OPIS TECHNICZNY BIOGAZOWNI ROLNICZEJ W GMINIE ZAGÓRZ

UNIA EUROPEJSKA
Fundusz Spójności
ZAKŁAD USŁUG TECHNICZNYCH SP. Z.O.O
Ul. Bieszczadzka 5
38-540 Zagórz
Polska
Tel. (013) 465 15 00
Fax (013) 465 15 05
http://www.zut.zagorz.net
e-mail:[email protected]
Nr referencyjny nadany sprawie przez Zamawiającego
……………………………………
OPIS TECHNICZNY
BIOGAZOWNI ROLNICZEJ W GMINIE ZAGÓRZ
KONTRAKT NR …
PROJEKTOWANIE i BUDOWA BIOGAZOWNI ROLNICZEJ W GMINIE ZAGÓRZ
Niniejszy opis zawiera [8] stron(y).
Zagórz, Styczeń 2010
Aktualizacja: luty 2012
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz
WSTĘP
Dla lokalizacji przedsięwzięcia pn.: „Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz” zostały
wyznaczone początkowo działki 351/10 1066/3 oraz 376/95, jednak po analizach dotyczących nie
tylko pracy samej instalacji lecz również tras transportu (dowozu) do Biogazowni substratów
i wywozu masy pofermentacyjnej, zdecydowano się na zmianę lokalizacji instalacji na działki
oznaczone numerami 456/2, 751, 526, 525. Zmiana ta skutkuje uniknięciem przejazdu ciężkiego
sprzętu (ciągniki, beczkowozy, ciężkie naczepy) ulicami osiedla mieszkaniowego a także większym
oddaleniem instalacji od siedzib ludzkich.
Instalacja Biogazowni to zespół budowli, urządzeń i osprzętu mniej lub bardziej rozbudowanych
w zależności od rodzajów pozyskiwanych substratów, sposobu ich załadunku do komór fermentacji
oraz sposobów wykorzystania uzyskiwanych produktów.
W projektowanej Biogazowni substratami do produkcji biogazu będą: kiszonka kukurydzy, kiszonka
traw, gnojowica bydlęca i trzodowa, obornik i inne odpady organiczne z przetwórstwa
rolno-spożywczego. Projektowany system ma być elastyczny na wahania składu substratów, ze
szczególnym uwzględnieniem kiszonki z trawy.
Pozyskiwany w wyniku fermentacji biogaz zasilać będzie agregat kogeneracyjny, w którym
wytworzona zostanie energia elektryczna ciepło w postaci gorącej wody. Pozostałość
pofermentacyjna po mechanicznym odwodnieniu, jako ustabilizowany i ulepszony nawóz, będzie
wywożona na obszary rolne i stosowana do nawożenia areałów przeznaczonych pod uprawy
biomasy.
PODSTAWOWE OBIEKTY BIOGAZOWNI
Planowana instalacja biogazowa składa się z następujących bloków funkcjonalnych:
 Zbiornik Wstępny

Stacja Załadowcza

Komora Fermentacji I Stopnia

Komora Fermentacji II Stopnia

Separator Reszty Pofermentacyjnej (opcjonalnie)

Zbiornik Końcowy

Stacja Kogeneracyjna (oraz pochodnia gazowa)

Silosy Przejazdowe

Budynek Techniczny

Podłączenie do stacji transformatorowej

Waga Samochodowa
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
2
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz

