Souhrnný popis navrhovaného technického řešení bioplynové stanice Navrhované řešení bioplynové stanice představuje špičkové technické řešení s důrazem na kvalitu použitelných komponent a umožňuje další rozvoj zařízení v souladu s požadavky investora. Navržené zařízení je charakterizováno následujícími základními výhodami: 1. použitím odpovídajícího průmyslového drtiče s velmi nízkou spotřebou el. energie a unikátní technologie separace nežádoucích příměsí z odpadů 2. použitím koncové jímky za pasterizací umožňující monitoring materiálu před jeho přečerpáním do fermentoru – ochrana před okyselením apod. 3. použitím vstupního sila na zemědělskou biomasu s řezacími noži pro lepší příjem travního materiálu, vybavení sila samostatným vážením pro lepší řízení dávkování 4. umístěním dvojice centrálních čerpacích stanic pro zabezpečení lepší funkce stanice, snížení provozních rizik s možností umístění by-pasu mezi linkami 5. vybavení každé fermentační nádrže nerezovým topným systémem a plynojemem pro vysokou provozní stabilitu zařízení 6. instalovaným míchacím systémem bránícím tvorbě krust na hladině při použití rostlinné biomasy 7. použitím sušárny na produkovaný bioplyn zlepšující provozní ochranu kogeneračních jednotek při provozu na termofilní režim 8. velmi nízkou celkovou spotřebou el. energie v zařízení pohybující se včetně separace odpadů cca 8,6 % 9. kompletní vizualizací bioplynové stanice s dálkovým přístupem pro řízení prostřednictvím Internetu 10. vybavení příjmové haly biofiltry pro záchyt zápachu Technologie je schopná moderně zpracovat širokou škálu odpadů vstupujících do zařízení, jedná se např. o prošlé zbytky potravin, vybrané jateční odpady, průmyslové bioodpady, zemědělské bioodpady apod. Celý systém zařízení je uzavřený, bez možnosti úniku zápachu, tento je eliminován na instalovaných biofiltrech. Linka na příjem bioodpadů je v základním provedení vybavena hygienizací pracující s teplotou 70°C, v případě potřeby je možné tuto část vybavit tzv. termo-tlakou hydrolýzou pracující při teplotě vyšší než 130°C, která zajišťuje hlubší rozklad organické hmoty.
Příjem bioodpadů Příjem bioodpadů je zajištěn v uzavřené části příjmové haly následujícím způsobem. Odpady ze supermarketů, kuchyní a jídelen, prošlé potraviny apod. jsou přijímány v samostatné lince s navrženou celkovou kapacitou kolem 7.500 – 10.000 t odpadů za rok v jednosměnném režimu. S ohledem na předpokládaný rozvoj zařízení a logistické možnosti v regionu je toto podle našeho názoru odpovídající kapacita zařízení. Bioodpady v obalech nebo s příměsí nežádoucích složek jsou umístěny do násypky drtiče UNTHA RS 40. Tyto průmyslové drtiče jsou určeny přímo k drcení různých typů odpadů, jako jsou kovy, plasty, sklo, bioodpad a jsou schopné rozdrtit materiál na velikost částic cca 40x40 mm. Drtič je vybaven 3 širokou nerezovou násypkou o objemu cca 7 m , odpovídající velikosti jednoho kontejneru, celé zařízení je zapuštěno v železobetonové šachtě tak, že násypka přesahuje okraj podlahy o cca 0,5 m a umožňuje tak přímé vysypání obsahu ze svozového prostředku. Zadní strana násypky je pak zvýšená a brání rozsypání odpadu. Dno šachty je přístupné a je vybaveno čerpací jímkou s kalovým čerpadlem
