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

Владельцы патента RU 2538566:

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котельных агрегатах для утилизации птичьего помета, в том числе непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения. Техническим результатом является сжигание птичьего помета с полным дожигом вредных и зловонных газов. Способ предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. При этом птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести, а затем в последовательно расположенные слои (зоны) кипы нижней слоевой части топочной камеры: слой сушки и выделения летучих, слой раскаленного инертного кокса, восстановительный слой, окислительный слой выгорания кокса, слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои, с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики. Более конкретной областью использования изобретения будет топочная техника, например котельные агрегаты, в том числе мобильные, утилизирующие птичий, например куриный, помет непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения.

В качестве аналогов предлагаемого изобретения могут быть выбраны следующие технические решения.

Известен факельный способ сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в камерной гамма-топке с пересекающимися струями (Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов, М.: Энергоатомиздат, 1990, стр.18, рис.8). В такой топке обеспечивается высокая теплонапряженность топочного объема, хорошее удержание частиц топлива в топочном объеме вследствие создания вихревого движения газов с горизонтальной осью вращения, обеспечивающее высокую полноту сгорания. Недостатком данного способа является нестабильность топочного процесса при колебаниях нагрузки по расходу и влажности топлива, высокая температура, приводящая к образованию вредных окислов NO x , неприспособленность для сжигания крупнофракционных высоковлажных топлив, к которым относится птичий помет.

Известен способ сжигания измельченного топлива, описанный в патенте RU 2127399, опубликованном 10.03.1999, при котором температуру в предтопке поддерживают на уровне, не превышающем температуру размягчения золы. Недостатком данного способа применительно к задаче сжигания птичьего помета является невозможность термического разложения вредных продуктов газификации птичьего помета вследствие относительно низкой температуры топочного процесса и отсутствие возможности предварительной подсушки топлива внутри самой топки вследствие циклонного принципа сжигания.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрано устройство для сжигания смеси углеродосодержащих материалов и помета по патенту RU 2375637, опубликованному 10.12.2009, и соответственно способ сжигания помета, описанный в данном источнике. Предложенное устройство включает топку для сжигания птичьего помета, содержащую радиационную камеру с дутьевыми соплами. Способ сжигания птичьего помета в известном устройстве предусматривает подачу птичьего помета в радиационную камеру с организацией процесса сжигания топлива в ее нижней слоевой части и дожитом генераторного газа и летучих в ее верхней части. Известное из RU 2375637 устройство предназначено непосредственно для сжигания подстилочно-пометной массы, однако для данного устройства будут характерны все недостатки, перечисленные выше для способа по патенту RU 2127399. То есть также невозможно термическое разложения вредных и зловонных продуктов газификации птичьего помета и отсутствует возможность предварительной подсушки топлива внутри самой топки вследствие отсутствия механизма подачи топлива. Кроме того, устройство по RU 2375637 достаточно сложно по конструкции, включающей систему перегородок между массой сжигаемого помета и топливом для сжигания, расположенную в радиационной камере топке (очевидна их низкая надежность), а также предусматривающей необходимость отдельного узла для очистки уходящих газов.

В свою очередь предлагаемое изобретение позволит устранить указанные выше недостатки и позволит предложить способ для сжигания птичьего помета, а также топку для осуществления способа, которые позволят сжигать птичий помет с полным дожигом вредных и зловонных газов. Указанный технический результат достигается при использовании предложенного способа сжигания птичьего помета, а также котла для осуществления способа.

Предложенный способ сжигания птичьего помета предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания топлива в ее нижней топочной части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. В отличие от аналога птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с его подсушкой при движении через упомянутую часть под действием силы тяжести. В нижней слоевой части топочной камеры организуют полугазогенерационный процесс сжигания в перемешиваемой кипе, содержащей слой раскаленного инертного кокса с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. При этом в вихревую часть топочной камеры вдувают струи подогретого вторичного воздуха, направленные навстречу друг другу. В нижнюю слоевую часть топочной камеры подают подогретый первичный воздух. Упомянутую кипу перемешивают шурующей планкой. Уходящие газы из топочной камеры попадают в радиационную камеру.

