Помет птицефабрик является побочной продукцией птицеводства, в разы превышающей по объему выпуск готовой продукции: на 1 т мяса бройлеров производится до 3 т мяса индеек – до 4 т помета: птицефабрики России производят более 17 млн. т помета в год. Пока еще преобладает точка зрения на него как на опасный отход, снижающий прибыльность производства. Это побуждает птицеводов избавляться от него максимально дешевым способом – вывозом на свалки. Пиролиз и выработка биогаза как методы утилизации помета не нашли широкого применения в силу целого ряда причин. Выработка пиролизного газа из подстилочного помета технологически не эффективна, т.к. исходный помет является более калорийным топливом, чем пиролизный газ. Биогазовая установка – высокотехнологичное производство, имеющее ряд существенных ограничений (температура, при которой происходит выделение биогаза, не должна выходить за установленные рамки: при мезофильном режиме: 35±1,0; при термофильном режиме: 55±0,5ºС). После окончания процесса выделения биогаза жидких отходов, требующих утилизации, остается в 4-5 раз больше, чем исходного помета. Для их сушки не хватит всего выработанного биогаза. Поэтому выработка биогаза по существу не является методом утилизации биоотходов.

Видео: Сжигание подстилочного помёта в паровом котле

ООО АГК ЭКОЛОГИЯ предлагает непосредственное сжигание птичьего помета в специализированных водогрейных и паровых котлах. При этом скорость термической утилизации одной порции помета составляет 10-15 секунд. При правильной организации процесса горения концентрация выбросов меньше, чем при сжигании мазута, а образующаяся зола (до 14% от исходного объема отходов) является эффективным калийно-фосфорным удобрением. Таким образом, процесс сжигания помета характеризуется отсутствием вторичных отходов, что делает технологию экологически безупречной.

По предлагаемой нами технологии помет является вторичным сырьем и источником дополнительного дохода. Птичий помет является сырьем для производства:

• энергоресурсов (тепла, пара, электроэнергии) при его сжигании в виде биотоплива с побочным получением из золы минеральных удобрений.
• органических удобрений;

В бо льшей степени процесс термической утилизации применим к подстилочному помету, не требующему какой-либо подготовки перед сжиганием. Мы предлагаем технологию термической утилизации помета с выработкой из 1 т этого отхода до 2 Гкал тепла (ГВС, отопление), или 3 т пара, или до 600 кВт·ч электроэнергии, заместив при этом до 270 м 3 газа. Дополнительно при этом получается до 140 кг золы – эффективного минерального удобрения. Технология факельно-слоевого сжигания помета защищена Патентом №151541 (МКП F23G 7/00).

Удельные капитальные затраты на водогрейные котлы составляет 10-12 тыс.€/т помета в сутки, а срок окупаемости не превышает 2 лет только за счет снижения (или прекращения) потребления газа (1€ = 75 руб.).

Ниже Вы сможете просмотреть подробное видео о процессе эффективной утилизации помета с применением нашего оборудования.

Удельные капитальные затраты на паровые котельные составляют от 20 до 17 тыс. €/т помета в сутки, себестоимость тепла – порядка 400 руб./Гкал. В случае комбинированного производства электроэнергии и тепла капитальные затраты возрастают до 36 – 25 тыс. €/т помета или 2000-1300 €/кВт установленной мощности, снижаясь с ростом мощности ТЭЦ. Себестоимость электроэнергии составляет при этом от 2,4 до 0,7 руб./кВт·ч. Срок окупаемости инвестиций составляет от 2 (водогрейные котлы) до 5 лет (мини-ТЭЦ с комбинированным производством электроэнергии, пара, тепла и удобрений).

Утилизация клеточного помета осложнена его высокой (70-75%) влажностью, и требует его предварительной сушки (в том числе за счет тепла продуктов сгорания части уже высушенного помета). При его постоянном сжигании в котлах достаточна сушка до влажности 30%. При необходимости длительного хранения помет нужно сушить до влажности не более 15%. В этом случае он может использоваться и как органическое удобрение. При сушке клеточного помета необходима очистка газов после сушилок не только от уноса летучей золы, но и от дурнопахнущих газов. Для этой цели обычно используются абсорберы типа мокрых скрубберов с циркулирующей щелочной водой.

Видео: Сжигание клеточного помёта

Но и это ещё не всё. Утилизация помета путем его сжигания приводит к образованию золы, которая является ценным калийно–фосфорным минеральным удобрением, повышающим урожайность сельскохозяйственных культур на 10-15 %. Объем получаемой золы будет в 7-10 раз меньше объема исходного помета. В зависимости от требований ТУ зола может затариваться в мешки (биг-бэги) или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте.

Принципиальная схема паровой котельной

Эффективность использования клеточного помета как биотоплива возрастает при минимизации его исходной влажности: ее снижение с 75 до 65% увеличивает полезное тепло в 5 раз: с 0,1 до 0,5 Гкал/т помета за счет сокращения расхода топлива на сушку.

ООО АГК ЭКОЛОГИЯ предлагает производить предварительное подсушивание помета за счет тепла воздуха, удаляемого из птичников. Рекуперация этого тепла позволяет снизить влажность помета до 55-60%. Полезная теплопроизводительность в этом случае возрастает до 0,7 Гкал/т помета, что позволяет вырабатывать достаточно большое количество тепла или насыщенного пара на производственные нужды, экономя при этом природный газ.

