Tehnologia de Obtinere a Biogazului

CAPITOLUL 2. TEHNOLOGIA DE OBȚINERE A BIOGAZULUI

Potențialul pentru producerea de energie regenerabilă din resurse agricole este exploatat diferit în țările membre UE. Germania este cel mai mare producător de biogaz, datorită facilităților acordate producătorilor, în timp ce România, Polonia și Ungaria au un potențial ridicat, dar acesta nu este valorificat din cauza lipsei resurselor financiare. În România sectorul de biogaz este într-un stadiu incipient de dezvoltare.

Una dintre principalele probleme de mediu ale societății de astăzi este creșterea continuă a cantității de deșeuri organice. În multe țări, managementul durabil al deșeurilor, precum și prevenirea acumulării și reducerea cantității acestora au devenit priorități politice majore, aceasta reprezentând o contribuție importantă la eforturile comune de reducere a poluării, a emisiilor de gaze cu efect de seră și diminuării schimbărilor climatice la nivel global. Practicile din trecut ale evacuării necontrolate a deșeurilor nu mai sunt astăzi acceptabile. Chiar și depozitarea pe platforme de gunoi sau incinerarea deșeurilor organice nu reprezintă cele mai bune practici, deoarece standardele de protejare a mediului au devenit mult mai stricte în prezent, iar recuperarea energiei și reciclarea nutrienților și a materiei organice un lucru necesar.

Producerea biogazului prin digestie anaerobă (AD) este considerată a fi tratamentul optim în cazul gunoiului animal, precum și în acela al unei largi varietăți de deșeuri organice pretabile acestui scop, deoarece astfel respectivele substraturi sunt transformate în energie recuperabilă și în îngrășământ organic pentru agricultură.

În ultimii ani, piața mondială pentru biogaz a crescut cu 20% până la 30% pe an. În Europa, țări precum Austria, Danemarca, Germania și Suedia sunt printre cele mai experimentate în ceea ce privește tehnologiile pentru biogaz și au reușit să stabilească piețe naționale competitive în domeniu. Pentru a dezvolta aceste piețe au fost efectuate intense cercetări RD&D, iar sectoarele pentru biogaz au primit subsidii guvernamentale considerabile și s-au bucurat și de sprijin public. Fermierii implicați, operatorii fabricilor de biogaz, precum și investitorii au acumulat cunoștințe importante, informații tehnice private și expertiză cu privire la tehnologiile biogazului. Pe lângă tipurile de materii prime tradiționale, în țări precum Germania și Austria a fost inițiată și cultivarea plantelor energetice pentru producerea biogazului. Au fost întreprinse eforturi de cercetare însemnate, în direcția creșterii productivității și a diversității plantelor energetice, precum și pentru evaluarea potențialului acestora pentru biogaz. Au fost definite noi practici agricole, noile sisteme de rotație a culturilor, de intercultură și cultură combinată făcând obiectul unor cercetări și al unei dezvoltări intensive.

În ultimii ani, au fost efectuate importante cercetări cu privire la tehnologiile de conversie a materiilor prime în biogaz. Au fost introduse și adaptate noi tipuri de digestoare, de sisteme de alimentare, de facilități pentru depozitare, precum și o serie întreagă de alte echipamente. Potențialul mondial al producției de energie pe bază de biomasă se estimează a fi la un nivel foarte ridicat. Evaluarea potențialului energetic al biomasei se bazează pe numeroase studii, scenarii și simulări, care demonstrează faptul că numai o mică parte a acestuia este folosită în prezent. Potrivit acelorași cercetări, gradul de utilizare a biomasei ar putea fi crescut semnificativ în viitorul apropiat. În prezent, Germania, Austria, Danemarca și Suedia se numără printre cele mai avansate țări din Europa în domeniul tehnologiilor pentru biogaz, având cel mai mare număr de fabrici de acest fel, de ultimă generație. (Biogazul – ghid practic)

2.1. MATERIA PRIMĂ

Materiile prime le mai putem numi substraturi sau biomasa. Numeroase tipuri de biomasă pot funcționa ca substraturi (materii prime) pentru producerea de biogaz prin procesul de digestie anaerobă. Cele mai întâlnite categorii de materii prime sunt următoarele:

• gunoiul de grajd

• reziduuri și produse agricole secundare

• deșeuri organice digerabile din industria alimentară și agro-industrii (de origine vegetală

și animală)

• fracția organică a deșeurilor menajere și din catering (de origine vegetală și animală)

• nămoluri de canalizare

• culturi energetice (de exemplu, porumb, iarba, sorg, trifoi)

Utilizarea gunoiului animal drept materie primă pentru procesul digestiei anaerobe prezintă unele avantaje, datorită proprietăților acestuia:

• Conținut în inoculi ai bacteriilor anaerobe naturale.

• Conținut de apă ridicat (4-8% DM în gunoiul lichid), acționând ca solvent pentru

celelalte co-substraturi și asigurând omogenizarea și fluiditatea corespunzătoare a

biomasei.

• Ieftin și ușor accesibil, fiind colectat ca reziduu din fermele zootehnice.

În ultimii ani, a fost testat și introdus un alt tip de materie primă, pentru a fi supus procesului AD: așa-numitele plante energetice (DEC – culturi energetice dedicate), care sunt cultivate în mod special pentru scopul producției de energie/biogaz. Plantele energetice sunt reprezentate de plante de cultură ierboase (de exemplu, iarbă, porumb, rapiță) și lemnoase (de exemplu, salcie, plop, stejar), deși, în ultimul caz, este necesară aplicarea unui pre-tratament special pentru delignificare.

Substraturile procesului AD pot fi clasificate după originea acestora, conținutul de substanță uscată (DM), producția de metan, precum și după alte criterii. Tabelul 3.2. prezintă succint caracteristicile câtorva tipuri de materii prime digerabile. Substraturile cu conținut de substanță uscată mai mic de 20% sunt utilizate pentru așa-numita digestie umedă (unii autori o numesc fermentație umedă). Această categorie include gunoiul de grajd, precum și deșeurile organice umede provenite din industria alimentară. Când conținutul de substanță uscată este mai mare de 35%, tipul digestiei este denumit digestie uscată (fermentație uscată). Digestia uscată este tipică pentru cazul culturilor energetice și materialelor însilozate. Alegerea tipului și a cantității de materie primă pentru obținerea amestecului de substraturi supus procesului AD depinde de conținutul de substanță uscată, precum și de conținutul de glucide, lipide și proteine al acestuia.

Figura 3.4. Valori de referință pentru randamentul specific în metan (PRAßL, 2007)

Materiile prime supuse procesului AD pot conține diverși contaminanți chimici, biologici sau fizici. Gunoiul de grajd și deșeurile vegetale pot fi contaminate cu agenți patogeni ai organismelor de proveniență. Deșeurile organice din industria alimentară, deșeurile menajere și nămolurile din sistemul de canalizare pot conține contaminanți chimici, biologici și fizici. Controlul calității tuturor tipurilor de materii prime este esențial, în scopul asigurării unei reciclări sigure a digestatului, sub formă de îngrășământ.

5 Materii prime

5.1 Cantitati de materii prime

Conform planului instalatia va prelucra cca. 92.206 t pe an. Cantitatile de materiale introduse sunt clasificate dupa cum urmeaza:

5.2 Materii prime

5.2.1 Dejectii porci

Pentru masurare s-a luat in considerare un continut de substanta uscata de 4% si un continut de SOU de 3,2%.

5.2.2 Siloz de porumb

Pentru masurare s-a luat in considerare o medie de continut de substanta uscata de 32% si un continut de SOU de 30,24%

5.2.3 GPS (plante intregi insilozate)

Pentru masurare s-a luat in considerare o medie de continut de substanta uscata de 35% si un continut de SOU de 30,80%.

2.2. FLUXUL TEHNOLOGIC

Sursa Biogest SRL

Fabricile agricole de biogaz operează, în general, în patru mari etape de procesare (Figura

7.3.):

1. Transportul, livrarea, stocarea și pre-tratamentul materiei prime.

2. Producerea biogazului (AD).

3. Stocarea digestatului, eventual condiționarea și utilizarea acestuia.

4. Stocarea biogazului, condiționarea și utilizarea sa.

Etapele de procesare prezentate în Figura 7.3. sunt, mai departe, ilustrate în Figura 7.4., în

care se reprezintă, simplificat, schema unei fabrici agricole de biogaz prin co-digestie.

1. Prima etapă de procesare (stocarea, condiționarea, transportul și alimentarea cu materie

primă) necesită un tanc de stocare pentru gunoiul de grajd (2), recipienți de colectare

(3), tancul de sanitație (4), tancuri de stocare cu încărcare directă din mijloacele de

transport (5) și sistemul de alimentare cu materie primă solidă (6).

2. A doua etapă de procesare constă în producerea de biogaz în reactorul de biogaz (7), de

asemenea denumit și digestor.

3. A treia etapă a procesării este reprezentată de stocarea digestatului în tancul de stocare

(10) și de utilizarea acestuia ca îngrășământ pe terenurile de cultură (11).

4. A patra etapă de procesare (stocarea biogazului, condiționarea și utilizarea acestuia) are

loc la nivelul tancului de stocare a biogazului (8) și a unității de co-generare a energiei

(CHP) (9).

O fabrică de biogaz reprezintă o instalație complexă, constând dintr-o varietate de elemente principale. Planul unei astfel de fabrici depinde, în mare măsură, de tipurile și cantitățile de materie primă utilizată. Deoarece există o serie întreagă de tipuri diferite de materii prime, de diverse origini, care se pretează proceselor de digestie în fabricile de biogaz, există, în mod corespunzător, și tehnici variate de tratare a acestor tipuri de materii prime, precum și numeroase modalități de construcție a digestoarelor și sistemelor de operare. Mai mult, în funcție de tipul, mărimea și condițiile de operare ale fiecărei fabrici de biogaz, există variate tehnologii pentru condiționarea, stocarea și utilizarea biogazului, posibil de a fi implementate. În ceea ce privește stocarea și utilizarea digestatului, acestea sunt, în principal, orientate către folosirea sa ca îngrășământ, și, de asemenea, către măsurile necesare pentru protecția mediului legate de această activitate. Etapele de procesare descrise cu caractere italice nu sunt practice comune pentru fabricile agricole de biogaz.

Biogazul produs este stocat, condiționat și folosit pentru producerea energiei. Utilizarea standard a acestuia este pentru producerea de energie prin co-generare, în central termice de tip bloc, unde are loc generarea simultană atât a electricității, cât și a căldurii. Furnizarea și transportul materiei prime joacă un rol important în cadrul operării unei fabric de biogaz. Este importantă asigurarea unei alimentări stabile și continue cu materie primă, într-o cantitate și de o calitate corespunzătoare. În cazul în care operatorul fabricii de biogas este, în același timp, și producătorul materiei prime, calitatea superioară a acesteia poate fi garantată cu ușurință. În numeroase situații, fabricile de biogaz folosesc materii prime suplimentare, provenite de la fermele din vecinătate, din industrie sau din gospodării. În aceste cazuri, managementul calității materiilor prime este, în mod inevitabil, necesar, în scopul verificării și analizării atente a materialului furnizat. Într-o primă etapă, este absolut necesar un control vizual al fiecărui lot de materie primă. Apoi, trebuie înregistrată masa de material, precum și toate celelalte date privitoare la acesta (furnizorul, data, cantitatea, tipul materiei prime, procesul de obținere și calitatea sa).