Предложенный котел для сжигания птичьего помета представляет собой топочную камеру, разделенную на верхнюю вихревую часть с, по меньшей мере, одним окном выгрузки птичьего помета и дутьевыми соплами вторичного воздуха и нижнюю слоевую часть, оборудованную средствами организации полугазогенерационного процесса сжигания в перемешиваемой кипе, содержащей слой раскаленного инертного кокса. В нижней слоевой части топочной камеры расположена колосниковая решетка, на которой снизу вверх размещены слои кипы: зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы, в которой перемещается шурующая планка; окислительная зона выгорания кокса; восстановительная зона; зона инертного кокса; зона сушки и выделения летучих. В колосниковой решетке исполнены дутьевые сопла первичного воздуха. В самом верху топочной камеры встроены сопловые насадки, через которые в котел вдувается вторичный воздух, образующий вихревую зону горения. С верхней вихревой частью топочной камеры связана радиационная камера. Стены топочной камеры и радиационной камеры экранированы трубами циркуляционного контура котельной установки.

Птичий помет является особым и специфическим топливом, затрудняющим его сжигание в традиционных топочных устройствах, предназначенных для утилизации древесных отходов и других продуктов растительного происхождения. Основными особенностями птичьего помета является относительно высокая исходная влажность, относительно высокая зольность, низкая температура плавления золы, что обусловливает повышенную склонность к шлакообразованию, высокое содержание в продуктах газификации топлива вредных для окружающей среды и зловонных для человека веществ: аммиака, сероводорода, меркаптанов и др.

Соответственно технология сжигания птичьего помета должна отвечать следующим основным требованиям:

Обеспечение возможности предварительной подсушки топлива в слое до влажности, соответствующей условиям ведения топочного процесса;

Обеспечение возможности термического разложения в топочной камере вредных и зловонных газов, таких как аммиак, сероводород, меркаптаны, во избежание их попадания в составе дымовых газов в окружающую среду;

Исключение возможности зашлаковывания колосниковой решетки топки и теплообменных поверхностей трубного пучка котла;

Обеспечение, по возможности, улавливания мелкофракционных частиц зольного остатка и недогоревших частиц топлива, уносимых топочными газами, до их попадания в газоходы теплообменных поверхностей котельного агрегата.

Соответственно целью при создании способа сжигания птичьего помета и соответствующей топки будет

Обеспечение возможности сжигания птичьего помета при условии твердого золоудаления;

Исключение возможности шлакования колосниковой решетки топки и трубного пучка котельного агрегата;

Нейтрализация вредных газов, выделяющихся при сгорании помета;

Очистка дымовых газов от мелкофракционных частиц золы до попадания на теплообменные поверхности конвективного трубного пучка котельного агрегата;

Исключение возможности образования вредных окислов азота NO x ;

Улучшение условий зажигания высоковлажного разнофракционного топлива;

Повышение стабильности процесса горения и полноты сгорания.

Для достижения поставленной цели котел разделяется пережимом 2 на две камеры: топочную 3 и радиационную (конвективную) 4. Топочная камера 3 по высоте условно разделена на две части: нижнюю слоевую и верхнюю вихревую. В нижней слоевой части на колосниковой решетке в кипе (то есть в неподвижном слое топлива) высотой не менее 300 мм реализуется полугазогенерационный процесс сжигания, включающий подсушку свежего топлива, выделение из него летучих компонентов с образованием кокса, образование генераторного газа в восстановительной зоне и выжигание кокса в окислительной зоне кипы. Подсушке свежего влажного топлива, эффективному зажиганию топлива и повышению стабильности горения способствует наличие в кипе стабилизационного зажигательного слоя раскаленного инертного кокса. Для поддержания газогенераторного процесса горения первичный воздух в количестве 70% от теоретически необходимого подается в газогенераторную зону снизу через каналы в колосниковой решетке.

