Измервателни технологии в инсталации за биогаз и сметищен газ

12.03.2016, Брой 1/2016 / Технически статии / Отпадъци

  • Измервателни технологии в инсталации за биогаз и сметищен газ
  • Измервателни технологии в инсталации за биогаз и сметищен газ
  • Измервателни технологии в инсталации за биогаз и сметищен газ

Технически статии

 

B аналитичната терминология често понятията биогаз и сметищен газ се разграничават, въпреки че тези два газа са подобни. Постъпващият във всяко депо поток отпадъци е разнороден за всяка отделна площадка и това несъмнено влияе върху средния състав на сметищния газ. Газът, който се получава, може да бъде агресивен и корозивен.

Все пак, условията в депата са достатъчно предвидими и постоянни, за да се позволи използването на стандартна аналитична апаратура. Биогазът може да бъде генериран от хомогенни суровини в специално проектирани за тях инсталации. Например, от предприятие за палмово масло ще се отделят само селскостопански отпадъци.

Това означава, че газът, произведен от тяхното анаеробно разлагане, може да бъде с по-специфични свойства. Поради това е разумно да се анализира съставът на газа и условията на получаването му, преди да се избере аналитично оборудване за постоянно ползване. При инсталациите за биогаз обикновено се налага пробовземане от няколко точки, което също трябва да се вземе предвид.

Депата и съоръженията за биогаз генерират голямо количество смес от газове (метан, въглероден диоксид, кислород, азот) и други примеси. Метанът, считан за възобновяема енергия, се оползотворява като гориво за производство на електроенергия в газов двигател, който работи в непрекъснат режим. По този начин се постига и намаляване на въглеродния отпечатък.

За да се контролира концентрацията на CH4, CO2 и O2 в газовия поток, се използват различни анализатори. Концентрацията на метан в газовия поток може да варира и затова измерването й е от решаващо значение за системата за контрол на двигателя.

Данните за съдържанието на метан осигуряват възможност за коригиране на скоростта и съотношението въздух/гориво, за да се сведат до минимум емисиите и да се оптимизира производството на електрическа енергия. За целта е необходимо да се осъществява непрекъснат мониторинг на състава на газа от депата и инсталациите за биогаз с надеждни анализатори, които изискват минимално внимание при експлоатация и поддръжка.

Мониторингът на биогаз включва наблюдение на количеството и състава на образувания газ и контрол на евентуално изпускане на газ. Наблюдението за изпускане на газ се извършва с цел гарантиране, че биогаз не се изпуска в околната среда и не се натрупва извън клетката на депото в концентрации, които могат да бъдат експлозивни.

Проверката за евентуално изпускане се прави като се пробиват кладенци на малка дълбочина (6 m) на разстояние 100 m един от друг около клетката на депото. В инсталациите за сметищен газ качеството му може да бъде измерено с преносимо устройство в кладенците за събиране на газа.

Обикновено измерванията включват отчитане на: параметри на крайния продукт – дебит и съдържание на CH4, CO2, H2, H2S; параметри, характеризиращи процеса на анаеробно разлагане в инсталациите за биогаз – температура, общо съдържание на сухо вещество, pH и концентрация на амониев азот.


› Реклама



Измерване на количеството на газа
Измерването на количеството на получения газ е важна предпоставка за определяне на ефективността на процеса. Количествено непостоянното генериране на газ може да е индикатор за смущения в процеса на разлагане. В повечето случаи газомерите се инсталират директно на газопреносната линия. Получените данни за количеството на биогаза трябва да бъдат документирани с цел оценяване на ефективността на процеса и цялостната характеристика на инсталациите.

За измерванията могат да се използват ултразвукови, турбинни, вихрови дебитомери и др. Отчитането на количеството на биогаза се затруднява от това, че газът обикновено е с променлив състав, корозивен, влажен, съдържа замърсители и е с ниско налягане. Разположението на газомерите трябва да се предвиди така, че да се улесни свалянето и почистването им.

Друго важно условие е сложността на датчика (възможността за предаване на данни, изчислителната способност) да е подходяща за определената инсталация. Измерването на количеството биогаз може да стане и след пречистване и изсушаване на газа, за да се избегне корозия. В този случай обаче се губи директната информация за производството на суров газ, а обикновено тези данни са от съществен интерес при следенето на процеса.




