Licenta - instalatie biogaz

Mosora Alex-Sebastian

Proiect de diplomă

CUPRINS INTRODUCERE……………………………………………………………………………..7 CAPITOLUL 1 - Considerații generale privind producerea de biogaz ……………………...9

1.1 Generalități………………… Generalități…………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………...9 ...9 biogazului……………………………..9 ..9 1.2 Parametrii fizico-chimici şi energetici ai biogazului…………………………… 1.3 Aspecte microbiologice ale metanogenezei..........................................................12

1.4 Factorii care influeanțează producția de biogaz...................................................15 1.4.1 Materia primă...............................................................................................15 1.4.2 Temperatura.................................................................................................19 1.4.3 Presiunea......................................................................................................21 1.4.4 Agitarea........................................................................................................26 1.4.5 Aciditatea.....................................................................................................27 CAPITOLUL 2 - Prezentarea și descrierea instalațiilor de producere a biogazului ..............28

2.1 Schema tehmologică...................................................................................................28 2.2 Instalația propriuzisă de producere a biogazului........................................................28 2.2.1 Descriere generală.............................................................................................28 2.2.2 Descriere funcțională.........................................................................................30 ......30 2.2.2.1 Preîncălzitorul...........................................................................................30 2.2.2.2 Fermentatorul............................................................................................33

2.3 Instalația de încălzire a biomasei............................................................ biomasei................................................................................35 ....................35 2.3.1 Schimbătoare de căldură....................................................................................36 ...................36 2.3.1.1 Țevi metalice............................................................................................36 2.3.1.2 Coturi din țeavă îndoite la 180ᴼ cu raza de racordare R=1,5•Dn conform STAS 8807-71......................................................................................................38

2.3.1.3 Coturi din țeavă îndoite la 90ᴼ cu raza de racordare R=1,5•Dn conform STAS 8805-71......................................................................................................42

2.3.1.4 Cazan pentru încălzirea agentului termic (apa caldă)...............................51 2.3.1.5 Bride de susținere.....................................................................................54 54 2.3.1.6 Pompa de recirculare a apei calde............................................................54

2.4 Instalația de agitare.....................................................................................................57 2.5 Rețeaua de distribuție.................................................................................................58 2.6 Instalația de deshidratare............................................................................................58 ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 1


Proiect de diplomă

distribuție.................. .......60 CAPITOLUL 3 - Proiectarea instalației de biogaz și a rețelei de distribuție........................ 3.1 Calculul tehnologic.....................................................................................................60 3.1.1 Calculul volumului util de fermentare...............................................................60

3.1.1.1 Cantitatea zilnică de dejecții.....................................................................60 3.1.1.2 Rețeta de amestec.....................................................................................61 .61 3.1.1.2.1 Calculul cantității de S.U. pentru dejecțiile de porci.......................62 3.1.1.2.2 Calculul cantității de S.U. pentru paiele de grâu.............................62 3.1.1.2.3 Calculul cantității paielor de grâu.............................................. grâu................................................. .....63 ..63 3.1.1.2.4 Calculul cantității totale de substanță uscată...................................63 3.1.1.2.5 Calculul cantității de umiditate pentru dejecțiile de porci...............64 3.1.1.2.6 Calculul cantității de umiditate pentru paiele de grâu.....................64 3.1.1.2.7 Calculul cantității totale de umiditate..............................................64

3.1.1.2.8 Calculul cantității totale de apă care trebuie adăugată amestecului pentru asigurarea umidității de 92%...............................................................65 3.1.1.2.9 Calculul cantității totale de biomasă introdusă zilnic în fermentator..................................................................................................................65

3.1.1.3 Calculul volumului ocupat de biomasă.....................................................66 3.1.1.4 Calculul densității totale a amestecului....................................................66 3.1.1.5 Calculul volumului final de fermentare funcție de temperatura la care se desfășoară procesul de producere a biogazului....................................................67 3.1.2 Calculul volumul de biogaz rezultat în urma fermentării anaerobe..................67 3.1.2.1 Materia organică folosită..........................................................................68 ..........68 3.1.3 Calculul instalației de preîncălzire.....................................................................70 3.1.3.1 Calculul cantității totale de căldură necesare preîncălzirii biomasei........71 3.1.3.2 Calculul suprafeței de încălzire................................................................71 3.1.3.3 Calculul suprafeței schimbătoarelor de căldură........................................72 3.1.3.3.1 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S1...........................72 3.1.3.3.2 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S2...........................72 3.1.3.4 Calculul numărului de schimbătoare de căldură ......................................73 3.1.4 Calculul instalației de fermentare......................................................................73

3.1.4.1 Calculul cantității totale de căldură necesare menținerii biomasei la temperatura de 55ᴼC.............................................................................................73 ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 2


Proiect de diplomă

distribuție.................. .......60 CAPITOLUL 3 - Proiectarea instalației de biogaz și a rețelei de distribuție........................ 3.1 Calculul tehnologic.....................................................................................................60 3.1.1 Calculul volumului util de fermentare...............................................................60

3.1.1.1 Cantitatea zilnică de dejecții.....................................................................60 3.1.1.2 Rețeta de amestec.....................................................................................61 .61 3.1.1.2.1 Calculul cantității de S.U. pentru dejecțiile de porci.......................62 3.1.1.2.2 Calculul cantității de S.U. pentru paiele de grâu.............................62 3.1.1.2.3 Calculul cantității paielor de grâu.............................................. grâu................................................. .....63 ..63 3.1.1.2.4 Calculul cantității totale de substanță uscată...................................63 3.1.1.2.5 Calculul cantității de umiditate pentru dejecțiile de porci...............64 3.1.1.2.6 Calculul cantității de umiditate pentru paiele de grâu.....................64 3.1.1.2.7 Calculul cantității totale de umiditate..............................................64

3.1.1.2.8 Calculul cantității totale de apă care trebuie adăugată amestecului pentru asigurarea umidității de 92%...............................................................65 3.1.1.2.9 Calculul cantității totale de biomasă introdusă zilnic în fermentator..................................................................................................................65

3.1.1.3 Calculul volumului ocupat de biomasă.....................................................66 3.1.1.4 Calculul densității totale a amestecului....................................................66 3.1.1.5 Calculul volumului final de fermentare funcție de temperatura la care se desfășoară procesul de producere a biogazului....................................................67 3.1.2 Calculul volumul de biogaz rezultat în urma fermentării anaerobe..................67 3.1.2.1 Materia organică folosită..........................................................................68 ..........68 3.1.3 Calculul instalației de preîncălzire.....................................................................70 3.1.3.1 Calculul cantității totale de căldură necesare preîncălzirii biomasei........71 3.1.3.2 Calculul suprafeței de încălzire................................................................71 3.1.3.3 Calculul suprafeței schimbătoarelor de căldură........................................72 3.1.3.3.1 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S1...........................72 3.1.3.3.2 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S2...........................72 3.1.3.4 Calculul numărului de schimbătoare de căldură ......................................73 3.1.4 Calculul instalației de fermentare......................................................................73

3.1.4.1 Calculul cantității totale de căldură necesare menținerii biomasei la temperatura de 55ᴼC.............................................................................................73 ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 2


Proiect de diplomă

afeței de încălzire................................................................74 3.1.4.2 Calculul supr afeței 3.1.4.3 Calculul suprafeței schimbătoarelor de căldură........................................75 3.1.4.3.1 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S3........ ..................75 3.1.4.4 Calculul numărului de schimbătoare de căldură.......................................75 3.1.5 Calculul pompei de recirculare a apei calde…………………………………..76 pompă................................................... .............76 3.1.5.1 Calculul debitului vehiculat de pompă........................................ 3.1.5.2 Calculul puterii pompei de recirculare a apei calde .................................76 3.1.6 Calculul suflantei utilizate la agitarea materiei organice...................................77 3.1.6.1 Calculul debitului de gaz vehiculat de suflantă........................................77 3.1.6.2 Calculul puterii suflantei utilizate la agitarea materiei organice..............77

3.1.7 Calculul arzătorului utilizat la încălzirea apei calde..........................................78 3.1.8 Calculul instalației de deshidratare....................................................................78

3.1.8.1 Calculul densității biogazului în condițiile de lucru…………………....78 3.1.8.2 Calculul vitezei admisibile a gazelor în secţiunea separării…………….79 3.1.8.3 Calculul debitului de biogaz ce poate trece prin separator ………….... 79

3.1.8.4 Calculul numărului nu mărului de separatoare……………………………………...80 3.1.9 Calculul rețelei de distribuție…………………………………………… distribuție………………………………………………… …….81 3.1.9.1 Calculul debitului masic……………………… masic……………………………………………..…81 ……………………..…81 3.1.9.2 Calculul diametrului nominal al țevii de distribuție…………………….81 3.2 Calculul de rezistență..................................................................................................82 CAPITOLUL 4 - Instrucțiuni tehnice de întreținere, exploatare și revizii ale instalației de biogaz.......................................................................................... biogaz...................................... ................................................................................................91 ............................................91 4.1 Întreținerea, exploatarea și revizia instalației de încălzire..........................................91 4.1.1 Reglementări privind exploatarea şi întreţinerea instalaţiilor de încălzire........91 4.1.2 Punerea în funcțiune a instalațiilor ....................................................................92 ....................................................................92 4.1.3 Recepția lucrărilor .............................................................................................94 .............................................................................................94 4.1.3.1 Recepția la terminrea lucrărilor ................................................................95 ................................................................95 4.1.3.2 Recepția finală..........................................................................................96 4.1.4 Cartea tehnică a construcţiei..............................................................................96 4.1.4.1 Documentele privind proiectarea, execuţia şi recepţia………………….97 4.1.4.2 Documentele privind exploatarea, întreţinerea şi repararea…………….97 4.1. 4.1.55 Explo ata rea instalaţiilor de încălzire .......................................97 ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 3


Proiect de diplomă

4.1.5.1 Prevederi generale.………………………………………………… .…..97 4.1.5.2 Reglarea instalaţiilor .................................................................................98 4.1.5.3 Regimul chimic al agenţilor termici.........................................................98 4.1.5.4 Protecţia, siguranţa şi igiena muncii.........................................................99 4.1.5.4 Prevenirea şi stingerea incendiilor ..........................................................100 4.1.6 Exploatarea centralelor termice.......................................................................100 4.1.7 Exploatarea reţelelor termice de distribuţie.....................................................100 4.1.8 Întreţinerea şi reviziile instalaţiilor de încălzire..............................................101 CAPITOLUL 5 – Estimarea costurilor și stabilirea duratei de recuperare a investițiilor....102 5.1 Estimarea costurilor..................................................................................................102 5.2 Stabilirea duratei de recuperare a investițiilor..........................................................102 Concluzii…………………………………………………………………………………..104

Bibliografie…………………………………………………………………………..……105

INTRODUCERE

_________________________________________________________________________________ 4


Proiect de diplomă

Până nu de mult, problema energiei nu se punea cu dramatismul situaţiei de acum. Dimpotrivă, exista ideea că niciodată această problemă nu va crea dificultăţi, căci se avea impresia că exploatarea petrolului, care se generalizase în mai toate activităţile umane, a cărbunilor, a gazelor naturale, va continua la infinit. A venit însă o vreme când oamenii de ştiinţă, economiştii şi politicienii, au făcut un calcul mai amănunţit şi au ajuns la concluzia previzibilă că rezervele mondiale de petrol, cărbune și gaze naturale s-ar putea epuiza în câteva decenii dacă se continuă aceleaşi ritmuri de consum. Vestea s-a răspândit fulgerător şi a stârnit panică. În primul rând, statele producătoare de petrol şi-au redus cantităţile extrase şi au scumpit puternic preţurile, începuse aşa zisă criză a petrolului, de fapt criza energiei.

Ca mai toate crizele, pe plan mondial şi criza energetică a început să fie sămânţă de conflicte interstatale. Suntem martori la tensiuni internaţionale, unele chiar sub formă de

războaie, intervenţii brutale în viaţa unor state independente, etc., a căror cauză, fireşte, nedeclarată, o reprezintă rezervele de petrol ale ţărilor atacate sub diferite pretexte diplomatice.