Удельные капитальные затраты на создание такого энергокомплекса составляют до 700 тыс. руб./т помета в сутки, а срок их окупаемости не превышает 5-6 лет. Себестоимость тепловой энергии составляет 700 руб./Гкал, пара – 500 руб./т. Сопутствующим продуктом при этом является образование 50-60 кг золы (на 1 т сырого помета). Производство из этой золы кондиционера почв повышает урожайность сельхозкультур на 30-40%, что позволяет существенно снизить себестоимость кормов и, соответственно, конечной продукции птицеводства.

Термическая технология применима также для

• Утилизации куриного помета
• Сжигания куриного помета
• Переработки навоза КРС и свиней
• Переработки помета
• Переработки птичьего помета

Жарков Г. В. * , к.т.н. Пьяных К. Е. ** , Пупин В. Б. ** .
* ООО «Адаптика » (пгт. Белые Берега, г. Брянск, Россия ),
** Институт газа НАН У (Киев , Украина)

Аннотация . С развитием птицеводства проблема утилизации куриного помета приобретает все большую актуальность. Помет является сильным загрязнителем почвы, водного и воздушного бассейнов. В то же время помет — ценное сырье для производства удобрений, добавки к комбикормам и энергетический ресурс. Приведен сравнительный анализ различных направлений утилизации помета. Наиболее эффективным представляется комплексный подход к утилизации, в основе которого производство и газификация пеллет из подстилочного помета с использованием коксо-зольного остатка в качестве высококачественного удобрения и выработкой электрической и тепловой энергии для собственных нужд и внешних потребителей. Приведены составы генераторного газа, полученного при газификации пеллет из подстилочного и нативного помета. Предлагается схема предприятия по комплексной переработке помета.

В настоящее время самая динамично развивающаяся отрасль сельского хозяйства области — птицеводство. В ней достигается наибольшая отдача продукции в расчете на единицу затраченного корма. Как следствие, с 2008 по 2012 годы в Российской Федерации наблюдался устойчивый рост поголовья птицы. За этот период оно увеличилось на 123,4 млн голов. Прирост только в 2012 году составил более 24 млн. голов, достигнув к началу 2013 года 394,2 млн. голов . Очевидно, что, как и у каждой бурно развивающейся отрасли, у птицеводства есть «болезни роста». Одной из наиболее болезненных проблем является проблема утилизации куриного помета.

Министерством природных ресурсов РФ от 02.12.2002 утвержден «Федеральный классификационный каталог отходов», в который помет птиц включен как вещество III класса опасности. Птицефабрикам стали предъявлять серьезные штрафные санкции за размещение так называемых «опасных отходов».

С учетом постановления правительства России от 12.07.2003 № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» за размещение отхода III класса опасности (птичьего помета) с птицефабрик взимается штраф в размере 497 руб. за тонну, если в птицеводческих хозяйствах птичий помёт не утилизируется, а накапливается в хранилищах. В настоящее время по данным Минсельхоза платежи агрокомпаний за размещение на своих угодьях помета и других отходов доходят до 35 млрд. руб. в год, не считая штрафов за загрязнение окружающей среды.

Безподстилочный помет по уровню химического загрязнения окружающей среды в10 раз опаснее коммунально-бытовых отходов. Являясь благоприятной средой для сохранения и развития различных микроорганизмов и гельминтов, помет создает угрозу заражения водоемов, почвы, подземных вод, кормов и пастбищ опасными для людей и животных возбудителями болезней. По данным Всемирной организации здравоохранения более 100 видов различных возбудителей болезней животных и человека могут успешно развиваться в этой среде .

Наибольший уровень экологических нагрузок испытывают поля утилизации безподстилочного помета. Площадь полей, загрязненных органогенными отходами, в том числе животноводства, в РФ превышает 2,4 млн га, причем 20% являются сильно загрязненными, 54% - загрязненными, 26% - слабо загрязненными. Данные земли - постоянный источник загрязнения биосферы. При длительном хранении помета на грунтовых площадках, открытых для атмосферных осадков, экологические проблемы неизбежны. В поверхностном слое почвы (0 ,4 м) уровень минерального азота достигает 4950 кг/га, в том числе уровень нитратного азота превышает 2500 кг/га, что в 17 раз выше по сравнению с незагрязненной почвой. В грунтовых водах содержание нитратного азота превышает содержание его в дренажных водах с поля в 2 раза, аммиачного азота - в 8 раз, фосфора - в 11 раз, калия - в 10 раз. Только экологический ущерб от нарушения регламентов использования безподстилочного помета в настоящее время оценивается в 150 млрд. руб. Ущерб от причинения вреда здоровью людей и животных не поддается оценке даже приблизительно. Уровень заболеваемости населения в районах функционирования крупных животноводческих предприятий и птицефабрик в 1,6 раза превышает ее средний показатель в Российской Федерации.

Приведенные данные подтверждают, что грамотно организованная утилизация отходов очень важна как для успешного ведения конкурентоспособного производства, так и для обеспечения сосуществования птицеводческих комплексов и населения прилегающих территорий.

Куриный помет не только отходы, но и ценное сырье, которое необходимо использовать. Известно, что птичий помет это :

• органическое удобрение с высоким со-держанием питательных веществ. Куриный помет как удобрение превосходит навоз, в нем содержится: азот (N ) - 1,6%, фосфор (P ) - 1,5%, калий (K ) - 0,8%, кальций (Ca ) — 2,4%, магний (Mg ) - 0,7%, сера (S ) - 0,4%. Также в нем содержатся микроэлементы: медь, марганец, кобальт, цинк, и аминокислоты;
• ценная кормовая добавка. Сухой куриный помет содержит 26-38% сырого протеина, 12-14% клетчатки, 3-5% жиров, 3-9% кальция, до 5% фосфора;
• биотопливо, низшая теплота сгорания которого составляет 3500…4000 ккал/кг сухой массы в зависимости от наличия и состава подстилки.

