических операций выглядит так: доставка, хранение, измельчение, стерилизация. Теперь можно определить необходимое оборудование и потребность в топливно-энергетических ресурсах, например в холоде для хранения, в паре — для стерилизации и т. д.
При работе когенерационных установок образуются излишки тепла. Внедрение линии по утилизации туш животных позволяет использовать эти излишки практически в полном объеме, т. к. появляются новые «потребители» тепловой энергии.
Баланс тепла может выглядеть следующим образом: часть идет на обогрев метантенков и поддержание требуемых параметров метанообразования; часть используется котлом-утилизатором для получения насыщенного пара для стерилизации. На нужды утилизации тепло будет уходить периодически. Также одним из вариантов может быть использование тригенерации, что позволит поддерживать работу холодильного оборудования.
В любом случае, проектируя дополнительно линию по утилизации животных, надо исходить из характеристик конкретного биогазового комплекса и потребности в паре, горячей воде и холоде. Не стоит забывать и об особых требованиях к вентиляции в рабочих помещениях, чтобы исключить неприятные запахи.

Экономика утилизации
При традиционной эксплуатации биогазового комплекса его окупаемость складывается из таких составляющих, как: продажа электрической энергии в сеть с коэффициентом 1,3; использование или частичная продажа тепловой энергии; получение переброженного субстрата с последующим его использованием в качестве удобрения.
После внедрения дополнительного оборудования для утилизации животных структура выручки изменится: получение вознаграждения за утилизацию животных; использование вторичного тепла для получения единицы электрической энергии и снижение тем самым себестоимости продаваемого 1 кВт?ч; продажа электрической энергии в сеть с коэффициентом 1,3; использование или частичная продажа тепловой энергии.
Безусловно, утилизация скота требует дополнительных инвестиций. Стоимость линии производительностью 30 т в смену составляет порядка 900 тыс. евро (линии меньшей мощности обойдутся дешевле). Однако в результате можно получить биогазовый комплекс, мощности которого будут использоваться практически полностью. Окупаемость будет строиться не только на продаже электрической энергии, но и на использовании тепловой энергии и оказании услуг. Это позволит комплексу стать не только автономной энергетической единицей, но и источником серьезной прибыли.

Журнал "Белорусское сельское хозяйство" №10 (138) октябрь 2013 года.

Полная версия статьи в формате pdf.