Nu există domeniu sau activitate care să nu aibă nevoie de energie. După anul 1974, s-a pornit energic şi la luarea de măsuri. În primul rând s-a observat că, în aproape toate tehnologiile se făcea o risipă

inadmisibilă de energie. A început o reconsiderare fundamentală a acestor tehnologii în scopul atingerii aceloraşi performanțe, dar cu un consum energetic mai redus. S-a constatat că, pe această cale se pot obţine, în funcţie de domeniu, reduceri ale consumurilor energetice cuprinse, în general, între 15-30%. Desigur această măsură a fost necesară dar insuficientă. S-a pus apoi, pe tapet, problema găsirii de energi regenerabile, inepuizabile şi ecologice cunoscute de multă vreme dar neglijate tot de multă vreme.

Ce înseamnă surse regenerabile de energie? Petrolul, cărbunele şi gazele naturale sau format acum multe milioane de ani din resturi vegetale şi animale, sau prin reacții

chimice. Ca să dispunem de aceleaşi cantităţi pe care la-am consumat până acum ar trebui să aşteptăm din nou câteva milioane de ani. Practic aceste rezerve nu se mai reîmprospătează, noi utilizăm numai ceea ce găsim în subsol, ele sunt neregenerabile. În schimb există surse care, practic, pot furniza energie dacă nu la infinit, măcar pe perioade foarte mari de timp Biogazul reprezintă o astfel de sursă de energie neconvenţională care rezultă în urma unui proces de conversie naturală controlată a biomasei. _________________________________________________________________________________ 5


Proiect de diplomă

Energia obţinută din biomasă mai este denumită şi energia verde. Producerea de energie electrică din surse de energie regenerabile se preconizează, ca în anul 2010, să ajungă la 33% din consumul intern brut. Din aceasta, energiei regenerabile, energia de biomasă reprezintă 65 %, cea eoliană reprezintă 17 % , cea solară 12 %, iar cea geotermală 1 %. Statistica mondială apreciază că, într -un an, în lume biomasa nefolosită de om se cifrează la circa 150 ·109 t. Considerând că 1 t biomasă uscată produce doar 300 m³ gaz metan (300 m³ gaz ≈ 1,25 barili ţiţei ≈ 250 kg combustibil convenţional), rezultă circa 2,5·106 kcal. Apreciind că numai 25 % din întreaga cantitate de biomasă se transformă în

gaz metan, rezultă 50 ·109 barili ţiţei, adică 34 ·109 t/an ≈ 50 ·109 t cc. Iar dacă anual, pentru încălzire, se consumă la nivel mondial 9 ·109 t cc (dintre care mai mult de 65 % petrol şi gaze), înseamnă că numai 5 % din cantitatea de biomasă transformată anual asigură consumul actual de combustibil pe întreg globul.

Tema proiectului de diplomă “ Să se proiecteze o intalație de biogaz, de valorificare a dejecțiilor de la o fermă de porci, care are capacitatea de 10.000 capete ”, corespunde nevoilor mondiale de valorificare a resurselor din punct de vedere energetic, prin obținerea de biogaz. Proiectul este structurat pe 5 capitole, fiecare având titluri sugestive.

Capitolul 1 intitulat “Considerații generale privind producerea de biogaz” expune pe rând parametrii fizico-chimici și energetici ai biogazului, aspectele microbiologice ale metanogenezei și factorii care influențează producția de biogaz.

În capitolul 2 este prezentată și descrisă instalația de producere a biogazului, cu subinstalațiile și elementele componente.

În capitolul 3 sunt expuse calculele necesare realizării instalației de biogaz și anume calculul tehnologic (de dimensionare a instalației) și calculul de rezistență.

Capitolul 4 tratează aspectele legate de instrucțiuni tehnice de întreținere, exploatare și revizii ale instalației de biogaz. Lucrarea se încheie cu capitolul 5 în care este abordată estimarea costurilor și

stabilirea duratei de recuperare a invesțiilor .

CAPITOLUL 1 _________________________________________________________________________________ 6


Proiect de diplomă

Considerații generale privind producerea de biogaz 1.1 Generalități Prin termenul de „biogaz”, acceptat pe plan internațional, se înțelege produsul gazos rezultat în urma fermentării anaerobe într -un mediu cu umiditate și temperatură ridicată, în

absența luminii. Biogazul este un amestec de gaze atât combustibile cât și inerte, principalii constituenți fiind metanul și bioxidul de carbon, ambele în proporții variabile. În componența biogazului se găsesc în cantități foarte mici, însă nu neglijabile hidrogen sulfurat, azot, oxid de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de apă.

1.2 Parametrii fizico-chimici şi energetici ai biogazului Biogazul poate fi caracterizat prin:

a) Proprietăţi fizice: gaz fără culoare, cu miros specific de ouă clocite (datorită hidrogenului sulfurat); fără gust

b) Compoziţia aproximativă - metan (50-90%), dioxid de carbon (48-8%), hidrogen sulfurat (max. 2%), mici cantităţi din alte elemente (hidrogen, azot, oxigen, vapori de apă, particule solide, etc.)

c) Putere calorifică Valoarea energetică a biogazului este dată de conținutul de metan astfel:

Compoziția biogazului funcție de procentajul elementelor componente

Putere calorifică

_________________________________________________________________________________ 7


Metan

Proiect de diplomă

Dioxid de Hidrogen

Alte gaze

Hs

Hi

Hs

Hi

kcal/m

kcal/ m

kj/ m

kj/ m

carbon

sulfurat

50

48

2

0

4882,8

4388,2

20443,3

18372,5

51

47

2

0

4978,0

4473,7

20841,9

18730,5

52

46

2

0

5073,2

4559,2

21240,5

19088,5

53

45

2

0

5168,4

4644,7

21639,1

19446,4

54

44

2

0

5263,6

4730,2

22037,6

19804,4

55

43

2

0

5358,8

4815,7

22436,2

20162,4

56

42

2

0

5454,0

4901,2

22834,8

20520,3

57

41

2

0

5549,2

4986,7

23233,4

20878,3

58

40

2

0

5644,4

5072,2

23632,0

21236,3

59

39

2

0

5739,6

5157,7

24030,6

21594,3

60

38

2

0

5834,8

5243,2

24429,1

21952,2

61

37

2

0

5930,0

5328,7

24827,7

22310,2

62

36

2

0

6025,2

5414,2

25226,3

22668,2

63

35

2

0

6120,4

5499,7

25624,9

23026,1

64

34

2

0

6215,6

5585,2

26023,5

23384,1

65

33

2

0

6310,8

5670,7

26422,1

23742,1

66

32

2

0

6406,0

5756,2

26820,6

24100,1

67

31

2

0

6501,2

5841,7

27219,2

24458,0

68

30

2

0

6596,4

5927,2

27617,8

24816,0

69

29

2

0

6691,6

6012,7

28016,4

25174,0

70

28

2

0

6786,8

6098,2

28415,0

25531,9

71

27

2

0

6882,0

6183,7

28813,6

25889,9

72

26

2

0

6977,2

6269,2

29212,1

26247,9

73

25

2

0

7072,4

6354,7

29610,7

26605,9

74

24

2

0

7167,6

6440,2

30009,3

26963,8

75

23

2

0

7262,8

6525,7

30407,9

27321,8

76

22

2

0

7358,0

6611,2

30806,5

27679,8

77

21

2

0

7453,2

6696,7

31205,1

28037,7

78

20

2

0

7548,4

6782,2

31603,6

28395,7

_________________________________________________________________________________ 8


Proiect de diplomă

79

19

2

0

7643,6

6867,7

32002,2

28753,7

80

18

2

0

7738,8

6953,2

32400,8

29111,7

81

17

2

0

7834,0

7038,7

32799,4

29469,6

82

16

2

0

7929,2

7124,2

33198,0

29827,6

83

15

2

0

8024,4

7209,7

33596,6

30185,6

84

14

2

0

8119,6

7295,2

33995,1

30543,5

85

13

2

0

8214,8

7380,7

34393,7

30901,5

86

12

2

0

8310,0

7466,2

34792,3

31259,5

87

11

2

0

8405,2

7551,7

35190,9

31617,5

88

10

2

0

8500,4

7637,2

35589,5

31975,4

89

9

2

0

8595,6

7722,7

35988,1

32333,4

90

8

2

0

8690,8

7808,2

36386,6

32691,4

91

7

2

0

8786,0

7893,7

36785,2

33049,3

92

6

2

0

8881,2

7979,2

37183,8

33407,3

93

5

2

0

8976,4

8064,7

37582,4

33765,3

94

4

2

0

9071,6

8150,2

37981,0

34123,3

95

3

2

0

9166,8

8235,7

38379,6

34481,2

Tabelul 1.2.1 Valoarea energetică a biogazului raportată la conținutul de metan și alte elemente componente

d) Densitate (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 1.21 kg/m³; e) Index Wobbe (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 19.5 MJ/m³;

f) Viteza maximă de ardere (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 0.25 m/s; g) Aer necesar teoretic (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 5.71 m³aer/m³gaz;

h) Concentraţie maximă de CO2 în gazele de ardere (CH4 -60%, CO2-38%, altele -2%) – 17.8%;

_________________________________________________________________________________ 9


Proiect de diplomă

i) Temperatură de topire: -182,5ºC; j) Temperatura de fierbere: -161,6ºC; k) Solubilitate - în apă la 20ºC: 0,35% în greutate; - în alcool etilic la 20ºC: 47,1% în greutate;

1.3 Aspecte microbiologice ale metanogenezei Metanogeneza reprezintă procesul microbiologic complex în urma căruia biomasa este convertită în biogaz și în nămol fertilizant. Rolul principal în cadrul acestui proces îl au bacteriile metanogene. Aceste bacterii

își desfășoară activitatea in condiții exclusiv a naerobe, dintre acestea cele mai importante specii de bacterii fiind Bacilus cellulosae methanicus , responsabile de formarea metanului, şi Bacilus cellulosae hidrogenicus, responsabile de formarea hidrogenului.

Ulterior aceste două specii au fost reunite sub denumirea comună de methano bacterium.

Pentru dezvoltarea și înmulțirea acestor bacteri sunt necesare îndeplinirea catorva condiții elementare si anume: -mediu strict anaerob; -umiditate peste 50% (peste această valoare crescând mobilitatea bacteriilor și accelerarea metabolismului celular); - prezența unei cantități de azot suficiente pentru construția celulei bacteriene; -mediu neutru sau slab alcalin cu pH-ul cuprins între 7,0 și 7,6; -temperatura peste 3°C; -absența luminii.

Întregul process de producere a biogazului constă în fracționarea moleculelor mai complexe care există în material primă în molecule din ce în ce mai simple, în cadrul a patru etape.

În prima etapă substanțele macromoleculare ca celuloza, amidonul, grăsimile, proteinele, acizii nucleici sunt transformate de enzimele secretate de microorganisme _________________________________________________________________________________ 10


Proiect de diplomă

aerobe, numite exofermenți, în compuși cu molecule mai mici ca zaharuri precum celembioza, zaharoza, maltoza, xilobioza, apoi in acizi ca acidul galacturonic, acizi grași, aminoacizi, respectiv în baze precum purine, pirimine.

În etapa a doua produșii doua produșii treptei precedente sunt supusi fermetației în urma căreia sunt produși molecule și mai simple precum acidul formic, acetic, propionic, butiric, valeriamic, lactic, malic, etc. În cadrul acestei etape rezultă o serie de gaze precum hidrogen, dioxid de carbon, amonia, hidrogen sulfurat, precum și diferiți alcooli ca metilic, etilic, propilic, butadiol, etc.

În etapa a treia, treia, care de altfel este și strict anaerobă, se formează din moleculele etapei precedente o serie de compuși metanogeni, rezultând pe rezultând pe lângă aceștia și acid acetic, hidrogen, bicarbonați, acid formic și metanol. În etapa a patra se formează componenții principali ai biogazului și anume metan și bioxid de carbon, regăsindu-se la finalul acestei etape, însă într -o proporție foarte mică și gazele rezultate în cadrul treptei a doua: hidrogen sulfurat și amoniac. La transformările de mai sus iau parte numeroase specii și tipuri de bacterii, specializate pentru câte o operație de transformare, fie direct, fie prin intermediul enzimelor pe care le produc.

În final, în afară de biogaz, rezultă un produs fluid care conține materii mineralizate, substanțe organice nedegradabile, substanțe organice ce nu au apucat să fie degradate și apă. Schema de transformare a biomasei în biogaz prin parcurgerea celor patru etape este

prezentată în figura de mai jos:

____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 11


Proiect de diplomă

Fig 1.3.1 Schema de transformare a biomasei în biogaz

Astfel, pentru 1kg de substanță organică, din care 70% este biodegradabilă, produce 0,184 kg metan, 0,32 kg dioxid de carbon, 0,2 kg de apă și 0,3 kg rest organic nebiodegradabil.