Использование помета не только технически возможно, но и экономически оправдано. Представляет интерес создание предприятия, рассчитанного на комплексное использование помета во всех перечисленных направлениях. Изложим основные положения такого подхода.

Помет как сырье для производства удобрений. Суть процесса предполагает производство гранулированных удобрений способом ускоренного компостирования. Такой подход полностью удовлетворяет требованиям документа «Ветеринарно -санитарные правила подготовки к использованию в качестве органических удобрений навоза, помета и стоков при инфекционных и инвазионных болезнях животных и птицы» (утв . Минсельхозпродом РФ 04.08.1997 № 13-7-2/1027) и позволяет получить качественный экологически чистый продукт, на который существует устойчивый спрос сельхозпроизводителей. Требования к качеству, методам контроля, условиям хранения, транспортирования и даже нормы применения такого продукта уже разработаны и изложены в ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия». Существуют готовые решения по ускоренному компостированию, проведены исследования по влиянию удобрений на основе компостированного помета на урожайность сельскохозяйственных культур. Остается подобрать комплект оборудования для производства оборудования, обеспечить его энергоносителями и приступать к формированию сети потребителей, производству и реализации. Очевидно, что если стоимость вырабатываемых удобрений не будет высокой, а форма будет удобной для применения, данный продукт составит существенную конкуренцию традиционным минеральным удобрениям.

Помет как составляющая комбикормов для крупного рогатого скота . Особенностью пищеварения у птиц является быстрое движение пищи по пищевому тракту. Как следствие, не все компоненты и питательные вещества усваиваются . В результате содержание в курином помете такого ценного продукта как белки превышает 30%. Пищеварительный тракт жвачных животных позволяет эффективно извлекать питательные вещества из корма. Это дает возможность использовать птичий помет как добавку к естественному рациону крупного рогатого скота. Использование непереработанного помета для этих целей невозможно: характерный запах, вкусовые качества, патогенная и условно-патогенная микрофлора не позволяют применять помет в виде кормовой добавки. Однако сушка и термообработка позволяют устранить запахи и уничтожить микрофлору. Это открывает широкие возможности по использованию куриного помета. Исследования по влиянию использования помета в качестве подкормки проводились во многих странах, в том числе и в СССР, неизменно показывая хорошие результаты, На этом основании еще в 1976 году Министерство сельского хозяйства утвердило «Временные ветеринарно-санитарные требования к сухому птичьему помету, применяемому для кормления сельскохозяйственных животных».

Подкормка в виде подготовленного куриного помета позволяет значительно увеличить привес животных при откорме, уменьшив при этом затраты на обеспечение этого привеса. Как и в случае применения помета в качестве удобрений, требования, обеспечивающие широкое использование те же: низкая цена и удобство использования.

Помет как энергетический ресурс. Сразу оговоримся, что использование нативного (безподстилочного ) помета для обеспечения энергетических нужд считаем необоснованным. Фраза Менделеева о нефти может быть в полной мере отнесена и к куриному помету. Нативный помет должен использоваться по приведенным выше направлениям. В отношении подстилочного помета, утилизация которого представляет собой реальную проблему, а результаты переработки не так однозначны, разумное его использование как энергетического ресурса абсолютно оправдано. Возможны несколько направлений такого использования: выработка биогаза и дальнейшее его использование; прямое сжигание; газификация и использование полученного газообразного топлива.

Выработка биогаза предполагает анаэробное разложение помета, очистку биогаза и сжигание в газопоршневых двигателях для получения электроэнергии и тепловой энергии за счет утилизации тепла выхлопных газов двигателей.

Оценим эффективность когенерационного комплекса на базе биогазовой установки, исходя из следующих данных:

• выход биогаза при анаэробном разложении куриного помета с подстилкой влажностью 60% по данным компании ZORG Biogas достигает 90 м³ на 1 тонну .
• теплота сгорания биогаза — 5000-6500 ккал/нм 3 ;
• при работе газопоршневых двигателей в виде тепловой энергии можно получить до 40% от исходного энергетичесого потенциала топлива;

Анализ представленных данных показывает:

• из 10 т помета с влажностью 45% будет получено 13,75 т помета влажностью 60%
• выход газа составит 13,75 т/ч ∙90 м³ /т = 1237,5 м³ /ч;
• энергетический потенциал полученного газа 1237,5 м³ /ч ∙ 5750 ккал/ м³ = 7,12 (8 ,28 МВт∙час);
• что позволяет выработать электроэнергии — 8,28 МВт ∙ 0,35 = 2,9 МВт∙час;
• дополнительно выработка тепловой энергии составит 7,12 Гкал ∙ 0,4 = 2,85 Гкал.

Таким образом, комплекс, рассчитанный на производство биогаза из 10 т/ч подстилочного куриного помета влажностью 45% и производство электрической и тепловой энергии, обеспечивает генерацию: 2,9 МВт электрической энергии и 2,85 Гкал тепловой энергии.

Достоинства и недостатки такой технологии известны. Перечислим основные проблемы: длительный и достаточно тонкий процесс переработки исходного сырья, необходимость поддержания температуры субстрата выше температуры окружающей среды, большие объемы удобрений с высокой влажностью (92 …95%), получаемых в ходе переработки. Существенной проблемой для подобного использования помета являются также высокие удельные капитальные вложения на создание комплексов, достигающие для анализируемого случая 2000…2500 Евро на 1 кВт установленной мощности.

