Kasusstudie: Gjenvinning av spillvarme fra biogasskraftverk for anaerob kokerisolasjon

 

I. Prosjektoversikt

Dette prosjektet ligger i en stor-industripark for husdyr- og fjørfeavl i Bayern, Tyskland. Den er utstyrt med et mellomstort-biogasskraftverk og et anaerobt gjæringsbehandlingssystem, hvis kjernefunksjon er å behandle husdyr- og fjørfegjødsel og avlsavløpsvann generert av store-gårder i parken. Biogass produseres gjennom anaerob gjæring for kraftproduksjon, samtidig som ressursutnyttelse av avfall og miljøvennlig utslipp realiseres. Prosjektets totale behandlingsskala er 120 tonn husdyr- og fjørfegjødsel og 300 kubikkmeter avløpsvann per dag, utstyrt med 2 sett med 100kW biogassgeneratorsett og 8 bioniske intestinale anaerobe kokere med et volum på 2000 kubikkmeter hver. Gjæringsråstoffene går inn i de anaerobe kokerne etter forbehandling, og biogass produseres gjennom mikrobiell metabolisme ved passende temperatur. Etter rensebehandling sendes biogassen til generatorsettene for kraftproduksjon. All spillvarme som genereres under kraftproduksjonsprosessen, gjenvinnes og brukes til konstant temperaturisolering av de anaerobe kokerne, og danner et lukket-energiutnyttelsessystem med "anaerob gjæring for biogassproduksjon - biogasskraftproduksjon - gjenvinning av spillvarme for isolasjon - forbedring av gjæringseffektivitet".

Før prosjektgjennomføringen tok vinterisoleringen av de anaerobe kokerne hovedsakelig i bruk metoden for elektrisk oppvarming assistert av dampkjeleoppvarming, som hadde problemene med høyt energiforbruk, ustabil isolasjonseffekt, høye driftskostnader og alvorlig energisvinn. Spesielt i det kalde og fuktige vintermiljøet i Bayern var det vanskelig å holde temperaturen inne i de anaerobe kokerne stabilt i det passende området for mesofil gjæring, noe som resulterte i store svingninger i biogassproduksjonen og påvirket kraftproduksjonseffektiviteten. For å løse de ovennevnte smertepunktene, introduserte prosjektet biogasskraftgenerering av spillvarmegjenvinningsteknologi, og spesielt utvalgte Changzhou Vrcooler Refrigeration Co., Ltd. (VRCOOLER) - en ledende produsent av industrielt varmevekslerutstyr - for å designe og produsere kjerneenhetene for spillvarmegjenvinning. Disse spillvarmegjenvinningsenhetene tar i bruk ribbet rørstruktur, som effektivt kan utvide varmevekslingsområdet og forbedre varmegjenvinningseffektiviteten, og sikre effektiv gjenvinning av røykgassspillvarme og sylinderkappevannspillvarme generert under driften av generatorsettene for isolering av anaerobe kokere, realisere kaskadet energiutnyttelse, redusere driftskostnadene og forbedre systemets driftsstabilitet.

II. Kjerneteknologi og prosessdesign

(I) Kjerneteknisk prinsipp

Når biogassgeneratorsettet er i drift, omdannes kun 35%-42% av energien som genereres ved forbrenning av drivstoff til elektrisk energi, og de resterende 58%-65% av energien spres i form av røykgassspillvarme (temperatur opp til 600 grader ) og sylinderkappevannspillvarme (temperatur ca. 90 grader). Direkte utslipp forårsaker ikke bare energisløsing, men øker også termisk forurensning av miljøet. Under den anaerobe gjæringsprosessen er mikrobiell aktivitet følsom for temperatur. Ved mesofil gjæring (35-40 grader) er metanogenaktiviteten optimal, og biogassproduksjon og gjæringseffektivitet er høyest. Imidlertid er omgivelsestemperaturen lav om vinteren, og de anaerobe kokerne sprer varmen raskt, noe som krever kontinuerlig varmetilførsel for å opprettholde en konstant temperatur inne i kokerne. Gjennom spillvarmegjenvinningssystemet gjenvinner og utveksler dette spillvarmen som forsvinner under kraftproduksjonen, og transporterer den deretter til de anaerobe kokerne for å gi en stabil varmekilde, erstatte de tradisjonelle elektriske oppvarmings- og dampkjelvarmemetodene, og oppnå målene om "energigjenvinning, kostnadsreduksjon og effektivitetsøkning, og miljøvern og energisparing".