La o degradare completă, substanțele organice de bază pot da cantități de biogaz cu un conținut de metan conform tabelului 1.3.2: Biogaz optenabil

Conținutul mediu de

m³/kg S.O.

metan în %

Hidrați de carbon (C6H10O5)n

0,886

50

Grăsimi (C50H30O6)

1,535

70

Proteine (6C 2NH3 3H2O)

0,587

84

Substanță organică

Tabelul 1.3.2 Cantitatea de biogaz bioga z și conținutul de metan rezultat în urma degradării complete a substanțelor organice de bază

____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 12


Proiect de diplomă

1.4 Factorii care influeanțează producția de biogaz În urma experienței și a cercetăriilor efectuate în domeniu producerii biogazului s-a constat că urmatorii factori sunt determinanți în producerea de biogaz: bio gaz: -materia primă; -temperatura; -presiunea; -agitarea; -pH-ul substratului de biomasă supus fermentării anaerobe.

1.4.1 Materia primă Materia primă supusă fermentării anaerobe trebuie să asigure un mediu prielnic dezoltării și activitării microorganismelor ce concură la digestia substratului și, în final, la producerea de biogaz. Acest mediu trebuie să satisfacă următoarele condiții: -să conțină materie organică biodegradabilă; -să aibe o umiditate ridicată, peste 90%; -să aibe în cadrul fermentării reacții neutre sau apropiate de neutre (pH=6,8-7,3); -să conțină carbon și azot într -o anumită proporție (C/N=15-25); -să nu conțină substanțe inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele,

detergenți, antibiotice, concentrații mari de sulfați, formol, dezinfectanți, fenoli, etc. Pentru obținerea de biogaz se pot utiliza materii prime organice de proveniență foarte

diferită:deseuri vegetale, deseuri menajere, fecale umane, dejecții animaliere, gunoiul de grajd, ape reziduale din industria alimentara și din zootehnie, etc. Producție specifică, medie, de biogaz ce se poate obține din diverse materii prime, raportată la substanța lor uscată este redată în tabelul tabel ul 1.4.1.1:

____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 13


Proiect de diplomă

Biogaz optenabil

Materie primă

m³/kg S.U.

Conținutul

Durata de

mediu de metan

fermentare

în %

în zile

Paie de grâu, întregi

0,367

78,5

Paie de grâu tocate la 3 cm

0,363

80,2

Paie de grâu tocate la 0,2 cm

0,423

81,3

Lucernă

0,445

77,7

60

Ierburi diferite

0,557

84,0

60

Frunze de sfeclă furajeră

0,496

84,0

65

Frunze de sfeclă de zahăr

0,501

84,8

65

Lujeri de roșii tocați

0,606

74,7

Tuleie de porumb tăiate la 2 cm

0,214

83,1

90

Frunze de copaci

0,260

58

65

Paie de orz

0,380

77

Paie de orez

0,360

75

Tulpini de in sau de cânepă

0,369

58

90

0,260-0,280

50-60

90

Dejecții de porc

0,480

60

60

Dejecții de cal

0,2-0,3

66

90

Dejecții de oaie

0,320

65

Dejecții de păsări

0,520

68

Fecale umane

0,240

50

0,370

50-60

0,3-0,6

58

Dejecții de bovine

Namol din stațiile de epurare orășenești Drojdii de la distilerii de spirt

30

Tabelul 1.4.1.1 Producție specifică, medie, de biogaz obținută din diverse materii prime,

raportată la substanța lor uscată S-a constatat faptul că prin amestecarea diferitelor meterii prime capacitatea

metanogenă a amestecului, exprimată în m3/kg S.U., este mai mare decat media rezultată din calculul aritmetic. Acest aspect este redat în tabelul 1.4.1.2: _________________________________________________________________________________ 14


Proiect de diplomă

Creșterea față

Proporția de

Biogaz optenabil

amestec în %

m³/kg S.U.

Dejecții bovine+porcine

50-50

0,409

+7,5

Dejecții bovine+păsări

50-50

0,424

+6

Dejecții bovine+nămol ape reziduale

50-50

0,410

+26

Dejecții bovine+buruieni

50-50

0,440

+5

Dejecții porcine+păsări

50-50

0,535

+7

Dejecții porcine+buruieni

50-50

0,598

+15,2

50-50

0,466

+9,6

25-50-25

0,482

+9,6

Dejecții păsări+nămol ape reziduale

50-50

0,5

+12,3

Dejecții păsări+buruieni

50-50

0,612

+13,5

Nămol ape reziduale+buruieni

50-50

0,659

+42

Materie primă

Dejecții

porcine+nămol

ape

reziduale

Dejecții bovine+porcine+păsări

de calculul în 100%

Tabelul 1.4.1.2 Producție specifică, medie, de biogaz obținută prin amestecarea de diverse materii prime, raportată la substanța lor uscată și creșterea în % a producției față de calculul în 100% diverse materii prime

Această potențare sinergetică se datorează faptului că prin amestecarea de materii prime se realizează raporturi mai bune între continutul de carbon și cel de azot, raport foarte important în producția eficientă de biogaz și care trebuie să fie cuprins în intervalul 15-25. În tabelul 1.4.1.3 sunt trecute, pentru principalele materii prime: -conținutul de carbon (C); -conținutul de azot (N); -raportul C/N.

_________________________________________________________________________________ 15


Proiect de diplomă

Conținutul de

Conținutul de

carbon în %

azot în %

Iarbă verde

15

0,6

25

Paie de grâu uscate

46

0,53

87

Paie de orez uscate

42

0,63

67

Paie de ovăz uscate

42

0,75

56

Tuleie de porumb

40

0,75

53

Lucernă

48

2,6

18

Frunze de copaci

41

1

41

Lujere de soia

41

1,3

32

Vrejuri de cartofi

40

1,8

22

Dejecții de oaie proaspete

16

0,55

29

Dejecții de bovine proaspete

7,3

0,29

25

Dejectii de cal proaspete

10

0,42

24

Dejecții de porc prospete

7,8

0,65

13

Fecale umane proaspete

2,5

0,85

29

Dejecții de păsări proaspete

45

3

15

Materie primă

Raportul C/N

Tabelul 1.4.1.3 Raportul C/N, conținutul de carbon și azot in % funcție de diverse materii prime

Tot pentru o producție eficientă de biogaz este necesară asigurarea unei umidități a amestecului de cel puțin 90%. Pentru a realiza o rețetă de amestec corectă, care să țină seama de această umiditate se va ține cont în calculul rețetei de tabelul 1.4.1.4:

Materie primă

Conținutul de substantă uscată în %

Umiditate medie

Minim

Maxim

Mediu

în %

Dejecții de bovine

10

18

14

86

Dejecții de porc

12

15

13,5

86,5

Dejecții de cal

20

30

25

75

_________________________________________________________________________________ 16


Proiect de diplomă

Dejecții de oaie

20

25

22,5

77,5

Dejecții de păsări

25

30

27,5

72,5

Fecale umane

25

28

26,5

73,5

Resturi menajere

20

25

22,5

77,5

Paie de grâu

85

87

86,5

13,5

Paie de orz

84

85

84,5

15,5

Paie de ovăz

83

85

84

16

Coceni de porumb

83

90

87,5

12,5

Lujeri de cartofi, soia, fasole

15

20

17,5

82,5

Frunze verzi

10

15

12,5

87,5

Frunze de sfeclă de zahăr

10

17

13,5

86,5

Lucernă verde

20

25

22,5

77,5

Buruieni, iarbă verde

15

17

16

84

Tabelul 1.4.1.4 Continutul de S.U., respectiv de umiditate funcție de diferite materii organice

1.4.2 Temperatura În cadrul procesului de producție a biogazului temperatura are o influentă semnificativa, mentinerea ei la o valoare constantă este esentială este esențială în procesul

de fermentație. Astfel că o variație bruscă cu numai 2 -3°C poate fi suficientă pentru a perturba echilibrul între acizi și bacteriile metanogene, inhibând activitatea acestora. Din punct de vedere al temperaturii la care îşi desfăşoară activitatea, microorganismele ce concură la producerea biogazului, îndeosebi cele metanogene, se împart în trei categorii: -criofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse între 12-24°C, zonă caracteristică fermentării în regim criofil; -mezofile, caracterizate printr-o activitate care are loc la temperaturi cuprinse între 25-40°C, zonă caracteristică fermentării în regim mezofil; -termofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse între 50-60°C, zonă caracteristică fermentării în regim termofil. _________________________________________________________________________________ 17


Proiect de diplomă

În graficul de mai jos sunt expuse cele trei zone termice caracteristice regimurilor

criofil, mezofil și termofil, precum și modul în care temperatura influențează producția de biogaz:

Figura 1.4.2.1 Diagrama producției medie de biogaz funcție de temperatur a la care are loc procesul de fermentație Diagrama este făcută în raport cu producția de biogaz la 15°C care a fost considerată 100% și care prezintă producției în procente față de cea de bază, din regimul criofil, odată cu creșterea temperaturiila care are loc fermentarea. Această creștere a producției de biogaz se datorează atât bacteriilor metanogene care își desfășoară activitatea într -un anumit regim de fermentare anaerobă, cât și datorită faptului că descompunerea materiei organice este puternic influențată de temperatură conform următorului tabel: _________________________________________________________________________________ 18


Proiect de diplomă

Temperatura,

Gradul de descompunere, în %

⁰C

a substanței organice

15

15

20

19

25

23

30

28

35

36

40

40

45

44

50

49

55

51

60

55

Tabelul 1.4.2.2 Gradul de descompunere,

în % a substanței orgnice funcție de temperatură 1.4.3 Presiunea Presiunea are o mare influneță în procesul de metanogeneză. Multă vreme însă s-a crezut că producţia de biogaz nu este influenţată de presiune. Reprezentanţi de marcă ai microbiologici teoretice şi ai celei industriale au opinat că metabolismul celular al microorganismelor se desfăşoară fară modificări semnificative chiar la presiuni mari şi foarte mari. Ca argument se aduceau următoarele: -fermentaţiile lactică, proteolitică etc. nu sunt influenţate de presiune; -în anumite industrii cum este cea de vinificaţie sau cea a berii, presiunile generate de dioxidul de carbon degajat pot ajunge la valori mari, de ordinul a

7-10 bar. -s-a mai argumentat că metanul, sub formă de gaz de baltă, se degajă şi în

mâlul de la fundul lacurilor şi al bălţilor;

_________________________________________________________________________________ 19


Proiect de diplomă

-în adâncurile oceanelor se produce gaz metan de fermentaţie care este stocat

sub formă de hidruri şi se degajă aleator, mai ales în urma unor evenimente tectonice.

Totuşi, unele obervaţii făcute asupra fermentaţiei metanogene în fermentatoarele cu ax vertical, denumite, oarecum impropriu, metantancuri, au arătat o serioasă diminuare a producţiei de biogaz atunci când, din anumite motive creştea presiunea de deasupra nivelului materialului din fermentator. Aceste considerente au determinat abordarea unei analize critice a fenomenului de

metanogeneză, privită dintr -un unghi mai inedit şi anume cel al unui bilanţ energetic. Analiza energetică a metanogenezei Considerând că mulţimea de microorganisme complexe, responsabile de producerea biogazului, absorb din substrat diferite părţi: S1 , S2, S3 ... Si , fiecare având un conţinut energetic potenţial: E S 1 , E S2, E S 3 ... E S i şi că elimină o serie de metaboliţi: M1, M 2 , M3 ... Mi care, la rândul lor, au fiecare un conţinut energetic potenţial: EMI, EM2, EM3 ... EMJ, pe baza principiului conservării energiei se poate scrie:

Σ Esi = EB + Σ Emi rel.1.4.3.1; în care, prin EB s-a notat energia biologică necesară mulţimii de microorganisme pentru

întreţinerea activităţilor lor vitale. Relaţia 1.4.3.1 este însă valabilă numai atunci când suma volumelor părţilor de substrat Σ VMI, este egală cu suma volumelor metaboliţilor Σ VS i, adică atunci când:

Σ VMi = Σ Vsi rel.1.4.3.2; În numeroase procese fermentative condiţia dată de relaţia 1.4.3.2 este satisfăcută şi, în această situaţie, presiunea din sistem nu are prea mare influenţă asupra desfăşurării procesului fermentativ.