Прямое сжигание . Рассмотрим аналогичную ситуацию, предполагающую производство электрической и тепловой энергии. Подстилочный помет сжигается в паровом котле, вырабатываемый пар и используется для производства электрической энергии посредством паровой турбины. Рассматривая комплексы в одинаковых условиях получим:

• мощность комплекса по переработке помета - 10 т/ч (при влажности 45%);
• к.п.д. парового котла, работающего на твердом топливе - 82%;
• к.п.д. парового турбогенератора при работе в конденсационном режиме -25%.

Анализ представленных данных:

• примем удельную низшую теплоту сгорания сухого материала 4000 ккал/кг, что вполне оправдано в случае использования в качестве наполнителя древесных опилок. Тогда полная теплота сгорания подстилочного помета при влажности 45% составит:
  4000 ∙ (1 -0,45) - 550∙ 0,45 = 1952,5 ккал/кг

• энергетический потенциал помета, сжигаемого за 1 час в котле, составит:
  1952,5 ∙ 10000 = 19,52 Гкал

• энергетический потенциал пара, полученного из помета:
  19,52 Гкал ∙ 0,82 = 16 Гкал (18 ,6 МВт∙час)

• производство электрической энергии с использование паровой турбины, работающей в конденсационном режиме:
  18,6 МВт∙час ∙ 0,25 = 4,65 МВт∙час.

Возможна также работа комплекса с турбиной, в которой предусмотрены промышленные отборы пара или теплофикационный режим. В этом случае производство электроэнергии будет снижено, но комплекс сможет поставлять тепловую энергию.

Таким образом, комплекс, рассчитанный на прямое сжигание 10 т/ч подстилочного куриного помета влажностью 45% и производство электрической энергии, может вырабатывать до 4,65 МВт электроэнергии.

В сравнении с технологией, рассмотренной ранее, капитальные затраты будут существенно ниже. Средние удельные расходы на комплекс производства электроэнергии по паровому циклу составляет 1500 Евро на 1 кВт установленной мощности.

К сожалению, сжигание подстилочного помета без предварительной обработки - сложная задача, решение которой сопряжено с необходимостью обеспечения выполнения экологических нормативов. Влажность и состав утилизируемого помета - величина не постоянная, что оказывает влияние на режим эксплуатации оборудования и состав выбросов.

Сжиганию отходов в мире уделяется много внимания. Специальные требования к сжиганию отходов изложены в директиве 2000/76/ЕС Европейского парламента «О сжигании отходов». В этом документе сказано, что обязательным при сжигании неопасных отходов является поддержание в топочном пространстве температуры не менее 850 °C и выдержка при этой температуре газообразных продуктов, в течение минимум 2 секунд. Если сжигаются опасные отходы с содержанием более чем 1% галогенных органических соединений, выраженных как хлорин, температура должна быть не менее 1100 °C. Проблемы прямого сжигания и возможные экологические риски существенно снижают ценность такого подхода к использованию помета .

Газификация. Реальной альтернативой технологиям производства биогаза и прямого сжигания может быть технология газификации куриного помёта с последующим использованием произведенного генераторного газа для выработки тепловой и электрической энергии. Важно, что применение технологии газификации наиболее эффективно в рамках многофункционального комплекса по утилизации куриного помёта. При этом товарными продуктами на выходе комплекса являются удобрения, топливные пеллеты, электрическая и тепловая энергии.

Существует несколько технологий производства газообразного топлива путем термической его переработки. На основании собственного опыта газификации различных исходных продуктов, включая помет и другие отходы сельскохозяйственного производства, исходим из положения, что энергетический агрегат должен использовать подготовленное топливо со стабильными характеристиками по влажности, энергетическим показателям, фракционному составу. Только такой подход позволяет получить стабильные показатели работы энергетического комплекса. Предлагаемые решения включают:

• сушку подстилочного помета до относительной влажности 20%;
• гранулирование высушенного помета;
• газификацию топливных гранул;
• использование полученного газообразного топлива для производства тепловой и электрической энергии;
• использование коксо-зольного остатка для производства удобрений.

Рассмотрим работу комплекса, рассчитанного на газификацию куриного помета для условий, представленных ранее:

• мощность комплекса по переработке помета - 10 т/ч (при влажности 45%);
• сушка помета до относительной влажности 20%
• гранулирование, энергозатраты — 100 кВт/т гранул
• к.п.д. электрический газопоршневых двигателей - 35%;
• производство тепловой энергии — до 40% от исходного энергетического потенциала топлива;
• к.п.д. газогенератора по генераторному газу - 75%;
• дополнительное производство тепловой энергии 10%;
• к.п.д. сушильного комплекса 50%
• образование коксо-зольного остатка - до 20%.

Анализ представленных данных:

• удельная теплота сгорания сухого материала 4000 ккал/кг, что оправдано в случае использования в качестве наполнителя древесных опилок. Полная теплота сгорания подстилочного помета при влажности 20% составит:
  4000 ∙ (1 -0,2) - 550∙ 0,2 = 3090 ккал/кг

Влажности 20% соответствует содержание 200 кг воды в 1 тонне помета. Для получения такого результата из 1 тонны помета влажностью 45% необходимо удалить 312,5 кг воды. В результате из 10 тонн помета влажностью 45% получим 6,875 т помета влажностью 20%. Общее количество испаренной влаги составит 3125 кг.

