Канадская технология утилизации куриного помета. Комплексный метод утилизации куриного помёта с получением удобрений и энергии

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

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

* - 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.

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

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.

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

О местной экспериментальной котельной, работающей на птичьем помете, мы рассказали нашим читателям еще три года назад. Но только теперь директор ЭПХ ВНИТИП Виктор Шоль и руководитель районного АПК Иван Кончаков показали чудо-печь в действии. Мы сами с удивлением узнали, что производственная бойлерная на куриных "дровах" в отделении хозяйства в Конкурсном отработала в опытном порядке уже второй сезон. Сегодня даже щепетильные разработчики из Птицеграда с уверенностью говорят, что первая в стране котельная, работающая на птичьем помете, -- уже реальность. И даже имеет шансы стать пилотным проектом федеральной энергосберегающей и экологической программы.

Открыли месторождение... топлива

Хозяйство приобрело 16 птичников в "Конкурсном" пару лет назад. В планы реконструкции новой производственной площадки сразу же включили автономную котельную. Последний птичник отремонтировали этой зимой, вся ферма оснащена автоматикой и компьютерами. Одновременно в отделении отлаживали уникальную печь. Прежде племптицезавод получал тепло на все нужды с котельной поселка. Но в последние годы в мировом птицеводстве становится нормой использование в качестве дарового топлива подстилки из птичников -- помет вперемешку с древесными опилками.

Давно признано, что это -- превосходное топливо для котельной, -- говорит Виктор Готлибович Шоль. -- Помет с соломой, кстати, везде стараются компостировать и использовать, как удобрение. А в некоторых европейских странах нас убеждали, что свежий куриный помет считается ценнейшей и экологически чистой подкормкой для полей. Подтверждением тому колоссальная урожайность удобренных полей -- до 90 центнеров зерновых культур с гектара! Европейских фермеров ничуть не смущает специфический запах от удобренной нивы.

А вот птичьи продукты жизнедеятельности с березовыми и еловыми опилками землям не полезны. Зато это отличное топливо для малой энергетики. Котельную участка в Конкурсном мы проектировали с таким расчетом, чтобы при деле было все ценное вторсырье от птичьего стада в 2, 5 миллиона голов -- порядка 7 тысяч тонн птичьего помета. За семь годовых оборотов это отделение экспериментального племенного хозяйства выдает более 5 тысяч тонн куриного мяса и само себя обеспечивает энергоносителями для отопления птичников.

В такой печи и вода горит

Пока начальник опытной бойлерной Владимир Артеменко растапливает действующий котел (скоро войдет в строй и второй), обмениваемся впечатлениями на чистеньком дворе мини-котельной. Из трубы вьется дым, но никакого запаха не ощущается. Вспоминаю недавние поездки на сельские мазутные кочегарки. Там соседство с теплоэнергетическим объектом ощущалось за километр. "Дыхание" печи, работающей на помете, обследовали специалисты и дали заключение, что ее специфика никак на окружающей среде не отразилась, выхлоп ничем не отличается от газовых котельных.

Котел выглядит современно, рядом с пышущей жаром топкой пульт управления. Внутри ни запаха, ни обычного для старых котельных синего тумана. Все с удовольствием любуются на 700-градусный жар в печи. А где же все-таки помет? Оператор котельной ведет в обход печи к опрятному бункеру. Пока топливо доставляют ковшом экскаватора из соседнего хранилища, где подстилку из птичников сепарируют и рыхлят. Скоро появится транспортер, который отменит рейсы между соседними корпусами. Если заранее не скажут, что эту печь топят пометом, ни за что не догадаешься -- обычная блочно-модульная котельная, наподобие газовой.

Мы очень благодарны своим партнерам -- котельщикам из Коврова, которые упорно доводили экспериментальный проект. Первая попытка нас не устроила, и мы вместе работали над усовершенствованием конструкции котла. Второй вариант отвечает всем поставленным задачам. Помет с опилками даже с 37-процентной влажностью горит в печи, как солома. Это как раз то, чего мы добивались.