(II) Sammensetning av prosesssystem

Spillvarmegjenvinningen og isolasjonssystemet for anaerobe koker i dette prosjektet er hovedsakelig sammensatt av 4 deler, som fungerer synergistisk for å sikre effektiv spillvarmegjenvinning, stabil transport og nøyaktig temperaturkontroll av de anaerobe kokerne, som følger:

Biogass kraftproduksjonssystem: To 100kW gassgeneratorsett er tatt i bruk, som bruker biogass produsert av anaerobe kokere som drivstoff. Etter rensebehandlinger som avsvovling og dehydrering, sendes biogassen til generatorsettene for forbrenning og kraftproduksjon. Hver enhet bruker 48 kubikkmeter biogass i timen, med en kraftproduksjonseffektivitet på 42 %, og genererer en stor mengde spillvarme (maksimal spillvarme for en enkelt enhet er 286kW), og gir en stabil kilde for spillvarmegjenvinning. Generatorsettene er utstyrt med biogassavsvovlingsenheter, som effektivt kan fjerne hydrogensulfid i biogass, unngå utstyrskorrosjon og sikre langsiktig stabil drift av systemet.

Avfallsvarmegjenvinningssystem: Kjerneutstyret inkluderer røykgassvarmeveksler, sylinderkappevannvarmeveksler og sirkulasjonspumpe, som alle er designet og produsert av VRCOOLER (Changzhou Vrcooler Refrigeration Co., Ltd.), en profesjonell bedrift med rik erfaring innen FoU og produksjon av varmevekslerutstyr, som har ISO 9001 internasjonal kvalitetssystemsertifisering. Systemet tar i bruk en "dobbel-sløyfevarmeveksler"-design, og kjernevarmevekslerkomponentene til spillvarmegjenvinnerne er ribbede rørstrukturer - ribberørene er laget ved å spiralvikle finnestrimler rundt rørets omkrets, med korrugerte finner på ytterveggen for å øke varmevekslingsområdet og forbedre varmeoverføringsytelsen. På den ene siden gjenvinnes røkgassavfallsvarmen med høy-temperatur som slippes ut fra generatorsettene gjennom VRCOOLER røkgassvarmeveksleren med ribberør, som varmer opp det sirkulerende mediet (en blanding av frostvæske og vann) til ca. 58 grader; på den annen side gjenvinnes avløpsvarmen fra sylinderkappen til generatorsettene gjennom VRCOOLER vannvarmeveksler med ribberørsylinderkappe, noe som øker temperaturen til det sirkulerende mediet ytterligere til over 65 grader, noe som sikrer at varmekildetemperaturen oppfyller isolasjonsbehovene til de anaerobe kokerne. VRCOOLER spillvarmegjenvinningssystem er utstyrt med en intelligent temperaturkontrollenhet, som automatisk kan justere varmevekslingseffektiviteten i henhold til røykgasstemperaturen og sirkulasjonsmediets temperatur, noe som reduserer spillvarmetapet. Tester viser at spillvarmegjenvinningseffektiviteten til systemet er mer enn 85 %, noe som kan gjenvinne spillvarmeressursene som genereres under kraftgenerering, takket være den utmerkede varmeoverføringsytelsen til ribberørstrukturen og VRCOOLERs profesjonelle design.