––––––-

Descrierea modului de functionare a uzinei de biogaz

Uzina de biogaz proiectata este o instalatie cu functionare continua, care este actionata termofil, resp. mezofil, in functie de randamentul gazului.

Ca purtatori de energie primara se folosesc plante energetice si ingrasamant agricol (dejectii). Plantele energetice sunt conservate in silozuri la amplasamentul uzinei si sunt pastrate pentru utilizarea in uzina de biogaz. Dejectiile sunt pompate din grajduri, resp. transportate in vase de dejectii catre bazinul de alimentare.

Purtatorii de energie primara se introduc in fermentatorul principal in forma solida (de ex. silozuri) si in forma lichida (de ex. dejectii). Surplusul de substrat este adus in fermentatorul secundar prin interemediul unei tevi de deversare. Biogazul produs prin procesul de fermentare umeda este ars intr-o centrala care genereaza curent electric si caldura. Substratul din resturi de fermentatie este depozitat temporar in bazine, apoi este imprastiat pe suprafete agricole.

Curentul electric produs este alimentat in reteaua publica. O parte din caldura produsa este utilizata pentru consumul propriu, iar cealalata parte pentru incalzire.

Se monteaza 2 torte de gaz, care sa arda biogazul in caz de supraproductie de gaz, precum si in cazul unor reparatii sau avarii la termocentrala.

Un rezervor de gaz, executat ca rezervor de joasa presiune, serveste la depozitarea intermediara a biogazului si la compensarea fluctuatiilor de productie.

Durata anuala de functionare garantata a instalatiei este de 8.300 ore, iar durata de viata a uzinei ajunge la 20 de ani.

–––––––––

Depozitarea materiilor prime are drept scop, în primul rând, compensarea fluctuațiilor sezoniere survenite în aprovizionare. De asemenea, ea servește și la amestecul diferitelor cosubstraturi, pentru o alimentare continuă a digestorului.

Tipul depozitelor depinde de natura materiei prime. Acestea pot fi clasificate, în general, în silozuri de tip buncăr, pentru materii prime solide (de pildă, silozuri pentru porumb), și în tancuri de stocare, în cazul materiilor prime lichide (de exemplu, gunoiul de grajd). În general, silozurile de tip buncăr au capacitatea de a depozita materia primă pe o perioadă de peste un an, în timp ce tancurile de stocare pentru gunoiul de grajd îl pot depozita numai un timp de câteva zile. În unele cazuri, sunt folosite și silozuri verticale, de tip cilindric, pentru depozitarea cerealelor sau chiar a gunoiului de grajd. Dimensionarea acestor facilități se face în funcție de cantitatea ce urmează a fi stocată, de intervalele dintre aprovizionări, precum și de capacitatea digestorului.

Silozurile de tip buncăr au fost proiectate inițial pentru depozitarea nutrețurilor, astfel încât să fie compensată variația sezonieră a acestora. În prezent, acest mod de depozitare este folosit din ce în ce mai mult în cazul materiilor prime utilizate pentru producerea biogazului, adică a materiilor prime energetice. Materiile depozitate trebuie să fie de proveniență vegetală, cu un conținut adecvat de umiditate (55-70%, în funcție de modul de depozitare, de gradul de compresie și de conținutul de apă ce va fi pierdut în cursul depozitării).

Materia primă stocată suferă un proces de fermentație, iar bacteriile fermentative utilizează energie pentru a produce acizi grași volatili (VFA), precum: acetat, propionat, lactat și butirat, care ajută la conservarea materialului depozitat. Rezultatul acestor procese este scăderea conținutului energetic față de materia vegetală originală, de vreme ce bacteriile fermentative folosesc o parte din cantitatea de carbohidrați pentru a produce VFA.

În țări precum Germania, materiile prime sunt depozitate în silozuri de tip buncăr, construite din beton armat sau în grămezi mari, pe sol . Materialul este compactat cu ajutorul buldozerelor, pentru a fi obținut un volum minim de depozitare, în acest mod fiind eliminat și aerul conținut. Minimizarea conținutului de oxigen este necesară, cu scopul evitării proceselor aerobe. În acest sens, se procedează și la acoperirea materialului cu folii din material plastic, fixate în loc cu ajutorul anvelopelor de mașină sau al sacilor cu nisip. Ca o alternativă, se poate folosi și acoperirea naturală, de exemplu, prin aplicarea unui strat înierbat, care ajută și la compactarea silozului . Pe unele silozuri se cultivă chiar și grâu, în timp ce altele sunt lăsate complet descoperite, lucru care conduce la scăderea costurilor pentru acoperire, însă mărește pierderile de energie ale silozului. În cazul silozurilor de tip buncăr, trebuie întotdeauna luat în considerare faptul că, în urma procesului de fermentație a materiei depozitate, sunt eliberate lichide ce pot contamina cursurile de apă, dacă nu sunt luate măsuri de precauție. Conținutul ridicat de nutrienți poate duce la eutrofizare (dezvoltarea algelor, adică înflorirea apelor). De asemenea, efluentul conține acid azotic, cu efect coroziv.

Digestoare

Elementul esențial al unei fabrici de biogaz este digestorul, un tanc de reacție etanș la pătrunderea aerului, în interiorul căruia materia primă este supusă procesului AD, având loc, astfel, producerea biogazului. Caracteristicile comune tuturor digestoarelor, în afara etanșeității împotriva pătrunderii aerului, sunt: existența unui sistem de alimentare cu materii prime, precum și a sistemelor de evacuare a biogazului și digestatului. În condițiile climaterice ale continentului european, digestoarele anaerobe trebuie izolate și încălzite. La nivel mondial, există o întreagă varietate constructivă de digestoare pentru biogaz. Astfel, sunt folosite digestoare din beton, oțel, cărămidă sau material plastic, în formă de siloz, de jgheaburi sau bazine, amplasate în subteran sau la suprafață. Dimensiunile unei fabrici de biogaz sunt determinate de dimensiunile digestoarelor, care variază de la câțiva metri cubi, în cazul instalațiilor mici, gospodărești, până la marile fabrici comerciale, care posedă câteva digestoare, fiecare cu volume de mii de metri cubi. Alegerea tipului constructiv al digestorului este determinată, în primul rând, de conținutul de apă, respectiv, de substanță uscată al substratului digestat. Așa cum a fost menționat mai înainte, tehnologia AD operează cu două sisteme de bază: digestia umedă, în cazul în care conținutul mediu de substanță uscată (DM) al substratului este mai scăzut de 15% și digestia uscată, atunci când conținutul în substanță uscată al substratului este superior acestei valori, de obicei între 20-40%. Definițiile și limitele amintite aici prezintă unele variații regionale, iar, în unele cazuri, acestea sunt stabilite prin legislație și scheme suport, așa cum se întâmplă, de exemplu, în Germania.

Digestia umedă este folosită, de obicei, în cazul substraturilor de tipul gunoiului de grajd fluid și nămolurilor de canalizare, în timp ce digestia uscată este utilizată pentru producerea de biogaz din gunoiul de grajd solid cu un conținut ridicat de paie, din reziduuri menajere și bioreziduuri orășenești solide, precum și din vegetația tăiată în scopuri de întreținere sau din materiale provenite din culturi energetice (proaspete sau însilozate). Ambele tipuri de digestoare, care folosesc AD umedă sau uscată, sunt descrise mai jos, cu accentul pe sistemele de digestie umedă, acestea reprezentând cea mai interesantă alternativă pentru fabricile agricole de biogaz.

Din punct de vedere al transferului de material prin digestor, acestea se împart în două tipuri principale: digestoare cu funcționare discontinuă și digestoare cu funcționare continuă.

Digestoarele construite din beton armat sunt suficient de impermeabile pentru gaze, datorită saturației în apă a betonului, provenită din umiditatea conținută în materiile prime și biogaz. Tancurile din beton armat pot fi instalate, complet sau parțial, în subteran. Construcția defectuoasă poate conduce la crăparea betonului, la scurgeri, coroziune și, în cazuri extreme, chiar la demolarea digestorului. Aceste probleme pot fi evitate prin asigurarea calității adecvate a betonului și prin proiectarea și construirea profesională a digestorului.

Fabricile de co-digestie ale fermelor de dimensiuni mari cuprind, de obicei, câteva sisteme de tancuri multiple. Acestea sunt, în mod normal, operate ca sisteme cu flux continuu, incluzând unul sau mai multe digestoare principale și post-digestoare. Digestoarele pot fi fie numai de tip vertical, fie se folosește o combinație între digestoare verticale și orizontale. Tancurile de stocare a digestatului servesc, de asemenea, și ca post-digestoare, fiind întotdeauna necesară acoperirea acestora cu o membrană impermeabilă pentru gaze, în scopul evitării emisiilor de metan din timpul producerii biogazului, emisii care continuă și la temperaturi mai coborâte, la nivelul post-digestorului.

Tehnologii de amestecare

O omogenizare minimă a biomasei are loc în interiorul digestorului, prin fenomenul de amestecare pasivă. Aceasta se realizează prin adăugarea de materie primă proaspătă, când iau naștere curenți subsecvenți de convecție termică, precum și prin eliberare de bule de gaz. Totuși, amestecarea pasivă este insuficientă pentru o operare optimă a digestorului, astfel încât este necesar un proces de amestecare susținut în mod activ. Amestecarea poate fi făcută mecanic, hidraulic sau pneumatic. În 85-90% din fabricile de biogaz sunt folosite echipamente mecanice. Conținutul digestorului trebuie omogenizat de câteva ori pe zi, în scopul amestecării materiei prime proaspăt adăugate cu substratul deja prezent în digestor, al prevenirii formării crustelor la suprafață precum și a straturilor de sedimentare, al aducerii în contact a microorganismelor cu noile particule de materie primă adăugată, al facilitării ridicării bulelor de gaz și al omogenizării distribuției de căldură și nutrienți. În general, mixerele pot funcționa fie în mod continuu, fie secvențial. Experiența arată faptul că perioadele de amestecare pot fi optimizate în mod empiric și adaptate specificului fabricii respective de biogaz (dimensiunile tancului, calitatea materiei prime, tendința formării straturilor de flotație). După alimentarea inițială și punerea în funcțiune a fabricii, experiența și observațiile vor determina durata optimă, frecvența secvențelor de amestecare, precum și reglajele ce trebuie aduse mixerelor.

Experiența daneză a demonstrat faptul că mixerele electrice imersate, de viteză medie, utilizate pe scară largă în trecut, s-au dovedit a fi relativ scumpe în operare și greu accesibile pentru inspecții tehnice și reparații. În schimb, mixerele cu operare continuă, la viteze mici, instalate central, la partea superioară a digestoarelor, s-au dovedit a fi o alternativă bună. Totuși, utilizarea acestora necesită o ajustare corectă a nivelului biomasei din digestor, în scopul evitării formării straturilor de flotație.

În cazul digestoarelor verticale sunt folosite, în mod frecvent, mixere submersibile de tip motor cu elice. Acestea sunt puse în mișcare prin intermediul motoarelor electrice, în mod direct (fără ajutorul mecanismelor de transmisie cu roți dințate), și sunt protejate împotriva pătrunderii apei prin carcase etanșe, fiind acoperite cu straturi de vopsea anticorozivă și răcite prin contactul direct cu materialul înconjurător. Aceste mixere sunt complet imersate în materia primă și sunt prevăzute, în mod obișnuit, cu două sau trei elice, optimizate geometric. Datorită sistemului de ghidare, constând din consolă, vinci cu cablu și șine de ghidaj, poziția mixerelor poate fi ajustată în înălțime, înclinare laterală și verticală. Mixerele cu palete prezintă o axă orizontală, una verticală și alta diagonală. Motorul este amplasat în exteriorul digestorului. Joncțiunile de trecere ale axului motorului prin plafonul, peretele sau membrana acoperișului digestorului trebuie ermetizate. O altă posibilitate de amestecare mecanică este aceea a folosirii mixerelor axiale. Acestea funcționează, adeseori, în mod continuu. Mixerele axiale sunt, în mod obișnuit, montate pe arbori de transmisie amplasați central în plafonul digestorului. Viteza de rotație a motorului, situat în exteriorul digestorului, este redusă la câteva revoluții pe minut, prin intermediul unui mecanism de transmisie. Astfel, în interiorul digestorului iau naștere curenți constanți, orientați dinspre fundul acestuia către pereții laterali.