Измерване на състава на газа
Сярата в състава на газа от инсталациите за биогаз и сметищен газ уврежда газовите двигатели, като образува утайка в моторното масло. Непрекъснатото измерване на съдържанието на H2S позволява оптимизиране на цикъла на смяна на маслото, което от своя страна води до значително редуциране на разходите. С течение на времето, серните отлагания могат да се натрупат в главите на цилиндрите и ако концентрациите са достатъчно високи, може да се стигне дори до повреда на клапанните легла.

Производителите на газови двигатели изискват горни гранични стойности за концентрацията на H2S между 100 и 1000 ррm, като тези стойности са с тенденция за намаляване с времето. В момента повечето компании, произвеждащи газови двигатели, гарантират нормалното им функциониране единствено при условие, че може да се осигури доказателство за спазени концентрационни граници на H2S.

В някои случаи газът от инсталациите за биогаз и сметищен газ се подава към общинската газопреносна мрежа. Тогава е задължително да се гарантира, че биогазът отговаря на изискванията за качество. С цел предотвратяване на корозия трябва да се контролира съдържанието на кислород и водород. Повишената концентрация на H2 може да доведе до загуба на якост на стоманените елементи на газопреносните съоръжения. При съответствие с изискванията за качество газът се подава в газопреносната мрежа към потребителите.

Измерването на концентрацията на кислород е от критично значение за процеса. Повишеното ниво на O2 е индикатор за проблеми с процеса на анаеробно разлагане в инсталациите за биогаз, свързани с намаляване на микробната активност (отравяне на микроорганизмите) или въздушни течове в системата, което се отразява на цялостната ефективност на съоръженията.

Съдържанието на CH4 и CO2 е ключов показател за производителността на процеса в инсталациите за биогаз и сметищен газ. Понижената концентрация на метан може да е знак за органично претоварване на системата, в случай че основната суровина не е сменяна скоро. От друга страна, повишената концентрация на CO2 е индикатор за влошаване качеството на газа.

Контролът на състава на биогаз и сметищен газ може да се осъществява непрекъснато с помощта на газ анализатори и други измервателни устройства. Получените стойности могат да бъдат използвани за управление на анаеробното разграждане и последващите процеси като например пречистването на газа. Определянето на състава на газа може да се осъществи с помощта на сензори, използващи топлинна декалесценция, топлопредаване, поглъщане на инфрачервени лъчи, хемисорбция или електрохимична чувствителност.

За определяне на концентрациите на метан и въглероден диоксид са подходящи инфрачервени сензори. Съдържанието на водород, кислород и сероводород може да се измери с електрохимични сензори. Определянето на газовия състав може да бъде автоматизирано или не. Един от недостатъците на неавтоматизираните устройства е, че въпреки че дават информация за реалния състав на газа, обработката на резултатите в по-късен етап от компютъризирана система за контрол е трудно. Затова автоматизираното измерване на състава на газа е предпочитаният вариант.


 

Измерване на параметри, характеризиращи процеса в инсталации за биогаз
Контролирането на процесната температура в биореакторите е от съществено значение за осигуряване на висока ефективност на микроорганизмите. Оптималната температура на ферментация зависи предимно от използваните микроорганизми, но обикновено е между 36 и 43 °С при мезофилно разлагане и между 50 и 65 °С при термофилно разлагане.

Освен това ферментационната температура оказва влияние и върху други параметри, например дисоциацията на амоняк и нейния инхибиторен ефект. За измерване на температурата обикновено се използват платинови съпротивителни термометри (тип PT100), които са често прилагани в хранително-вкусовата и биотехнологичната индустрии. Тъй като понякога има грешки в измерването на температурата, се препоръчва то да се осъществява в различни точки на биореактора.

Резултатите от измерването на общото съдържание на сухо вещество в биореактора могат да се използват като индикатор за вискозитета на ферментационната среда. В реакторите с непрекъснато разбъркване вискозитетът не трябва да надвишава определена стойност, тъй като тогава се затруднява разбъркването и изпомпването.

В мокрите ферментационни системи общото съдържание на сухо вещество не трябва да надвишава 10%. Когато се използват фиброзни суровини, проблемите с разбъркването могат да бъдат преодолени чрез разреждане със свежа или процесна вода или с течни суровини. Следенето на общото съдържание на сухо вещество дава на операторите обратна информация за ефективността на разреждането.