В окислительной зоне кипы температура достаточно высока, что приводит к оплавлению наружной поверхности частиц золы и их размягчению. Однако зашлаковывания колосниковой решетки не происходит вследствие того, что при гравитационном опускании золы вниз происходит конвективное охлаждение зольных частиц потоком первичного воздуха, подаваемого снизу через каналы колосниковой решетки, а также кондуктивное охлаждение посредством отвода теплоты от размягченных и оплавленных зольных частиц к более холодным твердым частицам в нижнем слое золы, образующим защитный слой, отделяющий зону оплавленных частиц от поверхности колосниковой решетки. Часть теплоты, выделяющейся в зоне окисления, посредством кондуктивного теплообмена передается в верхнюю более холодную восстановительную зону, где идет реакция восстановления CO 2 до CO с поглощением теплоты. В результате охлаждения происходит кристаллизация пленки жидкого шлака на поверхности зольных частиц, что приводит к их грануляции и превращению в малоразмерные гранулы, пригодные для твердого золоудаления. Доступ охлаждающего воздуха к зольным частицам и активное перемешивание оплавляемых частиц золы с более холодными частицами твердой золы обеспечивается возвратно-поступательным движением по колосниковой решетке шурующей планки 7. Скорость шуровки слоя и удаления твердой золы таковы, чтобы согласно тепловому балансу зольного слоя из него обеспечивался отвод избыточной теплоты, а также поддерживался защитный слой твердой золы достаточной толщины, чтобы в нем происходил процесс охлаждения и кристаллизации оплавленных зольных частиц, с целью защиты решетки от зашлаковывания и обеспечения твердого золоудаления. Кроме того, охлаждение зольного слоя также осуществляется за счет отвода части теплоты к экранным трубам 9 циркуляционного контура котла, размещенным по боковой поверхности топочной камеры.

В верхней части топочной камеры 3 реализуется вихревое сжигание образовавшегося генераторного газа и летучих, дожиг выносимых из слоя мелких частиц топлива и возврат в слой частиц золы, частичная подсушка свежего топлива, а также термическая нейтрализация вредных и зловонных газов. Для этого в вихревую зону топочной камеры 3 через сопла 5, расположенные напротив друг друга в области пережима 2 и направленные вниз под углом 30…60° к горизонту, вдувается острыми струями со скоростью 100…140 м/с подогретый до 250-350°C вторичный воздух. Количество вторичного воздуха составляет 45-50% от общего количества воздуха, необходимого для горения. Направление движения струй встречно-направленное вследствие того, что сопла 5 на стенках топки напротив друг друга установлены с определенным шагом в горизонтальной плоскости. Встречная компоновка сопел способствует стабилизации очага горения и выравниванию температурного поля в вихревой зоне. Благодаря такой аэродинамике в надслоевом пространстве топки ниже пережима 2 в результате ударного взаимодействия струй образуются два крупных вихря с горизонтальной осью вращения. В центре топки траектории движения вихрей имеют нисходящий характер, а вблизи стенок топки - восходящий.

Топки с пережимом исторически были разработаны, как форсированные топки полуоткрытого типа, имеющие высокое теплонапряжение топочного объема. Обычно их используют для реализации жидкого шлакоудаления, так как в них развивается высокая температура. Однако в данном случае благодаря экранированию топочной камеры трубами циркуляционного контура котла из зоны горения отводится избыточная теплота, что позволяет организовать процесс сжигания, обеспечивая снижение температуры топочного объема до уровня, исключающего шлакование топки и образование вредных окислов азота NO x . Вследствие подачи острого дутья и завихрению потока осуществляется активное смесеобразование генераторного газа и подогретого вторичного воздуха, благодаря чему в области соударения струй в центре топки поддерживается достаточно высокая температура, необходимая для термической нейтрализации вредных и зловонных газов.

Окно выгрузки свежего топлива 1 конструктивно расположено так, что при выгрузке топливо попадает в наиболее высокотемпературную зону вихря, направленную вниз к слою, за счет чего в процессе падения в слой происходит частичная подсушка влажного топлива и сокращается вынос мелких частиц с высокой парусностью вследствие эжектирующего действия скоростных струй. За счет организации многократной циркуляции топочных газов в вихре достигается удержание в радиационной камере ниже пережима мелких твердых частиц топлива, выносимых из слоя до их полного сгорания. Этим обеспечивается повышение полноты сгорания топлива и снижение потерь теплоты с механическим недожогом. За счет пересечения в области выхода из сопел 5 медленных струй восходящих потоков, обладающих низкой кинетической энергией, с высокоскоростными наклонными струями из сопел 5, обладающими высокой кинетической энергией, происходит перехват из восходящего потока и сепарация в нисходящую скоростную струю мелких частиц твердого зольного остатка. Благодаря приобретенной кинетической энергии при обратном развороте над слоем направленных вниз вихревых струй под действием силы инерции происходит вынос зольных частиц из струи и падение в слой. Таким образом, реализуется очистка дымовых газов от мелкофракционных частиц золы и не допускается их вынос в конвективную часть.

