Сжигание биогаза - самым простой и действенным метод утилизации.
Благодаря тому, что основу биогаза составляет метан, горит он весьма хорошо. Процесс горения позволяет безопасно уничтожить все воспламеняющиеся компоненты биогаза, сокращая тем самым неприятные запахи, риски для здоровья и прочие неблагоприятные воздействия мусорного полигона на людей и окружающую среду. Биогаз в данном случае выступает в роли горючего, а окислителем является кислород из воздуха. Здесь правда имеется несколько важных нюансов из-за которых нельзя просто "развести костер" над торчащей из полигона трубой. Рассмотрим эти нюансы подробнее.
Стехиометрическое отношение O2 к CH4 для оптимального процесса сгорания составляет 9,52:1. Если кислорода поступает больше необходимого, то получаемую смесь называют бедной и окислительной. Такая смесь будет гореть при меньшей температуре и сгорание компонентов может быть не полным, как следствие выхлоп горелки будет содержать больше вредных веществ, чем нам бы того хотелось. Если кислорода окажется меньше положенного, будет еще хуже. В этом случае мы получим уже так называемую богатую или восстановительную смесь. При ее горении мы столкнемся не только с неполным сгоранием уже имеющихся газов, но и с образованием таких неприятных промежуточных продуктов сгорания как окись углерода и неметановые летучие органические соединения. Из вышесказанного очевидно, что при сжигании биогаза мы должны тщательно контролировать количество кислорода в горящей смеси. Понятно, что добиться идеального соотношения горючее/окислитель невозможно, но вновь обратившись к строкам выше легко понять, что некоторый избыток кислорода навредит нашему процессу куда меньше, чем его нехватка. Собственно, в современных системах сжигания так и делается. Качество процесса сгорания контролируется при помощи оптических температурных датчиков, которые постоянно отслеживают температуру пламени. Если температура начинает отклоняться от заданной, то система управления немедленно выдает насосам указание на увеличение подачи воздуха в камеру сгорания или напротив, перекрывает воздушные заслонки. Важно не забывать, что чем выше температура, тем быстрее будет изнашиваться горелка, так что стоит заранее задуматься об ее охлаждении. В настоящее время доступно множество технологических решений в этом направлении. В настоящее время факел или факельная установка для сжигания биогаза являются популярным и недорогим решением в сфере утилизации биогаза.
Установка постоянного горения свалочного биогаза
«C» Установка для извлечения и сжигания
”HT" Установка для добычи и утилизации биогаза
Коллектор для регулирования потока биогаза
Электрические и пневматические насосы
Панель анализа
Принцип работы факела для сжигания биогаза
Цель работы системы сжигания — это очистка биогаза путем термического окисления для уничтожения неприятных запахов и снижения воздействия свалочного газа на окружающую среду. По сути, горение изменяет молекулярную структуру газов. Для того, чтобы понять, как это происходит, рассмотрим химическое уравнение термического окисления метана [CH4 + 2O2 - CO2 + 2 H2O]. Как можно увидеть горючая газа легко обращается в безопасные воду и углекислый газ. Правда тут есть еще несколько факторов, влияющих на процесс. Важнейшие из них это состав горящей смеси, а также время и температура ее горения. Посмотрим сначала, что будет если в газовой смеси недостает кислорода (воздуха). При ее горении мы столкнемся и с неполным сгоранием уже имеющихся газов, и с образованием таких неприятных промежуточных продуктов сгорания как окись углерода и неметановые летучие органические соединения. Достаточно неприятно, не правда ли? А вот если кислорода будет слишком много, то нам опять же грозит не полное прогорание смеси, но вот новых вредных соединений мы уже почти наверняка не получим. Вспомним, что для оптимального процесса горения нужно стехиометрическое отношение O2 к CH4 - 9,52 к 1. Как же нам приблизится к этому оптимуму? Учитывая, что количество того же метана да дополнительного кислорода в биогазе разниться, нужно постоянно увеличивать или уменьшать объем подающегося в камеру сгорания факела воздуха. Тут стоит отметить, что помимо того, чтобы подать в объем сгорания достаточное количество кислорода, нужно еще и обеспечить и надежное перемешивание газов иначе, мы рискуем отдельные зоны с отличающимся составом газа. Процесс перемешивания тоже должен обеспечить факел. Забегая вперед, скажу, что общий контроль смеси осуществляется при помощи отслеживания температура пламени. Для примера. Температура воспламенения стехиометрической смеси метана составляет 700 ° C, водорода 550 ° C, а монооксида углерода - 570 ° C. В дополнение заметим, что если биогаз перед попаданием в факел не очищался, то помимо метана мы обнаружим в смеси достаточно много сероводорода, а значит придется учитывать и реакцию его окисления [H2S + 1,5 O2 - SO2 + H2O]. Оксид серы в больших количествах токсичен и вреден для человека, так что лучшим решением будет являться очистка биогаза от сероводорода перед сжиганием.
Конструкция типового факела
Факел для сжигания биогаза представляет собой вертикальную трубу (поз.1) нижний срез, который находится на расстоянии около метра от земли и перекрыт специальными жалюзи, открытие/закрытие которых регулирует поступление воздуха внутрь камеры сгорания. Для того, чтобы посторонние люди или дикие животные не могли получить доступ под факел, пространство под ним закрыто сетчатым защитным кожухом (поз.2). Опоры факела должны быть жестко зафиксированы к бетонной плите или иному основанию площадки, так как парусность конструкции весьма велика. Высота факела напрямую зависит от того с каким минимальным и максимальным объемом биогаза необходимо будет сжигать. В корпус факела входит целый ряд вводов. Если воздух забирается факелом прямо из окружающего пространства (с улицы), то для газа может быть предусмотрено два отдельных подвода снабженных электрическими или пневматическими затворами. Первый ввод (поз.3) отвечает за подвод основного объема газа, а вот второй (поз.4) принадлежит так называемой системе пилотного газа, топливо из которой будет гореть внутри факела, даже если основной объем газа пойдет к другому потребителю. Последнее необходимо если факел используется не как основная система сжигания биогаза, а в качестве резервного средства его уничтожения. В независимости от количества газопроводов, зажигание газовой смеси осуществляется электрической системой поджига (поз.5) находящейся внутри корпуса факела и управляемой общей системой контроля биогазовой установки в автоматическом режиме. Эта же система управления получает сигналы от оптического датчика температуры (поз.6) и термопары (поз.7), находящихся в корпусе факела и принимает на их основе решение об увеличении или уменьшении потока биогаза или воздуха в камеру сгорания факела. Помимо всего прочего стоит учесть, что поступающий в камеру газ служит еще и для его дополнительного охлаждения, поэтому при работе на малых объемах газа труба факела нагревается больше, что снижает срок его службы.