pro čerpání případných úkapů do vstupní jímky č. 2. Zvláštní konstrukce drtiče vykazuje přitom potřebný výkon pouze při instalovaném příkonu 2x15 kW. Tímto drtičem je tedy možné zpracovat odpad ze supermarketů v přepravkách, plechovkách, plastových i skleněných obalech apod. Hodinový výkon drtiče činí cca 6 t/hodinu, což představuje cca 50 t za den. Rozdrcený materiál je následně plně zakrytým velkoprůměrovým šnekovým dopravníkem (šnekový dopravník je vybaven odvodňovacím ventilem) upraveným pro čerpání směsi pevný odpad – kapalina dopraven do lisovacího zařízení Kufferath AS 315. Toto unikátní zařízení umožňuje na principu lisování skrz soustavu sít v automatickém režimu odstranit z rozdrcené směsi biodpadu naprostou většinu nežádoucích příměsí, jako je kov, plast, sklo, tetrapak apod. Účinnost zachycení nežádoucích příměsí je specifikována v prospektu v příloze nabídky a bude upřesněna nastavením sít ve zkušebním provozu. Zařízení je umístěno na ocelové plošině ve výšce cca 2,5 m nad podlahou tak, aby bylo možné pod něj umístit kontejner na separované pevné části k odvozu na skládku. Vylisovaná rozmočená směs vody a bioodpadu je pak následně potrubím gravitačně odváděna do příjmové jímky č. 2. Na vstup do zařízení je přiveden rovněž přívod vody k případnému naředění vstupu odpadu do zařízení pro zlepšení jeho funkce. Hodinový výkon zařízení činí cca 3-5 t/hodinu, tj. cca 30-40 t za den. Celé zařízení příjmu těchto bioodpadů je možné ovládat z místa obsluhy v hale a zároveň z centrálního řídícího počítače stanice, kam jsou přenášeny informace o jeho funkci. Příjmová jímka č. 1 slouží k příjmu tekutých, polotekutých a jiných vhodných odpadů a materiálů, které je možné přímo čerpat do fermentoru bez jejich pasterizace. Primárně se jedná např. o kaly, tuky apod. Jímka je provedena jako kulatá ze železobetonu v C 30/37, vybudovaná v hale s pojízdným betonovým stropem a otevíratelně zakrytým plnicím otvorem. Průměr jímky: 6 m, výška: 3,50 m, brutto objem: cca 100 m³. K homogenizaci substrátů je jímka vybavena ponorným motorovým míchadlem, nastavitelným výškově a do stran (výkon: 15 kW). Jímka je napojena na centrální čerpací stanici, odkud je obsah čerpán do zvolené fermnetační nádrže. Jímka je vybavena hydrostatickým hladinoměrem a indikátorem hrubých hodnot. Příjmová jímka č. 2 slouží k akumulaci odpadů v kapalném stavu před pasterizací. V této jímce jsou tedy shromažďovány odpady po separaci, přijímány „čisté“ odpady k hygienizaci a je zde prováděno ředění materiálu před pasterizací. Jímka slouží zároveň jako sedimentační prostor, tomuto účelu je upraven rovněž systém čerpání. Jímka je provedena jako kulatá, ze železobetonu v C 30/37, vybudovaná v hale s pojízdným betonovým stropem a otevíratelným plnicím otvorem. Průměr jímky: 6 m, výška: 3,50 m, brutto objem: cca 100 m³. Pro předrozmělnění nečerpatelných substrátů v souladu s nařízením EP č. 1774/2002 a pro dopravu substrátů do hygienizace je jímka vybavena řezacím a mísicím čerpadlem (výkon: 15 kW). Jímka je napojena rovněž na centrální čerpadlo. Jímka je vybavena hydrostatickým hladinoměrem a indikátorem hrubých hodnot. Celá příjmová část haly, včetně prostoru nad hladinou obou jímek a sekce separace jsou odsávány na venkovní velkokapacitní biofiltr. Jedná se o kontejner biofiltru s provzdušňovací podlahou a filtračním materiálem pro cca 7 500 m³/h. Délka: 12 m, šířka: 5,70 m, výška: 2,5 m, výška provzdušňovací podlahy: 0,5 m. Filtrační materiál - vrstva 1: kořenové dřevo 0,5 m, vrstva 2: aktivní směs 1,5 m. S odstředivým ventilátorem a zvlhčovačem. Pro příjem tuhých látek zemědělského charakteru je osazen dávkovač tuhých látek (výrobce Strautmann) (cca 28 m³). Dávkovač je vybaven vertikálními noži pro drcení materiálu a
promíchání s dalšími pevnými substráty. Tento může být plněn přímo z jedné strany kolovým nakládačem nebo podobným zařízením. Dávkovač tuhých látek přivede dopravovaný materiál přímo přes systém šneků do fermentoru. Řízení dávkovače probíhá prostřednictvím systému řízení programovatelného z paměti (SPS). Dávkovač je umístěn v plně zastřešeném a opláštěném ocelovém přístřešku s posuvnými vstupními vraty. Vnitřní prostor je odsáván na koksokompostový kontejnerový biolfiltr. Dávkovač je vybaven vážícími nožičkami.