Alta este situaţia în cazul procesului metanogen la care elementele de substrat sunt lichide, soluţii sau coloizi iar unii metaboliţi sunt sub formă gazoasă, din care unul, metanul, _________________________________________________________________________________ 20


Proiect de diplomă

are el însuşi o ridicată valoare energetică. Apare deci o creştere de volum ΔV, care modifică relaţia 1.4.3.2 astfel: Σ VMi = Σ VSi + ΔV rel.1.4.3.3; Pentru expulzarea biogazului având volumul ΔV, în condiţiile de presiune P, este

necesară o energie de expulzare Eexp, mulţimea de microorganisme lucrând în acest caz în mod similar unui compresor: Eexp = ΔV • P rel.1.4.3.4;

Prin urmare, în cazul situaţiei descrise în relaţia 1.4.3.3, relaţia 1.4.3.1 trebuie corectată astfel:

Σ ESi = EB + Σ EMi + Eexp rel.1.4.3.5; Pentru verificarea considerentelor teoretice de mai sus a fost montată, în laborator, o instalaţie de producere continuă a biogazului, măsurându-se, timp de câteva săptămâni, producţia specifică de biogaz în condiţiile creşterii treptate a presiunii. Din datele măsurătorilor a rezultat curba din diagrama prezentată în figura 1.4.3.6.

_________________________________________________________________________________ 21


Proiect de diplomă

Figura 1.4.3.6 Influența presiunii asupra producției de biogaz

Curba reprezintă un segment de hiperbolă având drept asimptote chiar axele de coordonate, situaţie, în care ecuaţia curbei devine: xy = a²/2 rel.1.4.3.7;

In relaţia 1.4.3.7 „a" = 0-P adică distanţa minimă dintre curbă şi originea axelor de coordonate. Se observă că a2/2 este o suprafaţă constantă, delimitată de coordonatele unui punct de pe curbă în orice poziţie a acestuia. Pentru a afla semnificaţia fizică a acestei constante trecem la unificarea în sistemul SI a unităţilor de măsură ştiind că 1 mCA = 1O 4

Pa. Dacă se ţine seamă, totodată, că 1Pa = lN/m2, suprafaţa delimitată de coordonatele punctului M va avea ca unităţi de exprimare

           









Din relaţia 1.4.3.8 rezultă că, în cazul diagramei prezentate în figura 1.4.3.6 de mai înainte, produsul constant al coordonatelor oricărui punct de pe curba care caracterizează _________________________________________________________________________________ 22


Proiect de diplomă

producţia specifică de biogaz în funcţie de presiune, este, de fapt, o energie specifică: energia necesară expulzării biogazului produs de 1 m3 de substrat în decurs de o zi. Din exemplul ilustrat în diagramă se observă că: Eexp.spec = 1 m/m•zi •2•104 N/m2 = 20000 J/m3•zi rel.1.4.3.9;

Această valoare nu este deloc neglijabilă şi ea explică diminuarea producţiei de biogaz odată cu creşterea presiunii. In funcţie de cantitatea de biogaz care se poate obţine zilnic dintr-un metru cub de substrat şi care poate varia, de exemplu, între 1 şi 3 m 3/m3.zi, la o putere calorifică medie de 23.000 kJ/m3, energia de expulzare reprezintă între 0,086 şi

0,029 % din energia efectiv produsă. Procentul e mic tocmai fiindcă metabolitul (biogazul) are o valoare energetică ridicată, dar practica arată că biocenoza specifică metanogenezei este foarte sensibilă la variaţiile de presiune din sistem. Experimentările efectuate la staţia pilot de producere a biogazului de la Periş, au fost dirijate un timp şi pentru a stabili bilanţul energetic al metanogenezei în lumina considerentelor teoretice de mai sus. Determinări foarte precise au permis trasarea unei diagrame tip Sankey pentru procesul de fermentare cu producerea de biogaz. In figura

1.4.3.10 este prezentată această diagramă care scoate în evidenţă atât repartiţia energetică a produselor substratului cât şi fracţiunea energetică necesară activităţilor vitale ale

microorganismelor care generează biogazul (E4) precum şi energia necesară expulzării acestuia de către microorganisme (E5). După cum se poate vedea, această energie care pare mică în raport cu energiile vehiculate în sistem, are o valoare semnificativă atunci când se raportează la energia necesară microorganismelor (E4), faţă de care reprezintă 8,82%.

_________________________________________________________________________________ 23


Proiect de diplomă

Figura 1.4.3.11 Diagrama Sankey a bilanțului energetic metanogen S-a dovedit astefel că, atunci când presiunea hidrostatică în care lucrează bacteriile

metanogene crește peste 4-5 metri coloană de apa, degajarea de metan practic incetează. Ea reîncepe atunci când presiunea hidrostatică scade la valori mai mici. 1.4.4 Agitarea În interiorul fermentatorului au loc nu numai procese biochimice ci și unele procese fizice. Astfel se constată că, în cursul fermentației are loc o segregare a materialului supus fermentării. Microbulele de gaze care se degajă în masa substratului antrenează, prin fenomenul de flotație, particule mai ușoare de suspensii, spre suprafața lichidului. Se formează repede o crustă cu tendință de întărire și deshidratare chiar dacă materiile organice din ea nu au apucat sa fie degradate prin fermentație. O altă parte a suspensiilor, mai grele prin natura lor, sau fracțiuni care au fermentat și parțial sau total mineralizate, au tendința să _________________________________________________________________________________ 24


Proiect de diplomă

se lase spre partea de jos a fermentatorului. Între aceste două straturi se găsește un strat de lichid în care fermentarea și epuizarea materiei organice continuă din ce în ce mai lent. Cele arătate mai sus constituie unul din motivele pentru care este necesară agitarea conținutului fermentatorului. 1.4.5 Aciditatea În primele etape de fermentare a materiilor organice în vederea producerii

biogazului, predomină microorganismele din grupa celor acidogene, pentru care aciditatea mediului, exprimată în pH, este cuprinsă în intervalul 5,5 -7,0. În etapele finale de fermentare, bacteriile metanogene care consumă acizii cu molecule mici rezultați din etapele anterioare, lucrează bine la o aciditate care corespunde unui interval de pH de 6,8-8,0. Se poate întâmpla ca, din diferite motive, activitatea bacteriilor acidogene să fie mai intensă decât a celor metanogene, fapt care duce la o acumulare a acizilor organici ce determină p

scădere a pH-ului inhibând și mai tare activitatea bacteriilor metanogene. În astfel de situații se constată ca producția de biogaz scade până la dispariția ei și este nevoie de intervenția operatoriilor pentru a redresa situația. Corecția acidității excesive se face, de obicei, cu lapte de var, prin care pH-ul se readuce în limitele de echilibru dintre cele doua grupe de

populații, acidogene și metanogene, adică între limitele 6,8-7,6. Aceste inconveniente apar în cazul fermentatoarelor cu amesteca re totală a

amterialului conținut, în care aciditatea trebuie menținută într -un echilibru de compromis între preferințele celor doue populații de microorganisme.

_________________________________________________________________________________ 25


Proiect de diplomă

CAPITOLUL 2 Prezentarea și descrierea instalațiilor de producere a biogazului 2.1 Schema tehmologică Schema tehnologică conform anexei 1 prezintă elementele instalației de biogaz și legăturile funcționale dintre acestea.

2.2 Instalația propriuzisă de producere a biogazului 2.2.1 Descriere generală Instalația propriuzisă de producere a biogazului este confecționată din beton armat,având o etanșeitate perfectă pentru a evita scăpările nedorite de biogaz. Construcția sus mentionată se încadrează în categoria „ D ” de importanţă ( conform H.G.R. 766/1997 ) şi clasa IV de importanţă ( conform Normativului P100 / 92).

Figura 2.2.1.1 Imaginea 3D a instalației de biogaz _________________________________________________________________________________ 26


Proiect de diplomă

La realizarea fermentatorului s-a avut în vedere atât tema de proiectare cât și rolul

funcțional pe care structura îl va îndeplini, în vederea realizării unor spații care să ofere o producție cât mai ridicată de biogaz, astfel forma acestuia fiind dreptunghiulară, neexistând compartimentări, structura fiind prevăzută la interior cu șicane. Sistemul constructiv va fi alcatuit din: -pereti structurali din beton armat de 25 cm, -fundaţie de tip radier general din beton armat de 50 cm ( fundația tip radier

reprezintă tipul de fundație directă , realizată ca un planșeu întors și care asigură o suprafață maximă de rezemare pe teren a construcției); - planşee din beton armat de 20 cm; -şarpantă din beton armat cu hidroizolație de 20 cm.

În vederea realizării structurii se propune utilizarea a două tipuri de cofraje: a) cofraje din polistiren extrudat cu grosimea de 25 cm la exterior și material PVC de 1 cm la interior conform figurii următoare:

Figura 2.2.1.2 Cofrag de polistiren extrudat pentru pereții exteriori

Acest tip de cofraje sunt utilizate la realizarea perețiilor exteriori.

_________________________________________________________________________________ 27


Proiect de diplomă

Un avantaj al utilizării acestui tip de cofraj pentru pereții exteriori este acela că grosimea stratului de polistiren de 25 cm oferă structuri o oa recare pasivitate din punct de vedere al transferului termic și anume pierderea de sarcină termică fiind foarte mică, pe

parcursul a 24 de ore în sezonul rece căderea de temperatură a biomasei în fermentator fiind de maxim 2ᴼC. b) cofraje din material PVC pentru pereții interiori cu grosimea de 1 cm atât la partea

exterioară cât și la partea inferioară conform figurii următoare:

Figura 2.2.1.3 Cofrag din material PVC pentru pereții interiori

2.2.2 Descriere funcțională Structura este alcătuită din două părți distincte cu următoarele funcțiuni: - preîncălzitorul la partea superioară; -fermentatorul propriuzis la partea inferioară.

2.2.2.1 Preîncălzitorul În cadrul preîncălzitorului materia organică supusă fermentării anaerobe este adusă de la temperatura de aproximativ 10ᴼC la temperatura de 55ᴼC, temperatura la care de altfel

vor lucra si bacteriile metanogene. Motivul pentru care materia organică este încălzită în

_________________________________________________________________________________ 28


Proiect de diplomă

preîncălzitor este acela că introducerea materiei organice, cu o temperatură mult mai scăzută decât cea la care lucrează instalația ar duce la inhibarea activitătii bacteriilor metanogene. Preîncălzitorul va avea o formă dreptunghiulară cu următoarele dimensiuni: -înălțime interioră h=2,5 [m]; -lungime L=12 [m]; -lățime l=3,5 [m]. ca în figura de mai jos:

_________________________________________________________________________________ 29


Proiect de diplomă

Figura 2.2.2.1.1 Plan preîncălzitor _________________________________________________________________________________ 30


Proiect de diplomă

2.2.2.2 Fermentatorul În cadrul fermentatorului materia organică, încalzită în prealabil la temperatura de 55ᴼC în preîncălzitor este supusă pe parcursul a 25 de zile descompunerii anaerobe, în urma

acestui proces rezultând cantități semnificative de biogaz. Fermentatorul are de asemenea și el o formă dreptunghiulară și următoarele dimnesiuni interioare: -înălțime interioară h=4,00 [m]; -lungime L=41 [m]; -lățime l=11,75 [m]; -coloane de fermentare cf=4. conform figurii de mai jos:

_________________________________________________________________________________ 31


Proiect de diplomă

Figura 2.2.2.2.1 Plan fermentator _________________________________________________________________________________ 32


Proiect de diplomă

Figura 2.2.2.2.2 Secțiune 1-1

2.3 Instalația de încălzire a biomasei Instalația de încălzire a materiei organice atât în cadrul preîncălzitorului cât și în cadrul fermentatorului este confecționată din material metalic aliat cu titan, crom si nichel pentru a evita acțiunea hidrogenului sulfurat asupra instalației, cu alte cuvinte pentru a evita fenomenul de coroziune.

Elememtele componente ale instalației de încălzire a biomasei sunt: -schimbătoare de căldură; - pompă de recirculare apă caldă; -cazan.

_________________________________________________________________________________ 33


Proiect de diplomă

2.3.1 Schimbătoare de căldură Schimbătoarele de căldură datorită condițiilor tehnice sunt confecționate în întregime din material metalic aliat cu titan, crom si nichel, având formă tubulară pentru a reduce

căderile de presiune apărute în instalație. Ca părți componente ale schimbătoarelor de căldură se amintesc următoarele: -țevi metalice; -coturi din țeavă îndoite la 90ᴼ și 180ᴼ cu raza de racordare R=1,5•Dn; - bride metalice de susținere.

