Microdigestion biogas plant in PODR Lubań

MIKROBIOGAZOWNIA W PODR W LUBANIU – REZULTATY
MICRODIGESTION BIOGAS PLANT IN PODR LUBAŃ - FIRST RESULTS
Robert Aranowski, Bartosz Dębski
Bałtyckie Forum Biogazu, Gdańsk 16-17 czerwca 2016
Plan wystąpienia
Outline
• Koncepcja mikrobiogazowni • Assumptions and design
principles
• Konstrukcja bioreaktora
• Design of bioreactor
• System mieszania
• System of digester mixing
• System ogrzewania
• Heating system
• Magazynowanie biogazu
• Biogas storage tank
• Układ rozdrabniania
• System of biomass mixing
and feeding
• Systemy bezpieczeństwa
• Safety systems
• Układ automatyki
• Control system
• Wyniki rozruchu próbnego • First results
instalacji
2
Założenia projektowe
Assumptions and design principles
Bezobsługowa praca instalacji
Maintenance-free system
•Instalacja będzie pracować w sposób praktycznie bezobsługowy, a zaangażowanie
obsługi powinno się sprowadzać do załadunku biomasy i nadzoru nad pracą
instalacji, jej przeglądu i niezbędnych napraw i konserwacji
Niskie koszty inwestycyjne
Low investment costs
•Istotnym elementem powodzenia projektu są niskie koszty inwestycyjne, dlatego już
na etapie projektowania należy wybierać takie rozwiązania konstrukcyjne i dobrać w
taki sposób materiały aby koszty instalacji o mocy cieplnej 10-20 kW nie przekraczały
100 tyś zł
Wysoka efektywność procesu fermentacji
High effective anaerobic digestion
•Technologia fermentacji metanowej powinna umożliwić maksymalne wykorzystanie
biomasy, poprzez jej wstępną obróbkę w procesach mechanicznych i biologicznych
(rozdrabnianie, hydroliza enzymatyczna itp.)
Niezawodność i niska złożoność techniczna
instalacji
Reliability and low technical complexity
•Instalacja powinna cechować się niską złożonością techniczną i prostotą obsługi, co
zapewni jej dużą niezawodność działania i brak konieczności szkoleń użytkowników
instalacji
3
Klasyfikacja gospodarstw rolnych ze względu na powierzchnię
użytków rolnych posiadających w Polsce w 2015 roku
Classification of farms due to the agricultural area in Poland in
2015
Grupy obszarowe użytków
rolnych ogółem w ha
Liczba gospodarstw
posiadających użytki rolne
Udział w ogólnej liczbie
gospodarstw
posiadających użytki rolne
w%
Participation in the total
number of farms in %
Agricultural area land
groups in ha
The number of farms
1-5
707 022
50,3
5 - 10
322 590
22,9
10 - 15
145 859
10,4
15 - 20
71 376
5,1
20 - 30
63 745
4,5
Powyżej/Over 30
71 435
5,0
4
Schemat ideowy mikrobiogazowni
Block diagram of microdigester plant
BIOMASA
BIOMASS
ROZDRABNIANIE
DISINTEGRATION
POWIETRZE
AIR
WODA
WATER
GNOJOWICA
MANURE
SPALANIE
COMBUSTION
KOMPONOWANIE SKŁADU
MIXING
8-10% s.m. (DM)
WYMIANA CIEPŁA
HEAT EXCHANGE
FERMENTACJA
ANAEROBIC DIGESTION
DO GENERATORA
TO ELECTRIC GENERATOR
BIOGAZ
BIOGAS
SPRĘŻANIE
COMPRESSION
SPALINY
EXHAUST GAS
POFERMENT
DIGESTED SLUDGE
5
Schemat technologiczny mikrobiogazowni
Flow sheet diagram of microdigester plant
6
Parametry mikrobiogazowni
Technical data of microdigestion plant
Objętość całkowita bioreaktora
Total volume of digester
70.2 m3
Objętość cieczy w bioreaktora
Liquid volume in digester
60.4 m3
Szerokość/wysokość/długość bioreakotra
Width/height/length of bioreactor
Moc elektryczna generatora prądotwórczego
Electric power of generator
2.3/2.7/12 m
7 - 10 kWe
Moc cieplna
Heat power
15 kW
Temperatura biomasy w bioreaktorze
Biomass temperature in digester
37°C
Gęstość biomassy w bioreaktorze
Biomass density in digester
1,05 t/m3
7
Konstrukcja bioreaktora
Design of bioreactor
Bioreaktor jest wykonany w postaci zbiornika
prostopadłościennego z 4 komorami (komora
hydrolityczna i 3 komory fermentacyjne)
Bioreactor is cubicoid tank with 4 chambers
(hydrolytic and three digestion chambers)
Objętość czynna bioreaktora wynosi 60 m3
(ograniczona ze względu na możliwość transportu
standardowymi składami jezdnymi). W przypadku
