STELA byla nominována do soutěže E-ON Energy Globe Award
K výrobě bioplynu se používají rostlinné komodity a taktéž různé odpady ze zemědělství. Spálením bioplynu v motorovém agregátu vzniká elektrický proud, který se prodává rozvodným závodům. Vedlejším produktem je velké množství tepla, pro které se mnohdy obtížně hledá využití. Sušička Stela toto teplo dokáže efektivně využít a aplikace v Kralovické zemědělské a.s. byla nominována do soutěže E-ON Energy Globe Award pro projekty šetřící energii.
Zužitkování „odpadního“ tepla z kogenerační jednotky je dnes již podmínkou pro získání dotací na výstavbu BPS. Současně to ale přináší majiteli BPS rychlejší návratnost investice.
Zajímavou možností pro využití tepla přímo v zemědělském podniku je dosoušení obilí, řepky, kukuřice a jiných produktů rostlinné výroby. Firma Pawlica, s. r. o., zpracovala tuto variantu do podoby konkrétního projektu v zemědělském podniku Kralovická zemědělská, a. s. Projekt byl přihlášen do mezinárodní soutěže Energy Globe Award a vybrán mezi nominované projekty.
Využití k dosoušení
Jednou z možností, jak lze efektivně využít horkou vodu o teplotě 90 °C a navíc splnit požadovaný úkol pro získání dotace, tj. využít odpadní teplo z BPS, je sušení rostlinného materiálu. Důležité je, že v zemědělských šachtových sušičkách lze takto využít teplo i během letních měsíců. Týká se to sušáren STELA, jejichž dodavatelem v ČR je firma Pawlica, s. r. o.
Na výstupu z kogenerační jednotky BPS v Kralovické zemědělské, a. s., je k dispozici asi 400 kW využitelné tepelné energie teplé vody o teplotě 90 °C. V podniku je rozlehlý areál dílen a přidružené kovovýroby, který se teplem z BPS vytápí během zimního období. V letních měsících je ale obtížné teplo využít.
Prvním cílem projektu tak bylo využít odpadní teplo ze zdejší BPS v co možná nejvyšší míře i v letních měsících. Dalším cílem bylo vyměnit starou sušičku SSZ 2 z roku 1975 a instalovat novou moderní sušičku.
Oba cíle byly splněny: Původní sušička byla nahrazena sušičkou na plyn STELA GDB-TN 1/5 S, která byla navíc doplněna zařízením na předhřev vstupního vzduchu GDB-BIO-TN 1/5 S. Sušička byla loni využita asi 30 dní na sušení pšenice a řepky. V případě sušení kukuřice by se využítí mohla dostat až na 90 dní.. Jako další možnost zvýšení využití sušičky se nabízí nabídnout sušení ve službách okolním podnikům.
Sušička s výměníkem
Nově instalovaná sušička STELA typ GDB-BIO-TN 1/5 S má výměník, který je osazen na celém profilu vstupu vzduchu do komory teplého vzduchu a tudíž maximální účinnost vstupního vzduchu. Výkon sušičky je 17,2 t/h u pšenice (při snížení vlhkosti z 19 % na 15 %) a 12,9 t/h u řepky (při snížení vlhkosti z 12 % na 9 %). Sušárna integrovaná s výměníkem na ohřev vstupního vzduchu splňuje evropské normy a má certifikát výrobce (CE certifikát).
Sušička byla navíc pro případ havárie nebo sušeční kukuřice, kde je třeba vyšší sušící teploty, vybavena prostorovým plynovým hořákem o výkonu 921 kW.
Takto upravení sušička usušila během letošní sezóny 2009 asi 2000 t pšenice a 1000 t řepky, a to jen využitím odpadního tepla z BPS, což přineslo zemědělskému podniku značnou úsporu výdajů za zemní plyn: Zatímco v roce 2008 bylo usušeno 8435 t% a spotřeba plynu byla 10 337 m3, tak v roce 2009 bylo usušeno 8969 t% a spotřeba plynu byla jen 700 m3. Investice byla realizována s podporou Programu rozvoje venkova OSA 1.I.I..
Sušička do Kralovické zemědělské byla v tomto provedení dodána už z výroby, ale zařízení na předehřev vzduchu lze aplikovat i na již stávající sušičky Stela.
Další možností, jak zužitkovat odpadní teplo z BPS, je například sušení štěpky či přímo digestátu z BPS na pásových nebo žlabových sušičkách.