2.3.1.1 Țevi metalice Condițiile tehnice în care lucrează instalația de încălzire (temperaturi ridicate, mediu coroziv, etc. ) impun ca schimbătoarele de căldură să fie confecționate din țevi fără sudură

trase sau laminate la rece din oțeluri inoxidabile și refractare conform STAS 10358 -75. Acest standard se referă la țevile fără sudură din oțeluri inoxidabile și refractare trase

sau laminate la rece, livrate în stare tratată termic, destinate a fi utilizate în industria chimică, alimentară, construcțiilor de mașini, energetică, etc. Țevile se livrează în mod obișnuit în lungimi normale de fabricație de 1,5 ... 8 [m], producătorul stabilind lungimea maximă în funcție de diametrul exterior și grosimea peretelui.

Livrarea țevilor se face: -în legături pentru cele cu diametrul exterior până la 57 [mm]; -libere pentru cele cu diametrul exterior de 57 [mm] și peste.

Aceste țevi se execută în mod obișnuit din marca de oțel 8TiNiCr180 în conformitate cu STAS 10322-75, tot în acest stas fiind prezentate și caracteristicile mecanice, tehnologice

și metalograf ice. Rezistența la coroziune intercristalină se garantează de producător, la cererea beneficiarului putând fi efectuată și coroziunea intercristalină pe țeavă. În tabelul următor sunt prezentate grosimea de perete, g în [mm] și masa teoretică în [kg/m] funcție de diametrul exterior al țevii:

_________________________________________________________________________________ 34


Diametrul exterior De

Proiect de diplomă

Grosimea peretelui g, [mm] 1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

Masa teoretică, [kg/m] 1

2

3

4

5

6

7

16

0,544 0,700 0,844

-

-

-

-

18

0,619 0,800 0,969

-

-

-

-

20

0,694 0,900 1,094 1,276

-

-

-

22

0,769 1,001 1,220 1,426

-

-

-

25

0,882 1,151 1,407 1,651

-

-

-

28

0,994 1,301 1,595 1,876

-

-

-

30

1,069 1,401 1,720 2,027

-

-

-

32

1,144 1,501 1,845 2,177 2,321

-

-

34

1,220 1,601 1,908 2,327 2,496

-

-

38

1,370 1,801 2,221 2,627 2,671

-

-

40

-

-

2,346 2,770 3,021 3,603 3,997

42

-

-

2,471 2,928 3,197 3,803 4,223

45

-

-

2,658 3,153 3,372 4,104 4,560

48

-

-

2,846 3,378 4,404 4,404 4,898

50

-

-

2,971 3,528 4,072 4,604 5,124

53

-

-

3,159 3,753 4,335 4,905 5,461

57

-

-

-

4,054 4,686 5,305 5,912

60

-

-

-

4,279 4,948 5,605 6,250

63

-

-

-

4,504 5,211 5,906 6,588

65

-

-

-

4,654 5,386 6,106 6,813

70

-

-

-

5,030 5,826 6,608 7,376

76

-

-

-

5,480 6,350 7,207 8,052

83

-

-

-

-

6,86

7,79

8,71

89

-

-

-

-

7,38

8,38

9,38

95

-

-

-

-

7,90

8,98

10,04

_________________________________________________________________________________ 35


Proiect de diplomă

102

-

-

-

-

8,50

9,67

10,82

108

-

-

-

-

-

10,30 11,49

114

-

-

-

-

-

10,85 12,15

121

-

-

-

-

-

11,54 12,93

127

-

-

-

-

-

12,10 13,60

133

-

-

-

-

-

12,70 14,26

140

-

-

-

-

-

-

15,04

146

-

-

-

-

-

-

15,70

152

-

-

-

-

-

-

16,37

159

-

-

-

-

-

-

17,15

Tabelul 2.3.1.1.1 Grosimea de perete g, în [mm] și masa teoretică în [kg/m], funcție de diametrul exterior al țevii

2.3.1.2 Coturi din țeavă îndoite la 180ᴼ cu raza de racordare R=1,5•Dn conform STAS 8807-71 Coturile din țeavă îndoite la 180ᴼ sunt realizate din țevi fără sudură, trase sau laminate la rece. Acestea sunt realizate din oțeluri inoxidabile și refractare și sunt livrate în stare tratată termic. Coturile utilizate la schimbătoarele de căldura se execută în mod obișnuit din marca de oțel 8TiNiCr180 în conformitate cu STAS 10322-75, tot în acest stas fiind prezentate și caracteristicile mecanice, tehnologice și metalografice. Îmbinarea coturilor îndoite la 180ᴼ cu țevile schimbătoarelor de căldură se realizează prin sudură cu arc electric.

Figura 2.3.1.2.1 Cotarea literară a coturilor din țeavă îndoite la 180ᴼ _________________________________________________________________________________ 36


Proiect de diplomă

unde: d – diametrul exterior al țevii; s – grosimea peretelui țevii; c – diametrul nominal al curburii țevii; b – cotă informativă, verificarea ei făcându-se pe baza înțelegerii între producător și beneficiar.

Diametrele materialului tubular utilizat la confecționarea schimbătoarelor de căldură,cât și restul caracteristicilor geometrice precum grosimea de perete, diametrul nominal al curburii țevii, cota informativă și diametrul nominal al țevii au fost alese conform următorului tabel:

Diametrul nominal Dn 20

Diametrul exterior

al țevii De 25 30

25

32 34 38

32 42 40

44,5

c

Grosimea peretelui s 2,5 3,5 2,5 3,5 2,5 3,5 3,5 2,5 2,5 3,5 2,5 4,0 2,5 4

b abateri

Masa

nominal limită nominal limită

kg/buc

abateri ab1

ab2

55

±5

40

±6

67

±5

48

±6

70

±5

51

±6

76

±5

55

±6

90

±5

64

±6

95

±5

69

±6

102

±5

71

±6

0,12 0,16 0,20 0,28

0,40 0,63

_________________________________________________________________________________ 37


48

Proiect de diplomă

2,5 4,5

114

±6

82

±6

3 57 50 60

65

76

83 80 89

108 100 114

133 125 140

4

0,52 0,84 0,92

144

±6

100

±6

1,16

5,5

1,60

3

1,00

4

152

±6

106

±6

1,30

5,5

1,76

3

1,60

5

190

±6

133

±6

2,60

7

3,60

3,5

2,32

5,5

215

±6

149

±6

3,56

8

5,02

3,5

2,64

5,5

229

±6

159

±6

4,09

8

5,79

4

4,46

6

285

±6

195

±6

6,72

9

9,84

4

5,20

6

305

±6

210

±6

7,64

9

11,12

4

7,20

6

362

±6

247

±6

10,68

10

10,24

4,5

9,04

7 10

381

±8

260

±6

13,76 19,20

_________________________________________________________________________________ 38


Proiect de diplomă

4,5 159 150 168

175

200

225

250

300

194

219

245

273

324

368 350 377

7

11,64 432

±8

295

±6

11

27,24

5

14,40

7

457

±8

313

±6

406

19,94

11

30,56

5

20,20

7

540

±8

367

±6

27,44

11

42,03

6

30,20

8

610

±8

415

±6

39,72

12

58,68

7

43,88

9

680

±8

462

±12

55,69

12

77,64

7

55,00

10

762

±10

517

±12

77,64

12

92,48

8

89,60

11

914

±10

619

±12

121,88

14

153,64

9

117,85

11

1067

±20

717

±12

133,56

14

204,80

9

136,88

11

1067

±20

722

±12

14 400

17,78

9 11

163,58 210,04

1219

±20

813

±12

170,40 205,38

_________________________________________________________________________________ 39


419 426 450

426

500

508

Proiect de diplomă

14

260,44

9

174,00

12 9 12 9 12 9 12

1219

±20

819

±12

1240

±20

833

±12

1372

±30

914

±12

1524

±70

1016

±18

230,00 180,00 238,64 206,80 321,38 264,80 408,28

Tabelul 2.3.1.2.2 Diametrul exterior al țevii De, grosimea peretelui s, diametrul

nominal al curburii și abateriile limită, cota informativă și abaterile limită și masa funcție de diametrul nominal.

2.3.1.3 Coturi din țeavă îndoite la 90ᴼ cu raza de racordare R=1,5•Dn conform STAS 8805-71 Coturile din țeavă îndoite la 90ᴼ sunt realizate de asemenea din țevi fără sudură, trase sau laminate la rece ca și coturile din țeavă îndoite la 180ᴼ. Acestea sunt realizate din oțeluri

inoxidabile și refractare și sunt livrate în stare tratată termic. Coturile utilizate la schimbătoarele de căldura se execută în mod obișnuit din marca de oțel 8TiNiCr180 în conformitate cu STAS 10322-75, tot în acest stas fiind prezentate și caracteristicile

mecanice, tehnologice și metalografice. Îmbinarea coturilor îndoite la 90ᴼ cu țevile schimbătoarelor de căldură se realizează prin sudură cu arc electric.

Figura 2.3.1.3.1 Cotarea literară a coturilor din țeavă îndoite la 90ᴼ _________________________________________________________________________________ 40


Proiect de diplomă

unde: d – diametrul exterior al țevii; s – grosimea peretelui țevii; a – raza nominală de curbură a țevii.

Diametrele materialului tubular utilizat la confecționarea schimbătoarelor de căldură,cât și restul caracteristicilor geometrice precum grosimea de perete, raza nominală de curbură a țevii și diametrul nominal al țevii au fost alese conform următorului tabel: a

Diametrul Diametrul Grosimea nominal

exterior

peretelui

Dn

al țevii d

s

20

25 30

25

32 34 38

32 42 44,5 40 48 50

57

2,5 3,5 2,5 3,5 2,5 3,5 3,5 2,5 2,5 3,5 2,5 4,0 2,5 4 2,5 4,5 3

abateri

Masa

nominal limită

kg/buc

ab1 54

±2,5

62

±2,5

67

±2,5

72

±2,5

52

±2,5

93

±2,5

98

±2,5

108

±2,5

128

±2,5

0,118 0,16 0,165 0,231 0,196 0,258 0,220 0,297 0,282 0,384 0,355 0,548 0,475 0,613 0,475 0,818 0,803

_________________________________________________________________________________ 41


Proiect de diplomă

60

65

76

83 80 89

108 100 114

133 125 140

150

159

4

1,05

5,5

1,41

3

0,895

4

135

±2,5

1,17

5,5

1,57

3

1,48

5

175

±2,5

2,41

7

2,87

3,5

2,14

5,5

190

±2,5

3,14

8

4,43

3,5

2,38

5,5

205

±2,5

3,66

8

5,15

4

4,07

6

252

±5

4,96

9

8,67

4

4,60

6

270

±5

6,76

9

9,87

4

6,22

6

312

±5

9,18

10

14,82

4,5

7,80

7

330

±5

11,88

10

16,63

4,5

10,30

7 11

375

±5

15,48 23,61

_________________________________________________________________________________ 42


Proiect de diplomă

5 168

175

200

225

250

300

194

219

245

273

324

368 350 377

406 400

7

12,31 390

±10

11

26,17

5,5

18,23

7

455

±12,5

23,30

11

35,42

6

25,22

8

510

±12,5

33,18

12

35,42

7

37,41

9

580

±12,5

47,65

12

62,80

7

46,80

10

650

±15

65,10

12

78,70

8

75,70

11

775

±17,5

100,4

14

131,0

9

110,0

11

880

±20

133,8

14

168,9

9

115,3

11

900

±25

140,2

14

177,2

9

134,3

11

970

±25

14 419

17,00

9 12

163,2 206,1

1000

±25

143,0 189,0

_________________________________________________________________________________ 43


Proiect de diplomă

426 450

457

500

508

9 12 10 14 11 14

1022

±25

1122

±25

1245

±40

147,3 194,0 198,3 266,1 264,00 314,0

Tabelul 2.3.1.3.2 Diametrul exterior al țevii De, grosimea peretelui s, raza nominală

de curbură a țevii și diametrul nominal al țevii. Astfel pentru schimbătoarele de căldură S1, S3 s-au ales următoarele caracteristici tehnice: Dn = 50 [mm]; De = 57 [mm]; s = 3 [mm]; c = 144 [mm]; ab1 = +6 [mm]; b = 100 [mm]; ab2 = +5 [mm]; m = 0,92 [kg/buc].