zapotrzebowania na większą moc proponuje się
powielanie jednostek
Design volume of bioreactor is 60 m3 (limited to
standard size of sea container). If more power is
needed the bioreactor unit is duplicated
Bioreaktor będzie wyposażony w układ podawania
biomasy z rozdrabniaczem i systemem
komponowania wsadu
Bioreactor will be provided with biomass shredder
and mixing system
Zbiornik magazynowy będzie umożliwiał
zmagazynowanie ok. 70 Nm3 biogazu (dobowa
produkcji)
Biogas tank allow to storage about 70 Nm3 of biogas
(twenty-four hours of biogas production)
8
Mieszanie i ogrzewanie
Mixing and heating system
Mieszanie bioreaktora będzie
odbywać się za pomocą biogazu.
Gwarantuje to prostotę konstrukcji,
wysoką niezawodność i niskie zużycie
energii elektrycznej
Mixing of biomass will be provided by
gas agitator. It guarantee low
complexity, high reliability and low
electricity consumption
W odległości 0,5-0,70 m od
zwierciadła biomasy zostanie
umieszczony zespół dysz celem
rozbijania kożucha
In distance 0,5-0,70 m from surface of
biomass suspension the system of
sprinklers is pleased for destroying
biomass scum
Mieszanina reakcyjna ogrzewana
będzie ciepłem z bloku generatora i
gazami spalinowymi gwarantując
utrzymanie optymalnej temperatury
fermentacji mezofilnej 35-37°C
Biomass will be heated by exhaust heat
from electric generator. It guarantee
keeping temperature at a constant
level 35-37°C (mesophilic
fermentation)
9
System automatyki
Control system
Procedury bezpieczeństwa
Safety procedures
•Czujnik otwarcia pokrywy rozdrabniacza
•Zabezpieczanie przed nadmiernym spadkiem
ciśnienie w zbiorniku biogazu.
•Zabezpieczanie przed nadmiernym wzrostem
ciśnienie w zbiorniku biogazu.
•Position sensor of flap
•Pressure over drop protection in biogas storage tank
•Overload protection in biogas storage tank
Procedury załadunku surowca i
rozładunku pofermentu
Feeding of substrates and digested sludge
discharge procedure
•Komponowanie wsadu
•Załadunek biomasy
•Odbiór pofermentu
•Biomass mixing
•Biomass feeding
•Digested sludge discharge
Procedury nadzoru procesu
Process control procedure
•Utrzymywanie zadanej temperatura
•Kontrola ciśnienie w bioreaktorze
•Mieszanie
•Temperature controlling
•Pressure controlling in digester
•Mixing
Ochrona urządzeń
Equipment protection procedures
•Ochrona pompy i rozdrabniacza przed zamarzaniem
•Uruchomianie i zatrzymywanie agregatu
prądotwórczego
•Pump and disintegrator freezing protection
•Starting and stopping of electric generator
10
Wizualizacja biogazowni
Visualisation of micro-scale biodigester
Zbiornik biogazu
Biogas storage tank
Pochodnia
Torch
Kontener techniczny
Technical container
Rozdrabniacz
Disintegrator
Bioreaktor
Anaerobic digester
11
Wizualizacja biogazowni
View of micro scale bio-digester
Zbiornik biogazu
Biogas storage tank
Kontener techniczny
Technical container
Bioreaktor
Anaerobic digester
Rozdrabniacz
Disintegrator
Pompa
Sludge pump
12
System automatyki
Control system
13
Układ przygotowania i podawania biomasy
System of biomass mixing and feeding
Siłownik pokrywy
Hydraulic cylinder
Komora załadunkowa
Loading chamber
Motoreduktor rozdrabniacza
Gear-motor of disintegrator

Automatyka wagowa
Automatic scale

Rozdrabnianie biomasy
Biomass disintegration

Komponowanie wsadu
Biomass mixing
Rozdrabniacz
Disintegrator
14
Układ ogrzewania
Heating system
15
Układ ogrzewania
Heating system
16
Mieszanie komór fermentacyjnych
Mixing system
17
Mieszanie komór fermentacyjnych
System of digester mixing
18
Realizacja projektu
Project implementation
19
Rozruch mikrobiogazowni
Start-up of microdigestion plant
•
Etap I
– Napełniono bioreaktor gnojowicą
bydlęcą w 10% objętości czynnej
komory
– Ogrzewano bioreaktor z
szybkością 3-4°C/dzień do
osiągnięcia temperatury 37°C
•
Etap III
– Po 17 dniach rozpoczęto
odbieranie pofermentu w ilości
5% objętości komory.
