Мини-ТЭЦ на подстилочном помете птицефабрик: опыт проектирования.

к.т.н. А.Л. Гарзанов (ООО «АГК ЭКОЛОГИЯ»)

На птицефабриках РФ ежегодно образуется свыше 7 млн. т подстилочного помета (ПП) – отхода III класса опасности, – который практически не утилизируется. В то же время результаты наших исследований и опытно-промышленных испытаний /1,2/ показали, что он является возобновляемым биотопливом со следующими усредненными теплотехническими характеристиками:

• низшая рабочая теплота сгорания, ккал/кг………………………….…2500±250;
• влажность рабочая, % масс…………………………………………………..35±5;
• зольность рабочая, % масс…………………………………………………...12±2;
• плотность насыпная, кг/м³............................................................................400±50.

Утилизация помета – сжигание 1т ПП позволяет заместить до 270 м³ газа или 240 кг жидкого топлива. При этом не требуется какой-либо предварительной подготовки топлива. Особенностью ПП является низкая температура плавления золы (970 - 1000°С) из-за присутствия в ней окислов щелочно-земельных (Ca, Mg) и щелочных (Na, K) металлов /3/. В то же время зола ПП является эффективным калийно-фосфорным минеральным удобрением. Это показал опыт ее использования на с/х угодьях птицефабрики «Конкурсная» (М.О.), в чьей водогрейной котельной ПП сжигается уже более 5 лет.

Выгоды утилизации ПП в качестве биотоплива (ликвидация отходов III класса опасности, экономия природного газа) мотивировали ЗАО «Приосколье» (Белгородская обл.) к созданию паровой котельной на ПП производительностью 24 т/ч насыщенного пара с давлением 1,2 МПа. Проект этой котельной был выполнен нами в 2013 г., в настоящее время закончено строительство и идут монтажные работы. Ввод котельной в эксплуатацию позволит ежегодно замещать более 16 млн. м³ природного газа, ликвидируя 60 тыс. т ПП с получением 6 тыс. т золы – основы для производства минеральных удобрений. Срок окупаемости капитальных затрат не превышает 3,5 лет.

Полученный опыт позволил перейти к проекту мини-ТЭЦ на ПП для агрохолдинга «Воронежская индейка». ТЭЦ рассчитана на сжигание до 110 тыс. т ПП в год (300 т/сут.) с обеспечением всех нужд птицеперерабатывающего комплекса (в т.ч. кормозавод; цех переработки отходов убоя в кормовую добавку; очистные сооружения) в электроэнергии (до 5 МВт), технологическом паре (2 т/ч, 1,0 МПа, 190°С), ГВС (0,5 Гкал/ч) и отоплении (до 2,5 Гкал/ч). Составной частью ТЭЦ является цех переработки золы в минеральное удобрение-кондиционер почв мощностью до 12 тыс. т/год. В результате единственным отходом являются дымовые газы котлов. Уровень выброса вредных веществ при этом не превышает аналогичного при сжигании мазута, а наиболее значимым компонентом является оксид азота /2/.

Блок – схема ТЭЦ с ее материальными и тепловыми потоками приведена на Рис. Блок-схема ТЭЦ: материальный и тепловой баланс. Основой котельного отделения ТЭЦ являются четыре специализированных паровых котла (К1…К4) типа Е-10-2,4/350 ОИ номинальной производительностью 10 т/ч пара с параметрами 2,4 МПа и 350°С. Котлы рассчитаны на сжигание такого низкокалорийного, высокозольного и высоковлажного топлива, как ПП. Они оснащены эффективными золоуловителями и средствами газоимпульсной золоочистки.

При этом золоуловители установлены перед конвективными поверхностями нагрева (воздухоподогреватель, водяной экономайзер), что существенно уменьшает их золовой занос.

Произведенный перегретый пар направляется в паровую турбину типа SST-111(производитель – «Сименс»), оснащенную конденсатором и электрогенератором мощностью 6 МВт. Для охлаждения конденсатора используется система оборотного охлаждения с блочно-модульной градирней типа БМГ-1500 (2).

Часть перегретого пара (до 2 т/ч) через РОУ-2,4/1,0-190 направляется на технологические нужды убойного цеха и кормозавода. Другая часть пара (до 7 т/ч) с параметрами 0,3 МПа, 190°С отбирается из перепускного паропровода между цилиндрами высокого и низкого давления турбины и направляется на собственные нужды (подогрев конденсата и подпиточной воды после ХВО, деаэрация питательной воды), нужды ГВС и отопления (в отопительный период). Продувочная вода котлов после сепаратора и после продувки градирни, после их смешения в емкости сбора продувок, частично направляется на нужды цеха переработки золы, а остальная часть - сбрасывается в канализацию.