Stocarea biogazului

În scopul optimizării procesului, producția de biogaz trebuie menținută, pe cât posibil, la un nivel cât mai stabil și constant. În interiorul digestorului, biogazul se formează în cantități fluctuante, atingându-se vârfuri de producție. De asemenea, necesitățile de biogaz (de exemplu, cele ale centralei energetice – CHP), pot fi, și ele, variabile. Pentru a compensa aceste variații, este necesară depozitarea temporară a biogazului produs, folosindu-se, pentru aceasta, facilități adecvate de stocare.

În prezent există numeroase soluții pentru stocarea biogazului. Acest lucru se poate face în partea superioară a digestoarelor, prin utilizarea unor membrane speciale, care servesc și pentru acoperirea acestora. În cazul fabricilor de dimensiuni mai mari este folosită, în mod obișnuit, depozitarea separată a biogazului, fie în incinte de sine-stătătoare, fie în spații incluse în clădirile care funcționează ca depozite. Facilitățile de stocare a biogazului pot fi operate la presiune joasă, medie sau înaltă. Alegerea corectă a sistemului de stocare a biogazului, precum și dimensionarea adecvată a acestuia contribuie în mod substanțial la eficientizarea și creșterea siguranței în ceea ce privește operarea fabricii de biogaz. O depozitare corespunzătoare a biogazului asigură cantitățile necesare și reduce pierderile acestuia, contribuind, în acest mod, la creșterea siguranței și a fiabilității.

Toate sistemele de depozitare a biogazului trebuie să prezinte etanșeitate împotriva scurgerilor de gaze și să prezinte rezistență la funcționarea sub presiune, iar în cazul incintelor de sine-stătătoare, ridicate în aer liber, neprotejate de clădiri, este necesar ca acestea să prezinte rezistență la acțiunea radiațiilor UV, a temperaturii și a apei. Înaintea punerii în funcțiune a fabricii, trebuie verificată etanșeitatea tancurilor de stocare a gazului. Din motive de securitate, acestea trebuie să fie echipate cu valve de siguranță, în scopul prevenirii distrugerilor și pentru reducerea riscurilor de operare. De asemenea, trebuie garantată protecția la explozii.

BIOGEST- Rezervorul de gaz este din beton iar in interior se afla sacul de gaz.

Pentru o stație POWERRING 600 IR/CONT WG/VG volumul standard a sacului de gaz este de 400m3. Opțional se poate alege un volum mai mare al sacului de gaz. (600m3 si 800m3). Nivelul gazului in sac este înregistrat și introdus in sistem. În funcție de nivelul din sacul de gaz sistemul de introducere a substratului este activat sau nu.

Dacă sacul de gaz este plin se va reduce introducerea substratului în fermentator iar dacă nivelul este scăzut următoarea introducere în fermentator va fi de o cantitate mai mare. Pentru a putea fi realizabil acest echilibru este nevoie de o dotare suplimentară, a sistemului de introducere, cu un cântar.

Stocarea digestatului

Digestatul poate fi stocat temporar în incinte de depozitare construite special în acest scop. Legislația multor țări europene prevede obligativitatea existenței unei capacități de depozitare pentru digestat de până la nouă luni (lucru valabil și în cazul gunoiului animal brut), în scopul asigurării unei utilizări optime a acestuia în agricultură, ca îngrășământ, precum și pentru evitarea aplicării sale în cursul anotimpului rece. Substratul digestat este pompat secvențial afară din digestor, ca digestat, și transportat prin conducte sau cu ajutorul cisternelor speciale de vidanjare până în tancurile de stocare a acestuia. Capacitatea totală a acestor tancuri trebuie să fie suficientă pentru asigurarea depozitării producției de digestat pe timp de câteva luni. Digestatul poate fi depozitat fie în tancuri construite din beton armat și acoperit cu straturi de flotație, formate natural sau artificial, sau cu ajutorul copertinelor de tip membrană fie în bazine în aer liber.

După tratarea substratului prin procesul AD sunt posibile pierderi de metan și azot din digestat, însă numeroși ani de experiență în agricultura de bună practică au arătat cele mai potrivite căi de minimizare a emisiilor, mirosurilor neplăcute, precum și a scurgerilor de nutrienți. O cale importantă de prevenire a emisiilor și scurgerilor este aceea de a depozita și manipula digestatul în mod corespunzător.

Experiența arată că o cantitate de până la 20% din totalul producției de biogaz poate lua naștere în afara digestorului, în tancurile de stocare. În scopul prevenirii emisiilor de metan și a colectării extra-producției de gaz, tancurile de stocare trebuie întotdeauna acoperite printr-o membrană impermeabilă pentru gaze, în scopul recuperării biogazului. Când digestatul este transportat către facilitățile de stocare din câmp, acestea trebuie, de asemenea, acoperite printr-un strat de flotație natural, ca o condiție minimă, în scopul reducerii riscului volatilizării amoniacului.

Fabricile de biogaz moderne păstrează întotdeauna tancurile de stocare a digestatului acoperite. Astfel, tancurile sunt protejate cu ajutorul unei membrane impermeabile pentru gaz. Depozitele în aer liber trebuie, de asemenea, să aibă întotdeauna un strat de flotație ce acoperă suprafața digestatului , în scopul creării unei bariere împotriva emisiilor de metan și amoniac.

O fabrică de biogaz reprezintă o instalație complexă, între componentele căreia există o strânsă interrelație. Din acest motiv, monitorizarea și controlul central, computerizat al acesteia reprezintă o parte esențială a operării fabricii, care trebuie să ofere garanția succesului și să prevină apariția oricărui eșec. Standardizarea și dezvoltarea continuă a tehnologiei procesului AD sunt posibile numai printr-o monitorizare permanentă și prin elaborarea documentației privind datele importante. Monitorizarea și documentarea sunt, de asemenea, necesare pentru asigurarea stabilității proceselor, prin recunoașterea deviațiilor care survin de la valorile standard. În acest mod, devine posibilă o intervenție rapidă și luarea măsurilor corective necesare.

Procesul de monitorizare include colectarea și analiza parametrilor fizici și chimici. Sunt necesare teste curente de laborator, în vederea optimizării procesului AD și a evitării colapsului procesului de producție a biogazului. Ca un minimum necesar, trebuie monitorizați următorii parametri:

• Tipul și cantitatea materiei prime introduse (zilnic).

• Temperatura de procesare (zilnic).

• Valoarea pH-ului (zilnic).

• Cantitatea și compoziția gazului (zilnic).

• Conținutul în acizi grași cu catenă scurtă.

• Nivelul de umplere.

Procesul de monitorizare trebuie să fie asistat de către constructorul fabricii, sub forma de service, ulterior fazei de construcție a acesteia.

Controlul procesului în fabricile de biogaz este din ce în ce mai automatizat, prin folosirea sistemelor de control al procesului specifice, computerizate. Este posibil chiar și controlul la distanță, utilizând tehnologia fără fir. Următoarele componente beneficiază de o tehnologie de control de ultimă generație:

– Alimentarea cu materie primă.

– Sanitația.

– Încălzirea digestorului.

– Intensitatea și frecvența amestecării.

– Îndepărtarea sedimentelor.

– Transportul materiilor prime în interiorul fabricii.

– Separarea solidelor de lichide.

– Desulfurarea.

– Producerea energiei electrice și a căldurii.

Tipul echipamentului de control și monitorizare variază de la simple temporizatoare, până la vizualizarea asistată de computer a procesului de control, prin intermediul unui sistem de alarmare la distanță. Cu toate acestea, în practică, echipamentul de măsurare și control ethnic al fabricilor agricole de biogaz este, adeseori, foarte simplu, din rațiuni economice.

GIOGEST- Stația are un sistem de operare extins pentrut controlul și întreținerea echipamentelor. Sistemul de control al procesului permite utilizatorului analiza datelor și vizualizarea de diverse reprezentări grafice ale parametrilor de proces . Fabrica de biogas dispune și de un sistem avansat de operare, care permite înregistrarea de date, monitorizarea și crearea de perspective și protocoale. Toate datele sunt înregistrate și întotodeauna disponibile pentru vizualizare, fiind afișate pe un ecran. Acest sistem de control dispune și de un sistem conectat la internet. Operatorul are intotdeauna control asupra unitatilor si poate vizualiza capacitatea de functionare.

Datele despre producerea de curent și căldură, consum de substrat, consum de gaz și consum propriu sunt înregistrate permițând realizarea unui rapor lunar sau anual.

Ca opțional se poate alege sistemul ce permite controlul asupra statiei prin SmartPhone, funcționarea fabricii putând fi observată și de la distanță.

Valoarea pH-ului oferă informații importante despre modul în care decurge procesul AD. Monitorizarea pH-ului se face pe o serie de probe reprezentative, prelevate din conținutul digestorului la intervale regulate, iar valoarea pH-ului este măsurată manual, utilizând pHmetrele obișnuite, disponibile pe piață.

Măsurarea cantității de biogaz reprezintă o modalitate importantă de determinare a eficienței procesului. Neregularitățile apărute în cadrul producției de biogaz pot indica perturbații ale procesului și facilitează ajustarea acestuia. Contoarele de gaz sunt instalate, de regulă, direct pe liniile de gaz. Cantitățile măsurate de biogaz trebuie înregistrate, în scopul evaluării tendințelor și funcționării pe ansamblu a fabricii de biogaz.

15 Functionarea si intretinerea uzinei de biogaz

15.1 Punerea in functiune/repunerea in functiune a uzinei de biogaz

Pentru a verifica etanseitatea recipientelor si a conductelor, inainte de prima punere in functiune, toate fermentatoarele si depozitele finale vor fi umplute cu apa.

1. In timpul functionarii in spatiul de gaz al recipientelor de fermentatie se pot forma amestecuri de gaze cu potential explozibil- se va evita cu desavarsire formarea de scantei.

2. La toate etapele de lucru se vor respecta normele pentru zonele Ex.

3. Fermentatoarele principale vor fi umplute cu namol pana la deversarea in fermentatorul secundar.

4. Sigurantele de suprapresiune si subtensiune ale recipientelor, precum si sifonul de preaplin al fermentatorului secundar spre depozitul final vor fi umplute .

5. Incalzirea substratului de fermenatie.

6. In timpul pornirii/incalzirii instalatiei nu se vor efectua incarcari.

7. La conducta de gaz dintre coprsor si linia de reglare a gazului se va conecta o butelie de propan, care va asigura calitatea gazului necesara in timpul fazei de pornire.

8. De indata ce in sistemul de gaz se va forma o presiune suficienta, blocul de cogenerare si toate compresoarele se vor pune in functie, iar butelia de propan se va deschide.

9. Din acest moment va incepe incarcarea fermentatorului principal cu substrat proaspat.

10. Dupa atingerea calitatii necesare a biogazului rezultat butelia de propan va fi indepartata, iar instalatia de biogaz va functiona normal.

