Technologia efektywnego mieszania w biogazowniach
Prawidłowo wymieszana zawartość komory fermentacyjnej w instalacjach biogazowych jest podstawą maksymalnej i równomiernej produkcji biogazu. Z drugiej strony jest to proces pochłaniający znaczną część energii. Jak zoptymalizować te procesy?
Wcelu optymalizacji wydajności systemu mie- szania oraz zużycia energii firma Xylem prze- prowadziła badania dotyczące analizy konsumpcji energii w procesie mieszania komory fermentacyjnej w istniejących biogazowniach oraz analizę różnych systemów mieszania i ich kombinacji.
W pierwszym badaniu analizowano 30 komór fer- mentacyjnych wyposażonych w systemy mieszania różniące się pod względem zainstalowanych typów mieszadeł w odniesieniu do wielkości zbiornika i za- stosowanego substratu.
Podczas badania analizowano następujące kryteria:
- obciążenie komory fermentacyjnej (kg suchej masy/m3 na dzień) – dla procesu mieszania mia- rodajna jest całkowita sucha masa, a nie tylko orga- niczna sucha masa;
- zużycie energii:
- w odniesieniu do objętości (Wh/m3 na dzień),
- w odniesieniu do obciążenia komory fermenta-cyjnej (Wh/kg na dzień);
- współczynnik inżynierski (zależny od własności reologicznych substratu indykuje skalę trudności substratu względem procesu mieszania):
- gnojowicy jako „materiałowi przetrawionemu” przypisano współczynnik 0,5,
- kiszonce kukurydzianej jako „materiałowi bazo- wemu” przypisano współczynnik 1,
- kiszonce traw i innym trudno mieszalnym substratom przypisano współczynnik 2
Dowiedziono, że odpowiedni skład substratu oraz dobór mieszadeł z odpowiednimi rezerwami jest podstawą dla optymalizacji energetycznej mieszania. Nieprawidłowo zaplanowana technika mieszania wy- maga znacznie dłuższego czasu pracy urządzeń i wy- raźnie większych ilości energii. W szczególności, jeśli stosuje się ciężki substrat, jak np. kiszonka trawiasta lub kurze odchody suche, lub dobiera się ekstremalnie krótki czas retencji. Uwidoczniło się to w jednej z ba- danych instalacji, gdzie moc zainstalowana wynosiła 22 W/m. Jednak przy krótkim czasie retencji – 14 dni oraz udziale kiszonki traw ok. 30 proc., zużycie energii w odniesieniu do obciążenia komory fermentacyjnej wyniosło 85 Wh/kg. Okazało się, że prawie 10 proc. wygenerowanej energii elektrycznej należało poświę- cić na mieszanie. Dodatkowo biogazownia nie osią- gała pełnej mocy, co pogarszało bilans energetyczny. Użytkownik znacznie zmniejszył obciążenie instalacji i dzisiaj biogazownia jest bardziej dochodowa.
Jeśli podczas procesu fermentacji dochodzi do nie- korzystnych warunków, jak np. powstanie kożucha na powierzchni biomasy, w nieprawidłowo zapla- nowanych instalacjach sytuacja staje się krytyczna. Komory fermentacyjne z prawidłowo dobranymi oraz usytuowanymi mieszadłami są w stanie szybciej zniszczyć ewentualny kożuch i przywrócić prawidło- wy proces fermentacji.
Jak widać w tabeli 2, zużycie energii przeznaczonej na proces mieszania można zredukować o ok. 50 proc. przy systemie składającym się z mieszadeł wolno- obrotowych oraz mieszadeł szybkoobrotowych. Kombinacja tych urządzeń opiera się na różnym podziale zadań. Mieszadła wolnoobrotowe odpowia- dają za efektywny przepływ masowy dzięki wysokiej wydajności w odniesieniu do niskiego poboru energii. Mieszadła szybkoobrotowe, dzięki generowaniu prze- pływu turbulentnego, odpowiadają za prawidłowe wymieszanie górnej oraz dolnej objętości komory fer- mentacyjnej, tzn. zapobieganiu powstawania kożucha na powierzchni i sedymentacji na dnie zbiornika.
Jarosław Spytek
BDM Municipal Manager,
Xylem Water Solutions Polska Sp. z o.o.