Hygienizace odpadů (pasterizace) V souladu s nařízením EP č. 1774/2002 je uvnitř provozní haly umístěna pasterizační jednotka pracující při teplotě 70 °C a době zdržení min. 60 minut. Jednotka je plněna pomocí drtícího čerpadla z jímky č. 2, které zabezpečuje dodrcení materiálu na požadovaných 12 mm. Hygienizační nádrž je 3 tvořena tankem o objemu 5 m³ pro střídavý provoz, základní výkon jednotky je cca 20 m za den (4 hygienizační cykly, 16 hodin denně). Po ohřevu substrátů zde tyto setrvají 1hod. při 70°C. Po hygienizaci jsou substráty čerpány do příjmové jímky po hygienizaci o objemu cca 30 m³. Příjmová jímka po hygienizaci je určena pro reakci substrátů při okyselení – jedná se o bezpečnostní prvek chránící vlastní fermentační proces v reaktorech. Veškeré jímky a potrubí hygienizace mají izolovaný plášť a strop, jsou vybaveny míchadlem, hydrostatickým hladinoměrem, trojitým měřením teploty, pojistným ventilem, bočním průlezným otvorem DN 500. Systém hygienizace je kompletně napojen na technologii ohřevu a potrubí stanice a dimenzován pro automatický provoz. Při rozšíření bioplynové stanice na 1,5 MW může být paralelně instalována další hygienizační nádrž v odpovídající velikosti. Fermentační nádrže a čerpání Pro bioplynovou stanici je uvažováno umístění celkem 4 ks fermentačních nádrží (2 ks fermentorů a 2 ks dofermentorů), propojených do centrální čerpací stanice. Nádrže je možné provozovat jak v paralelních, tak i sériovém provozu, což zajišťuje vysokou provozní stabilitu s ohledem na průmyslový charakter zařízení. Z tohoto důvodu je každá nádrž vybavena plnohodnotným nerezovým topným systémem a vlastním plynojemem. V následující části je uveden podobný popis nádrží:
Dva shodné fermentory s membránovými plynojemy (popis platí pro jeden fermentor) Jímka z monolitického železobetonu v C 30/37, zapuštěná cca jeden metr v zemi s membránovým plynojemem (barevný odstín podobný jako RAL 6003, objem plynojemu á fermentor cca 800 m³). Nosná konstrukce plynojemu z nerezové oceli (VA), pevné šroubované upevnění pomocí VA kolejnic, provedení s měřičem tlaku plynu. Průměr jímky: 23 m, výška: 6,40 m, brutto objem: 2.659 m³. Jímka je z vnitřku natřena ochranným nátěrem v oblasti výměny plynů. Pro ohřev jímek jsou z vnitřku montována na stěnu VA potrubí, upevnění VA držáky. Izolace a opláštění v pohledové části polystyrenem nebo pod. a trapézovým plechem (barevný odstín podobně RAL 6003). Pro homogenizaci substrátů je jímka vybavena velkolopatkovým míchadlem (paddelgigant) s vně instalovaným motorem a převodovkou (výkon: 15 kW). K homogenizaci je jímka navíc vybavena dvěma ponornými motorovými míchadly, nastavitelnými z vnější strany výškově a do stran (výkon: 15 kW). Jímka je napojena na centrální čerpadlo. Jímka je vybavena dvěma hladinoměry a teploměry, 3 průhledítka DA 300 se stěračem, odběrové hrdlo.