Infrastruktura Towarzysząca (sieci i instalacje, drogi, ogrodzenie, zagospodarowanie
terenu)
OPIS WYPOSAŻENIA BIOGAZOWNI
Zbiornik Wstępny (1) – zagłębiony żelbetonowy zbiornik o pojemności minimum 150 m3 służy do
przyjmowania gnojowicy i innych substratów „płynnych“ wlewanych bezpośrednio z beczkowozów
oraz wody deszczowej spływającej poprzez zbiornik buforowy ścieków (10). Zbiornik posiada strop
przejezdny - z odpowiednimi otworami montażowymi, pokrywami i barierami ochronnymi.
Zbiornik jest wyposażony w system zanurzeniowych mieszadeł służących do homogenizacji wsadu.
Pompa zanurzeniowa DN150 (do 9% zawartości suchej masy, o wysokości podnoszenia powyżej 8 m)
zabudowana w zbiorniku służy do przepompowywania zhomogenizowanej gnojowicy lub innych
„płynnych“ substancji ze zbiornika wstępnego do komory fermentacyjnej. Zbiornik posiada
zabezpieczenie przed przepełnieniem. Przewiduje się możliwość całkowitego opróżnienia zbiornika.
Stacja Załadowcza (2) – stanowi w pełni zautomatyzowany układ załadunku substancji stałych (traw,
kiszonek, obornika itp.) zamontowany pod odpowiednim kątem tak by substancje ześlizgiwały się
w kierunku ślimaka podającego. Zbiornik (komora) przyjmująca substraty stałe – o pojemności 30m3,
wykonany jako wodoszczelny, pokryty odpowiednimi tworzywami sztucznymi zmniejszającymi
współczynnik szorstkości ścian wewnętrznych. Wymiary zewnętrzne L=7,3m, B=3,0m, H=4m;
wysokość krawędzi do załadowania 3,2m.
Substraty stałe są ważone automatycznie, z rejestracją i odczytem miejscowym wagi. Układ
sterowania załadunkiem zlokalizowany został w szafie sterowniczej. Przewiduje się system
z możliwością sterowania automatycznym procesem załadunku w funkcji czasu lub masy. System
dostarczony jako komplet wraz z montażem i rozruchem.
Komora Fermentacji I Stopnia (3) zaprojektowana jako zbiornik żelbetonowy o pojemności
całkowitej rzędu 2500m3, pojemności roboczej rzędu 2250m3. Wymagana jest zabezpieczenie przed
rozszczelnieniem i wyciekiem oraz dobra izolacja termiczna. Sugerowana grubość ścian co najmniej
25cm, zaś grubość płyty dolnej betonowej co najmniej 18cm. Klasa betonu 35/45. Dopuszcza się
także zastosowanie zbiorników stalowych o parametrach wytrzymałościowych i termicznych co
najmniej takich jak opisywane dla żelbetonu.
W górnej części komory powyżej zwierciadła swobodnego cieczy (wsadu), w której będzie kontakt
z surowym biogazem (około 1 m od górnej krawędzi) ściana wewnętrzna powinna być zabezpieczona
przed szkodliwym oddziaływaniem niektórych składników biogazu na beton warstwą żywicy
epoksydowej. W ścianie zbiornika wbudowane są rury grzewcze, do podgrzania masy fermentacyjnej.
Instalacja grzewcza (rury) jest również zabudowana w płycie dolnej (posadzce) komory.
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
3
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz
Komora Fermentacyjna jest wyposażona w zbiornik biogazu (kopuły podwójne z tworzywa
sztucznego hermetycznie zamontowanej na koronie komory). Ściany i posadzka Komory są ocieplane
odpowiednimi materiałami izolacyjnymi (płyty o gr. 10cm) strop drewniany uniemożliwiający powrót
biogazu do styku powtórnego z powierzchnią masy fermentacyjnej i tym samym pomniejszeniem
strat ciepła. Do obliczeń związanych z ogrzewaniem komory, przyjęto że średnio dziennie komora
przyjmuje około 40m3 świeżego substratu przy temp. 10°C, a temperatura zewnętrzna wynosi