Предложенная технология сжигания птичьего помета осуществляется следующим образом. Птичий помет через окно (питатель) 1 попадает в высокотемпературную часть вихревой зоны топочной камеры 3, где в процессе падения на слой происходит его частичное подсушивание. На колосниковой решетке 6 расположен слой топлива толщиной не менее 300 мм (кипа), в котором реализуется полугазогенерационный процесс. В кипе, как показано, последовательно сверху вниз расположены: зона сушки и выделения летучих, зона инертного кокса, восстановительная зона, в которой происходит образование генераторного газа, окислительная зона выгорания кокса, зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы. Сама кипа неподвижно расположена на колосниковой решетке, но внутри нее происходит гравитационное опускание топлива, проходящего последовательно все стадии процесса. Нижняя часть кипы (зона охлаждения, грануляции и выгрузки золы) подвергается непрерывной шуровке посредством шурующей планки 7, с помощью которой осуществляется выгрузка золы в золосборник 8. Для поддержания процесса в кипе и охлаждения шлака снизу через отверстия в колосниковой решетке 6 подается подогретый до температуры 250-350°C первичный воздух в количестве 70% от теоретически необходимого.

В вихревую зону радиационной камеры 3 через встречно-наклонные сопла 5, расположенные в области пережима 2 между топочной 3 и радиацинной 4 камерами, вдувается подогретый до 250-350°C вторичный воздух в количестве 70% от потребного со скоростью 100…140 м/с. В результате встречного взаимодействия струй образуются вихри, в которых происходит активное смесеобразование с генераторным газом и его сгорание, сжигание выносимых из слоя мелкофракционных твердых частиц топлива, термическая нейтрализация вредных и зловонных газов, выделившихся из птичьего помета. В результате поперечного взаимодействия струй с различной кинетической энергией при их взаимном пересечении из потока восходящих дымовых газов происходит сепарация твердых частиц зольного остатка и возврат их в слой. Для предотвращения создания в топочной камере слишком высоких температур, создающих угрозу плавления золы и зашлаковывания топки, боковые поверхности топочной камеры экранированы трубами 9, включенными в состав циркуляционного контура котла, к которым отводится теплота.

Как и было показано выше, устройство для реализации предлагаемого способа представляет топку, разделенную пережимом 2 на две камеры: топочную 3 и радиационную 4. Топочная 3 в свою очередь разделена на две зоны: слоевого горения и вихревого горения. На колосниковой решетке 6 располагается неподвижная кипа топлива высотой не менее 300 мм, в которой реализуются все стадии газогенераторного процесса. Для его поддержания через отверстия в колосниковой решетке 6 подается подогретый первичный воздух. Нижняя часть слоя подвергается непрерывной шуровке посредством возвратно-поступательного движения шурующей планки 7, которая осуществляет золоудаление в золосборник 8. В зоне вихревого горения в области пережима 2 встречно-наклонно в горизонтальной плоскости относительно друг друга расположены дутьевые сопла 5 для подачи подогретого вторичного воздуха. Окно выгрузки в топку свежего топлива расположено так, чтобы выгрузка свежего топлива производилась по линии пересечения осей встречных струй, чтобы обеспечить попутное со струями нисходящее движение топлива вниз в слой. Благодаря эжектирующему эффекту струй это уменьшает вынос мелкофракционных частиц топлива с высокой парусностью, а высокая температура в очаге горения в месте соударения струй обеспечивает частичную подсушку влажного топлива еще в процессе его падения в слой. При поперечном пересечении струй в области устья сопел происходит сепарация струей высокой энергии твердых частиц зольного остатка из восходящих струй топочных газов с более низкой энергией и возвращение этих частиц в слой.

Таким образом, предложен эффективный способ для сжигания птичьего помета, а также топка для его осуществления, который позволит сжигать птичий помет с полным дожигом вредных и зловонных газов.

1. Способ сжигания птичьего помета, предусматривающий подачу птичьего помета в топочную камеру
с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части, отличающийся тем, что
птичий помет подают
в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести,
а затем в последовательно расположенные слои (зоны) кипы нижней слоевой части топочной камеры:
слой сушки и выделения летучих,
слой раскаленного инертного кокса,
восстановительный слой,
окислительный слой выгорания кокса,
слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои,
с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхнюю вихревую часть топочной камеры вдувают струи подогретого вторичного воздуха, направленные навстречу друг другу.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уходящие газы из топочной камеры подают в радиационную камеру.