Подпиточная вода подогревается до 20-25°С перед блоком химводоподготовки в водоводяном подогревателе ТО1 за счет тепла продувочной воды градирни. Затем она умягчается до требуемых норм в блоке двухступенчатого Na – катионирования с пятью автоматическими фильтрами типа SF-2162-2850SE, после чего направляется в бак химочищенной воды объемом 50 м³. Здесь она подогревается до 80°С за счет смешения с водой, охлаждающей шурующие планки топок котлов, и направляется в деаэратор типа ДА-50/25. В него также направляется конденсат после конденсатора турбины, предварительно подогреваемый до 100°С в подогревателе смешивающего типа ПВС-2. Питательная вода из деаэратора питательными насосами подается в водяные экономайзеры котлов.

ПП доставляется специальным автотранспортом в топливные стокеры котлов, емкостью по 200 м³ каждый, оснащенные системами «живого дна». Избыточное количество ПП, превышающее суточный расход биотоплива, складируется на временном складе под навесом и расходуется в периоды отсутствия доставки ПП.

Каждый из котлов имеет индивидуальную автоматическую систему топливоподачи, включающую стокер и транспортеры топливоподачи с промежуточным сепаратором для удаления из ПП грубых включений. Также котлы оснащены автоматизированными системами удаления золы, уловленной в топке, золоуловители и промежуточных бункерах. Собранная зола перегружается на общий транспортер золоудаления, удаляющий ее в цех переработки. Технология производства из золы кондиционера почв – минерального удобрения аналогична технологии получения ячеистого бетона с дополнительными стадиями дробления массивов до гранул размерами 3 – 5 мм.

Эксплуатация котлов предусмотрена в базовом режиме с номинальной паропроизводительностью. При этом в зависимости от режима работы птицеперерабатывающего комплекса, времени суток и сезона будет изменяться количество пара, отбираемого на технологические и собственные нужды, потребности ГВС и отопления. Соответственно будет изменяться расход пара на турбину и выработка электроэнергии в диапазоне от 4 до 6 МВт.

Мини-ТЭЦ размещается в помещении размерами в плане 60×30 м, высотой – 13,2 м до низа несущих конструкций. Установленная мощность оборудования – 980 кВт, потребляемая – до 780 кВт.

Проектные показатели мини-ТЭЦ на ПП имеют следующие значения:

• расход биотоплива, т/сут………………………………………………………300;
• теплопроизводительность, Гкал/ч………………………………….…………..26;
• паропроизводительность, т/ч…………………………………………………...40;
• отпуск электроэнергии, млн. кВт·ч/год……………………………………...42,5;
• отпуск тепла, тыс. Гкал/год…………………………………………………...10,4;
• отпуск пара на технологические нужды, тыс.т/год………………………….11,2.

Себестоимость производства электроэнергии составляет 0,9 руб./кВт·ч (при ее стоимости в электросетях 5,6 руб./кВт·ч).

Комплексная выработка электроэнергии, пара и тепла на возобновляемом биотопливе обеспечит снижение себестоимости готовой продукции предприятия (мясо индейки) примерно на 15%. Кроме того, отпадает необходимость в создании полигона для размещения ПП и в плате за его хранение (497 руб./т), отсутствует негативное воздействие на окружающую среду.

Расчетный срок окупаемости капитальных затрат не превышает 4 лет. С учетом реализации произведенных из золы удобрений-кондиционеров почв он снижается до 3 лет.

В целом использование ПП в качестве возобновляемого биотоплива позволит существенно снизить себестоимость производства мяса птицы и исключить загрязнение окружающей среды отходом III класса опасности. Кроме того, это может обеспечить независимость птицефабрик от внешних поставщиков энергоресурсов /4/.

ООО АГК Экология также предлагает создание очистных сооружений для предприятий пищевой промышленности и переработку отходов убоя с получением стерильных, безопасных, питательных и дешевых кормов.

Список литературы

1. Подстилочный помет фабрик – возобновляемое биотопливо – «Птицеводство», 2010, №8, с. 47-49.
2. Подстилочный помет птицефабрик как биотопливо для котельной – «Новости теплоснабжения», 2010, № 11, с. 19-21.
3. Заключение о результатах анализа теплотехнических свойств подстилочного материала. – М. ВТИ, 2013. с. 22.

Альтернативное биотопливо из продуктов жизнедеятельности птицеводства – «Мясная индустрия», 2010, №7, с. 44-47.