• энергетический потенциал помета, подаваемого на газификацию, составит:
  3090 ∙ 6875 = 21,2 Гкал
• энергетический потенциал газа, полученного из подготовленного помета:
  21,2 Гкал ∙ 0,75 = 15,9 Гкал (18 ,5 МВт∙час)
• производство электрической энергии с использованием поршневого двигателя, работающего на генераторном газе:
  18,5 МВт∙час∙ 0,35 = 6,48 МВт∙час.
• дополнительно выработка тепловой энергии:
  15,9 Гкал∙ 0,1+15,9 Гкал∙ 0,4 = 7,95 Гкал.
• производство коксо-зольного остатка: 6,875 т ∙ 0,2 = 1,375 т / час

Остаток, влажность которого близка к 0, а содержание минеральных веществ выше, чем у исходного помета, используется как наполнитель в производстве компостированных удобрений.

Энергетические затраты на функционирование комплекса:

• сушка помета, обеспечивающая удаление 3125 кг влаги в час. Потребление тепловой энергии:
  550ккал/кг ∙ 3125 кг / 0,5 = 3,44 Гкал;
• производство гранул для обеспечения работы комплекса:
  6,875 т ∙ 100 кВт∙час = 687,5 кВт∙час.

Таким образом, комплекс, рассчитанный на газификацию 10 т/ч подстилочного куриного помета влажностью 45% и производство электрической и тепловой энергии, за вычетом энергии на собственные нужды обеспечивает генерацию 6,48 - 0,6875 = 5,8 МВт электрической и 7,95 - 3,44 = 4,5 Гкал тепловой энергии.

Комплекс газификации может обеспечивать подачу газообразного топлива для обеспечения работы энергетического оборудования - котлов, печей, иных топливоиспользующих агрегатов. Вместо поршневых машин для производства электрической энергии могут быть использованы также решения, предполагающие производство и использование пара в турбогенераторах или паровых машинах.

Особенности работы комплекса, включающего газификацию подготовленного куриного помета, следующие:

1. Технология предполагает использование обращенного процесса газификации, при котором газообразные продукты образуются в реагирующей высокотемпературной зоне. Уровень рабочих температур 1000….1200°С обеспечивает надежное разложение углеводородных соединений на простые компоненты. Состав газа, произведенного из подстилочного помета с наполнителем из древесных опилок, представлен в табл.1. В рамках исследования возможности использования подготовленного помета в качестве топлива проведены также испытания по газификации гранулированного нативного помета, которые показали, что получение энергетического газа из него возможно только при обогащении воздушного дутья кислородом (Табл . 1).

Таблица 1. Состав газа при газификации пеллет из помета

	Компоненты	Материал для газификации, состав дутья
		Помет с подстилкой из древесины, воздушное дутье	Нативный помет гранулированный, процент кислорода в дутье
Теплота сгорания, ккал/м 3

2. Технология газификации, разработанная для газификации бурого угля компанией «Сибтермо » (г . Красноярск), использована при переработке отходов. Работа генератора понятна из принципиальной схемы агрегата, которая представлена на рис.1. Генератор заполняется топливом. Верхний слой топлива разогревается за счет электрического нагрева до температуры самовоспламенения. Затем в генератор снизу подается воздух. В результате реакционный слой разогревается и начинается процесс газификации. В ходе работы генератора реагирующий слой перемещается вниз, а над ним образуется слой коксо-зольного остатка, в котором происходит дополнительная очистка газа. Организация работы генератора с низкими скоростями движения газов во внутреннем пространстве обеспечивает длительное время пребывания продуктов газификации в зоне высоких температур и малый вынос зольных частиц. Время работы генератора на одной загрузке — не менее 9 часов. При завершении процесса подача воздуха прекращается, генератор охлаждается, производится выгрузка коксо-зольного остатка и рабочий цикл повторяется. Эксплуатация комплекса установленной мощностью 2 МВт по генераторному газу (рис .2) подтвердила надежность оборудования и его высокие экономические показатели. Автоматическая система контроля позволяет отслеживать все важные события при работе комплекса, оперативно управлять технологическим процессом и сохранять значения важных параметров (рис .3.). Комплекс для обеспечения работы изготавливается из трех однотипных газогенераторов, попеременная работа которых обеспечивает эксплуатацию остального оборудования комплекса в непрерывном режиме.

3. Полученный газ подвергается охлаждению, очистке и может быть использован в энергетических агрегатах. При этом экологические показатели при его использовании соответствуют эмиссии загрязняющих веществ при работе энергетических агрегатов на природном газе.

Рис.1. Принципиальная схема газогенератора периодического действия
Обозначения:

— слой запаса топлива;

— слой разогрева, окисления и восстановления;

— слой коксо-зольного остатка;

— направление движения газа.

Технология качественной очистки генераторного газа, а также оборудование для производства из него электрической и тепловой энергии с использованием двигателей внутреннего сгорания разработана ООО «Адаптика ». Первая из запущенных установок, установленной мощностью 100 кВт по электрической энергии, использующая в качестве топлива генераторный газ, произведенный из древесных отходов, отработала более 2-х лет, что подтверждает надежность созданного комплекса. Отработана технологическая цепочка переработки отходов деревообработки в электрическую и тепловую энергии, налажен серийный выпуск электрогенерирующих комплексов. Следующим очевидным шагом стало решение по утилизации отходов сельскохозяйственной деятельности, одним из которых является переработка подстилочного помета. Удельные капитальные затраты на создание комплекса не превышают 2000 Евро на 1 кВт установленной электрической мощности.