4. Котел для сжигания птичьего помета, содержащий топочную камеру с дутьевыми соплами, отличающийся тем, что
топочная камера разделена на
верхнюю вихревую часть с, по меньшей мере, одним окном выгрузки птичьего помета и дутьевыми соплами вторичного воздуха, и
нижнюю слоевую часть для организации процесса сжигания птичьего помета в соответствии с любым из пп.1-3.

5. Котел по п.1, отличающийся тем, что стены топочной и радиационной камер экранированы трубами циркуляционного контура котельной установки.

Похожие патенты:

Изобретение относится к утилизации водомаслоокалиносодержащих отходов металлургического и машиностроительного производства. Техническим результатом является получение продукта, пригодного для брикетирования мелкодисперсных железосодержащих отходов без добавок, а именно прямым прессованием прокаленной окалины, и снижение затрат на постороннее топливо при получении более качественной продукции.

Изобретение относится области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса. Техническим результатом является повышение качества сжигания подстилочного помета и продление срока использования установки для сжигания топлива.

Изобретение относится к средствам уничтожения твердых углеродсодержащих бытовых и промышленных отходов. Инсинератор твердых углеродсодержащих отходов содержит устройство для загрузки отходов со шнековым питателем 14, камеру горения 1, устройство поджига 4, устройство дожига 2 с плазматроном, систему подачи воздушного потока, завихритель воздушного потока, систему очистки и удаления продуктов горения, теплообменник 10, причем плазматрон содержит устройство инициирования разряда, внешний электрод и центральный электрод.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке промышленных хлорсодержащих отходов на основе полихлорированных бифенилов, и может быть использовано для утилизации этих отходов в печи шахтного типа.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к оросительной установке открытого типа, устанавливаемой на пути движения продуктов сгорания, для их охлаждения и локализации при горизонтальном расположении ракетного двигателя на твердом топливе, и может быть использовано как при испытании, так и при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе.

Изобретение относится к системам с ПКС, тепловым сушилкам, автоматическим контроллерам и способам, в соответствии с которыми основные рабочие параметры сжигания, предпочтительно температуры кипящего слоя и шахты печи и соответствующая T, используются для регулирования массового расхода и качества подаваемых осадков в топочную печь и сушилку посредством контроля процессов обезвоживания выше по потоку процесса и/или операций смешивания твердых осадков сточных вод.

Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Для термической утилизации отходов бурят скважину, проводят газификацию органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5).

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов.

Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка.

Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 ,     М В т, где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии. // 2493487

Изобретение относится к области термической переработки углеродсодержащих материалов с образованием топочного газа. Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов содержит вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первую и вторую магистрали подачи газового потока в тангенциальном направлении в камеру сгорания, первый и второй нагнетатели.

Изобретения могут быть использованы в области промышленной переработки горючих углерод- и углеводородсодержащих продуктов. Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов включает последовательную послойную переработку шихты в реакторе в присутствии катализатора. В реакторе шихта сверху вниз проходит зоны нагрева продуктов переработки (9), пиролиза (8), коксования (7), горения (6) с образованием твердого остатка, который выгружают из зоны выгрузки твердых остатков переработки (2) с выгрузным окном (3) из рабочего пространства реактора циклически с сохранением его герметичности. Герметичная рабочая камера (1) реактора содержит зону подвода влажных мелких частиц отходов твердых топлив и их пиролиза и коксования (14), совмещенную с зонами подвода (4) и нагрева (5) кислородсодержащего агента. Канал подвода кислородсодержащего агента (15) соединен с бункером-дозатором (16) влажных мелких частиц отходов твердых топлив, из которых в зоне (14) реактора формируется псевдоожиженный поток. В реактор вводят дополнительное количество кислородсодержащего агента в составе основного потока, необходимое для последующего горения мелких частиц отходов твердых топлив, прошедших зоны пиролиза (8) и коксования (7), и перевода их влаги в перегретый пар. Изобретения осуществляют полную утилизацию мелких фракций продуктов переработки, позволяют получить высококалорийный газ и увеличить выход и качество готовых продуктов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котельных агрегатах для утилизации птичьего помета, в том числе непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения. Техническим результатом является сжигание птичьего помета с полным дожигом вредных и зловонных газов. Способ предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. При этом птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести, а затем в последовательно расположенные слои кипы нижней слоевой части топочной камеры: слой сушки и выделения летучих, слой раскаленного инертного кокса, восстановительный слой, окислительный слой выгорания кокса, слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои, с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Котельные, работающие на птичьем помёте. Наше предприятие специализируется на разработке, создании, внедрении, наладке и вводе в эксплуатацию котельных для сельскохозяйственных предприятий.