Anaerobic Digester isolasjonssystem: Alle de 8 anaerobe kokerne har en strukturell design av "intern spoleoppvarming + eksternt isolasjonslag". Høy-temperatur- og korrosjonsbestandige-spiraler legges rundt den indre veggen av kokerne, og sirkulasjonsmediet utveksler varme med gjæringsvæsken i kokerne gjennom kveilene for å oppnå jevn temperaturøkning inne i kokerne; et 15 cm tykt skumsementisolasjonslag legges på ytterveggen av kokerne. Skummet sement har god varmeisolasjonsytelse, noe som effektivt kan redusere varmetapet inne i kokerne. I henhold til numeriske simuleringsberegninger, under dette isolasjonsskjemaet, kan det totale varmetapet til de anaerobe kokerne kontrolleres innenfor 428,24MJ·d⁻¹, noe som sikrer stabil isolasjonseffekt. Samtidig vedtar de anaerobe kokerne en bionisk tarmstruktur, som ikke krever mekaniske røreanordninger, har en enkel struktur og lavt energiforbruk, og kan realisere dynamisk separasjon av hvert gjæringstrinn og forbedre gjæringseffektiviteten.

Intelligent kontrollsystem: Et intelligent PLS-kontrollsystem er tatt i bruk for å overvåke mer enn 200 indikatorer i sanntid, for eksempel temperaturen på gjæringsvæsken i de anaerobe kokerne, temperaturen til det sirkulerende mediet, røykgasstemperaturen og driftsparametrene til generatorsettene. Hastigheten til sirkulasjonspumpen og avfallsvarmevekslingseffektiviteten justeres automatisk gjennom forhåndsinnstilte programmer for å sikre at temperaturen inne i de anaerobe kokerne holdes stabilt ved det optimale gjæringsområdet på 35±0,5 grader. Når temperaturen inne i kokerne er lavere enn den forhåndsinnstilte verdien, øker systemet automatisk leveringsvolumet for spillvarme; når temperaturen er høyere enn den forhåndsinnstilte verdien, reduserer den automatisk leveringsvolumet for spillvarme. Samtidig kan overskuddsvarmen brukes til oppvarming i forbehandlingsstadiet av gjæringsråmaterialer, for å realisere kaskadert spillvarmeutnyttelse og forbedre energiutnyttelseseffektiviteten.

(III) Nøkkelprosessoptimalisering

1. Waste Heat Exchange Optimization: Gjennom den numeriske simuleringsmetoden for beregningsvæskedynamikk (Fluent) simuleres og analyseres temperaturfeltet inne i den anaerobe kokeren, og spolelayouttettheten og varmevekslingsbanen er optimalisert for å sikre jevn temperaturfordeling inne i kokerne, og unngår overdreven eller utilstrekkelig lokal temperatur som påvirker mikrobiell temperatur. Samtidig fastsettes det at isolasjonseffekten er optimal når varmluftstemperaturen er 35 grader.

2. Valg av isolasjonsmateriale: Etter å ha sammenlignet ytelsen til ulike isolasjonsmaterialer, velges skumsement som materiale for det ytre isolasjonslaget til de anaerobe kokerne. Dette materialet har fordelene med god isolasjonseffekt, lav pris, korrosjonsbestandighet, miljøvern og ikke--toksisitet. Sammenlignet med tradisjonelle polyuretanisolasjonsmaterialer kan det redusere isolasjonskostnadene med mer enn 15% og redusere miljøpåvirkningen.

3. Optimalisering av sirkulasjonssystem: Et lukket-sløyfesirkulasjonssystem tas i bruk, og det sirkulerende mediet kan gjenbrukes for å redusere vannressursforbruket. Samtidig er filtre og avkalkingsenheter installert i sirkulasjonsrørledningen for å forhindre blokkering av rørledninger og skalering, forlenge utstyrets levetid og redusere drifts- og vedlikeholdskostnader.

 

III. Prosjektimplementeringsprosess

(I) Forberedende stadium (1-2 måneder)