– Proces podawania biomasy
odbywał się raz na dobę
Stage I
– Bioreactor was filed out of
cattle slurry in 10% of
bioreactor displasement
– Bioreactor was heated with
rate 3-4°C/day to achieve 37°C
•
Stage II
– Bioreactor was filling out of
mixture of cattle slurry and
corn silage containing 4% of
dry mass in the amount equal
to 5% bioreactor displasement
Etap II
– Napełniano bioreaktor mieszaniną
kiszonki kukurydzianej i gnojowicy
bydlęcej o zawartości suchej masy
4% w ilości 5% objętości komory
czynnej bioreaktora
•
•
•
Stage III
– After 17 days it has started
pump out the digestate in the
amount equal to 5%
bioreactor displasement
– The frequency of the biomass
feeding is one time per day.
20
Temperatura w bioreakotrze
Temperature in digester
40
komora hydrylozy
hydrolysis chamber
bioreakotr I / digester I
bioreaktor II / digester II
bioreaktor III / digester III
Temperatura / Temerature °C
38
36
34
32
30
2015-09-11
2015-09-25
2015-10-09
2015-10-23
2015-11-06
Data / Date
21
Produkcja biogazu
Biogas production
100
3
Biogas production Nm / day
3
Produkcja biogazu Nm /dobę
80
60
40
20
0
2015-09-11
2015-09-25
2015-10-09
2015-10-23
2015-11-06
Date
Data / Datum
22
Redukcja suchej masy organicznej
Organic dry mass lost
80
Sucha masa organiczna (%)
Dry organic matter (%)
75
70
65
60
2015-09-11
2015-09-25
2015-10-09
2015-10-23
2015-11-06
Data / Datum
Date
23
Zmiany odczynu podczas procesu
pH variation during fermentation process
10
Odczyn (pH)
8
6
4
2
0
2015-09-11
2015-09-25
2015-10-09
2015-10-23
2015-11-06
Data / Datum
Date
24
Skład biogazu
Biogas composition
64
CH4
CO2
Skład / Composition (%)
60
56
52
48
44
40
2015-09-11
2015-09-25
2015-10-09
Date
Data / Datum
2015-10-23
2015-11-06
25
Podziękowania
Acknowledgements
•
•
•
•
•
Jan Hupka
Bartosz Dębski
Kacper Kamienicki
Łukasz Banach
Przemysław Wojewódka
Prace były współfinansowane przez Narodowe Centrum
Badań i Rozwoju w ramach Strategicznego programu badań
naukowych i prac rozwojowych
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
Zadanie badawcze nr 4
oraz przez Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i
Gospodarki Wodnej w Gdańsku w ramach projektu:
Badanie i rozwój procesu fermentacji metanowej oraz
utylizacji pofermentu ograniczających oddziaływanie na
środowisko
This work was founded by The National Center for
Research and Development under Strategic Program of
Research and Development titled Advanced Technology of
Energy Production, task no. 4 and by ENERGA S.A.
Company.
and Regional Fund for Environmental Protection and Water
Management under project titled: Research and
development of anaerobic digestion process and utilization
of digestate that reduce impact on the environment
26