Логическим продолжением нашей энергосберегающей программы могло бы стать создание мини-электростанции, которая сначала будет превращать помет в биогаз, а затем вырабатывать электроэнергию для производственных нужд. Тут бы очень пригодились кроме помета и другие отходы птицеводства, например, с убойного производства. В дело пошли бы отходы с жироловок, шлам, даже ил. Модуль для такого отделения, как в Конкурсном, мог бы выдавать в сутки около 400 киловатт электроэнергии и оптимальный объем теплоносителя для обогрева птичников.

Но на такую серьезную модернизацию, говорят специалисты, в масштабах района требуется порядка 120 миллионов рублей. Вот почему ВНИТИП, районная власть и экспериментальное птицеводческое хозяйство выступили с инициативой и представили в РАН и РАСХН проект национальной программы энергосбережения и использования нестандартных источников электроэнергии.

Речь идет не только об энергосбережении, но и об актуальной экологической задаче, -- говорит руководитель районного АПК Иван Кончаков. -- Районный птицеводческий комплекс должен найти разумное применение огромному количеству птичьего помета -- это 70 тысяч тонн в год. В Центральной России отходов сельхозпроизводства порядка 100 миллионов тонн. При правильном подходе эти колоссальные залежи навоза можно превратить из экологической угрозы в дополнительный ресурс и прибыль. ЭПХ ВНИТИП уже пустило в дело тысячи тонн ценного вторсырья. В проект вложили 8,4 миллиона рублей, и вот уже целая птицефабрика работает на автономном отоплении ла и энергоноситель со своего неистощимого "месторождения".

Поленница в гранулах

Виктор Шоль показывает в углу котельной аккуратные стопки мешков и настоятельно советует заглянуть внутрь. Рассматриваем гладкие гранулы и пытаемся сообразить, что это такое. Гранулы для будущей кормовой смеси? Но зачем корма сложили в котельной? Оказалось, что это своего рода "поленница" -- заготовленное впрок топливо из того же птичьего помета. На установке, применяемой для приготовления кормов для птичьего стада, в хозяйстве излишки помета превращают в гранулы, удобные для длительного хранения. За лето припас вырастет, поскольку тепла птицеферме требуется гораздо меньше, а будущей зимой такие "дровишки" будут очень кстати.

Зола из топки тоже идет в дело, и это уже третий уровень использования вторичных ресурсов. Обращенный в пепел птичий помет бережно собирают и отправляют на поля. По ценности эта подкормка почвы соответствует очень дорогим нынче сложным минеральным удобрениям, сделали заключение растениеводы сельхозпредприятия "Ассортимент-Нива". В прошлом агросезоне при помощи добавок золы урожайность зерновых в хозяйстве поднялась в среднем на 5 центнеров с гектара. Аграрии экономят на удобрениях и поднимают урожай. И не надо больше везти за десятки километров жидкий помет с птицеферм на поля через весь район. За такие рейсы экологическая милиция совершенно обоснованно птицеводов штрафует.

У немцев получилось

А мы чем хуже, говорят районные птицеводы и специалисты АПК.

В 90-х годах в Европе было около 150 котельных, работающих на альтернативном топливе, а сегодня их уже 5900, -- приводит статистику Иван Михайлович Кончаков, который сам недавно руководил животноводческим предприятием. -- Причем, есть котельные при животноводческих комплексах и птицефабриках, а есть и городские альтернативщики. Последние работают на пищевых отходах из мусорных контейнеров жилых кварталов. За двадцать лет европейцы вырастили практически новую энергетику.

Как это удалось в Германии, рассказывает Виктор Готлибович Шоль.

Если просто выделить птицефабрике деньги на экологию и энергосбережение в общих чертах, она, разумеется, вложит их в новый птичник, а не в альтернативную котельную. Поэтому оптимальным представляется немецкий энергосберегающий алгоритм. Фермерам в Германии еще 18 лет назад стали выделять кредиты под 2 процента годовых на сооружение автономного безотходного отопления и установок получения биогаза. Как только объекты достраивались, владельцу компенсировали 90 процентов инвестиций (сегодня компенсации составляют одну треть кредита). Кроме того, за излишки тепла и электроэнергии государство платило владельцам новых котельных три цены против тарифа (сегодня выплачивают двойной тариф). Вот и объяснение тому, что за небольшой срок количество котельных на биологических отходах выросло в европейских странах в 40 раз. В Штатах есть котельная при птицеводческом комплексе на 40 миллионов голов птицы, которая перерабатывает в год 300 тысяч тонн помета.