Et teknisk team ble organisert for å gjennomføre-undersøkelse av prosjektet på stedet. Kombinert med skalaen til de anaerobe kokerne, parameterne til generatorsettene og de lokale klimaforholdene i Bayern, ble designskjemaet til spillvarmegjenvinningssystemet optimert i samarbeid med VRCOOLERs tekniske team, og modellen til VRCOOLER lamellrørvarmevekslere, spolelayoutskjema, spesifikasjoner for isolasjonsmateriale og intelligente kontrollsystemparametere ble bestemt; kjerneutstyr som VRCOOLER røkgassvarmevekslere med ribberør, VRCOOLER sylinderkappe vannvarmevekslere, sirkulasjonspumper, skumsementisolasjonsmaterialer og intelligente temperaturkontrollinstrumenter ble kjøpt inn for å sikre at utstyrskvaliteten oppfyller ingeniørkravene - VRCOOLERs varmevekslere tar i bruk høy{{3}kvalitetsmaterialer for korrosjonsfri stål og finfint stål og finholdig stål og finholdig kvalitet motstand og høy-temperaturmotstand, tilpasser seg det tøffe arbeidsmiljøet med høy-temperatur røykgass og sylinderkappevann; teknisk opplæring ble gitt til bygningspersonell for å avklare byggeprosessen, sikkerhetsspesifikasjoner og kvalitetsstandarder, med fokus på opplæring av installasjonsferdighetene til VRCOOLER avfallsvarmegjenvinningssystem med ribberør og isolasjonskonstruksjonen til de anaerobe kokerne.

(II) Utstyrsinstallasjon og konstruksjonsfase (3-4 måneder)

1. Installasjon av avfallsvarmegjenvinningssystem: Først ble VRCOOLER røkgassvarmeveksler med ribberør og vannvarmeveksler med ribberørsylinderkappe VRCOOLER fastmontert i samsvar med produsentens spesifikasjoner og-designkrav på stedet. Røykgassrørledningen og sylinderkappevannrørledningen mellom varmevekslerne og generatorsettet ble koblet til, og rørledningens forseglingsbehandling ble utført for å forhindre spillvarmelekkasje - VRCOOLER varmevekslere med ribberør er utstyrt med korrosjonsbestandige-belagte spoler, som effektivt kan motstå korrosjon av det syreholdige stoffet. lang-stabil drift. Deretter ble sirkulasjonspumpen og sirkulasjonsrørledningen installert, det intelligente temperaturkontrollinstrumentet ble koblet til PLS-kontrollsystemet, og idriftsettelse av utstyret ble fullført i samarbeid med VRCOOLERs tekniske etter-salgsteam for å sikre normal drift av spillvarmegjenvinningssystemet og gi full spill til varmeoverføringsfordelene til ribberørstrukturen.

2. Isolasjonskonstruksjon av anaerobe kokere: Først ble den ytre veggen til de anaerobe kokerne renset og avrustet, deretter ble isolasjonslaget med skumsement lagt for å sikre at isolasjonslaget var jevnt i tykkelse, fritt for skader og uthulinger; høy-temperatur- og korrosjonsbestandige-spiraler ble lagt på innerveggen av kokerne, koblet til sirkulasjonsrørledningen, og en vanntrykktest ble utført for å sikre ingen lekkasje av kveilene; temperatursensorer inne i kokerne ble installert og koblet til det intelligente kontrollsystemet for å realisere temperaturovervåking i sanntid.-

3. Igangkjøring av systemkobling: Etter at installasjonen av alt utstyr var fullført, ble igangkjøring av systemkobling utført for å simulere hele prosessen med drift av generatorsett, gjenvinning av spillvarme og isolering av anaerob koker, feilsøke parametere som temperaturkontrollnøyaktighet, sirkulasjonspumpehastighet og varmevekslingseffektivitet, løse problemer som rørledningslekkasje og sørge for at alle koblinger for syngering av temperatursystemet fungerer unøyaktig, og oppfyller designkravene.

(III) Prøvedrift og akseptstadium (1 måned)

Etter at igangkjøringen av systemkoblingen var kvalifisert, gikk den inn i prøvedriftsfasen. Under prøvedriften ble indikatorer som temperaturstabiliteten inne i de anaerobe kokerne, effektiviteten til gjenvinning av spillvarme og driftsstatusen til generatorsettene overvåket i sanntid-, relevante data ble registrert, og parametrene til kontrollsystemet ble optimalisert og justert. etter prøveoperasjonen ble det organisert et profesjonelt team for å gjennomføre prosjektaksept, med fokus på å sjekke effektiviteten til gjenvinning av spillvarme, isolasjonseffekten til de anaerobe kokerne og stabiliteten til utstyrets drift. Etter at aksepten var kvalifisert, ble prosjektet offisielt satt i drift.