Dva shodné dofermentory s plynojemem (popis platí pro jeden dofermentor)
Jímka z monolitického železobetonu v C 30/37, zapuštěná cca jeden metr v zemi s membránovým plynojemem (barevný odstín podobný jako RAL 6003; objem plynojemu cca 800 m³). Nosná konstrukce plynojemu z nerezové oceli (VA), pevné šroubované upevnění pomocí VA kolejnic, provedení s měřičem tlaku plynu. Průměr jímky: 23 m, výška: 6,40 m, brutto objem: 2.659 m³. Jímka je z vnitřku natřena ochranným nátěrem v oblasti výměny plynů. Pro ohřev jímek jsou z vnitřku montována na stěnu potrubí z ušlechtilé oceli (VA), upevnění pomocí VA držáků. Izolace a opláštění v pohledové části polystyrenem nebo pod. a trapézovým plechem (barevný odstín podobný RAL 6003). K homogenizaci substrátů je jímka vybavena dvěma ponormými motorovými míchadly, nastavitelnými z vnější strany výškově a do stran (výkon: 15 kW). Jímka je vybavena dvěma hladinoměry a teploměry, 3 průhledítka DA 300 se stěračem, odběrové hrdlo.
Vedení substrátu, centrální čerpadla Propojení potrubím mezi všemi jímkami se substráty v DA 150, materiál: PE-HD. Dvě excentrická šneková čerpadla (výrobce Pumpenfabrik Wangen nebo podobný) s pneumaticky řízeným šoupátkovým rozdělovačem (z VA oceli) zajistí veškerá potřebná přečerpání v rámci stanice. Možnost provedení by-pasu mezi čerpadly pro zajištění havarijního čerpání na každé lince (zajištění provozovatelnosti stanice při poruše). Šoupátkové rozdělovače jsou vybaveny rezervními hrdly, aby při rozšíření bioplynové stanice na 1,5 MW bylo možné napojit další fermentor a dofermentor. Kogenerace a plynové hospodářství Odsíření bioplynu je zabezpečeno řízeným přimícháváním atmosférického kyslíku do prostoru odběru bioplynu ve fermentoru. Přitom je měřen objemový proud vyrobeného bioplynu a poté automaticky nastaveno množství přimíchávaného vzduchu. Plynové potrubí DA 200 (PE-HD) resp. nerezová ocel nad zemským povrchem s odlučovačem kondenzátu mezi jímkami a kogeneračními jednotkami. Dimenze hlavního řadu odpovídá výkonu 1,5 MW. Zásobování kogenerační jednotky plynem (regulační plynový obvod dle DVGW). Sušička plynu s teplotou rosného bodu 5 °C, vstupní teplota max. 55 °C, k vysrážení kondenzátu za účelem prodloužení životnosti kogenerační jednotky. S automatickým vypouštěním kondenzátu. Bioplynová nouzová fléra, flexibilně napojená, skrytý plamen, dimenzovaná pro až 440 m³ bioplynu/hod a jako paralelní provoz s kogeneračními jednotkami. Předpokládá se osazení stanice dvojicí kogeneračních jednotek (výrobce: Deutz nebo podobný) s elektrickým výkonem 600 kW se dvojicí ventilátorů pro navýšení tlaku bioplynu. Kompletně instalováno v železobetonovém kontejneru, s automatickým olejovým oběhovým mazáním, 250 l zásobní nádrží čerstvého oleje, nouzovými chladiči, bezpečnostní technikou dle v současnosti platných předpisů, řídící technikou, rozvodem topení. Teplota vody na vstupu kogenerační jednotky může činit maximálně 70° C. Dvě analýzy plynu CH4, O2, CO2 a H2S (zaznamenávání hodnot online), výrobce Union Apparatebau nebo podobný. U kogenerace je možné umístit utilizační kotel na páru dle požadavku investora. Napojen bude na spalinový výměník kogenerace (není základní součástí nabídky).