15.2 Functionarea normala/intretinerea uzinei de biogaz

Independent de urmatoarele date se vor respecta instructiunile de folosire ale producatorilor componentelor individuale cum sunt blocul de cogenerare, pompele, dispozitivele de mixare, colectorul de gaz, contorul de subpresiune, monitorizarea spatiului de aer.

Operatorii instalatiei vor efectua la intervale regulate urmatoarele activitati:

zilnic:

documentarea contorului de gaz si a orelor de functionare ale motorului

documentarea contorului de gaz si a orelor de functionare ale cazanului de incazlire a biogazului

verificarea nivelului de ulei otorölstand kontrollieren

verificarea lampilor de defectiune in panoul de comanda

verificarea presiunii de apa din instalatia de incalzire

verificarea functionarii pompelor de dozare a aerului la instalatia de desulfurare

monitorizarea temperaturii de fermentatie

reglarea intervalelor de mixare, resp. a tehnicii de mixare in asa fel incat sa nu se formeze strat de suspensie

se vor asigura ca la toate intrarile si iesirile se respecta fluxul de substrat/ dejectii prevazut din punct de vedere tehnic

Volumul de aer dozat pentru desufurare se va adapta la rata actuala de productie a gazului (max. 12 % Vol.)

 verificarea nivelului de umplere in fermentatoare si in depozitele finale

saptamanal:

 verificarea nivelului de umplere a sigurantelor de suprapresiune si de subpresiune si a separatorului de condens

 verificarea vizuala a motoarelor si a conductelor

 se va verifica daca ventilele magnetice de gaz sunt functionale si curate

 se va verifica etanseitatea ventilelor de blocare a gazului cu inchidere automata

lunar:

 toate siberele se vor actiona de cateva ori pentru a nu se intepeni

semestrial:

 se va verifica daca instaltiile electice nu prezinta deteriorari

 verificarea functionalitatii contoarelor de subpresiune din sistemul de gaz

 verificarea senzorilor de gaz

anual:

 verificarea privind deteriorarea, etanseitatea si gradul de coroziune al componentelor instalatiei prin care trece gazul

 verificarea sigurantei la inghet a fluidelor de blocare

Un manual de instructiuni de folosire detaliat, resp. o documentatie completa poate fi intocmita abia inaintea finalizarii constructiei cu consultarea tuturor specialistilor in domeniu (electricieni, constructori de utilaje, producatori de blocuri de cogenerare, producatori de cazane de biogaz, tehnicieni in domeniul tehnicii de masurare si control).

4.1 Fabricile agricole de biogaz

Fabricile agricole de biogaz procesează, în principal, substraturi provenite din agricultură (de

exemplu, gunoi de grajd, reziduuri și produse secundare din culturile agricole, culturi

energetice dedicate – DEC etc.).

Gunoiul animal bovin și cel porcin reprezintă materia primă de bază pentru cele mai multe

fabrici de biogaz, deși, în ultimii doi ani, numărul fabricilor care utilizează DEC a crescut.

Gunoiul de grajd brut este folosit, în mod obișnuit, drept îngrășământ organic, însă procesul

AD îmbunătățește valoarea sa de îngrășământ prin:

biogazul

GHID PRACTIC

32

• Gunoiul animal de diferite proveniențe (de exemplu, gunoiul bovin, porcin sau avicol)

este amestecat în același digestor, ceea ce conduce la un conținut mai echilibrat de

nutrienți.

• Prin procesul AD, substanțele organice complexe sunt descompuse (inclusiv azotul

organic), în acest mod crescându-se cantitatea de nutrienți absorbabili de către plante.

• Co-digestia gunoiului animal împreună cu alte substraturi (de exemplu, deșeuri de abator,

grăsimi și uleiuri reziduale, deșeuri menajere, reziduuri vegetale etc.) adaugă o cantitate

substanțială de nutrienți amestecului de materii prime.

După dimensiuni, modul de funcționare și amplasare, fabricile agricole de biogaz se împart în

trei mari categorii:

– Fabrici de biogaz de nivel familial (la scară mică).

– Fabrici de biogaz de nivel fermier (de la scară medie la scară mare).

– Fabrici centralizate/de co-digestie (de la scară medie la scară mare).

2.3. INSTALAȚIA DE OBȚINERE A BIOGAZULUI

7.1 Unitatea de recepție a materiei prime

Furnizarea și transportul materiei prime joacă un rol important în cadrul operării unei fabrici

de biogaz. Este importantă asigurarea unei alimentări stabile și continue cu materie primă,

într-o cantitate și de o calitate corespunzătoare. În cazul în care operatorul fabricii de biogaz

este, în același timp, și producătorul materiei prime, calitatea superioară a acesteia poate fi

garantată cu ușurință. În numeroase situații, fabricile de biogaz folosesc materii prime

suplimentare, provenite de la fermele din vecinătate, din industrie sau din gospodării. În

aceste cazuri, managementul calității materiilor prime este, în mod inevitabil, necesar, în

scopul verificării și analizării atente a materialului furnizat. Într-o primă etapă, este absolut

necesar un control vizual al fiecărui lot de materie primă. Apoi, trebuie înregistrată masa de

material, precum și toate celelalte date privitoare la acesta (furnizorul, data, cantitatea, tipul

materiei prime, procesul de obținere și calitatea sa).

O atenție sporită trebuie acordată în cazul materiilor prime clasificate drept reziduuri, când

poate fi necesară îndeplinirea unor cerințe obligatorii (în funcție de categoria în care acestea

se încadrează), precum și a unor condiții de ordin legal și administrativ.

7.2 Stocarea și condiționarea materiilor prime

7.2.1 Stocarea materiilor prime

Depozitarea materiilor prime are drept scop, în primul rând, compensarea fluctuațiilor

sezoniere survenite în aprovizionare. De asemenea, ea servește și la amestecul diferitelor cosubstraturi,

pentru o alimentare continuă a digestorului.

Tipul depozitelor depinde de natura materiei prime. Acestea pot fi clasificate, în general, în

silozuri de tip buncăr, pentru materii prime solide (de pildă, silozuri pentru porumb), și în

tancuri de stocare, în cazul materiilor prime lichide (de exemplu, gunoiul de grajd). În

general, silozurile de tip buncăr au capacitatea de a depozita materia primă pe o perioadă de

peste un an, în timp ce tancurile de stocare pentru gunoiul de grajd îl pot depozita numai un

timp de câteva zile. În unele cazuri, sunt folosite și silozuri verticale, de tip cilindric, pentru

depozitarea cerealelor sau chiar a gunoiului de grajd. Dimensionarea acestor facilități se face

în funcție de cantitatea ce urmează a fi stocată, de intervalele dintre aprovizionări, precum și

de capacitatea digestorului.

biogazul

GHID PRACTIC

69

Silozuri de tip buncăr pentru materii prime energetice

Silozurile de tip buncăr au fost proiectate inițial pentru depozitarea nutrețurilor, astfel încât să

fie compensată variația sezonieră a acestora. În prezent, acest mod de depozitare este folosit

din ce în ce mai mult în cazul materiilor prime utilizate pentru producerea biogazului, adică a

materiilor prime energetice.

Materiile depozitate trebuie să fie de proveniență vegetală, cu un conținut adecvat de

umiditate (55-70%, în funcție de modul de depozitare, de gradul de compresie și de

conținutul de apă ce va fi pierdut în cursul depozitării).

Materia primă stocată suferă un proces de fermentație, iar bacteriile fermentative utilizează

energie pentru a produce acizi grași volatili (VFA), precum: acetat, propionat, lactat și

butirat, care ajută la conservarea materialului depozitat. Rezultatul acestor procese este

scăderea conținutului energetic față de materia vegetală originală, de vreme ce bacteriile

fermentative folosesc o parte din cantitatea de carbohidrați pentru a produce VFA.

În țări precum Germania, materiile prime sunt depozitate în silozuri de tip buncăr, construite

din beton armat (Figura 7.5.), sau în grămezi mari, pe sol (Figura 7.6.). Materialul este

compactat cu ajutorul buldozerelor, pentru a fi obținut un volum minim de depozitare, în

acest mod fiind eliminat și aerul conținut. Minimizarea conținutului de oxigen este necesară,

cu scopul evitării proceselor aerobe. În acest sens, se procedează și la acoperirea materialului

cu folii din material plastic, fixate în loc cu ajutorul anvelopelor de mașină sau al sacilor cu

nisip. Ca o alternativă, se poate folosi și acoperirea naturală, de exemplu, prin aplicarea unui

strat înierbat, care ajută și la compactarea silozului (Figura 7.6.). Pe unele silozuri se cultivă

chiar și grâu, în timp ce altele sunt lăsate complet descoperite, lucru care conduce la scăderea

costurilor pentru acoperire, însă mărește pierderile de energie ale silozului.

În cazul silozurilor de tip buncăr, trebuie întotdeauna luat în considerare faptul că, în urma

procesului de fermentație a materiei depozitate, sunt eliberate lichide ce pot contamina

cursurile de apă, dacă nu sunt luate măsuri de precauție. Conținutul ridicat de nutrienți poate

duce la eutrofizare (dezvoltarea algelor, adică înflorirea apelor). De asemenea, efluentul

conține acid azotic, cu efect coroziv.

Figura 7.5. Siloz de tip buncăr (WIKIPEDIA, 2008)

biogazul

GHID PRACTIC

70

Figura 7.6. Porumb depozitat pe sol, în grămezi mari, acoperite cu un strat înierbat (RUTZ, 2007)

Tancuri pentru stocarea materiilor prime fluide

Materiile prime fluide sunt, în general, depozitate în tancuri subterane din beton armat,

ermetizate împotriva scurgerilor. Aceste tancuri, similare celor utilizate în agricultură pentru

stocarea gunoiului de grajd fluid, au o capacitate suficientă pentru depozitarea pe o perioadă

de 1-2 zile. În scopul prevenirii emisiilor, toate tancurile de stocare trebuie acoperite. Soluția

aleasă pentru acoperire trebuie să asigure o descoperire ușoară și posibilitatea îndepărtării

sedimentelor formate. Atunci când tancurile de stocare sunt plasate la un nivel mai ridicat

comparativ cu digestorul (topografie în pantă), forța hidraulică determinată de înclinație

elimină necesitatea echipamentelor de transport (pompelor), în acest fel economisindu-se

energie.

Co-substraturile (fie lichide, fie solide) pot fi amestecate, în tancul de stocare, cu substratul

principal, zdrobite, omogenizate și transformate într-o mixtură fluidă. În acest amestec

trebuie evitată formarea cocoloașelor, sedimentarea, apariția straturilor de flotație și

separările fazelor. Din acest motiv, tancurile de stocare sunt dotate cu mixere, combinate

adeseori cu instrumente de tăiere și zdrobire pentru omogenizarea substraturilor. În cazul

tancurilor de stocare, amestecarea se efectuează cu aceleași tehnici folosite și în cazul

digestoarelor.

Tancurile de stocare necesită operații simple de întreținere, acestea incluzând îndepărtarea

straturilor de sedimente, precum și nisipul și pietrișul, care altfel ar reduce capacitatea de

depozitare a tancului. Sedimentele sunt îndepărtate folosindu-se platforme de răzuire,

dispozitive cu melc rotativ, pompe de vidanjare, tancuri de colectare sau agregate montate în

podea.