Стойността на рН предоставя приблизителна информация за състоянието на процеса на ферментация. Поради буферния капацитет в инсталациите за биогаз, зависещ от разтворения CO2, карбонати и амоняк, промяна в рН се открива само след като смущението на процеса вече е започнало. Следователно, стойността на рН не е подходящ предварителен индикатор за появата на проблем. В повечето инсталации за биогаз рН се измерва индиректно (офлайн) след вземане на проби от биореактора с лабораторен рН-метър.

Причината за това е, че директното (онлайн) измерване на рН е проблематично заради бързото повреждане на електродите и необходимостта от редовно почистване и калибриране. Това изисква специални адаптери, които позволяват премахването на електрода, без да се стигне до изтичане.

В действителност офлайн измерванията на рН често са по-неточни от онлайн измерванията заради разликите в метода на пробовземане, условията на съхранение на пробите и температурата на пробите по време на измерването. Ако е възможно, офлайн измерванията на рН трябва винаги да се извършват при една и съща температура, за да се постигне съпоставимост на резултатите.

Амониевият азот (NH4-N) е един от продуктите на анаеробното разлагане. Използването на богати на азот суровини води до инхибиране на процеса в биореактора. От тази гледна точка измерването на амониевия азот спомага за установяване на причините за нестабилност в процеса. Концентрацията на NH4-N, както и общият азот могат да бъдат определени с апарат Келдал.

Честота на измерванията
В зависимост от честотата на измерванията, мониторингът се класифицира като минимален, стандартен и разширен. Минималният мониторинг е подходящ за битови и малкомащабни инсталации за биогаз и сметищен газ. В тези случаи финансовата възвръщаемост ограничава размера на инвестициите и затова обичайно се прилага офлайн или онлайн минимален мониторинг. Той трябва да включва ежедневно наблюдение на входящия поток суровини, количеството произведен газ, ферментационната температура и седмично измерване на pH.

Стандартният мониторинг трябва да се прилага в повечето малко- до средномащабни инсталации. Разширен мониторинг се изисква за инсталации, в които суровините се сменят често, защото рискът от нестабилност на процеса на разлагане е много по-висок.

Провеждането на разширен мониторинг е от полза за установяване на високоефективен процес. Това е необходимо за инсталации, третиращи производствени странични продукти или големи инсталации, при които малка промяна в параметрите може да доведе до значително увеличение на производителността и съответно на приходите.

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Оптимизиране на помпените системи при третирането на водиТехнически статии

Оптимизиране на помпените системи при третирането на води

Някои от ползите от извършването на оптимизация включват постигане на максимална ефективност, намаляване на разходите за поддръжка и увеличаване на средната продължителност на периодите между ремонтите.

Системи за непрекъснат мониторинг на прахови частициТехнически статии

Системи за непрекъснат мониторинг на прахови частици

Прилагането на непрекъснат мониторинг на емисиите на прах от промишлените предприятия осигурява съответствие със законодателството и улеснява следенето на експлоатационните характеристики на инсталациите.

Подземно полагане на PE тръбиТехнически статии

Подземно полагане на PE тръби

Правилната подземна инсталация на тръбите от полиетилен следва да гарантира механична устойчивост при експлоатацията им под налягане и на натоварванията от заобикалящите ги земни маси.

Производство на гориво от отпадъци (RDF)Технически статии

Производство на гориво от отпадъци (RDF)

От статията може да научите кои са технологиите за получаване на RDF от смесено събрани твърди битови отпадъци и как предварителното третиране влияе върху най-важните характеристики на горивото.

Изграждане на въздушни електропроводни линииТехнически статии

Изграждане на въздушни електропроводни линии

Въздушните електропроводни линии са изключително дълготрайни активи, изискващи дългосрочни инвестиции с голям размер. Статията представя интересна информация за конструктивните им елементи и етапите на планирането и реализацията им.

Пречистване на отпадъчни газове в скрубериТехнически статии

Пречистване на отпадъчни газове в скрубери

Запознайте се с конструктивните особености, приложимостта, предимствата и недостатъците на различните видове пречиствателни съоръжения, основаващи се на метода на абсорбция.


АБОНИРАЙ СЕ БЕЗПЛАТНО СЕГА

 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание Екология & Инфраструктура. TLL Media © 2018 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top