średnio do -10°C. Warstwa izolacji cieplnej jest zabezpieczona przed uszkodzeniami mechanicznymi
i atmosferycznymi blachą trapezową. Mieszadło poziome łopatowe dostosowane do mieszania gęstej
masy fermentacyjnej (obornik, kiszonki) czterołopatowe. Moc silnika mieszadła 15 kW; obroty
mieszadła 10 rpm.; długość wału 5 m; zasięg ramion (łopat) 3,65 m.
Redukcja siarkowodoru H2S w biogazie następuje poprzez wdmuchiwanie pod strop powietrza
w ilości maks. do 4% wytwarzanego biogazu. Konstrukcja dachowa (szczelinowo zabudowana
konstrukcja drewniana stanowiąca doskonałe siedlisko szczepów bakterii, które redukują
siarkowodór do siarki. Strop zabezpiecza również kopułę przed opadnięciem do fermentowanej
masy. Kopuła z tworzywa – hermetycznie zamocowana do korony komory fermentacyjnej służy jako
magazyn biogazu. Materiał kopuły PE-FPP. Pojemność magazynowania biogazu 1200m3. Kopuła
składa się z dwóch warstw między które wdmuchiwane jest powietrze wentylatorem z silnikiem
o mocy ok. 200 W.
Szafa sterownicza łącznie z rozdzielaczem ciepłej wody – zasilająca układ ogrzewania komory
z możliwością podłączenia 28 obwodów grzewczych z regulacją przepływu w każdej gałęzi.
Komora Fermentacji II Stopnia (4) – komora dofermentująca; zaprojektowana jako zbiornik
żelbetonowy o pojemności całkowitej ok. 2100m3; pojemności roboczej ok 1800m3; Sugerowane
grubości ścian - 22cm; grubość płyty dennej -18cm. Klasa betonu 35/45. Dopuszcza się także
zastosowanie zbiorników stalowych o parametrach wytrzymałościowych i termicznych co najmniej
takich jak opisywane dla żelbetonu.
W górnej części ściana wewnętrzna (przestrzeń gazowa około 3m od górnej krawędzi) jest
zabezpieczona przed szkodliwym oddziaływaniem niektórych składników biogazu na beton specjalną
warstwą żywicy epoksydowej.
W ścianie zbiornika zabudowane są rury grzewcze do ogrzania zawartości masy fermentacyjnej.
Instalacja grzewcza (rury) jest także zabudowana w płycie dolnej (posadzce) Komory.
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
4
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz
Komora będzie wyposażona w zbiornik biogazu (kopuły z tworzywa sztucznego hermetycznie
zamontowanej na koronie komory fermentacyjnej). Ściany i posadzka Komory są ocieplane
odpowiednimi
materiałami
izolacyjnymi
(płytami
o
grubości
10 cm),
strop
drewniany
uniemożliwiający dwukierunkowy przepływ biogazu i tym samym pomniejszenie strat ciepła.
Do obliczeń związanych z ogrzewaniem komory przyjęto, że średnio dziennie komora przyjmuje około
42m3 substratu o temp. 10°C, a temperatura zewnętrzna wynosi średnio do -10°C. Warstwa izolacji
cieplnej jest zabezpieczona przed uszkodzeniami mechanicznymi i atmosferycznymi blachą
trapezową.
Komora jest wyposażona w mieszadła zatapialne z silnikiem o mocy 13kW i obrotach 360 rpm.
Projektuje się uszczelnienie strefy gazowej oraz system podnoszenia mieszadła.
Konstrukcja dachowa – strop szczelinowy drewniany stanowiący doskonałe siedlisko szczepów
bakterii, które odsiarczają (redukują) siarkowodór do siarki elementarnej. Redukcja siarkowodoru
H2S w biogazie następuje poprzez wdmuchiwanie pod strop drewniany powietrza w ilości max. do
4% wytwarzanego biogazu. Połączenie gazowe pomiędzy Komorami Fermentacji jest wykonane
rurociągiem o średnicy DN200.
Szafa rozdzielcza mediów zostanie zabudowana łącznie z rozdzielaczem ciepłej wody.
Zabudowane będą:
 1x rozdzielacz sprężonego powietrza;