Развитие аграрного комплекса Украины не мыслимо без развития птицеводства. Однако рост этого направления аграрного бизнеса влечёт за собой увеличение количества отходов в виде помёта. При традиционном подходе птичий помет рассматривается как токсичные отходы производства III класса опасности. Его размещение на открытых площадках ведет к сильному загрязнению окружающей среды. Поэтому уровень загрязнения почвы, грунтовых вод и воздуха в ведущих птицеводческих регионах в несколько раз превышает допустимые нормы.

Нашими специалистами разработано несколько методов утилизации птичьего помёта.

Утилизацию помёта можно преобразовать в доходный бизнес, изготавливая удобрения. Однако существует ещё один способ – использование помёта для обогрева самих птичников, а также бытовых и административных помещений.

Использование подстилочного помёта в виде топлива имеет очень большие перспективы.

Главным достоинством предлагаемого метода утилизации подстилочного помета являются:

• полная и быстрая ликвидация отходов III класса опасности;
• получение постоянно используемых видов тепловой и/или электрической энергии и ценного минерального удобрения;
• хорошая адаптация к существующим системам тепло- и энергоснабжения птицефабрик. Также возможно сжигание клеточного помета при достижении его конечной влажности не более 50% с помощью предварительного перемешивания с сухими древесными или растительными отходами, либо предварительным подсушиванием помета продуктами его же сгорания.

Подстилочный помет может служить возобновляемым альтернативным биотопливом, которое используется для собственных нужд птицефабрики с замещением природного газа или другого вида натурального топлива. Сжигание подстилочного помета не требует его предварительной подготовки (гранулирования, измельчения, сушки и пр.). Это упрощает и удешевляет технологический процесс.

Сжигание 1т подстилочного помёта позволяет сэкономить до 270 м3 природного газа или до 240 кг жидкого топлива (мазут, печное топливо). При этом можно получить до 2 Гкал тепла в виде горячей воды или до 3 т пара на технологические нужды, либо выработать от 50 до 500–600 кВт электроэнергии (в зависимости от начальных и конечных параметров пара).

Как топливо подстилочный помет имеет следующие теплотехнические характеристики (на рабочую массу):

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. Она вносится в почву в сухом виде без дополнительной обработки. По результатам опытных данных, применение этой золы вместо обычных минеральных удобрений повысило урожайность сельскохозяйственных культур на 10–15 %. Выход золы составляет 10–15 % от количества исходного помета.

Надежное сжигание подстилочного помёта стало возможным с созданием специальных топочных устройств, сочетающих слоевое сжигание топлива с вихревым. Конструкция топки с системой многозонного воздушного дутья обеспечивает необходимые условия горения этого высоковлажного низкокалорийного высокозольного топлива с минимальным уносом золы. Результаты тестовых испытаний по сжиганию 56 т подстилочного помета в промышленной установке тепловой мощностью 1,5 МВт показали, что он эффективно сгорает с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. Для предотвращения зашлаковывания поверхностей нагрева в период проведения испытаний температура газов на выходе из топки поддерживалась в пределах 950±50 °С.

Топливный склад оборудуется расходной емкостью с «живым» дном. Пар из котла (давление до 1,4 МПа, температура до 190 °С) направляется на технологические нужды, в бойлер системы ГВС и на собственные нужды котельной. Зола, уловленная в топке, бункерах конвективного газохода котла и золоуловителя, непрерывно удаляется в золовой склад. В зависимости от требований потребителя зола может затариваться в мешки или вывозиться к месту использования в насыпном виде в закрытом транспорте. Для котельной, рассчитанной на сжигание 75-80 т ПП в сутки и имеющей тепловую мощность ~7–8 Гкал/ч (8 – 10 т/ч насыщенного пара давлением 1,4 МПа), требуется помещение размером ~18×15 м и высотой до 13 м. Помещение котельной может быть выполнено из сборных металлоконструкций с сэндвич-панелями на основе минерального базальтового утеплителя толщиной 100-150 мм с пределом огнестойкости 0,75–1,5 ч.