Рис.2. Действующий комплекс газификации биосырья мощностью 2 МВт.

Рис.3. Мнемосхема комплекса производства и использования генераторного газа.

Сопоставление результатов анализа, проведенного для рассматриваемых технологий, показывает превосходство технологии газификации с точки зрения энергетической эффективности использования помета, сравнительную простоту схемы производства и использования генераторного газа. Капитальные затраты на создание комплексов газификации и использования генераторного газа сопоставимы с затратами на другие технологии.

Приведенные выше материалы показывают, что комплексный поход к утилизации куриного помета является наиболее эффективным. Производство энергии в количестве, превышающем собственные нужды, так же, как и производство удобрений для использования на собственных полях, существенно увеличивают эффективность и экономичность предприятия в целом. Предполагается следующая структура производства (рис .4):

Комплекс рассчитывается на производство удобрений из компостированного куриного помета, топливных гранул, гранулированных кормовых добавок и тепловой и электрической энергии. Мощности агрегатов желательно подбирать с некоторым запасом, обеспечивающим гибкое использование всего комплекса с преимущественным производством наиболее рентабельного в данный период вида продукции.

к.т.н. Гарзанов А.Л., Смирнов В.М. (АГРО-3),
Аваков А.А. (ИЦ «Авелит»,)
Яковлев Ю.В. (завод «Союз»),
Малык И.С. (Группа «Черкизово»)

Подстилочный помет (ПП) является отходом птицефабрик и имеет III класс опасности. При размещении на открытых полигонах он разлагается с выделением токсичных и «парниковых» газов, загрязняя окружающую среду. В то же время ПП является альтернативным возобновляемым биотопливом с Q p н =2500±500 ккал/кг. Сжигание 1 т ПП позволяет получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или до 3 т пара на технологические нужды, замещая при этом до 270 м 3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива (мазут, печное топливо).

Сжигание ПП не требует гранулирования и сушки, что упрощает и удешевляет процесс его использования в качестве топлива. Особенностями ПП являются высокая влажность, зольность и наличие в золе щелочноземельных и щелочных металлов, повышающих ее шлакующую способность. По результатам анализов различных проб подстилочного помета, он имеет следующие теплотехнические характеристики (на рабочую массу):

· низшая теплота сгорания, ккал/кг 2 500±500;

· влажность, % 35±5;

· зольность, % 10-15;

· насыпная плотность, кг/м 3 380-400;

· выход летучих (на горючую массу), % 70-75;

Теоретические количества воздуха и продуктов сгорания составляют 3,1 и 3,9 нм 3 /кг соответственно, парциальное давление водяных паров – 0,23.

Сжигание партии (56т) ПП Петелинской птицефабрики проводилось в промышленной установке тепловой мощностью 1,5 МВт Ковровского завода котельно-топочного и сушильного оборудования «Союз». Установка состоит (рис.1) из закрытого топливного склада 1 с «живым» дном, скребкового транспортера топливоподачи 2, специальной слоевой топки 3, водяного теплообменника 4, рекуперативного воздухоподогревателя 5, циклонного золоуловителя 6, дымососа 7, дымовой трубы 8, вентилятора 9 и раздельных систем золоудаления из топки 10 и золоуловителя 11. Общий вид установки показан на рис 2.

Рисунок 1 – Принципиальная схема промышленной установки

В период проведения теплотехнических испытаний температура газов на выходе из топки поддерживалась в пределах 950±50 о С для предотвращения зашлаковывания поверхностей нагрева. При среднечасовом расходе топлива В к ~430 кг/ч (Q н р =2 660 ккал/кг, W p =34 %, А р =14,5 %) полезное тепловосприятие установки (по сетевой воде) составило 1Гкал/ч (1,2 МВт), а к.п.д. брутто – 83 % (при температуре уходящих газов 180ºС и коэффициенте избытка воздуха в них 1,5).

Рисунок 2. Общий вид опытно-промышленной установки с топливным складом

Содержание вредных примесей в продуктах сгорания при соблюдении требуемых топочных условий минимально и не превышает норм ПДВ. Результаты испытаний по сжиганию подстилочного помета приведены в табл. 1. Расчет потерь тепла и к.п.д. установки проводился по методу обратного баланса с использованием методики расчетов М.Б. Равича /1/. Эти результаты подтвердили, что ПП является достаточно эффективным видом биотоплива, который может сжигаться с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу.

Эффективная конструкция слоевой топки (рис. 3) с системой многозонного воздушного дутья обеспечила минимальный унос золы (коэффициент уноса золы а ун ≤0,2-0,3). Объемы золы, выгруженной из топки и из золоуловителя находились в соотношении ~5:1. Более 93% частиц золы, уловленной в золоуловителе имели размеры не более 100 мкм, в т.ч. 33% – до 50 мкм. При плотности этой золы не более 400 кг/м 3 скорость витания ее частиц не превышает 3-5 см/с. В табл. 1 приведен фракционный состав золы ПП и его сравнение с золой от сжигания подсолнечной лузги в котле Е-12-14 (г. Кропоткин, завод по экстракции растительных масел, золоуловитель типа МПУ-26).