1x rozdzielacz odsiarczania;

1x zasilanie rozdzielcze odsiarczania (dopływ powietrza);

1x rozdzielacz do sprężonego powietrza zasilającego węże uszczelniające kopuły;

kolektory (rozdzielacz) ogrzewania podłogowego i ściennego dla 21 obwodów.
Projektuje się podwójne wzierniki z instalacją oświetlenia - otwory DN300 z szybami i spryskiwaczami
oraz oprawą świetlną 50W, w wykonaniu EX.
Minimalny wskaźnik pojemności łącznej zbiorników fermentacyjnych do mocy elektrycznej
biogazowni 7m3/kWel., który również powinien być zachowany w przypadku technologii „krąg w
kręgu – powering”
Separator – Reszta pofermentacyjna może zostać poddana obróbce mechanicznej celem
odwodnienia/zagęszczenia. Przewiduje się możliwość zastosowania prasy taśmowej lub wirówki
odśrodkowej. Zawartość masy suchej w frakcji zagęszczonej będzie na poziomie od 25 do 40%
w zależności od początkowej wilgotności reszty pofermentacyjnej i zastosowanego separatora.
Zagęszczone nawozy będą transportowane przy pomocy ładowarki do wydzielonej części silosów
przejazdowych (7). Wymagana pojemność na ten cel powinna zapewnić 4 miesięczne
przechowywanie w okresie zimowym (~3 tys. ton). Zawartość masy suchej w odcieku z separatora nie
przekroczy 1,5% co umożliwi jego wykorzystanie jako uzupełnienie wody procesowej w komorach
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
5
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz
fermentacyjnych, a także do deszczowania w rolnictwie. Nadmiar odcieku (jeśli wystąpi) może być
gromadzony wraz z wodami opadowymi lub w odrębnym zbiorniku buforowym.
Zbiornik Końcowy (5) - stanowi magazyn płynnej masy pofermentacyjnej i będzie wykonany jako
monolityczny
zbiornik
żelbetonowy
wyposażony
w
przykrycie
gazoszczelne
z
ujęciem
i odprowadzeniem biogazu. W przypadku rezygnacji z separatora minimalna pojemność Zbiornika
Końcowego wynosi 5250 m3.
Kogenerator (moduł kogeneracyjny) w Stacji Kogeneracyjnej (6) – umieszczony w kontenerze wraz
z kompletnym oprzyrządowaniem, osprzętem, układem cieplnym, króćcami do podłączenia mediów,
wentylatorami awaryjnymi itp. Moc generatora 500 kWe, moc cieplna na poziomie ok. 560 kW (woda
90°C).
Silosy Przejazdowe na kiszonki (7) – o całkowitej powierzchni co najmniej 3200 m2 do
magazynowania zapasów, w pierwszym rzędzie kiszonek, ale również innych stałych substancji
organicznych i zagęszczonych przefermentowanych nawozów. Silosy są tak umieszczone, aby była
możliwość przejechania po ich stropie pojazdem.
Budynek techniczny (8) – jest to budynek, w którym mieszczą się pompy, zasuwy, rurociągi,
umieszczone są tam również szafy przyłączeniowe oraz sterownia.
Waga samochodowa (9) – służąca do ewidencji dowożonych substratów.
Zbiornik buforowy ścieków (10) – połączony z instalacją kanalizacji opadowej i Zbiornikiem
Wstępnym.
Pochodnia gazowa (11) – połączona z instalacją gazową Biogazowni oraz z układem zabezpieczeń
ciśnieniowych, której zadaniem jest spalanie gazu w sytuacjach awaryjnych np. awaryjne zatrzymanie
kogeneratora itp.
Przyłącz do stacji transformatorowej (12) –służące do wyprowadzenia wygenerowanej mocy do sieci
elektroenergetycznej. Standardowe rozwiązanie zdawczo-odbiorcze wyposażenie pola pomiarowego,
rozdzielnicę NN (0,4 kV), oraz automatykę zabezpieczeniową zgodnie z wymaganiami określonymi w
warunkach przyłączenia źródła do sieci elektroenergetycznej.
OPIS PROCESU TECHNOLOGICZNEGO
Dostarczana na teren Biogazowni gnojowica będzie krótko czasowo magazynowana w zbiorniku
wstępnym (1), gdzie po przygotowaniu tj. wymieszaniu (zmiksowaniu) zostanie przepompowana do
komory fermentacyjnej (3). Sieczka kukurydzy i traw będzie składana i magazynowana w silosach
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
6
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz
przejazdowych (7), a następnie po zakiszeniu za pomocą ładowarki przewożona do stacji załadowczej
(2) skąd będzie transportowana systemem przenośników ślimakowych do komory fermentacyjnej
I stopnia (3). W identyczny sposób będzie podawany do bioreaktora przywożony bezpośrednio na
teren biogazowi obornik i podobne substraty stałe. W komorze fermentacji I stopnia (3) zachodzić