IV. Prosjektdrift Effekt- og nytteanalyse

(I)Operasjonseffekt

Etter at prosjektet ble offisielt satt i drift, ble effektiv gjenvinning av spillvarme fra biogasskraftproduksjon og konstant temperaturisolering av anaerobe kokere realisert, med bemerkelsesverdige driftseffekter, spesifikt reflektert i følgende aspekter:

Stabil temperaturkontroll: Gjennom den synergistiske effekten av det intelligente kontrollsystemet og spillvarmegjenvinningssystemet, holdes temperaturen inne i de anaerobe kokerne stabilt ved det optimale gjæringsområdet på 35±0,5 grader. Selv når omgivelsestemperaturen faller under 0 grader om vinteren, overstiger ikke temperatursvingningene inne i kokerne ±1 grad, noe som fullstendig løser problemet med ustabil temperatur i den tradisjonelle isolasjonsmetoden og gir et passende vekstmiljø for metanogener.

Forbedret fermenteringseffektivitet: Det stabile, konstante temperaturmiljøet forbedrer den anaerobe gjæringseffektiviteten betydelig, og fordelene med bioniske tarm anaerobe kokere utnyttes fullt ut. Gjæringssyklusen forkortes fra 28 dager til 21 dager, biogassproduksjonen økes med mer enn 25 %, den daglige biogassproduksjonen økes fra 1200 kubikkmeter til 1500 kubikkmeter, og biogassrenheten (metaninnholdet) holdes stabilt på 60 %-65 %, noe som gir tilstrekkelig drivstoff til kraftproduksjon.

Effektiv gjenvinning av spillvarme: Systemets spillvarmegjenvinningseffektivitet er mer enn 85 %, og den daglige spillvarmen som gjenvinnes av 2 generatorsett kan dekke det fulle isolasjonsbehovet til 8 anaerobe kokere, fullstendig erstatte de tradisjonelle elektriske oppvarmings- og dampkjelvarmemetodene, realisere ressursutnyttelse av spillvarme og redusere energisvinn.

Stabil systemdrift: Hele systemet har en høy grad av automatisering, og det intelligente kontrollsystemet kan realisere uovervåket drift, noe som reduserer drifts- og vedlikeholdsbelastningen betydelig. Siden prøvedriften har utstyrsfeilfrekvensen vært mindre enn 3%, systemstabiliteten er god, og drifts- og vedlikeholdskostnadene er effektivt redusert.

(II) Nytteanalyse

1. Økonomiske fordeler

Etter prosjektgjennomføringen er de økonomiske fordelene betydelige, hovedsakelig gjenspeilet i tre aspekter: For det første å spare oppvarmingskostnader. Ved å erstatte den tradisjonelle elektriske oppvarmingen og oppvarmingen av dampkjelen kan du spare rundt 1200 euro i strøm- og drivstoffkostnader per dag, og mer enn 430 000 euro i årlige driftskostnader; for det andre, økende kraftproduksjonsinntekter. Biogassproduksjonen økes med 25 %, og genererer ca. 900 kWh mer strøm per dag. I følge den lokale strømprisen på-nettet på 0,65 euro/kWh, er den årlige ekstra kraftproduksjonsinntekten rundt 210 000 euro; for det tredje, redusere drifts- og vedlikeholdskostnader. Systemet fungerer automatisk, reduserer 2 drifts- og vedlikeholdspersonell, og sparer rundt 120 000 euro i årlige arbeidskostnader. Omfattende beregning viser at prosjektet tilfører ca. 760 000 Euro i årlige økonomiske fordeler, med en tilbakebetalingstid på kun 2,5 år. Samtidig kan den årlige inntekten fra strømsalg nå 20 281 euro, og den årlige kostnaden er bare 4 047 euro, noe som viser fremtredende økonomiske fordeler.

2. Miljømessige fordeler

For det første å redusere energiforbruket. Å gjenvinne og utnytte spillvarmen fra biogasskraftproduksjon kan spare rundt 120 tonn standardkull per år, og redusere luftforurensning forårsaket av kullforbrenning; for det andre, reduksjon av klimagassutslipp. Å erstatte tradisjonelle oppvarmingsmetoder med gjenvinning av spillvarme kan redusere karbondioksidutslippene med ca. 8000 tonn per år, noe som bidrar til å nå "dobbelt karbon"-målet; for det tredje å realisere ressursutnyttelse av avfall. Konvertering av husdyr- og fjørfegjødsel og oppdrettsavløpsvann til biogass og organisk gjødsel reduserer avfallsutslipp, forbedrer kvaliteten på det omkringliggende miljøet og realiserer «å gjøre avfall til skatter».