Рисунок 3. Топочное устройство

Результаты испытаний по сжиганию ПП в промышленной установке

Таблица 1

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Величина
1	2	3	4	5
1.	Расход сетевой воды	Wсв	м 3 /ч	120
2	Температура сетевой воды на входе	t"св	ºС	46
3	на выходе	t ""св	ºС	54
4	Полезное тепловосприятие установки	Q бр ку	Гкал/ч	0,96
5	Температура газов: в низу топки	t" т	ºС	893
6	в верху топки	t" т	ºС	953
7	за водяным ТО	t" в.т	ºС	284
8	за воздухоподогревателем	t" в.п.	ºС	166
9	Разрежение газов в верху топки	S" т	Па	70
10	Температура горячего воздуха	t г.в.	ºС	159
11	Температура холодного воздуха*	t хв	ºС	18
12	Температура уходящих газов*	t ух	ºС	178
ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ
13	Содержание в уходящих газах: кислорода*	O 2	% об	7,0
14	окиси углерода*	CO	% об	0,006
15	двуокиси углерода*	CO 2	% об	13,3
16	окиси азота*	NO	ppm	195
17	Коэффициент избытка воздуха	α ух	-	1,51
18	Содержание в уходящих газах: аммиака**	-	мг/м 3	2,53
19	фенола**	-	мг/м 3	0,097
20	формальдегида**	-	мг/м 3	0,138
21	сажи**	-	мг/м 3	<1,0
22	взвешенных веществ**	-	мг/м 3	21,7
23	оксида углерода**	-	мг/м 3	26
24	двуокиси серы**	-	мг/м 3	0
25	оксида азота**	-	мг/м 3	198
26	диоксида азота**	-	мг/м 3	1
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ
27	Потеря тепла: с уходящими газами	q 2	%	11,2
28	с хим.недожогом	q 3	%	0,02
29	с мех.недожогом	q 4	%	0,5
30	в окружающую среду	q 5	%	4,5
31	с шлаком и золой	q 6	%	0,4
32	К.П.Д. брутто установки	η бр ку	%	83,4
33	Расход натурального топлива	B ку	кг/ч	433
34	Удельный расход условного топлива на выработку тепла	b бр ку	кг у.т./Гкал	171,3
35	Количество продуктов сгорания (при α=1,5)	V г	нм 3 /кг	5,4
36	Действительный расход уходящих газов	W г	м 3 /час	3863

Примечания: * - измерения с помощью Testo-350

** - измерения ЦЛАТИ (протокол №26-П/4 от 29.03.2010г.).

Фракционный состав и плотность золы ПП и подсолнечной лузги

Таблица 2

После завершения сжигания партии ПП установка была остановлена для ревизии состояния поверхностей нагрева. Поверхность водяного теплообменника была в значительной степени занесена летучей золой (рис. 4), которая легко удалялась при обдуве воздухом (рис. 5). Это говорит о необходимости оснащения котельных агрегатов, сжигающих такое топливо, аппаратами импульсной пневмоочистки поверхностей нагрева.

Рисунок 4. Поверхность водяного теплообменника после недельной эксплуатации на ПП

Рисунок 5. Поверхность водяного теплообменника после обдувки воздухом

В сочетании с ограничением температуры газов на выходе из топки не выше 1000ºС это обеспечит длительное поддержание стабильного к.п.д. котлов.

Результаты тестовых испытаний по сжиганию 56 т ПП Петелинской птицефабрики показали, что он является эффективным видом топлива, который может сжигаться с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. Также возможно сжигание клеточного помета при достижении конечной влажности не более 50% путем либо предварительного смешения с сухими древесными или растительными отходами, либо предварительной подсушки помета продуктами его же сгорания.

Экономическая эффективность замещения ПП натуральных топлив на примере прирдного газа приведена в табл.3.

Таблица 3

№	Наименование показателей	Величина при количестве сжигаемого подстилочного помета, т/сутки
		75	150	225
1	Теплопроизводительность котельной нетто (по отпуску тепла), Гкал/ч	6,4	12,9	19,3
2	Расход замещаемого газа, м 3 /ч *	870	1 750	2 620
3	Годовое количество замещаемого газа, тыс.м 3 /год	7 621	15 330	22 950
4	Стоимость замещаемого газа, млн.руб./год	29,7	59,8	89,5
5	Капитальные затраты, млн. руб.	66,0	117,5	175,5
6	Эксплуатационные затраты**, млн.руб./год	6,8	10,2	15,3
7	Общий экономический эффект, млн.руб./год	22,9	49,6	74,2
8	Срок окупаемости кап. затрат. год	2,9	2,4	2,4

* - в расчетах стоимость природного газа принята с учетом транспортных затрат – 3,9 руб./тыс.нм 3

** - в состав эксплуатационных затрат включены затраты на электроэнергию, реагенты на ХВО и персонал.

Зола, образующаяся при сжигании подстилочного помета, является комплексным фосфорно-калийно-известковым удобрением с повышенным содержанием микроэлементов и может применяться под различные культуры в дозах от 2 до 10 ц/Га в зависимости от вида почв, культур и способа внесения. Зола вносится в почву в сухом виде без дополнительной обработки. По опытным данным одного из подмосковных хозяйств, применение этой золы вместо обычных минеральных удобрений повысило урожайность с/х культур на 10-15%. Выход золы составляет 10-15 % от количества исходного помета. Оптовая стоимость 1 т золы составляет 5500 руб./т. В зависимости от требований потребителя зола может затариваться в мешки (биг-бэги) или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте. Ее использование в качестве минерального удобрения существенно увеличит экономическую эффективность использования ПП в качестве альтернативного биотоплива в котельных.

Использованная литература

Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. – М.: Наука, 1966 – 416 с.

Котельные, работающие на птичьем помёте. Наше предприятие специализируется на разработке, создании, внедрении, наладке и вводе в эксплуатацию котельных для сельскохозяйственных предприятий.