Materiile prime de proveniență industrială pot necesita măsuri de sanitație și, din acest motiv,

trebuie întotdeauna manevrate și depozitate strict separat de locul de recepție al materiilor

prime provenite din agricultură, în scopul prevenirii amestecării acestora, înainte de

procesarea cu ajutorul echipamentului de sanitație.

În scopul minimizării mirosurilor neplăcute emanate de fabrica de biogaz, ca și din motive

practice, livrarea, stocarea și prepararea materiilor prime trebuie să fie executate în încăperi

echipate cu sisteme de ventilație dotate cu biofiltre. Astfel, echipamentul este protejat, și atât

operarea, cât și activitățile de monitorizare pot fi conduse indiferent de condițiile meteo.

7.3 Sistemul de alimentare

După depozitare și pre-tratament, materia primă ce urmează a fi supusă procesului AD este

introdusă în digestor. Tehnica de alimentare a digestorului depinde de tipul materiei prime și

de fluiditatea acesteia. Materia primă fluidă este transferată din tancurile de stocare în

digestor cu ajutorul pompelor. În această categorie sunt cuprinse gunoiul animal lichid și o

serie numeroasă de deșeuri organice fluide (de exemplu, materialele de flotație din apele

reziduale menajere, reziduurile din industria lactatelor, uleiul de pește). Tipurile de materiale

solide ce nu pot fi pompate (materiale fibroase, fân, porumb însilozat, gunoi de grajd cu

conținut ridicat de paie) pot fi răsturnate sau turnate direct în sistemul de alimentare, cu

ajutorul dispozitivelor de încărcare, și, de aici, în digestor (de exemplu, printr-un sistem de

conducte echipate cu melc rotativ). Ambele tipuri de materii prime (fluide și solide) pot fi

încărcate în digestor și simultan. În acest caz, este preferabil ca alimentarea cu materiale

solide să se efectueze pe o cale auxiliară.

Din punct de vedere microbiologic, situația ideală pentru obținerea unui proces AD stabil este

aceea a unui flux continuu de materie primă prin digestor. În practică, materia primă este

adăugată cvasi-continuu, în câteva tranșe, pe parcursul unei zile. Acest fapt conduce la

economii de energie, deoarece agregatele de alimentare nu operează permanent. Există

diverse sisteme de alimentare, alegerea lor depinzând de calitatea materiilor prime, și în

primul rând de fluiditatea acestora, precum și de intervalul dintre alimentări.

O mare atenție trebuie acordată temperaturii materiei prime introduse în digestor. Între

temperatura materiilor ce urmează a fi adăugate și temperatura de operare a digestorului pot

exista mari diferențe; de exemplu, în cazul în care materia primă a fost supusă procesului de

sanitizare (până la 130°C) sau pe timpul iernii (sub 0°C). Diferențele de temperatură perturbă

biologia procesului, determinând scăderea producției de biogaz, astfel încât acestea trebuie

evitate. Există câteva soluții tehnice pentru combaterea acestei probleme, cum ar fi utilizarea

pompelor de căldură sau a schimbătoarelor de căldură pentru preîncălzirea materiilor prime

înainte de introducerea acestora în digestor.

7.3.1 Transportul materiilor prime fluide

Transferul substraturilor materiilor prime fluide din tancul de stocare în digestor se realizează

cu ajutorul pompelor. În mod frecvent, sunt utilizate două mari categorii de pompe: pompe

centrifugale și pompe de dizlocuire. Pompele centrifugale (rotative) sunt, cel mai adesea,

imersate, însă pot fi amplasate și alăturat digestorului, într-un puț sec. Pentru aplicații

speciale, sunt disponibile pompe de fragmentare, care sunt folosite în cazul materialelor care

conțin fibre lungi (paie, resturi de nutreț, iarbă cosită). Pompele de dizlocuire (pompe cu

piston, pompe cu melc rotativ excentric) prezintă o mai mare rezistență la presiune decât

pompele rotative. Acestea creează vacuum propriu, funcționează în două direcții și ating

presiuni relativ ridicate, având o capacitate de transport diminuată. Totuși, datorită prețului

scăzut, pompele rotative sunt mai frecvent alese decât cele de dizlocuire.

7.3.2 Transportul materiilor prime solide

Materiile prime solide, precum fânul, porumbul însilozat, gunoiul de grajd cu un conținut

ridicat de paie, reziduurile vegetale etc. trebuie transportate de la locul de depozitare (siloz de

tip buncăr) la sistemul de alimentare al digestorului. Aceasta se realizează, în general, prin

intermediul încărcătoarelor și al tractoarelor (Figurile 7.10. și 7.11.), iar materia primă este

introdusă în digestor, spre exemplu, cu ajutorul unui sistem de transport format dintr-un

ansamblu conductă cu melc rotativ, precum cele prezentate în Figura 7.12..

În general, sistemul de alimentare include un container, în care materialul este introdus cu

ajutorul unui tractor și al unui sistem de transport controlat în mod automat. Acesta constă

din platforme de răzuire, benzi rulante, tije de împingere și transportoare cu melc rotativ.

7.4 Conducte și armături

Conductele și armăturile folosite pentru construcția sistemelor de producție a biogazului

trebuie să prezinte rezistență la coroziune și să fie potrivite manevrării acestor tipuri de

materiale (biogazul și biomasa). Materialele utilizate pentru construcția conductelor depind

de natura substanțelor transportate și de nivelul presiunii de operare și sunt reprezentate de

PVC, HDPE, oțel simplu sau oțel inoxidabil.

7.5 Sistemul de încălzire – încălzirea digestorului

Temperatura constantă de procesare reprezintă una dintre condițiile de bază pentru operarea

în condiții stabile și obținere a unei înalte producții de biogaz. Fluctuațiile de temperatură,

inclusiv cele sezoniere, determinate de anotimp și de condițiile meteorologice, precum și

fluctuațiile locale, între diferite zone din interiorul digestorului, trebuie păstrate la un

minimum, pe cât posibil. Fluctuațiile mari de temperatură pot conduce la dezechilibrarea

procesului AD, și chiar, în cazurile cele mai grave, la eșecul complet al procesului.

Cauzele fluctuațiilor de temperatură sunt variate:

• Adăugarea unor noi cantități de materie primă.

• Formarea straturilor cu temperaturi diferite sau a zonelor de temperatură, din

cauza izolării insuficiente, a dimensionării necorespunzătoare a sistemului de

încălzire sau a unei amestecări insuficiente.

• Amplasarea inadecvată a elementelor de încălzire.

• Temperaturile exterioare extreme din timpul verii sau al iernii.

• Defectarea mecanismelor de antrenare.

În scopul atingerii și menținerii unei temperaturi constante de procesare, precum și pentru

compensarea pierderilor de căldură, digestoarele trebuie izolate și încălzite cu ajutorul

surselor externe (Figura 7.16.). Sursa de căldură cel mai frecvent folosită este căldura

reziduală provenită din centrala termică în co-generare a fabricii de biogaz.

7.6 Digestoare

Elementul esențial al unei fabrici de biogaz este digestorul, un tanc de reacție etanș la

pătrunderea aerului, în interiorul căruia materia primă este supusă procesului AD, având loc,

astfel, producerea biogazului. Caracteristicile comune tuturor digestoarelor, în afara

etanșeității împotriva pătrunderii aerului, sunt: existența unui sistem de alimentare cu materii

prime, precum și a sistemelor de evacuare a biogazului și digestatului. În condițiile

climaterice ale continentului european, digestoarele anaerobe trebuie izolate și încălzite.

La nivel mondial, există o întreagă varietate constructivă de digestoare pentru biogaz. Astfel,

sunt folosite digestoare din beton, oțel, cărămidă sau material plastic, în formă de siloz, de

jgheaburi sau bazine, amplasate în subteran sau la suprafață. Dimensiunile unei fabrici de

biogaz sunt determinate de dimensiunile digestoarelor, care variază de la câțiva metri cubi, în

cazul instalațiilor mici, gospodărești, până la marile fabrici comerciale, care posedă câteva

digestoare, fiecare cu volume de mii de metri cubi.

Alegerea tipului constructiv al digestorului este determinată, în primul rând, de conținutul de

apă, respectiv, de substanță uscată al substratului digestat. Așa cum a fost menționat mai

înainte, tehnologia AD operează cu două sisteme de bază: digestia umedă, în cazul în care

conținutul mediu de substanță uscată (DM) al substratului este mai scăzut de 15% și digestia

uscată, atunci când conținutul în substanță uscată al substratului este superior acestei valori,

de obicei între 20-40%. Definițiile și limitele amintite aici prezintă unele variații regionale,

iar, în unele cazuri, acestea sunt stabilite prin legislație și scheme suport, așa cum se

întâmplă, de exemplu, în Germania.

Digestia umedă este folosită, de obicei, în cazul substraturilor de tipul gunoiului de grajd

fluid și nămolurilor de canalizare, în timp ce digestia uscată este utilizată pentru producerea

de biogaz din gunoiul de grajd solid cu un conținut ridicat de paie, din reziduuri menajere și

bioreziduuri orășenești solide, precum și din vegetația tăiată în scopuri de întreținere sau din

materiale provenite din culturi energetice (proaspete sau însilozate). Ambele tipuri de

digestoare, care folosesc AD umedă sau uscată, sunt descrise mai jos, cu accentul pe

sistemele de digestie umedă, acestea reprezentând cea mai interesantă alternativă pentru

fabricile agricole de biogaz.

7.7 Tehnologii de amestecare

O omogenizare minimă a biomasei are loc în interiorul digestorului, prin fenomenul de

amestecare pasivă. Aceasta se realizează prin adăugarea de materie primă proaspătă, când iau

naștere curenți subsecvenți de convecție termică, precum și prin eliberare de bule de gaz.

Totuși, amestecarea pasivă este insuficientă pentru o operare optimă a digestorului, astfel

încât este necesar un proces de amestecare susținut în mod activ.

Amestecarea poate fi făcută mecanic, hidraulic sau pneumatic. În 85-90% din fabricile de

biogaz sunt folosite echipamente mecanice.

Conținutul digestorului trebuie omogenizat de câteva ori pe zi, în scopul amestecării materiei

prime proaspăt adăugate cu substratul deja prezent în digestor, al prevenirii formării crustelor

la suprafață precum și a straturilor de sedimentare, al aducerii în contact a microorganismelor

cu noile particule de materie primă adăugată, al facilitării ridicării bulelor de gaz și al

omogenizării distribuției de căldură și nutrienți.

7.8 Stocarea biogazului

În scopul optimizării procesului, producția de biogaz trebuie menținută, pe cât posibil, la un

nivel cât mai stabil și constant. În interiorul digestorului, biogazul se formează în cantități

fluctuante, atingându-se vârfuri de producție. De asemenea, necesitățile de biogaz (de

exemplu, cele ale centralei energetice – CHP), pot fi, și ele, variabile. Pentru a compensa

aceste variații, este necesară depozitarea temporară a biogazului produs, folosindu-se, pentru

aceasta, facilități adecvate de stocare.

În prezent există numeroase soluții pentru stocarea biogazului. Acest lucru se poate face în

partea superioară a digestoarelor, prin utilizarea unor membrane speciale, care servesc și

pentru acoperirea acestora. În cazul fabricilor de dimensiuni mai mari este folosită, în mod

obișnuit, depozitarea separată a biogazului, fie în incinte de sine-stătătoare, fie în spații

incluse în clădirile care funcționează ca depozite. Facilitățile de stocare a biogazului pot fi

operate la presiune joasă, medie sau înaltă.