Ing. Petr Pawlica, Pawlica, s. r. o.
Obrázky:
1 Sušička STELA GDB-TN 1/5 S se zařízením na předehřev GDB-BIO-TN 1/5 S
2.Výměník GDB-BIO-TN 1/5 S
Video a více o soutěži a vyhlášení zde:
http://eon.energieplus.cz/cs/page/energy-globe/odpadni-teplo-bioplynove-stanice-nejen-vytapi-ale
Bioplynové technologie produkují energii z obnovitelných zdrojů a jsou významné pro ochranu životního prostředí a k zužitkování biologických odpadů. Využitím odpadního tepla z bioplynové stanice urychlí provozovatel návratnost své investice.
Obr. 1: Instalace sušičky na odpadní teplo z bioplynové stanice v Německu
Výroba energie z bioplynových stanic byla u nás doposud spíše podceňována, ale v budoucnosti má významný potenciál. Odpadní teploz BPS lze využít například i k sušení diegestátu před jeho dalším zpracováním.
Digestátu, vzniklý ve fermentoru při anaerobní digesci, se musí nejprve upravit: Tekutý digestát s podílem 6 – 10 % sušiny je nutné odseparovat na sítových nebo bubnových separátorech. Po odseparování tuhé části vznikne separát, který obsahuje přibližně 29,3 % sušiny (s1) a fugát. Fugát má obsah sušiny 2 – 4 % a lze jej aplikovat jako tekuté hnojivo, nebo skladovat.
Separát pro výrobu pelet či briket je třeba dále sušit. Pro zpracování úsušků se obvykle požaduje konečná vlhkost v rozmezí 10 – 15 %, tj. konečná sušina (s2) v rozmezí 90 – 85 %. Z energetického hlediska je výhodné držet se co nejblíže podílu sušiny 88 %, aby se materiál zbytečně nepřesoušel a byl stabilizován na skladování. V případě jeho využití pro lisování pelet nebo briket je ideální podíl sušiny 85 %. Při této hodnotě však již dosti záleží i na podmínkách uskladnění a vzrůstá nebezpečí rychlejšího rozkladu nebo množení plísní.
Obr. 2: Přísun digestátu do sušičky po separaci
Systém sušení digestátu pomocí odpadního tepla je energeticky soběstačný. Vyplývá to z výpočtu provozních parametrů, provedeného na podkladě „Studie výstavby bioplynové stanice 500 kW“ firmy Farmtec („studie“):
Měrný odsušek o1 říká, kolik kilogramů vlhkosti (vody) je třeba odsušit z 1 kg vlhkého materiálu, zatímco o2 udává, kolik kilogramů vlhkosti (vody) je třeba odsušit, aby se získal 1 kg úsušku. V obou případech se předpokládá počáteční a konečná sušina s1 a s2. Dosazením ze dvou základních rovnic bilance sušárny se snadno odvodí maximálně zjednodušené vztahy pro měrný odsušek:
o1 = 1 – s1/s2 a o2 = s2/s1 – 1
Pomocí těchto veličin můžeme snadno analyzovat vliv počáteční i konečné vlhkosti (sušiny) na potřebné množství odsušené vody bez ohledu na konkrétní výkonnost sušárny. Podle údajů z praxe můžeme vzít jako základ výpočtu:
S1 = 27,93 %, v1 = 72,07 %, S2 = 85 %, v2 = 15 %
Pak bude:
o1 = 1 – s1/s2 = 0,67 kg H2O z 1 kg vlhkého materiálu (kg/kg) a o2 = s2/s1 – 1 = 2,04 kg H2O odpařené k získání 1 kg úsušku (kg/kg). Pro sušení uvažujeme použití pásové sušárny Stela s měrnou spotřebou tepla na 1 kg odpařené vody 5 MJ/kg. Spotřeba tepla pak bude:
Obr. 3: Hrabičková sušička je upravená na odpadní teplo
Podle „studie“ máme při výstupu z bioplynové stanice s výkonem 500 kW denně k dispozici po separaci digestátu 10,4 tun materiálu s koncentrací sušiny s1 = 27,93 %, což je za rok 3796 t vlhké hmoty pro sušení na cílovou sušinu s2 = 85 %. Po vysušení to znamená za rok 1247 t suchého materiálu o vlhkosti 15 % (tj. 1060 t zcela suchého materiálu).