Топливный склад должен располагаться в закрытом неотапливаемом помещении площадью не менее 300 м2 (18×18 м), высотой до 6 м и также может быть выполнен из сборных металлоконструкций с сэндвич-панелями. Экономическая эффективность сжигания подстилочного помета и срок окупаемости капитальных затрат зависят от его количества. Сжигание подстилочного помета с выработкой пара и тепла является экономически эффективным и быстроокупаемым мероприятием. Расчетный срок окупаемости не превышает 18 мес. Дополнение производства пара и тепла выработкой электроэнергии существенно увеличит экономическую эффективность данного метода утилизации ПП. Так, при выработке 10 т/ч пара с параметрами 1,4 МПа и 250 °С в теплофикационном режиме с нагревом сетевой воды до 80 °С (режим ГВС) можно выработать примерно 900 кВт·ч электроэнергии, из них до 200 кВт·ч - для котельной, а остальное – на собственные нужды птицефабрики.

Этот метод утилизации ПП является наиболее быстрым со сроком окупаемости капитальных затрат не более 1,5 –2,0 лет. Составляющие капитальных затрат и экономической эффективности зависят от фактических условий и рассчитываются для каждого конкретного случая. Комплексная выработка тепла на ГВС и отопление, технологического пара и электроэнергии в котельных на подстилочном помете значительно увеличит независимость птицефабрик от поставщиков энергоресурсов и тарифов на них.

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.

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

	Компоненты	Материал для газификации, состав дутья
		Помет с подстилкой из древесины, воздушное дутье	Нативный помет гранулированный, процент кислорода в дутье
Теплота сгорания, ккал/м 3

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.

Яйца и куриное мясо – ценные и востребованные продукты питания, которые мы привыкли каждый день видеть на прилавках продовольственных магазинов. Птичьи хозяйства есть рядом с каждым крупным городом. Одной из насущных задач куроводства является также утилизация куриного помета на птицефабриках.

В первую очередь, птичьи экскременты – это ценное по своему составу сырье для производства удобрения полностью естественного органического происхождения. «В чистом виде» они не могут быть использованы для обогащения почв по ряду причин:

• помет птиц содержит болезнетворные организмы и яйца гельминтов;
• его органика не будет усваиваться растениями, и даже способна нанести им вред.

Превращение экскрементов кур в ценное удобрение происходит благодаря современным технологиям их переработки. В результате получают сухие, жидкие или гранулированные удобрения, а также компосты и почвогрунты, которые используются как для домашнего, так и для сельскохозяйственного растениеводства.

Во-вторых, из птичьих испражнений можно получить разные виды топлива, например, топливные гранулы (пеллеты) и биогаз. Энергию, получаемую в процессе сжигания отходов жизнедеятельности кур, можно превратить в отопление или электричество.

И, в-третьих, технология глубокой переработки позволяет изготавливать из куриного помета корма либо пищевые добавки для животных и птиц.

Дополнительная информация! Подробнее о продуктах, которые можно получить из экскрементов кур, смотрите на видео:

Технологии и способы переработки

Изготовление высокопитательных удобрений из испражнений кур возможно благодаря различным способам и технологиям утилизации:

Оборудование для переработки

Хранение каловых масс до начала процесса переработки птичьего помета в удобрение уже требует специального оснащения птицефабрик хранилищами, которые бывают различных видов. Сам состав птичьих испражнений различен: жидкий, подстилочный (смешан с натуральными материалами подстилки и минеральными добавками), подсушенный и т.д. Соответственно, используют пометохранилища разных видов:

• открытого типа – резервуары, лагуны, пруды для жидкой массы или специальной площадки для подсушенной;
• вентилируемые закрытого типа и т.п.

Разнообразны и виды оборудования для переработки отходов жизнедеятельности птицефабрик.

Компостирование

Например, компостирование может осуществляться на открытых площадках, и для активной аэрации буртов (переворачивание, ворошение пластов компоста для насыщения ее воздухом) используют погрузчики и смесители-аэраторы. Но ускоренный способ компостирования уже предполагает помещение массы в закрытые камеры биоферментации, при этом подача воздуха в ферментируемую смесь обеспечивается специальными вентиляторами.

Термическая сушка

Частичная подсушка куриного кала может осуществляется уже непосредственно в птичнике. Такой тип помещения предполагает размещение в клетке батареи каскадного типа: траншеи для слива экскрементов располагаются под батареями, где и происходит подсушивание за счет температурного режима, организованного воздухопотока и периодического разрыхления массы с помощью автоматических граблей-ворошилок.