În figura 2.3.1.3.3 și figura 2.3.1.3.4 sunt prezentate sub formă de schemă (formă și poziționare în cadrul preîncălzitorului și fermentatorului), schimbătoarele de căldură S1, respectiv S3.

_________________________________________________________________________________ 44


Proiect de diplomă

Figura 2.3.1.3.3 Schimbător de căldură S1 _________________________________________________________________________________ 45


Proiect de diplomă



Proiect de diplomă

Pentru schimbătoarele de căldură S2 s-au adoptat următoarele valori: Dn = 100 [mm]; De = 114 [mm]; s = 4,5 [mm]; c = 305 [mm]; ab1 = +5 [mm]; b = 210 [mm]; ab2 = +5 [mm]; m = 5,20 [kg/buc].

În figura 2.3.1.3.5 este prezentat schematic schimbătorul de căldură S2 (forma acestuia și pozitionarea lui în cadrul preîncălzitorului).

_________________________________________________________________________________ 47


Proiect de diplomă



Proiect de diplomă

2.3.2 Cazan pentru încălzirea agentului termic (apa caldă) Pentru încălzirea apei calde utiliazate în preîncălzitor, respectiv fermentator s-a ales utilizare unui cazan de apă COMPACT de producție belgiană. Cazanele utilizează căldura obținută prin arderea combustibilului în focare propri, căldura recuperată din gazele fierbinți rezultate dintr -un proces tehnologic. Cazanele cu focar propriu reprezintă un ansamblu de suprefețe de transfer de cădură între gazele de ardere ca agent termic primar și apa ca agent termic secundar. Sunt însoțite de instalația de ardere a combustibilului (arzător) si diverse aparate anexe, inclusiv cele de comandă, reglare protecție și automatizare. Cazanul de apă caldă COMPACT este un cazan de apă caldă ignitubular (cu țevi de fum), la care gazele de ardere circulă prin țevi și apa , în exterior , sunt executate, de obicei,

din oţel. Au un focar tubular şi unul sau mai multe fascicole de ţevi care reprezintă dru murile convective. În figura 2.3.1.4.1 se reprezintă schema unui cazan ignitubular orizontal, cu două

drumuri pentru gazele de ardere (din care unul în ţevile convective). Cazanul este dotat cu un arzător cu aer insuflat, pentru combustibil lichid sau gazos, cu tub de flacără lung (de obicei reglabil) care asigură dezvoltar ea flăcării în tot focarul şi arderea în suprapresiune. Gazele de ardere for mate în focar se întorc pe lângă pereţii focarului, ajung la partea din faţă

unde uşa de închidere le obligă să intre în ţevile fasciculului convectiv, fiind apoi colectate, la partea din spate a cazanului, şi apoi evacuate în exterior prin coş. În interiorul fasciculului

convectiv se află „turbulizatoare" în spirală sau în zig-zag care intensifică transferul de căldură între gazele de ardere şi ţevi. Apa intră pe la partea inferioară (sau superioară), se încălzeşte şi este trimisă la consumatori.

_________________________________________________________________________________ 49


Proiect de diplomă

Figura 2.3.2.1 Cazan ignitubular orizontal cu două drumuri 1 - uşă frontală; 2 - ţevile sistemului convectiv; 3 - turbulizator; 4 - vizor; 5 - arzător; 6 - izolaţia termică a uşii; 7 - manta; 8 - focar; 9 - izolaţia termică a cazanului; 10 - golire; 11 - racord apă întoarcere; 12 - circuitul apei; 13 - cutia de fum; 14 - racord apă ducere; 15 - tablou de comandă; 16 - racorduri auxiliare de apă caldă.

Caracteristicile tehnice ale cazanelor ignitubulare de apă caldă sunt prezentate în tabelul de mai jos:

_________________________________________________________________________________ 50


Proiect de diplomă

Caracteristici tehnice ale cazanelor de apă caldă COMPACT (ACV - Belgia) Masa teoretică, [kg/m] Denumire Tip cazan

Putere termică nominală

U.M. kW

CA

CA

CA

CA

CA

CA

100

150

200

250

300

400

74 -

115 -

185 -

291 -

349 -

465 -

100

140

235

314

384

512

102

122

150

350

400

630

Conținutul de apă

l

Combustibil utilizat

-

Biogaz

Dimensiunea

mm

-

lungime

mm

1295

1495

1795

1730

1880

2190

lățime

mm

796

796

796

890

890

1100

înălțime

mm

1000

1000

1000

1160

1160

1365

Masă

kg

360

425

515

710

770

1075

Tabelul 2.3.2.2 Caracteristici tehnice ale cazanelor de apă caldă COMPACT (ACV - Belgia)

În figura de mai jos este prezentat cazanul de apă caldă COMPACT (ACV – Belgia)

1 - uşă focar; 2 - tablou de comandă; 3- racord apă întoarcere; 4 - racord apă ducere; 5 - fibră ceramică; _________________________________________________________________________________ 51


Proiect de diplomă

6 - focar; 7 - izolaţia termică a cazanului; 8 - ţevi de fum cu turbulizatoare în spirală. S-a adoptat pentru încălzirea apei tipul de cazan COMPACT (ACV – Belgia) CA200.

2.3.1.5 Bride de susținere Bridele de susținere au rolul de a fixa și de a susține tubulatura schimbătoarelor de căldură pe pereții și pe fundul preîncălzitorului, respectiv fermentatorului. Acestea sunt confecționate din oțeluri inoxidabile și refractare și sunt livrate în stare tratată termic. Bridele utilizate la schimbătoarele de căldura se vor executa din marca de oțel 8TiNiCr180 și vor utiliza câte o bucată pe metru linial de tubulatură. 2.3.1.6 Pompa de recirculare a apei calde Pompele sunt utilaje utilizate pentru vehicularea lichidelor. Din motive tehnicoeconomice pentru recircularea apei calde s-a adoptat o pompă centrifugă.

În forma cea mai simplă, o pompă centrifugă este formată dintr -un rotor cu palete montat într-o carcasă prevăzută cu un canal colector cu secțiune de arie crescătoare (în

formă de melc); conducta de aspirație este racordată axial la carcasa pompei, iar conducta de refulare tangențial (figura 2.3.1.6.1).

Figura 2.3.1.6.1 Pompă centrifugală monoetajată _________________________________________________________________________________ 52


Proiect de diplomă

1 – rotor; 2 – carcasă; 3 – arbore; 4 – bucșă; 5 – colector; 6, 7 – racord aspirație, refulare; 8 – cutie de etanșare; 9 – lagăre. Lichidul este aspirat prin conducta axială în rotor, unde datorită câmpului centrifugal creat în rotor (750-5000 [rot/min] ), este accelerat continuu în drumul său prin canalele

dintre paletele rotorului către canalul colector; viteza și energia cinetică a lichidului cresc. La ieșirea din rotor lichidul intră în carcasă în secțiunea de arie crescătoare a canalului colector; viteza scade, energia cinetică fiind transformată în energie de presiune; lichidul este refulat tangențial. Rotorul pompei centrifugale este alcătuit din palete curbate de obicei în sens contrar

sensului de rotație a rotorului, pentru a asigura curgerea liniștită cu accelerație constantă a lichidului în canalele rotorului. Rotorul poate fi închis, semiînchis sau deschis (figura 2.3.1.6.2).

Figura 2.3.1.6.2 Tipuri de rotoare a – rotor închis; b – rotor semiînchis; c – rotor deschis; d – rotor elicoidal.

La rotorul închis, paletele sunt fixate între două discuri din care unul este fixat cu o pană pe arborele motor, iar celălalt are o deschidere centrală pentru intrarea lichidului. _________________________________________________________________________________ 53


Proiect de diplomă

Rotorul deschis este format dintr-un butuc pe care sunt fixate paletele la unul din capete; se

recomandă pentru lichide cu impurități abrazive. Rotorul semideschis are paletele montate pe un singur disc cu deschidere pentru fixare pe arbore. Rotoarele elicoidale intră în

construcția pompelor cu împingere axială a lichidului. Carcasa asigură intrarea și ieșirea lichidului din pompă și transformă energia cinetică a lichidului în energie de presiune. Carcasa poate fi prevăzută cu stator; statorul format dintr-un inel cu palete curbate în sensul rotației arborelui, are rolul de a dirija lichidul la

ieșirea din rotor în direcție tangențială, îmbunătățind randamentul pompei (figura 2.3.1.6.3)

Figura 2.3.1.6.3 Pompă centrifugă cu stator

_________________________________________________________________________________ 54


Proiect de diplomă

2.4 Instalația de agitare Datorită faptului că biomasa supusă fermentării are o fluiditate ridicată s-a adoptat un sistem pneumatic de agitare al acesteia. Sistemul pneumatic de agitare este alcătuit dintr -o suflantă cu puterea nominală de 0,02 [kw] și un sistem de țevi (Ø50 [mm]) și 4 ventile acționate automat. Rolul suflantei este de a aspira biogaz produs în fermantator și de a-l refula la partea

inferioară a acestuia. În acest fel se elimină formarea crustei cu tendință de întărire și deshidratare și se realizează amestecarea locală a biomasei. În figura următoare este prezentat schematic sistemul pneumatic de agitare:

Figura 2.4.1 Schema sistemului pneumatic de agitare _________________________________________________________________________________ 55


Proiect de diplomă

Pornirea sistemului de recirculare a biogazului pentru barbotare se realizează o dată

pe oră și va funcționa conform tabelului următor:

Tabelul 2.4.2 Funcționarea suflantei Decalajele sunt stabilite astfel pentru ca suflanta să nu funcționeze niciodată pe un sistem opturat prin închiderea ventilelor. Dur ata totală de funcționare a suflantei este de circa 12 minute pe un ciclu.

2.5 Rețeaua de distribuție Rețeaua de distribuție este alcatuită din tronsonul dintre fermentator și separatorul de lichide libere și tronsonul dintre separatorul de lichide libere și echipamentul d e cogenerare. Materialele utilizate pentru realizarea rețelei sunt similare cu cele utilizate la confecționarea instalației de preîncălzire. 2.6 Instalația de deshidratare Datorită faptului că biomasa supusă fermentării are o umiditate de 92%, corelată cu temperatură ridicată la care are loc procesul de fermentație, biogazul, rezultat în urma

acestui proces, la ieșirea din fermentator antrenează prin plutire molecule de apă liberă. Aceste picături de apă liberă trebuiesc eliminate din fluxul de gaze deoarece: -provoacă pierderi de presiune pe conducta de distribuție datorită depozitărilor locale; -scad randamentul biogazului.

Principiul separării îl constituie diferența de greutate specifică dintre particulele de apă și moeculele de biogaz ( 

apa



1;  gaz



1,21 ).

_________________________________________________________________________________ 56


Proiect de diplomă

Indiferent de tipul de separator, mai mult sau mai puțin combinate, acționează

urmatoarele forțe: -forța gravitațională, -forța centrifugală, care tinde să scoată moleculele mai grele ale lichidelor libere din

fluxul de gaze pe baza diferenței de greutăți specific; -forța de inerție, care acționează la schimbarea de direcție a fluxului de gaze; -forța de aderență (la contactul cu o suprafață liberă moleculele de lichide libere

aderă mai puternic la aceasta decât moleculele de gaz). Mecanismul separatoarelor de lichid ca e mult mai complex luând în considerare

legile generale ale gazelor, regimuri de curgere, vâscozităţile,etc., fapt pentru care calculul practic al separatoarelor, ţinând seama de principalele forţe de separare, se simplifică ca urmare a unor calcule teoretice, experimentări de laborator şi rezultate din practică prin: - introducerea unui coeficient „C”, care diferă dar este stabilit pentru diferite tipuri

de separatoare cu sau fără demister, astfel: C = 0,03 pentru separatoarele verticale fără demister; C = 0,0116 pentru separatoarele gravitaţionale orizontale cu demister; C = 0,05 pentru separatoarele verticale cu demister;

C = 0,07 pentru separatoarele orizontale gravitaţionale fără demister; - folosirea de nomograme – funcţie de diametru ale separatoarelor, debite, presiuni,

şi fineţea separării care, se consideră acceptabilă la reţinerea particulelor lichide cu diametre mai mici de 10 microni (  = 90%).

Datorită eficienței de separare ridicată se va utiliza separator orizontal cu demister și coalesce (vezi anexele 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) , rolul acestuia fiind de a aglomera și iniția separarea.