Za předpokladu, že bude pro sušení využita pásová sušárna s měrnou spotřebou tepla na 1 kg odpařené vody 5 MJ.kg-1 bude potřeba tepla:
Celková spotřeba energie pro mokrý materiál 3976 t: 3 796 000 kg x 3,355 MJ/kg = 12 743 172 MJ
Celková spotřeba energie pro suchý materiál 1 247,321 t: 1 247 321 kg x 10,217 MJ/kg = 12 734 387 MJ
Výpočty křížovou metodou dávají téměř totožný výsledek, tj. 12 743 GJ, tj. 3540 MWh. Podle „studie“ je možné využít 4000 MWh tepla.
Pro sušení substrátu lze tak využít přibližně 88,5 % tepla, které je při výrobě bioplynu k dispozici. Vzhledem k účinnosti procesů přenosu tepla a k tepelně-technickým vlastnostem substrátu je dobré mít rezervu, ale i tak je bilance pro sušení separátu příznivá.
Uvažujme tyto náklady na plyn: 1 MWh - cena 580 Kč, tj. 1 kWh cena 0,58 Kč, 1 m3 – cena 6,1074 Kč.
Ve „studii“ vyšlo, že máme 3540 MWh tepelné energie. Při ceně 580 Kč/MWh jsou tedy náklady 2 053 200 Kč.
Jednotkový náklad na sušení vypočítáme: 2 053 200 Kč/rozdíl v úsušku (75 - 15 %) x množství 3796 t = 9,01 Kč/t.%.
Obr. 4: Suchý digestát lze použít na výrobu hnojiv nebobiopaliva
Na sušení digestátu se používají pásové sušárny. Ty jsou konstruovány pro různé výkonové (kWh) velikosti bioplynových stanic. Regulace sušení se provádí rychlostí pohybu pásu. Pásové sušárny pracují jako nízkoteplotní, tj. s teplotou 80 – 120 °C, a jsou navrhované dle dominantního produktu.
Podle místa umístění je také možné využit předehřátý vstupní vzduch pro klasickou věžovou sušárnu. Během jedné sezóny lze tak ušetřit až 30 % nákladů na topení fosilním palivem. To přináší jak úspory z provozní činnosti, tak i z hlediska ochrany životního prostředí.
Pro menší a střední velikosti bioplynových stanic do 500 kW lze doporučit žlabové sušičky (typová řada HS). Fungují na principu pevného sušícího roštu s hrabičkovým mechanismem zajišťujícím pohyb materiálu po roštu. Na těchto sušičkách lze sušit materiál od zemědělských produktů až po dřevní štěpku. Nelze je ale použít pro sušení digestátu z bioplynové stanice.
Tabulka: Vzorové výkony sušiček Stela, využívajících odpadní teplo z bioplynové stanice
|
Typ sušičky |
Výkon |
Výkonnost |
Při sušení |
Materiál |
|
PBT 2-2200-9 |
500 kW |
450 kg/h |
ze 75 % na 20 % |
|
|
PBT 2-2200-18 |
1000 kW |
900 kg/h |
ze 75 % na 20 % |
|
|
HS 10 |
500 kW |
2,5 m3/h |
z 50 % na 20 % |
dřevní štěpka |
|
HS 50 |
1000 kW |
5 m3/h |
z 50 % na 20 % |
dřevní štěpka |
|
HS 10 |
500 kW |
1/3,4 t/h |
z 35/19 % na 15 % |
kukuřice/pšenice |
|
HS 50 |
1000 kW |
2/7,8 t/h |
z 35/19 % na 15 % |
kukuřice/pšenice |
(Firmu Stela zastupuje v České republice firma Pawlica, s. r. o. Více než desetiletá zkušenost a množství instalací sušiček naobiloviny a zrniny dává záruku zvládnutí odborných problémů, servisu při uvádění do provozu i po celou dobu provozu sušičky. Podklady a výpočty pro případovou studii jsou od Ing. Jaroslava Káry, CSc., VÚZT Praha)
Článek byl publikován v rámci spolupráce CZ Biomu a Energie 21.
Zveme Vás na školení "Nové metody posklizňového ošetřování obilovin" pořádané ve spolupráci z Mendelovou Univerzitou Brno a školící a poradenskou společností Jubela s.r.o.
Opět se letos budou konat exkurze do provozu posklizňovek při kukuřici. Program a registrace zde.