Развитие аграрного комплекса Украины не мыслимо без развития птицеводства. Однако рост этого направления аграрного бизнеса влечёт за собой увеличение количества отходов в виде помёта. При традиционном подходе птичий помет рассматривается как токсичные отходы производства III класса опасности. Его размещение на открытых площадках ведет к сильному загрязнению окружающей среды. Поэтому уровень загрязнения почвы, грунтовых вод и воздуха в ведущих птицеводческих регионах в несколько раз превышает допустимые нормы.

Нашими специалистами разработано несколько методов утилизации птичьего помёта.

Утилизацию помёта можно преобразовать в доходный бизнес, изготавливая удобрения. Однако существует ещё один способ – использование помёта для обогрева самих птичников, а также бытовых и административных помещений.

Использование подстилочного помёта в виде топлива имеет очень большие перспективы.

Главным достоинством предлагаемого метода утилизации подстилочного помета являются:

• полная и быстрая ликвидация отходов III класса опасности;
• получение постоянно используемых видов тепловой и/или электрической энергии и ценного минерального удобрения;
• хорошая адаптация к существующим системам тепло- и энергоснабжения птицефабрик. Также возможно сжигание клеточного помета при достижении его конечной влажности не более 50% с помощью предварительного перемешивания с сухими древесными или растительными отходами, либо предварительным подсушиванием помета продуктами его же сгорания.

Подстилочный помет может служить возобновляемым альтернативным биотопливом, которое используется для собственных нужд птицефабрики с замещением природного газа или другого вида натурального топлива. Сжигание подстилочного помета не требует его предварительной подготовки (гранулирования, измельчения, сушки и пр.). Это упрощает и удешевляет технологический процесс.

Сжигание 1т подстилочного помёта позволяет сэкономить до 270 м3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива (мазут, печное топливо). При этом можно получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или до 3 т пара на технологические нужды, либо выработать от 50 до 500–600 кВт электроэнергии (в зависимости от начальных и конечных параметров пара).

Как топливо подстилочный помет имеет следующие теплотехнические характеристики (на рабочую массу):

Зола, образующаяся при сжигании подстилочного помета, является комплексным фосфорно-калийно-известковым удобрением с повышенным содержанием микроэлементов и может применяться под различные культуры в дозах от 2 до 10 ц/га в зависимости от вида почв, культур и способа внесения. Она вносится в почву в сухом виде без дополнительной обработки. По результатам опытных данных, применение этой золы вместо обычных минеральных удобрений повысило урожайность сельскохозяйственных культур на 10–15 %. Выход золы составляет 10–15 % от количества исходного помета.

Надежное сжигание подстилочного помёта стало возможным с созданием специальных топочных устройств, сочетающих слоевое сжигание топлива с вихревым. Конструкция топки с системой многозонного воздушного дутья обеспечивает необходимые условия горения этого высоковлажного низкокалорийного высокозольного топлива с минимальным уносом золы. Результаты тестовых испытаний по сжиганию 56 т подстилочного помета в промышленной установке тепловой мощностью 1,5 МВт показали, что он эффективно сгорает с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. Для предотвращения зашлаковывания поверхностей нагрева в период проведения испытаний температура газов на выходе из топки поддерживалась в пределах 950±50 °С.

Топливный склад оборудуется расходной емкостью с «живым» дном. Пар из котла (давление до 1,4 МПа, температура до 190 °С) направляется на технологические нужды, в бойлер системы ГВС и на собственные нужды котельной. Зола, уловленная в топке, бункерах конвективного газохода котла и золоуловителя, непрерывно удаляется в золовой склад. В зависимости от требований потребителя зола может затариваться в мешки или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте. Для котельной, рассчитанной на сжигание 75-80 т ПП в сутки и имеющей тепловую мощность ~7–8 Гкал/ч (8 – 10 т/ч насыщенного пара давлением 1,4 МПа), требуется помещение размером ~18×15 м и высотой до 13 м. Помещение котельной может быть выполнено из сборных металлоконструкций с сэндвич-панелями на основе минерального базальтового утеплителя толщиной 100-150 мм с пределом огнестойкости 0,75–1,5 ч.

Топливный склад должен располагаться в закрытом неотапливаемом помещении площадью не менее 300 м2 (18×18 м), высотой до 6 м и также может быть выполнен из сборных металлоконструкций с сэндвич-панелями. Экономическая эффективность сжигания подстилочного помета и срок окупаемости капитальных затрат зависят от его количества. Сжигание подстилочного помета с выработкой пара и тепла является экономически эффективным и быстроокупаемым мероприятием. Расчетный срок окупаемости не превышает 18 мес. Дополнение производства пара и тепла выработкой электроэнергии существенно увеличит экономическую эффективность данного метода утилизации ПП. Так, при выработке 10 т/ч пара с параметрами 1,4 МПа и 250 °С в теплофикационном режиме с нагревом сетевой воды до 80 °С (режим ГВС) можно выработать примерно 900 кВт·ч электроэнергии, из них до 200 кВт·ч - для котельной, а остальное – на собственные нужды птицефабрики.

Этот метод утилизации ПП является наиболее быстрым со сроком окупаемости капитальных затрат не более 1,5 –2,0 лет. Составляющие капитальных затрат и экономической эффективности зависят от фактических условий и рассчитываются для каждого конкретного случая. Комплексная выработка тепла на ГВС и отопление, технологического пара и электроэнергии в котельных на подстилочном помете значительно увеличит независимость птицефабрик от поставщиков энергоресурсов и тарифов на них.