będą procesy w temperaturze ~40°C (fermentacja mezofilowa). Zawartość komory będzie w sposób
ciągły mieszana przy pomocy systemu wolnoobrotowych mieszadeł. Czas przetrzymania wsadu
w komorze fermentacji I stopnia będzie wynosić ok. 40 do 50 dni. Materiał będzie podawany
w sposób okresowy partiami. Podczas każdego ładowania lub pompowania substratów do komory
I (3) taka sama ilość materiału ale już upłynnionego przelewa się połączeniem syfonowym do komory
fermentacyjnej II stopnia (4), gdzie podlega dofermentowaniu przez okres kolejnych ok. 30 do 40 dni.
Wytworzony w obu komorach (3) i (4) biogaz gromadzi się pod dwuwarstwowymi kopułami
z tworzywa sztucznego (podwójna membrana) szczelnie zamontowanymi na koronie obydwóch
komór. Kopuły pełnią rolę przejściowego magazynu biogazu. Do przestrzeni gazowej (pod
szczelinowy strop drewniany) wpompowuje się niewielkie ilości powietrza w celu zmniejszenia
zawartości siarkowodoru. Tak pozyskany biogaz, po wykropleniu wilgoci) jest kierowany do spalania
w kogeneratorze (6) w celu produkcji energii elektrycznej i ciepła. Po przejściu przez obie komory,
reszta pofermentacyjna może być kierowana na separator, który dokonuje rozdziału na odciek
(<1,5% m.s.) oraz zagęszczone nawozy (~30% m.s.) lub bezpośrednio do Zbiornika Końcowego (6).
Frakcja ciekła jest w znacznym stopniu zawracana do komory fermentacyjnej natomiast nawozy
mogą być gromadzone w silosach przejazdowych (7), gdzie będą buforowo magazynowane do czasu
możliwości zagospodarowania ich pod uprawy. Wytworzona w kogeneratorze (6) energia elektryczna
i ciepło w części zostaną wykorzystane na potrzeby własne biogazowni, zaś nadwyżka będzie
wprowadzana
i
sprzedawana
do
sieci
elektroenergetycznej
za
pośrednictwem
stacji
transformatorowej (12) i opcjonalnie do sieci ciepłowniczej. Nadmiar energii cieplnej, który nie
będzie wykorzystany w Biogazowni ani będzie mógł być sprzedany będzie wyrzucany do otoczenia za
pośrednictwem awaryjnej chłodnicy wentylatorowej. Pojemność silosów przejazdowych (7)
wystarczy do zmagazynowania substratów (kiszonek) do stabilnej pracy biogazowni w okresie całego
roku oraz, w przypadku zastosowania separacji mechanicznej reszty pofermentacyjnej), do
magazynowania zagęszczonych nawozów przez okres zimowy (4 miesiące). W budynku technicznym
(8) zgrupowane są wszystkie układy (połączenia) pompowo - rurociągowe oraz zespoły sterownicze
pozwalające na operacje eksploatacyjne biogazownią, jak również sprawowanie bieżącej kontroli
w zakresie pracy instalacji łącznie z rejestracją zaistniałych zdarzeń. Do kompletu wyposażenia
biogazowi należy również waga samochodowa (9), zbiornik ścieków (10) wraz infrastrukturą (sieci
i instalacje, drogi, ogrodzenie, zagospodarowanie terenu) oraz pochodnia gazowa (11) do spalania
nadmiaru gazu w okresie dłuższego wyłączenia kogeneratora.
Uproszczony schemat blokowy planowanej instalacji biogazowej przedstawiono na poniższym
rysunku. Separator, jako moduł opcjonalny, został wyrysowany linią przerywaną.
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
7
Opis techniczny Biogazowni Rolniczej w gminie Zagórz
BILANS MASY I POTENCJAŁ ENERGETYCZNY
Lp.
Rodzaj wsadu (substrat)
Zakres zmian
od -do
[%]
1
Gnojowica bydlęca
8 - 18
2
Gnojowica świńska
10 - 20
3
Obornik bydlęcy
0-2
4
Kiszonka kukurydzy
7 -50
5
Kiszonka trawy
30 - 60
6
Odpady piekarnicze
0 - 0,8
7
Pozostałości z przetwórstwa rolno-
0 - 3,5
spożywczego
Wymienione powyżej substraty są wystarczające do zasilanie silnika CHP o mocy elektrycznej 0,5 MW
i rocznej produkcji energii elektrycznej na poziomie 4200 MWh. Zastosowanie separatora umożliwi
znaczące zmniejszenie zapotrzebowania na wodę procesową oraz zmniejszy ilość reszty
pofermentacyjnej do zagospodarowania, jednocześnie podnosząc jej jakość. Względy technologiczne
(ORL, C/N, charakterystyka jakościowa odcieku) zdecydują o ewentualnych ograniczeniach odnośnie
ponownego zawracania filtratu do komory fermentacyjnej. Wstępnie zakłada się całkowity recycling
– wówczas zapotrzebowanie wody świeżej (opadowej, innej powierzchniowej lub z ujęcia
głębinowego) jest na poziomie poniżej 2 m3/dobę.
„Projektowanie i Budowa Biogazowni Rolniczej w Gminie Zagórz”
8