Odvodnění V základní nabídce je odvodnění tvořeno šnekovým separátorem umístěným na ocelové konstrukci pod kterou bude přistaven kontejner, uvnitř samostatné vytápěné sekce příjmové haly. Separátor je napojený a již připravený k provozu se samostatným čerpadlem, akumulační jímkou po separaci a se zvláštním čerpadlem odpadní vody pro vylisovanou tekutinu, které dopravuje kapalinu do skladovací nádrže typu WOLF umístěné u příjmové haly (velikost pr. 22 m, výška 8 m). Elektrotechnika a řízení provozu stanice Rozvodné zařízení na principu Siemens S-7-SPS s vizualizací celé stanice (všechny důležité údaje jako např. toky látek, doby čerpání, výkony, množství plynu, kvalita plynu atd. budou zaznamenávány a archivovány). Hlavní rozvodna je umístěna v samostatné rozšířené místnosti haly bioplynové stanice s klimatizací. Halové rozvaděče. Poruchy mohou být hlášeny přímo na mobilní telefon. Internetový přístup k řízení stanice a k monitorování provozu. Veškeré elektrotechnické práce na stanici včetně kabelových rozvodů a napojení všech komponentů. Při rozšíření bioplynové stanice může být stávající řízení rozšířeno o nově instalované komponenty – prostorová reserva. Tepelné hospodářství Kompletní tepelné propojení bioplynové stanice s reservou napojenou na samostatný rozdělovač. Potřeba tepla pro nájezd technologie se předpokládá pomocí mobilního hořáku na propan s nádrží, tato bude po nahřátí nádrží na potřebou teplotu odstraněna. Spotřeba paliva není součástí nabídky. Skladovací nádrže Jedná se o dvojici železobetonových nádrží o průměru cca 30 m, výška 8 m, které zajišťují uskladnění výstupu z bioplynové stanice po dobu cca 150 dní, kdy není možné výstup aplikovat jako hnojivo na zemědělskou půdu. Nádrže jsou vybaveny membránovou střechou proti zápachu.
Popis procesu Při dodávce substrátů je rozlišováno mezi špinavými (vyžadujícími hygienizaci) a čistými (nevyžadujícími hygienizaci) látkami. Vykládka vozů probíhá výlučně v uzavíratelné hale, která bude odsávána biofiltrem. Potrubí odsávání vzduchu leží v prostoru skladovacích boxů dávkování a jsou navíc napojena na obě příjmové jímky a do místnosti odstředivky. Sypké špinavé látky budou vyklopeny do dvou skladovacích boxů v hale a dle potřeby případně přímo plněny kolovým nakládačem nebo podobným zařízením do násypky drtiče a nebo do příjmové jímky 2 zapuštěné do podlahy haly. Příjmové jímky 1 i 2 jsou uzavřené pojízdným betonovým krytem, který je vybaven uzavíratelným plnicím otvorem. Tekuté čisté substráty budou v prostoru místa pro mytí techniky hadicí plněny do příjmové jímky 2. Odvodnění haly (spádování podlahy) ale i trubka odpadní vody z mycího místa budou právě tak napojeny na jímku 2. Řezacím čerpadlem budou přiváděny špinavé substráty k hygienizaci, ve které setrvají hodinu při teplotě 70 °C, aby byly následně centrálním čerpadlem odvedeny do jímky po hygienizaci, kde bude sledována kyselost a další případné negativní vlastnosti matetriálu. Z příjmové jímky po hygienizaci, která má uskladňovací objem cca 1,5 dne, bude buď fermentor nebo volitelně dofermentor zásobován homogenní substrátovou směsí. Tuhé čisté materiály budou vyklápěny do dalšího skladovacího boxu, který je právě tak umístěn v hale. Kolový nakládač plní jímku č. 1 pravidelně tuhými čistými substráty (např. vylisovaný kal z ČOV).