Alegerea corectă a sistemului de stocare a biogazului, precum și dimensionarea adecvată a

acestuia contribuie în mod substanțial la eficientizarea și creșterea siguranței în ceea ce

privește operarea fabricii de biogaz. O depozitare corespunzătoare a biogazului asigură

cantitățile necesare și reduce pierderile acestuia, contribuind, în acest mod, la creșterea

siguranței și a fiabilității.

Figura 7.24. Dispozitive de siguranță la presiune și valvele aferente (AGRINZ GmbH, 2006)

Toate sistemele de depozitare a biogazului trebuie să prezinte etanșeitate împotriva

scurgerilor de gaze și să prezinte rezistență la funcționarea sub presiune, iar în cazul

incintelor de sine-stătătoare, ridicate în aer liber, neprotejate de clădiri, este necesar ca

acestea să prezinte rezistență la acțiunea radiațiilor UV, a temperaturii și a apei. Înaintea

punerii în funcțiune a fabricii, trebuie verificată etanșeitatea tancurilor de stocare a gazului.

Din motive de securitate, acestea trebuie să fie echipate cu valve de siguranță (la subpresiune

și supra-presiune – Figura 7.24.), în scopul prevenirii distrugerilor și pentru

reducerea riscurilor de operare. De asemenea, trebuie garantată protecția la explozii. Maimult, este necesară montarea unui arzător al surplusului de gaz, pentru situațiile de urgență,

iar tancul de stocare trebuie să asigure o capacitate de depozitare cel puțin egală cu o pătrime

din producția zilnică de biogaz. În mod normal, este recomandată o capacitate totală de

stocare egală cu producția fabricii pe timp de 1-2 zile.

7.9 Purificarea biogazului

7.9.1 Condiționarea biogazului

Când biogazul părăsește digestorul, acesta este saturat în vapori de apă și conține, pe lângă

metan (CH4) și dioxid de carbon (CO2), și diverse cantități de hidrogen sulfurat (H2S). Acesta

din urmă este un gaz toxic, cu miros neplăcut, similar ouălor stricate, care, în combinație cu

vaporii de apă conținuți în biogaz, formează acid sulfuric. Acidul prezintă proprietăți

corozive și atacă generatoarele unității de producere a energiei, dar și alte componente,

precum conductele de gaz și cele de evacuare. Din acest motiv, devine necesară desulfurarea

și uscarea biogazului.

7.10 Stocarea digestatului

Digestatul poate fi stocat temporar în incinte de depozitare construite special în acest scop.

Legislația multor țări europene prevede obligativitatea existenței unei capacități de depozitare

pentru digestat de până la nouă luni (lucru valabil și în cazul gunoiului animal brut), în scopul

asigurării unei utilizări optime a acestuia în agricultură, ca îngrășământ, precum și pentru

evitarea aplicării sale în cursul anotimpului rece.

Substratul digestat este pompat secvențial afară din digestor, ca digestat, și transportat prin

conducte sau cu ajutorul cisternelor speciale de vidanjare până în tancurile de stocare a

acestuia. Capacitatea totală a acestor tancuri trebuie să fie suficientă pentru asigurarea

depozitării producției de digestat pe timp de câteva luni.

Digestatul poate fi depozitat fie în tancuri construite din beton armat și acoperit cu straturi de

flotație, formate natural sau artificial, sau cu ajutorul copertinelor de tip membrană (Figura

7.31.), fie în bazine în aer liber (Figura 7.34.).

Tipul uzinei de biogaz

Instalatie agricola de biogaz pentru valorificarea materiilor prime regenerabile, cum sunt silozul de porumb, siloz de plante intregi si dejectii.

Alimentarea cu curent electric

Alimentarea cu curent electric este asigurata de racordul la reteaua de alimentare printr-o statie trafo proprie.

Alimentarea cu apa

Alimentarea cu apa potabila si menajera a uzinei de biogaz se realizeaza de la un izvor/fantana existent la ferma de porci din apropierea terenului.

Evacuarea apelor uzate

Apele uzate din cladire sunt deviate intr-un tanc de apa uzata, de unde aceasta va fi pompata la intervale regulate; apele de suprafata vor fi infiltrate local; apele de suprafata poluate din silozul orizontal sunt deviate intr-un bazin de retentie, apoi intr-un canal; apele de infiltratie din silozul orizontal sunt aduse prin buncarul de preluare in fermentator.

Descrierea componentelor instalatiei

4.2.1 Componente de infrastructura

Instalatia este dotata cu urmatoarele componente de infrastructura:

Alimentare cu energie

Instalatie de prelucrare electronica a datelor

Instalatie de comunicare

Spatiu tehnic pentru partea electrica

Spatiu de birouri si recreere

Instalatii sanitare

garderoba

sala masinilor

anexe exterioare

statie Trafo

atelier

Alimentarea cu energie

Alimentarea cu energie este asigurata printr-un racord la reteaua de alimentare.

Sistem electronic de prelucrare a datelor

Sistemul electronic deprelucrare a datelor este amplasat in birou si serveste la o coordonare mai simpla, la supravegherea si reprezentarea grafica a componentelor instalatiei. Functionarea in conditii optime a instalatiei este asigurata chiar si in cazul unei avarii la sistemul electronic de prelucrare a datelor.

La statia de comanda se va instala un racord pentru telefon si unul pentru internet, care fac posibila supravegherea de la distanta precum si atentionarea prin statie in caz de urgenta.

Spatiu tehnic pentru partea electrica

Aici se vor amplasa panourile de comanda.

Biroul

De aici se coordoneaza activitatea si surpavegherea instalatiilor.

Instalatii sanitare

Se compun din toalete si dus.

Garderoba

Sala masinilor

Aici se instaleaza termocentralele si racordurile la caldura.

Anexe exterioare

Suprafete fixe:

Zona de livrare, resp. de acces, precum si toate suprafetele de manipulare permanent carosabile vor fi prevazute cu asfalt.

Iluminare :

In zona de acces a fermentatorului si a cladirii instalatiei se va instala iluminare exterioara.

Statia Trafo

Amplasarea noii statii trafo va fi stabilita in cadrul executiei proiectului cu furnizorul de energie local. Prin acesta se va derula alimentarea cu curent electric a uzinei, precum si alimentarea retelei cu energie electrica produsa de uzina.

4.2.2 Linia de substrat

Sistem de silozuri

Plantele energetice depozitate in silozul de stocare orizontal vor fi preluate de un incarcator pe pneuri si vor fi introduse in bazinele sistemelor de alimentare.

Sistem de alimentare

Bazinul de stocare respectiv este prevazut pentru aproximativ o cantitate zilnica. De aici silozul ajunge in snecul de alimentare, care alimenteaza fermentatorul cu substrat.

7.4 Sistem de alimentare

Alimentarea substraturilor in instalatia de biogaz se realizeaza in mod egal pe tot parcursul zilei, durata de alimentare fiind de cate 5 minute la fiecare ora.

Volum rezevor: 80 m³

Material: tabla zincata

Durata de viata: 18 ani, cu revizii generale o data la 6 ani.

Bazinul de preluare

Bazinul de preluare serveste la preluarea dejectiilor. De la bazinul de preluare dejectiile depozitate intermediar sunt pompate prin instalatia de pompare principala in cele trei fermentatoare principale.

Fermentatorul principal

Alimentarea substratului in fermentator cu ajutorul snecului se face la cca. 1,5 m sub nivelul constant al lichidului de lucru. Pentru a omogeniza si produce o distributie de temperatura uniforma a substraturilor aflate in fermentator, se mixeaza si in timpul procesului de alimentare. Incalzirea substraturilor se face printr-o conducta de incalzire , care este situata pe partea exterioara a fermentatorului principal. Astfel se creeaza pentru microorganisme conditii ideale de descompunere a substantei organice.

Pentru ajustarea continutului de SU (substanta uscata) a substratului de fermentatie din fermentatorul principal, se poate redirectiona zilnic cu ajutorul pompei centrale un curent partial de substrat de fermentatie in fermentatorul principal.

Pentru a evita formarea de straturi de suspensie, precum si o suprasolicitare a dispozitivului de mixare continutul de SU nu va depasi 10% in fermentatorul principal.

In fermentatorul principal se realizeaza cea mai mare parte a productiei totale. Pentru asigurarea unei productii de gaz constante, alimentarea se face de mai multe ori pe zi in parti relativ egale.

Fermentatorul secundar

Deoarece fermentatorul principal este actionat la un nivel constant al lichidului de lucru, in fermentatorul secundar se directioneaza zilnic, automat, cantitatea de substrat in exces din ferementatorul principal.

In fermentatorul secundar se creeaza de asemenea pentru microorgansime conditii ideale de descompunere a substantelor organice.

Pentru omogenizarea substratului se utilizeaza doua dispozitive de mixare.

Datorita faptului ca descompunerea substantei organice a avut deja loc, in fermentatorul secundar se estimeaza o productie de gaz mai mica decat in fermentatorul principal.

Statia de pompare principala

Statia de pompare principala se va instala intre fermentatorul 2 si 3.

Ea va constitui o executie redundanta cu 2 pompe si va servi la:

alimentarea fermentatoarelor 1 pana la 3 cu dejectii din bazinul de preluare

repompare intre bazine (recirculare)

golirea fermentatoarelor in bazinul final cu colector de gaz.

Bazin final cu colector de gaz

In functie de cantitatea de substrat introdusa zilnic in fermentatoare se va introduce substrat fermentat in bazinul final cu colector de gaz.

Acest lucru se va realiza cu ajutorul pompelor din statia de pompare principala.

Pentru omogenizarea substratului se vor folosi trei dispozitive de mixare.

Separator cu camera de pompare si rezervor de dejectii

Separatorul se va instala intr-un turn vertical izolat si va fi astfel amplasat incat turtele presate sa poata fi proiectate pe suprafata de depozitare ce se afla sub acesta.

Acesta serveste la separarea fazelor dejectiilor intr-o faza solida cu aprox. 21 % continut de SU si una lichida.

Faza lichida este directionata prin conducta de retur in rezervoarele de dejectii lichide.

Intre turnul separatorului si rezervorul de dejectii lichide se va instala o camera de pompare.

In aceasta se afla 2 pompe, care au urmatoarele sarcini:

Suctiune din bazinul final cu colector de gaz

Alimentare separator

Suctiune din putul de dejectii lichide

Alimentarea bazinelor finale 1 pana la3

Bazinele finale 1 pana la 3

Dupa procesul de separare cele 3 bazine finale din email se vor alimenta cu dejectii lichide.

Cele 3 bazine finale impreuna cu bazinul final cu colector de gaz sunt prevazute pentru o durata de depozitare de 150 de zile.

Preluarea dejectiilor din rezervorul de dejectii pentru imprastierea pe suprafete agricole are loc cu ajutorul conductelor de preluare.

4.2.3 Linia de gaz

Generalitati

Prin procesul biologic de fermentatie din instalatia de gaz se formeaza biogaz cu diferite concentratii de metan, in functie de materiile prime utilizate. Deoarece instalatia este conceputa pentru utilizarea preponderenda a plantelor energetice si a dejectiilor, in gazul format se estimeaza un continut de metan de cca. 52 % .

Desulfurare:

In modul de functionare normal gazul produs este directionat din fermentatorul principal in fermentatorul secundar. Pentru desulfurare, in zona conductelor se dozeaza cu ajutorul unui ventilator intre 0 si 3% aer proaspat, in functie de productia de biogaz. Acesta impreuna cu cantitatea mica de oxigen adusa odata cu aerul proaspat este utilizata de bacteriile de sulf pentru transformarea hidrogenului sulfurat (H2S) in sulf elementar. Astfel termocentrala este protejata de hidrogenul sulfurat, iar sulful ramane in continutul dejectiilor ca un nutrient vegetal valoros. Prin directionarea biogazului din FP- FS se obtine o desulfurare mai buna a biogazului.