_________________________________________________________________________________ 57


Proiect de diplomă

CAPITOLUL 3 Proiectarea instalației de biogaz și a rețelei de distribuție 3.1 Calculul tehnologic În cadrul calcului tehnologic sunt incluse și parcurse următoarele etape: -calculul volumului util de fermentare; -calculul volumului de biogaz rezultat în urma fermentării; -calculul instalației de preîncalzire a biomasei; -calculul instalației de fermentare; -calculul pompei de recirculare a apei calde ; -calculul pompei utilizate la agitarea materiei organice; -calculul arzătorului utilizat la încălzirea apei calde -calculul separatorului; -calculul instalației de distribuție .

3.1.1 Calculul volumului util de fermentare Pentru stabilirea volumului util de fermentare este necesară luarea în calcul a l următoarelor: -cantitatea zilnică de dejecții; -rețeta de amestec; -temperatura la care se desfășoară fermentarea.

3.1.1.1 Cantitatea zilnică de dejecții În urma experienței practice din domeniul zootehnic, în special din domeniul creșterii porcinelor în flux industrial s -a constatat faptul că dejecțiile rezultate de la un porc sunt de 1,3 tone/an, rezultând în situația propusă pentru proiectare 35,62 tone dejecții/zi pentru 10 000 de capete.

_________________________________________________________________________________ 58


Proiect de diplomă

3.1.1.2 Rețeta de amestec Calculul corect al unei rețete de amestec de materii prime implică respectarea următoarelor condiții și anume: -realizarea unui raport C/N=15; -asigurarea unei umidități de 92%. În vederea realizării unui raport C/N=15 se va corecta raportul C/N al dejecțiilor porcine prin amestecul acestora cu paie de grâu. Se va utilza o parte paie de grâu S.U. și x părți dejecții de porci S.U.

Calculul de x părți dejecții porcine S.U. se realizează astfel: -raport C/N dejecții porci = 13; -raport C/N paie de grâu = 87.

   13•x+1•87=15•x+15 2•x=72 X=36

Se constată faptul că la o parte de paie de grâu sunt necesare 36 de părti dejecții porcine S.U. pentru a asigura un raport C/N egal cu 15.

În vederea realizării unei umidități de 92% se vor parcurge următoarele etape: -calculul cantității de S.U. pentru dejecțiile de porci; -calculul cantității de S.U. pentru paiele de grâu; -calculul cantității paielor de grâu; -calculul cantității totale de S.U.; _________________________________________________________________________________ 59


Proiect de diplomă

-calculul cantității de umiditate pentru dejecțiile de porci; -calculul cantității de umiditate pentru paiele de grâu; -calculul cantității de umiditate; -calculul cantității totale de apă care trebuie adăugată amestecului pentru asigurarea

umidității de 92%; -calculul cantității totale de biomasa introdusă zilnic în fermentator. -S.U. dejecții porci = 13,5%; -S.U. paie de grâu = 86,5%

3.1.1.2.1 Calculul cantității de S.U. pentru dejecțiile de porci 35,62..........................100% Cdej.porc. S.U....................13,5% unde: Cdej.porc. S.U – cantitatea de S.U. pentru dejecțiile de porci în [tone];

   



3.1.1.2.2 Calculul cantității de S.U. pentru paiele de grâu 4,81[tone S.U].........................36 părți S.U. dejecții porci C paie S.U. [tone S.U]....................1 părți S.U. paie de grâu unde: C paie S.U - cantitatea de S.U. pentru paiele de grâu [tone];

    



_________________________________________________________________________________ 60


Proiect de diplomă

3.1.1.2.3 Calculul cantității paielor de grâu

Paie de grâu

86,5% S.U. 13,5% umiditate

Tabelul 3.1.1.2.3 Procentul de S.U., respectiv umiditate pentru paiele de grâu Ctot paie grâu............................................100% C paie S.U.................................................86,5%

      â



unde:

Ctot paie grâu – cantitatea paielor de grâu [t]; C paie S.U =

       

- cantitatea de S.U. pentru paiele de grâu.

Ctot paie grâu

0 134 100 86 5

0 155 tone

3.1.1.2.4 Calculul cantității totale de substanță uscată Cantitatea totală de S.U. va fi: Ctot S.U.= Cdej.porc. S.U+ C paie S.U.

rel.3.1.1.2.4.1

unde: Ctot S.U – cantitatea totală de S.U. [tone]; Cdej.porc. S.U = 4,81 [tone] – cantitatea de S.U. pentru dejecțiile de porci în [tone]; C paie S.U =




Ctot S.U = 4,81+0,134 = 4,944 [tone]

_________________________________________________________________________________ 61


Proiect de diplomă

3.1.1.2.5 Calculul cantității de umiditate pentru dejecțiile de porci Cumid.dej. porc.= Ctot.dej.porc.- Cdej.porc. S.U.

rel.3.1.1.2.5.1

unde: Cumid.dej. porc – cantitatea de umiditate pentru dejecțiile de porci [tone]; Ctot.dej.porc = 35,62 [tone] – cantitatea totală a dejecțiilor de porci; Cdej.porc. S.U = 4,81 [tone] – cantitatea de S.U. pentru dejecțiile de porci în [tone]; Cumid.dej. porc = 35,62-4,81 = 30,81 [tone]

3.1.1.2.6 Calculul cantității de umiditate pentru paiele de grâu Cumid.paie.grâu= Ctot.paie.grâu.- C paie grau. S.U.

rel.3.1.1.2.6.1

unde: Cumid.paie.grâu – cantitatea de umiditate pentru paiele de grâu [tone]; Ctot paie grâu = 0,155 [tone] - cantitatea totală a paielor de grâu;



C paie S.U =


Cumid.paie.grâu = 0,155-0,134 = 0,021 [tone]

3.1.1.2.7 Calculul cantității totale de umiditate Ctot S.U........................................................8% Ctot umid......................................................92%

  

Ctot umid unde:

92

8



Ctot umid – cantitatea totală de umiditate [tone]; Ctot S.U = 4,944 [tone] – cantitatea totală de S.U.

_________________________________________________________________________________ 62


Proiect de diplomă

     92

Ctot umid

56 86 8 3.1.1.2.8 Calculul cantității totale de apă care trebuie adăugată amestecului pentru

asigurarea umidității de 92% Ctot apă = Ctot umid- Cumid.dej. porc - Cumid.paie.grâu

rel.3.1.1.2.8.1

unde: Ctot

apă

– cantitatea totală de apă care trebuie adaugată amestecului pentru asigurarea

umdității [m³];

 

Ctot umid = 56 86

– cantitatea totală de umiditate;

Cumid.dej. porc = 30,81 [tone] – cantitatea de umiditate pentru dejecțiile de porci; Cumid.paie.grâu = 0,021 [tone] – cantitatea de umiditate pentru paiele de grâu; Ctot apă = 56,86-30,81-0,021 = 26,03 [m³]

3.1.1.2.9 Calculul cantității totale de biomasă introdusă zilnic în fermentator Pentru a asigura o umiditate de 92%, întregului amestec i-i se vor adăuga 26 m3 de

apă, rezultând astfel o cantitate totală de biomasă ce va fii introdusă zilnic în fermentator de: Ctot biomasă= Ctot apă+ Ctot.dej.porc+ Ctot.paie.grâu

rel.3.1.1.2.9.1

unde: Ctot biomasă – cantitatea totală de biomasă introdusă zilnic în fermentator [tone]; Ctot apă = 26,03 [m³] – cantitatea totală de apă care trebuie adaugată amestecului pentru

asigurarea umdității; Ctot.dej.porc = 35,62 [tone] – cantitatea totală a dejecțiilor de porci; Ctot paie grâu = 0,155 [tone] - cantitatea totală a paielor de grâu; Ctot biomasă = 26,03+35,62+0,155 = 61,8 [tone]

_________________________________________________________________________________ 63


Proiect de diplomă

3.1.1.3 Calculul volumului ocupat de biomasă

Materie

Greutate specifică kg/dm3

dejecții porcine

1,30

paie de grâu

0,90

apă

1,00

Tabelul 3.1.1.3.1 Greutatea specifică

funcție de materia organică

        ă

ă

â



unde:

Vtot biomasă – volumul ocupat de biomasă [m³]; Ctot apă = 26,03 [m³] – cantitatea totală de apă care trebuie adaugată amestecului pentru

asigurarea umdității; Ctot.dej.porc = 35,62 [tone] – cantitatea totală a dejecțiilor de porci; Ctot paie grâu = 0,155 [tone] - cantitatea totală a paielor de grâu;

            3.1.1.4 Calculul densității totale a amestecului Densitatea totală a amestecului va fii:

 

[ ]

Ctot biomasă tone Vtot biomasă m3

unde:

amestec – densitatea

rel



totală a amestecului

_________________________________________________________________________________ 64


Proiect de diplomă

Ctot biomasă = 61,8 [tone] – cantitatea totală de biomasă introdusă zilnic în fermentator [tone]; Vtot biomasă = 55,15 [m³] – volumul ocupat de biomasă;

     3.1.1.5 Calculul volumului final de fermentare funcție de t emperatura la care se

desfășoară procesul de producere a biogazului Cea mai mare influență asupra volumului final al fermentatorului o are temperatura

la care își desfășoară bacteriile metanogene activitatea, astfel că, dacă la temperatura de 3ºC, când bacteriile își încep activitatea, perioada de descompunere poate dura până la câteva luni

funcție de materia organică folosită, în regimul de temperaturi cuprins între 50 -60ºC perioada de descompunere variază între 15-25 de zile, ceea ce determină ca perioada maximă de retenție a biomasei în fermentator să fie de maxim 25 de zile. În aceste condiții volumul final al fermentatorului va fi: Vfinal=25• Vtot.biomasă

rel.3.1.1.5.1

unde: Vfinal – volumul final de fermentare [m³] Vtot.biomasă = 55,15 [m3] – volumul zilnic de biomasă; Vfinal=25•55,15=1378,75 m3

3.1.2 Calculul volumul de biogaz rezultat în urma fermentării anaerobe Volumul de biogaz rezultat în urma fermentării anaerobe depinde într -o foarte mare măsură de următorii factori: -materia organică folosită; -regimul de temperatură la care are loc procesul de fermentare.

În corelație cu acești factori trebuiesc îndepliniți și o serie de factori menționati în materialul anterior , care nu modifică semnificativ producția de biogaz, ci inhibă activitatea

bacteriilor metanogene, mai exact conduc la stoparea producției de biogaz. -lipsa variațiilor de temperatură; _________________________________________________________________________________ 65


Proiect de diplomă

⁰

-temperatură peste 3 C; -absența luminii;

-înălțimea coloanei de biomasă de maxim 4,5-5 m; -umiditatea rețetei de amestec de peste 90%; -respectarea raportului C/N=15-25; -pH cuprins între 7,0-7,6; -să nu conțină substanțe inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele,

detergenți, antibiotice, concentrații mari de sulfați, formol, dezinfectanți, fenoli, etc. 3.1.2.1 Materia organică folosită

Materie primă Dejecții de porc Paie de grâu tocate la 0,2 cm

Conținutul

Durata de

Cantitatea

mediu de

fermentare în

zilnică de

metan în %

zile

S.U. Kg

0,480

60

60

4810

0,423

81,3

60

134

Biogaz optenabil m³/kg S.U.