Это возможно и в нашей стране, говорят инициаторы трижды экономичного проекта, если энергосбережение перейдет от деклараций в практическую плоскость государственной приоритетной программы. Первая русская печь на помете уже работает в подмосковном Птицеграде.

Существует поговорка, что из мужика господин такой, как из навоза пуля. А вот отечественные кулибины эту народную мудрость немного подкорректировали. Сейчас акционерное общество «Белкотломаш» стало первым белорусским предприятием, где наладили нового перспективного вида продукции: водонагревательных котлов , сжигающих подстилочно-пометную массу.

Подобная утилизация отходов птицеводства позволяет решить сразу две важные для промышленности задачи: экономическую и экологическую. Котел не только производит тепловую энергию, но и сжигает куриный помет , который при ненадлежащих условиях хранения, переработки и утилизации становится опасным.

Известно, что сегодня цыплят-бройлеров выращивают в основном на глубокой подстилке. Преимущество этой технологии состоит в том, что с суточного возраста и до забоя птицу содержат в одном помещении . Глубокая подстилка хорошо поглощает влагу, вредные газы, улучшает санитарное состояние помещения и служит теплоизоляцией. Однако этот способ имеет один серьезный недостаток, так как на одного цыпленка нужно около 2,5-3 килограммов опилок.

В результате на каждой фабрике, которая использует технологию напольного выращивания, каждый день накапливаются десятки тонн использованной подстилочно-пометной массы. Птицефабрика на 400 тысяч несушек получает за год около 30 тысяч тонн помета . При его гниении выделяется около 700 тонн биогаза, в том числе 450 тонн метана, 208 тонн углекислого газа, 35 тонн водорода, сероводорода и аммиака. Ущерб экосистеме от выбросов оценивается в миллионы долларов.

Поэтому для птицефабрик Беларуси и других стран мира утилизация отходов птицеводства является довольно сложной задачей. Такую пометную массу (в натуральном или гранулированном виде) можно использовать в качестве удобрений, но вносить ее в почву нужно в небольшом количестве, так как в противном случае земля надолго выводится из оборота. Если в непосредственной близости друг от друга несколько крупных птицефабрик, то утилизация отходов является уже серьезной экологической проблемой.

Небольшие водонагревательные котлы устанавливают непосредственно на территории птицефабрики

Оптимальный выход из ситуации - сжигание помета в котлах , работающих на твердом топливе. Задача эта не из легких. Подстилочная масса содержит соединения серы и фосфора , которые разрушают трубную систему агрегатов и за считанные месяцы выводят ее из строя. Одним из предприятий не только в Беларуси, но и на всем постсоветском пространстве, которое взялось за решение этой проблемы, является «Белкотломаш».

Разработанная им установка может использовать подстилочный помет влажностью до 60% . Тепловая энергия, полученная при сжигании, идет на обогрев и технологические нужды птицефабрики. Помет не требует предварительной сушки или гранулирования, что значительно упрощает весь процесс. Уже сегодня специалисты подсчитали, что использование такого котельного оборудования позволит отечественным бройлерным птицефабрикам получить ряд конкурентных преимуществ. В первую очередь это позволит значительно сократить расходы на закупку газа, которые составляют сотни тысяч долларов ежегодно (для птицефабрик, которые используют газовые котлы), снизить капитальные затраты на строительство хранилищ помета, а также существенно уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду путем утилизации токсичного продукта без необходимости его длительного хранения. Разработчики нового оборудования сообщают, что испытание котла прошло успешно , поэтому в самое ближайшее время оно будет поставляться на птицефабрики Беларуси, России и других заинтересованных стран региона.