Venkovní dávkovač tuhých látek zemědělského charakteru je upraven pro drcení a podávání stříhané trávy a jiných pevných čistých substrátů. Tuhé látky padají průběžně z dávkovače do šnekového systému, který tyto přímo dopravuje do fermentoru. Tekuté čisté substráty budou vykládány hadicí v prostoru mycího místa a přiváděny do příjmové jímky 1. V případě potřeby lze plnit i tuhé čisté substráty ze skladovacího boxu kolovým nakládačem do této jímky. K tomuto je jímka vybavena plnicím otvorem. Doporučujeme však nezpracovávat v jímce dlouhovlákenné substráty jako trávu, jelikož to může vést k ucpání sacího a tlakového potrubí. Dále bude jímka č. 1 napojena na venkovní nádrže v majetku investora, ve kterých bude prováděno rovněž skladování glycerínové fáze. Odpadní vzduch jímek nacházejících se v halách, hygienizační nádrže ale i boxů sypkých látek, dávkování a místnosti separace, bude veden trubkovými kanály se škrtícími klapkami do venku instalovaného biofiltru. Bude tím dosaženo potřebné snížení zápachu. Bioplynová stanice je rozdělena na dvě linky. Ke každé lince patří á jedna příjmová jímka, jeden fermentor, dofermentor, rozdělovač a jedna centrální čerpací stanice. Plynárenská technologie je využívána společně, ventilátory navýšení tlaku bioplynu jsou samostatné, instalován je ještě by-pass u čerpaxcí stanice. Fermentor a dofermentor mohou pracovat i v termofilním režimu jsou vybaveny membránovým plynojemem, ve kterém se může ukládat vznikající plyn na dobu cca 7 hodin. Jelikož vedle metanu (zpravidla 52% celkového objemu) vzniká také sirovodík, je zapotřebí odsiřování. Odsiřování probíhá řízeným přimícháváním atmosférického kyslíku do prostoru odběru bioplynu do fermentoru. Odsiřování pracuje plně automaticky společně s analýzou plynu a zajišťuje co možná nejlepší kvalitu plynu na kogenerační jednotce. Tím lze dosáhnout její delší životnosti. Lze dodat rovněž externí odsiřovací zařízení. Před skladováním digestátu v koncovém skladu je tento rozdělen separátorem na tuhou a tekutou složku. Separátor bude postaven v samostatně odděleném prostoru v příjmové hale. Substrát lze čerpat zvláštním čerpadlem do jímky o objemu 1,0 m³, ze které pak může běžet bez tlaku k separátoru. Tuhé látky padají do kontejneru, který vyzvedne nákladní auto. Tekutý digestát se dostane do koncového skladu, který je umístěn vně haly. U koncového skladu dochází na zabezpečené ploše k jeho plnění do autocisteren. Spalování bioplynu probíhá ve dvou kogeneračních jednotkách s elektrickým výkonem á 536 kW. Kogenerační jednotky budou instalovány v kontejnerech. Obsluha, navážení a sledování bioplynové stanice probíhá automaticky díky nasazení plně vizualizovaného řízení prostřednictvím PC. Všechny relevantní údaje jako např. teplota, toky substrátů, kvalita plynu, množství plynu, výkon atd. jsou ukládány do paměti a vizualizovány. Všechny relevantní konstrukční části jsou řízeny. Tím mohou být denní výdaje na péči o zařízení podstatně sníženy a tím uspořeny náklady. Za účelem vlastního školení, od okamžiku naplnění fermentoru do nejpozději čtyř týdnů po uvedení kogenerační jednotky do provozu bioplynem budete zásobovat bioplynovou stanici prostřednictvím počítače v manuálním provozu resp. provádět přečerpávání. Navíc je vyhodnocováním rozsáhlého množství provozních údajů jako množství plnění, kvalita plynu, množství plynu a identifikační údaje kogenerační jednotky optimalizována užitkovost Vašeho zařízení. Vyhodnocení, grafické znázornění a archivace těchto údajů probíhá automaticky. Dále slouží řízení k bezpečnostně-technické kontrole zařízení a v případě poruchy spouští pomocí senzorů nutná vypnutí. Venkovní zařízení na ochranu proti blesku je součástí nabídky.