In cazul lucrarilor necesare pentru revizie fiecare fermentator poate fi deconectat individual de la sistemul de gaz.

Cantitatile de aer exacte, necesare, rezulta din restul de hidrogen sulfurat, care se va masura la aparatul de analiza a gazului, si vor fi reglate la ventilele de dozare ale suflantei in functie de necesitati si in limitele mentionate. Dozarea maxima admisa este de 10% din productia de biogaz.

Separatorul de condens:

Pentru indepartarea condensului din biogaz se instaleaza in cel mai adanc punct al conductei de gaz un separator de condens sub forma unui obturator hidraulic(etansare prin apa) cu siguranta integrata de suprapresiune si subpresiune. Prin racirea gazului la directionarea catre termocentrala se formeaza apa de condens, care este evacuata din sistem prin conducta de gaz cu cadere libera spre separatorul de condens. Separatorul de condens este executat inchis, iar condensul format se va pompa in groapa de alimentare.

Siguranta de suprapresiune si subpresiune la linia de gaz

Presiunea de lucru in sistemul de gaz este intre 0 si 5 mbari.

La atingerea unei presiuni de 5 mbari in conducta de gaz se declanseaza siguranta de suprapresiune si subpresiune din separatorul de condens.

Siguranta de suprapresiune si subpresiune este compusa dintr-un obturator hidraulic, care la 5 mbar porneste si evacueaza pentru scurt timp gaz pana la scaderea presiunii. Purjarea lichidului de inchidere este evitata printr-o teava verticala de min. 3m, astfel incat dupa scaderea presiunii sa existe din nou obturator hidraulic si sa nu aiba loc o scurgere de gaze necontrolata. Datorita formarii de condens (cca. 200 l/zi) completarea apei de etansare nu este necesara.

Siguranta de suprapresiune si subpresiune este dotata cu un sistem de blocare.

Siguranta de suprapresiune si subpresiune la fermentator

Fermentatoarele principale si secundare sunt dotate cu o siguranta de suprapresiune si subpresiune (siguranta la presiune). Sistemul de siguranta functioneaza prin intermediul unui obturator hidraulic reglat la o presiune de peste 15 mbar cu o teava de evacuare inalta de min. 3 m DN300.

Pentru inlocuirea pierderilor de apa prin evaporare exista un racord la apa destinat reumplerii. Reumplerea are loc automat si din ora in ora. Sigurantele de suprapresiune si subpresiune nu sunt dotate cu un sistem de blocare.

Suplimentar pentru siguranta la presiune in fermentatorul principal si cel secundar este prevazuta o decompresiune. Acesta consta intr-o clapeta de suprapresiune, care este reglata la 15 mbar si care se inchide singura dupa pornire.

Intrerupator pentru subpresiune

Pentru a evita o subpresiune in fermentatoare si patrunderea aerului in sistemul de gaz, datorata formarii de prea putin gaz, cu ajutorul unei sonde de masurare a presiunii, la o presiune a gazului de 0 mbar, sistemul de comanda principal al instalatiei opreste termocentrala si compactoarele, respectiv dispozitivele de mixare din fermentatoare, precum si suflanta pentru desulfurare.

Datorita obturatoarelor hidraulice existente, sistemul este asigurat suplimentar contra unor presiuni mai mici de -5 mbar.

Colector de gaz

Pentru colectarea biogazului format se utilizeaza un colector de gaz extern montat la bazinul final cu membrana dubla. Aceasta colectare intermediara este necesara in primul rand pentru a compensa fluctuatiile productiei de gaz si pentru a evita astfel pornirea si oprirea frecventa a termocentralei, si pentru a putea efectua lucrarile de intretinere la intervale regulate fara pierderi de gaz.

Alte componente

Conducta de gaz care duce la tortele de gaz este dotata cu un ventil magnetic si cu o clapeta de blocare care se actioneaza manual.

Reglarea presiunii de lucru necesare pentru termocentrala si pentru torta de biogaz se efectueaza prin linia de reglare a presiunii gazului (linia de gaz de siguranta) a termocentralei resp. a producatorului de torte de gaz.

Gazul de ardere din termocentrala rezultat din procesul de ardere este directionat deasupra cladirii operationale prin amortizoare de zgomot pentru gazele arse .

7.8 Tortele de gaz

Tortele de gaz sunt in functiune numai in faza de punere in functiune, in cazul unei avarii la blocul de cogenerare sau in cazul unei supraproductii de gaz. Prin furnizarea regulata a substraturilor si printr-o dozare buna a acestora se evita o supraproductie de gaz, iar instalatia va functiona eficient.

In cazul unei defectiuni la blocul de cogenerare alimentarea uzinei va fi intrerupta imediat, astfel incat functionarea tortelor de gaz nu va fi necesara decat in timpul zilei, iar substratul nu va fi risipit. Deoarece iesirea conductelor de gaz la tortele de gaz a fost instalata dupa compresor si inaintea siberului principal de blocare a gazului, este asigurata functionarea chiar si dupa distribuirea gazului din incaperea blocului de cogenerare.

2x torte de gaz:

Material: inox 1.4301

Racord curent: 230 V, 50 Hz

Nivel zgomot torta de gaz: 70 dB(A) la distanta de 3 m

7.9 Separatorul

Separatorul este amplasat intr-un turn propriu din otel, in asa fel incat turtele presate sa cada liber in depozitul aflat dedesubtul acestuia. Separatorul separa dejectiile intr-o faza solida si una lichida. Faza lichida este adusa prin retur in recipientul colector. Prin separare se reduce volumul necesar pentru depozitul final.

8 Descrirerea partii electrotehnice

8.1.3 Statia trafo

Furnizarea energiei electrice produse de blocul de cogenerare in reteaua locala – furnizorii locali de energie se realizeaza printr-un cablu de joasa tensiune de la generator la noua statie trafo care urmeaza a fi instalata.

Instalarea statiei trafo pentru injectarea in retea se va realiza in conformitate cu reglementarile furnizorilor de energie locali.

8.2 Alimentarea cu curent electric a uzinei de biogaz

Alimentarea cu curent electric a viitoarelor instalatii, precum si a consumatorilor instaltiei se face prin distribuitorul de joaa tensiune.

Distribuitorul de joasa tensiune este amplasat in panourile de comanda.

Cablajul pentru joasa tensiune se va realiza prin pamant, conform directivelor in vigoare pana la camera de distributie, iar daca normele nu prevad acoperirea cu minim 70 cm in zona cablata, aceasta va fi protejata corespunzator contra deteriorarii mecanice.

8.2.2 Dispozitive de mixare

Dispozitvele de mixare montate sunt dispozitive de mixare lente cu pale, respectiv palete de mixare cu motoare electrice exterioare si corespund normelor in vigoare de protectie contra exploziilor.

8.2.3 Pompele

Pompele instalate sunt pompe montate pe uscat in centrul de pompare

(pompe cu piston rotativ).

8.2.4 Instalatiile de iluminare si energie

Alimentarea cu curent electric a noilor constructii, precum si a consumatorilor uzinei se face printr-un distribuitor de joasa tensiune.

8.3 Intretinerea si monitorizarea la distanta

Prin intermediul sistemului de comanda automat centralizat instalatia de biogaz va fi dotata cu intretinere si monitorizare la distanta, precum si sistem de alarma prin statie.

8.4 Pamantarea si protectia antitrasnet

8.4.1 Generalitati

Toate componentele uzinei de biogaz sunt protejate cu o instalatie de pamantare si de protectie antitrasnet.

9 Descrierea constructiva

In general este valabil:

Grosimile peretilor, tavanelor si a placii de fundatie sunt valori empirice. Masuratorile care urmeaza a fi realizate vor fi stabilite in proiectul in detaliu.

Trecerile prin fermentator vor fi execute din materiale rezistente (inox 1.4301) la substantele si conditiile de proces existente, si vor fi impermeabile la gaz si la lichide (trecere teava cu flansa etans).

9.1 Siloz orizontal

9.2 Generalitati

Silozul orizontal serveste la insilozarea plantelor energetice si se compune din 3 compartimente. Aceste trei compartimente sunt formate din 5 pereti lungi de beton armat, din care unul este oblic. Placa de fundatie se va executa din beton si va fi suprainaltata catre suprafetele carosabile.

Acoperirea substratului se va face cu o folie.

Pentru asanarea silozului placa de fundatie va fi executata cu o inclinatie pe lungime de 1,0 % , si pe latime de 2,0 %.

Apa de infiltratie rezultata din siloz va fi deviata in patru puturi de apa de infiltratie, iar de acolo va fi pompata prin conductele de asanare (DN200) in cadere libera si prin putul de pompare in buncarul de preluare.

Apa provenita din precipitatii va fi directionata cu ajutorul inclinatiei palcii de fundatie a silozului intr-o rigola, apoi va fi dusa spre un bazin de acumulare a apei de ploaie.

Daca silozul se umple partial, gurile de alimentare pentru apa de infiltratrie vor fi inchise, astfel incat prin suprafetele deschise ale silozului precipitatiile vor fi din nou directionate spre putul de admisiune a apei de ploaie si ulterior spre bazinul de acumulare care va fi construit.

9.3 Masuratori

Siloz orizontal L = 130,00 m B = 115,00 H = 4,00 m = 72.855 m³

Suprafata totala = 16.190 m²

9.4 Materiale

Structura bazei: 20 cm beton armat 25/30 B6 fara C3A – F45 GK32

30cm albie de balast

9.5 Recipient de preluare

a) Dimensiuni = 18,0m HGES = 4,0m HN = 3,50m

VGES = 1017m³ VN = 890m³

b) Materiale/Structura

Structura bazei: 25cm beton armat C25/30 B6 C3A-frei F45 GK32

8cm strat de egalizare

33cm

Structura peretelui: 25 cm beton armat fara C25/30 B6 C3A- F45 GK16

9.6 Sistemul de alimentare cu substrate

a) Generalitati

Alimentarea se realizeaza in principiu prin intermediul unui rezervor si a unui snec de alimentare.

Pentru sistemul de alimentare va fi prevazuta o suprafata de rezemare betonata.

b) Dimensiuni suprafata de rezemare L = 12,80 m B medie = 5,10 m

c) Materiale/Structura

Carcasa: otel zincat, tabla trapezoidala din otel zincat

Placa de rezemare: beton armat C20/25 B2 GK32

9.7 Fermentator principal

a) Generalitati

Fermentatorul principal va fi executat ca un recipient circular din structura de beton armat monolit.

b) Dimensiuni

Fermentator: Øi= 23,50 m Øa= 39,00 m HN= 5,50 m Hges= 6,00 m VN = 4.985 m³

Placa de fundatie: Øi = 23,50 m Øa = 40,04 m D = 0,28 m

Perete interior: H = 6,00 m D = 0,25 m

Perete exterior: H = 6,00 m D = 0,28 m

Capac: Øi = 23,50 m Øa = 39,56 m D = 0,25 m – 0,29 m

c) Materiale/Structura

Structura placa de fundatie: 28 cm beton armat fara C3A-F45 GK32

8 cm izolatie (XPS)

10 cm beton slab armat

46 cm

coeficient de transfer termic U = 0,43 W/m˛K

Structura perete exterior: 28 cm beton armat fara C25/30 B6 C3 A-F45 GK16

8 cm izolatie (XPS; peste teren cu invelis de tabla)

36 cm

coeficient de transfer termic U = 0,39 W/m²K

Structura perete interior: 25 cm beton armat C25/30 B6 fara C3A-F45 GK16

coeficient de transfer termic U = 6,0 W/m²K

(nu este prevazuta izolare la caldura)

Structura tavan: 25 -29 cm beton armat fara C25/30 B6 C3A -F45 GK32

8 cm izolatie

10 cm sapa

43 – 47 cm

coeficient de transfer termic U = 0,43 W/m²K

Grosimile peretilor, tavanelor si ale placilor de fundatie sunt valori empirice. Dimensiunile de executie se vor prelua din proiectele de statica.