Для высокотермической сушки помета разработаны специальные сушилки: например, барабанного типа, в которых куриные экскременты сушат в потоке газов при температурах, достигающих более 1000 градусов по Цельсию. Производительность подобных сушилок достигает от 0,5 до 10 тонн в час.

Гранулирование

Наиболее простой установкой для гранулирования помета является пресс-гранулятор, более сложной и технически оснащенной — комплексная линия гранулирования.

Пресс-гранулятор обычно используют для изготовления топливных пеллет: сухое измельченное сырье в бункере механизма доводится до уровня влажности, необходимого для процесса гранулирования, и далее под действием большого давления формируются гранулы. Использовать в грануляторах можно только сырье определенного уровня влажности.

Комплексная линия гранулирования позволяет делать из исходного сырья и пеллеты, и органо-минеральные удобрения, а также использовать практически любую его консистенцию. Технологический процесс будет включать уже несколько этапов.

Сперва в сепараторе из сырья удаляется лишняя влага, далее отжатая масса поступает в барабан высокотемпературной сушки. В роторной дробилке происходит доизмельчение сырья до нужной консистенции, а потом масса специальными приспособлениями рыхлится и обрабатывается водяным паром, в результате чего становится однородной. После этого она подается в гранулятор, а затем готовые гранулы охлаждаются и становятся пригодными для фасовки.

Получение биогаза

Стандартная биогазовая установка — это герметически закрытая камера с теплообменником, оснащенная устройствами для ввода и вывода сырья (например, птичьих испражнений или навоза), а также для отвода образующегося газа. Сам биогаз выделяют в результате жизнедеятельности специальные бактерии для переработки, живущие в биореакторе.

Непосредственно в газ переходит испаряемая из помета вода, а оставшаяся фракция используется дальше как органическое удобрение.

Из биогаза можно получить электроэнергию, им можно отапливать помещения, его даже используют в качестве машинного топлива.

Современный рынок оборудования для утилизации куриного помета сегодня учитывает запросы любого потребителя. Так можно приобрести достаточно простую мобильную установку для производства биогаза или пресс-гранулятор небольших производительных мощностей для использования в домашних условиях. Для крупных куроводческих хозяйств существует большой выбор отечественных и зарубежных производственных линий.

Дополнительная информация на видео: китайское оборудование для переработки (электрический ворошитель компоста).

Также ученые России и всего мира активно продолжают исследовать возможности утилизации отходов жизнедеятельности птицефабрик и других органических отходов. Интерес представляют технология обеззараживания жидкого навоза и помета с помощью кавитации, сжигание отходов жизнедеятельности кур с получением тепловой и электрической энергии и многое другое.

Выгоды переработки

Переработка куриного помета – важная проблема современного сельского хозяйства по двум основным причинам: экологической и экономической.

Количество подобных отходов от одной птицефабрики может достигать сотен тысяч тонн в год. Экскременты кур – это в том числе ядовитые газы с неприятным резким запахом, источник загрязнения патогенными микробами воздуха, земли, воды, что ведет к распространению инфекционных заболеваний у животных и человека.

Загрязнение почв куриным пометом

К сожалению, в России до сих пор огромное количество птицефабрик накапливают рядом с собой сотни тонн не утилизированных масс испражнений птиц, грубо нарушая санитарные нормы по хранению отходов. Все это вызывает сильное беспокойство экологов и врачей.

Применение современных методов утилизации – необходимая мера для сохранения чистоты природы и здоровья людей.

Однако, российских аграриев, в свою очередь, тревожит возможное принятие закона о причислении навоза и птичьего помета к отходам 3-4 классам опасности. Автоматически это будет означать необходимость получения лицензии всем предприятиям, работающим с этими видами отходов, уплату дополнительных налогов и штрафов. И хотя государство обещает животноводам помощь в получении лицензий и оформлении юридических документов, тема эта вызывает самые жаркие споры.

Хотя с экономической точки зрения переработка отходов жизнедеятельности птиц должна принести немалые выгоды от продажи получаемых продуктов, но и требует первоначальных финансовых вложений для приобретения необходимого оборудования.

Уже сегодня Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт птицеводства, исследуя новые технологии переработки и утилизации куриного помета, представляет экономические расчеты, подтверждающие, что вложение финансов в эту отрасль достаточно быстро окупится и позволит повысить экономическую эффективность куроводческих хозяйств.