3. Sosiale fordeler

For det første løser det problemet med avfallsbehandling av husdyr og fjærfe, unngår forurensning av jord, vann og luft med gjødsel og avløpsvann, og forbedrer det lokale økologiske miljøet; for det andre gir den ren elektrisitet, supplerer den lokale strømforsyningen og letter den regionale energimangelen; for det tredje fremmer den utviklingen av ressursutnyttelsesindustrien for landbruksavfall, gir en referansesak for spillvarmegjenvinning og utnyttelse av lignende biogasskraftverk, driver utviklingen av nye energiprosjekter i nærområdene, og fremmer grønn og bærekraftig utvikling av landbruket.

 

V. Prosjektsammendrag og Outlook

(I)Prosjektsammendrag

Ved å introdusere teknologi for spillvarmegjenvinning for biogasskraftproduksjon, gjenvinner dette prosjektet spillvarmen som forsvinner under driften av generatorsettene for isolering av anaerobe kokere, og danner et lukket-sløyfesystem for energiutnyttelse av "anaerob gjæring - biogasskraftproduksjon - avfallsvarmegjenvinning insulation {{3}". Den løser fullstendig smertepunktene med høyt energiforbruk, ustabil temperatur og høye driftskostnader for tradisjonell anaerob kokerisolasjon. Etter prosjektgjennomføringen forbedrer den ikke bare den anaerobe gjæringseffektiviteten og biogassproduksjonen, realiserer ressursutnyttelse av spillvarme, men oppnår også betydelige økonomiske, miljømessige og sosiale fordeler. Den verifiserer gjennomførbarheten og overlegenheten ved å bruke spillvarme fra biogasskraftproduksjon til anaerob isolering av koker, og gir et praktisk og gjennomførbart opplegg for energisparende-omforming av mellomstore-biogasskraftverk.

Nøkkelen til den vellykkede implementeringen av prosjektet ligger i å kombinere de strukturelle egenskapene til de bioniske intestinale anaerobe kokerne, optimalisere varmevekslingen og isolasjonsparameterne gjennom numerisk simulering, velge passende isolasjonsmaterialer og VRCOOLER ribberørsavfallsvarmegjenvinningsutstyret - ribberørsstrukturen til 6 ganger utvider varmevekslerområdet effektivt med 6 ganger varmeveksleren. rør, noe som i stor grad forbedrer effektiviteten til varmegjenvinning. Med VRCOOLERs profesjonelle design og produksjonsevne, og matching med det intelligente kontrollsystemet, oppnås presis temperaturkontroll og effektiv spillvarmeutnyttelse, og unngår innvirkningen av spillvarmeavfall og temperatursvingninger på gjæringseffektiviteten.

(II) Fremtidsutsikter

I fremtiden, basert på implementeringserfaringen fra dette prosjektet, vil vi ytterligere optimalisere spillvarmegjenvinningssystemet, forbedre spillvarmegjenvinningseffektiviteten, utforske den kaskadede spillvarmeutnyttelsesmodusen, og bruke overskuddsspillvarmen til oppvarming i avlsparken og forbehandling av gjæringsråmaterialer for å forbedre energiutnyttelseseffektiviteten ytterligere; introduser samtidig digital tvillingteknologi for å bygge en digital tvillingmodell av systemet for anaerobe gjæring og spillvarmegjenvinning, realisere sanntidsovervåking, tidlig feilvarsling og parameteroptimalisering av systemets driftsstatus, og forbedre systemets intelligensnivå; i tillegg fremme det tekniske opplegget til dette prosjektet til biogasskraftverk på andre felt som husdyr- og fjørfeavl og behandling av matavfall, hjelpe flere nye energiprosjekter med å oppnå energisparing og karbonreduksjon, og fremme utviklingen av høy-kvalitet av den grønne energiindustrien.