Deasupra tavanului de beton se va crea o legatura intre fermentatorul principal si fermentatorul secundar, prin care va fi directionat biogazul din fermentatorul principal in fermentatorul secundar. Aceasta conducta se va executa din inox 1.4301 si o clapeta de inchidere a gazului.

9.8 Fermentatorul secundar

a) Generalitati

Fermentatorul secundar se va amplasa in interiorul fermentatorului principal cicular si va fi executat din beton armat monolit.

In cazul lucrarilor de revizie la fermentatorul secundar biogazul se va extrage numai de la fermentatorul principal.

b) Dimensiuni

Dimensiuni

Fermentator secundar Øi= 23,00 m HN= 6,50 m Hges= 7,00 m VN = 2.700 m³

placa de fundatie: Ø = 23,50 m D = 0,28 m

perete: H = 6,00 m D = 0,25 m

placa tavan: Ø = 23,50 m D = 0,29 m – 0,35 m

c) Materiale/Structura

Structura fundatiei: 28 cm beton armat fara C25/30 B6 C3A – F45 GK32

8 cm izolatie (XPS)

10 cm beton slab armat

46 cm

coeficient de transfer termic U = 0,43 W/m²K

Structura peretelui: 25 cm beton armat fara C25/30 B6 C3A -F45 GK16

coeficient de transfer termic U = 6,0 W/m²K

(nu este prevazuta izolare la caldura)

Structura tavan: 29 – 35 cm beton armat fara C25/30 B6 C3A -F45 GK32

8 cm izolatie

10 cm sapa

48 – 53cm

coeficient de transfer termic U = 0,43 W/m²K

Grosimile peretilor, tavanelor si ale placilor de fundatie sunt valori empirice. Dimensiunile de executie se vor prelua din proiectele de statica.

9.9 Sala pompelor, putul separatorului de condens

a) Generalitati

Statia principala de pompare va fi realizata ca o sala de pompe.

b) Dimensiuni B/H/L mediu= 17,62m/2,60m/12,70m

9.10 Colector de gaz

a) Generalitati

Compartimentul colectorului de gaz va fi executat ca un colector de gaz cu membrana dubla.

b) Dimensiuni

 = 35,00m, H = 7,86m

VN = 6.740m³

c) Materiale/Structura

-1 membrana exterioara de colectare din tesatura de poliester cu strat de PVC pe ambele parti

-1 membana interioara din tesatura de poliester cu strat de PVC pe ambele parti

-1 ventil de reglarea presiunii

-1 supapa de retinere

-1 ventil de siguranta ca obturator hidraulic 10mbar

-1 profil metalic – inel

-1 cuplaj cu membrana

9.11 Recipient colector separator

a) Dimensiuni  = 14,0m HGES = 4,0m HN = 3,50m

VGES = 616m³ VN = 539m³

b) Materiale/Structura

Structura fundatie: 25cm beton armat fara C25/30 B6 C3A- F45 GK32

8cm strat de egalizare

33cm

Structura perete: 25 cm beton armat fara C25/30 B6 C3A- F45 GK16

Perete separator: 10cm beton armat fara C25/30 B6 C3A- F45 GK16

10.2.4 Bazinul de preluare

Dejectiile sunt introduse in bazinul de preluare printr-un orificiu de umplere care este acoperit cu un capac carosabil. Emisiile de miros apar numai in momentul umplerii si pentru foarte scurt timp

Bazinul de preluare serveste la preluarea:

Dejectiilor (dejectii porci)

Apei de infiltratie

Apei de suprafata din zona de preluare

10.2.5 Fermentatorul

Fermentatoarele sunt recipiente inchise din beton armat monolit.

In peretele fermentatorului vor monta din motive tehnice treceri de tevi si aparate. Aceste treceri vor fi executate din materiale durabile (inox 1.4301) rezistente la mediile prezente si la condiiile de procesare, vor fi impermeabile la gaz si la lichide (executie teava cu flansa etansa).

Componenta principală a unei fabrici de biogaz este digestorul (tancul de reacție AD), care

este acompaniat de un număr de alte componente (Figura 7.2.).

2.4. PRODUSE FINALE

14 Date privind deseurile rezultate

14.1 Substrat din resturi de fermentatie

Substratul din resturi de fermentatie reprezinta un ingrasamant valoros pentru suprafetele agricole Evacuarea substratului de fermentatie rezultat din productia de biogaz (dejectii de biogaz) se realizeaza in sensul unei economii in circuit, datorita faptului ca acesta este din nou imprastiat pe suprafetele agricole pe care au fost cultivati purtatorii de energie primara pentru uzina.

Suprafata agricola pe care se va imprastia fertilizantul este de circa 1000ha.

Pentru imprastierea fertilizantului propunem un utilaj de la firma Fliegl (Fliegl

VFW 25000 Tridem Vakuumfasswagen).

Continutul de sulf din reziduul fermentat este functie de rezidurile animale

folosite incipient: empiric, cantitatile de sulf care scapa prin biogaz sub forma

de hidrogen sulfurat sunt neglijabile. Testele releva un continut de sulf elemen-

tar in materialul fermentat (fertilizant) de 0.1 – 0.7kg/t.

14.2 Substante pentru functionarea uzinei

Blocurile de cogenerare sunt dotate cu un dispozitiv de reumplere automata a uleiului de lubrifiere. Ambele bazine de depozitare a uleiului (ulei proaspat si ulei folosit) se gasesc in cladirea operationala, intr-o incinta separata.

Uleiul uzat acumulat in acest mod se evacueaza corespunzator la intervale regulate.

14.3 Apele uzate menajere

Apele uzate sunt deviate in buncarul de preluare .

14.4 Deseurile menajere

Deseurile menajere produse de instalatia de biogaz sunt evacuate prin unitate.

5 Utilizarea biogazului

Biogazul numără o serie de utilizări în domeniul energetic, în funcție de natura sursei și de

cererea locală de energie. În general, biogazul poate fi folosit pentru producerea de căldură

prin ardere directă, pentru producerea de energie electrică prin intermediul pilelor electrice

sau a microturbinelor, pentru co-generarea energiei electrice și termice în unități CHP sau

drept combustibil pentru autovehicule.

5.1 Proprietățile biogazului

Proprietățile și compoziția biogazului variază în funcție de tipul și structura materiei prime,

sistemul de procesare, temperatură, timpul de retenție, volumul încărcăturii etc. Conținutul

energetic al biogazului se găsește în legăturile chimice ale metanului. Valoarea căldurii

specifice medii a biogazului este 21 MJ/m3, densitatea medie 1,22 Kg/m3 (pentru un conținut

în metan de 50%), iar masa este similară cu aceea a aerului (1,29 Kg/m3). Compoziția medie

a biogazului este prezentată în Tabelul 5.1..

biogazul

GHID PRACTIC

43

Productivitatea în metan a substraturilor supuse procesului AD depinde de conținutul de

proteine, grăsimi și glucide, așa cum este prezentat în Tabelul 5.2..

Compoziția biochimică a diferitelor tipuri de materii prime este determinantă pentru

productivitatea lor în metan, așa cum reiese din Tabelul 5.3..

5.2 Combustia directă și utilizarea căldurii

Cea mai simplă cale de utilizare a biogazului este arderea sa directă în boilere sau cuptoare,

metodă folosită pe scară largă în țările dezvoltate, în cazul biogazului provenit din digestoare

mici, familiale.

În țările dezvoltate, de asemenea, este folosită și combustia directă în cuptoare pentru gaz

natural. În scopul generării căldurii, biogazul poate fi supus combustiei fie la locul producerii

sale, fie transportat prin conducte către utilizatori. Pentru încălzire, biogazul nu trebuie

îmbunătățit, iar nivelul de contaminare nu limitează utilizarea acestuia atât de mult, precum

în cazul altor aplicații. Totuși, biogazul necesită, ulterior producerii, un pre-tratament

constând în condensare și deshidratare, înlăturarea particulelor, comprimare și răcire.

5.3 Generarea combinată a energiei (CHP)

Generarea combinată a energiei (numită și co-generare) din biogaz este considerată o

utilizare foarte eficientă a acestuia. Înainte de conversia în CHP, biogazul este degazat și

uscat. Majoritatea motoarelor cu gaz prezintă limite maxime admise pentru hidrogenul

sulfurat, hidrocarburile halogenate și siloxanii conținuți în biogaz. Motorul generatorului

CHP are un randament de până la 90% și produce aproximativ 35% electricitate și 65%

căldură.

6.2 De la gunoi animal la digestat, ca îngrășământ

6.2.1 Biodegradarea materiei organice

biogazul

GHID PRACTIC

54

Tratamentul gunoiului animal în fabricile de biogaz constă în biodegradarea compușilor

organici până la substanțe anorganice și metan. În practică, fabricile de biogaz care

procesează gunoiul de grajd prezintă o rată a degradării materiei organice de aproximativ

40% pentru gunoiul bovin și de 65% pentru cel porcin. Rata de degradare depinde, în general,

de tipul materiei prime, de timpul de retenție hidraulică (HRT), precum și de temperatura de

procesare. Datorită procesului de degradare a materiei organice, digestatul este ușor de

pompat și de aplicat ca îngrășământ, nefiind necesară, în prealabil, o amestecare puternică a

acestuia, comparativ cu gunoiul brut, netratat.

6.2.2 Reducerea mirosurilor neplăcute

Unul dintre avantajele sesizate imediat ale tehnologiei AD este reducerea semnificativă a

substanțelor odorifere emanate de gunoiul de grajd (acizi volatili, fenol și derivați ai

acestuia).

Experiența demonstrează faptul că până la 80% dintre mirosurile emanate de substraturile

materiei prime pot fi reduse cu ajutorul tehnologiei AD.

6.3 Aplicarea digestatului ca îngrășământ

Digestatul este mai omogen, comparativ cu gunoiul brut, având și un raport N-P îmbunătățit.

De asemenea, acesta prezintă un conținut cunoscut de nutrienți, permițând, așadar, o dozare

precisă, deci o bună integrare a acestuia în schemele de fertilizare ale fermelor. Digestatul

conține mai mult azot anorganic, mai ușor accesibil plantelor decât în cazul gunoiului brut.

Eficiența în azot a acestui îngrășământ este în mod considerabil crescută, iar pierderile de

nutrienți cauzate de scurgeri și prin evaporare vor fi minime, atunci când digestatul este

folosit în conformitate cu principiile agriculturii de bune practici. Pentru o utilizare optimă a

digestatului ca îngrășământ, trebuie luate în considerare aceleași reguli de bază, aplicabile și

în cazul gunoiului brut:

• Asigurarea unei capacități suficiente de stocare (pentru minimum 6 luni).

• Restricționarea aplicării la o anumită perioadă de timp.

• Respectarea cantității optime aplicate la hectar.

• Respectarea tehnicii de aplicare.

Datorită omogenității și fluidității sale ridicate, digestatul se infiltrează în sol mai rapid decât

gunoiul brut.