Tabelul 3.1.2.1.1 Biogazul optenabil, conținutul mediu de metan, durata medie de fermentare și cantitatea zilnică de S.U. funcție de materia primă folosită Funcție de cantitatea de S.U. rezultă și volumul de biogaz: V biogaz dej. porc= 0,480•Cdej.porc. S.U•1000

rel.3.1.2.1.2

unde: V biogaz dej. porc – volumul de biogaz obținut din fermentarea dejecțiilor de porci [m³]; Cdej.porc. S.U = 4,81 [tone] – cantitatea de S.U. pentru dejecțiile de porci în [tone]; V biogaz dej. porc =0,480•4810= 2308,8 [m3/zi]; V biogaz paie grâu=0,423•C paie S.U•1000

rel.3.1.2.1.3

unde: V biogaz paie grâu - volumul de biogaz obținut din fermentarea paielor de grâu [m³]; _________________________________________________________________________________ 66

Mosora Alex-Sebastian C paie S.U =



Proiect de diplomă

- cantitatea de S.U. pentru paiele de grâu;

V biogaz paie grâu = 0,423•134=56,7 [m3/zi]; V biogaz= V biogaz dej. porc+ V biogaz paie grâu

rel.3.1.2.1.4

unde: V biogaz – volumul de biogaz obținut din fermentarea normală a materiei organice [m ³]; V biogaz dej. porc = 2308,8 [m3/zi] – volumul de biogaz obținut din fermentarea dejecțiilor de porci; V biogaz paie grâu = 56,7 [m3/zi] - volumul de biogaz obținut din fermentarea paielor de grâu [m³]; V biogaz = 2308,8+56,7 = 2365,5 [m3/zi]

Experiența practică din acest domeniu a scos la iveală faptul că prin amestecarea diferitelor materii organice volumul de biogaz suferă o anumită creștere cantitativă. Proporția de

Materie primă

Biogaz optenabil Creșterea față de

amestec în %

m³/kg S.U.

calculul în 100%

Dejecții de porc

100

0,480

-

Paie de grâu tocate la 0,2 cm

100

0,423

-

50-50

0,598

+15,2

Dejecții porcine+buruieni

Tabelul 3.1.2.1.4 Proporția de amestec, biogazul optenabil, creșterea față de calculul în

100% funcție de materia organică Utilizând interpolarea grafică corelată cu tabelul de mai sus va rezulta creșterea procentuală a producției volumice biogazoase a amestecului față de cea în care materia primă era luată în calcul ca fiind 100% dejecții porci.

_________________________________________________________________________________ 67


Proiect de diplomă

Figura 3.1.2.1.6 Interpolare grafică a creșterii procentuale a producției de biogaz

  



unde:

Cr% - creștere procentuală a producției volumice biogazoase a amestecului față de cea în

care materia primă era luată în calcul ca fiind 100% dejecții porci și paie uscate. Conform interpolării grafice rezultă o creștere procentuală a producției de b iogaz a amestecului de 1,4% față de producția de biogaz rezultată în urma calculelor efectuate pe diferitele materii organice funcție de S.U. Vtot biogaz=Cr %• V biogaz [m3/zi]

rel.3.1.2.1.8

unde: Cr % = 1,014 – creșterea procentuală a producției de biogaz a amestecului; V biogaz = 2365,5 [m3/zi] – volumul de biogaz obținut în urma calculului aritmetic pentru

rețeta de amestec utilizată Vtot biogaz =1,014•2365,5=2398,6 [m3/zi] biogaz.

3.1.3 Calculul instalației de preîncălzire Din considerente tehnologice biomasa trebuie preîncălzită la o temperatură de circa 55ᴼC pentru a se iniția procesul de fermentare și a nu inhiba activitatea bacteriilor mmetanogene.

_________________________________________________________________________________ 68


Proiect de diplomă

3.1.3.1 Calculul cantității totale de căldură necesare preîncălzirii biomasei Calculul cantității totale de căldură necesare preîncălzirii biomasei se calculează cu următoarea relație:

     [ ]

m Cp T1 T2 24 3600 unde: Q

 

KJ s

rel 3 1 3 1 1

m=61800 [kg] – masa materiei organice supusă fermentării anaerobe; Cp= 2,5 [KJ/kg•grad] – căldura termică medie a biomasei; T1=328,15 [K] – temperatura la care trebuie preîncălzită biomasa; T2=283,15 [K] – temperatura medie a biomasei;

Q

           [ ]  61800 2 5 328 15 24 3600

283 15

80 47

KJ s

3.1.3.2 Calculul suprafeței de încălzire Calculul suprafeței totale de încălzire se realizează cu ajutorul următoarei formule: Q=η•ks•S•(T1-T2) [KJ]

rel. 3.1.3.2.1

unde: Q=80,47 [KJ/s] – cantitatea totală de căldură necesară preîncălzirii biomasei;

η=0,92 – randamentul; ks=0,85 [kw/m•grad] – coeficientul global de transfer termic T1=328,15 [K] – temperatura la care trebuie preîncălzită biomasa; T2=283,15 [K] – temperatura medie a biomasei;

Din relația 3.1.2.1 rezultă suprafața totală de încălzire:

St

St

                   

 

0 85

328 15

283 15





29 m2

_________________________________________________________________________________ 69


Proiect de diplomă

Potrivit configurației geometrice a preîncălzitorului s-au ales două tipuri de schimbătoare de căldură după cum urmează: S1 – schimbator de căldură tubular pozat pe fundul preîncălzitorului; S2 - schimbător de căldură tubular perimetral incintei utilizate la preîncălzirea materiei organice.

3.1.3.3 Calculul suprafeței schimbătoarelor de căldură 3.1.3.3.1 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S1 Calculul efectiv al suprafeței schimbătorului de căldură se realizează cu următoarea formulă:

S1



 

 d L m2 4

rel 3 1 3 3 1 1

unde:

d=50 [mm] – diametrul nominal al schimbatorului de căldură; L=8•11+3,5•3,14•0,150=89,7 [m]; 3 14 0 05 S1 89 7 0 18 m2 4

         

3.1.3.3.2 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S2 Schimbatorul de caldură S2 este de formă tubulară și este pozat pe intreg perimetrul preîncălzitorului.

   

Calculul suprafeței schimbătorului de căldură se realizează cu rel 3 1 3 3 1 1

S2

  d L m2 4

rel 3 1 3 3 1 1

unde:

d=114 [mm] – diametrul nominal al schimbatorului de căldură;

L=2•11+3,14•0,310+2•2,5=28 [m];

S2

         3 14 0 144 28 4

0 29 m2

_________________________________________________________________________________ 70


Proiect de diplomă

3.1.3.4 Calculul numărului de schimbătoare de căldură Numărul schimbătoarelor de căldură reiese din raportul aproximativ egal cu 1 dintre suprafața de încălzire și suprafața schimbătoarelor de căldură. Forma constructivă a schimbătorului de căldură S1 ne impune folosirea din punct de vedere cantitativ a două schimbătoare. Numărul schimbătoarelor de căldură S2 reiese din următoarea formulă: St=2•S1+n•S2

n

rel.3.1.3.4.1;

     St

 

2S1 S2

rel 3 1 3 4 2

unde:

St= 035 m2 - suprafața de încălzire; S1=0 18 m2 - suprafața schimbătorului de căldură S1; S2=0 29 m2 - suprafața schimbătorului de căldură S2; n- numărul schimbătoarelor de căldură S2;

n

          2 29

2 0 18 0 29

6 65

7 buc

3.1.4 Calculul instalației de fermentare Procesul de fermentare anaerobă implică în primul rând o creștere a temperaturii biomasei sau păstrarea ei în anumite limite față de mediul exterior datorită activității celulelor metanogene. Acest fapt corelat cu buna izolare a întregii instalații, cât și cu temperatura foarte mică a mediului exterior implică ca în sezonul rece căderea zilnică de temperatură să nu depășească 2ᴼC. 3.1.4.1 Calculul cantității totale de căldură necesare menținerii biomasei la temperatura de 55ᴼC Calculul cantității totale de căldură necesare menținerii biomasei la temperatura d e



55ᴼC se calculează cu relația 3 1 3 1 1: _________________________________________________________________________________ 71


     [ ]

m Cp T1 T2 24 3600 unde: Q

Proiect de diplomă

 

KJ s

rel 3 1 3 1 1

m=61800 [kg] • 25 zile = 1545000 kg – masa materiei organice supusă fermentării anaerobe;

Cp= 2,5 [KJ/kg•grad] – căldura termică medie a biomasei; T1=328,15 [K] – temperatura la care trebuie menținută biomasa; T2=326,15 [K] – temperatura minimă a biomasei în fermentator;

Q



         [ ]

1545000 2 5 328 15 24 3600

326 15

89 41

KJ s

3.1.4.2 Calculul suprafeței de încălzire Calculul suprafeței totale de încălzire se realizează cu ajutorul relației 3.1.3.2.1 Q=η•ks•S•(T1-T2) [KJ]

rel. 3.1.3.2.1

unde: Q=89,41 [KJ/s] – cantitatea totală de căldură necesară preîncălzirii biomasei;

η=0,92 – randamentul; ks=12,55 [kw/m•grad] – coeficientul global de transfer termic; T1=328,15 [K] – temperatura la care trebuie menținută biomasa; T2=326,15 [K] – temperatura minimă a biomasei în fermentator;

Din relația 3.1.3.2.1 rezultă suprafața totală de încălzire:

                  St

 

 

12 55

328 15

326 15

 



m2

_________________________________________________________________________________ 72


Proiect de diplomă

3.1.4.3 Calculul suprafeței schimbătoarelor de căldură 3.1.4.3.1 Calculul suprafeței schimbătorului de căldură S 3 Tot din motive de configuție geometrică a fermentatorului s-a ales ca schimbătorul de căldura S3 să fie tubular și să prezinte o formă șicanată, pozarea acestuia efectuându-se pe fundul fermentatorului.

Calculul efectiv al suprafeței schimbătorului de căldură se realizează cu relația

     

3 1 3 3 1 1:



 d L m2 4

S

rel3 1 3 3 1 1

unde:

d=50 [mm] – diametrul nominal al schimbatorului de căldură;

L=8•40+3,5•3,14•0,150=321,7 [m];

S3

          3 14 0 05 321 7 4

0 63 m2

3.1.4.4 Calculul numărului de schimbătoare de căldură Numărul schimbătoarelor de căldură reiese din raportul aproximativ egal cu 1 dintre suprafața de încălzire și suprafața schimbătoarelor de căldură. Forma constructivă a schimbătorului de căldură S3 ne impune folosirea din punct de vedere cantitativ a opt schimbătoare.

Numărul schimbătoarelor de căldură S3 reiese din următoarea formulă: St=n•8•S1

  

St 8 S3 unde: n

rel.3.1.4.4.1;

 

rel 3 1 4 4 2

St=  m2 - suprafața de încălzire; S3=0 63 m2 - suprafața schimbătorului de căldură S3; _________________________________________________________________________________ 73


Proiect de diplomă

        3.1.5 Calculul pompei de recirculare a apei calde 3.1.5.1 Calculul debitului vehiculat de pompă Consideram că agentul termic (apa caldă) este adus la preîncălzitor, respectiv fermentator pe o conductă cu diametrul nominal Dn=80 [mm] și având o viteză de 0,8 [m/s]

va rezulta următorul debit: Q



v S [m³/s]

rel.3.1.5.1.1;

unde:

v = 0,8 [m/s] – viteza agentului termic;

      

d=80 [mm] – diametrul nominal al țevii;

 

            3.1.5.2 Calculul puterii pompei de recirculare a apei calde Puterea teoretică a pompei centrifuge se calculează conform următoarei formule:

P

     

 

 Q H g kw 1000 η

rel 3 1 5 2 1

unde:

= 1000 [kg/m] – densitatea apei; Q= 0,004 [m³/s] – debitul vehiculat de pompă; H= 6,20 [m] – înălțimea de pompare; g= 9,81 [m/s²] – accelerația gravitațională;

η= 0,96 – randamentul pompei centrifuge;

P

           1000 0 004 6 20 9 81 1000 0 96

0 2533 kw

_________________________________________________________________________________ 74


Proiect de diplomă

Se va adopta pentru vehicularea agentului termic o pompă centrifugă cu puterea teoretică P= 0,3 [kw]. 3.1.6 Calculul suflantei utilizate la agitarea materiei organice 3.1.6.1 Calculul debitului de gaz vehiculat de suflantă Agitarea materiei organice supusă fermentării se va realiza insuflând biogazul produs la partea inferioară a fermentatorului prin țevi ( de refulare) cu diametrul nominal Dn= 50 [mm] și cu viteze de 15 [m/s], provocând astfel barbotarea acesteia. Debitul de biogaz vehiculat de pompă se va calcula cu relația 3.1.5.1.1:

Q



v S [m³/s]

rel.3.1.5.1.1;

unde:

v = 15 [m/s] – viteza biogazului;

      

 

d=150 [mm] – diametrul nominal al țevii de aspirație;

            3.1.6.2 Calculul puterii suflantei utilizate la agitarea materiei organice



Puterea teoretică a suflantei se calculează conform relației 3 1 5 2 1

P

      

Q H g kw 1000 η

 

rel 3 1 5 2 1

unde:

g= 1,4048 [kg/m³] – densitatea biogazului în condițiile de lucru; Q= 0,265 [m³/s] – debitul de biogaz vehiculat de suflantă; H= 5 [m] – înălțimea de pompare; g= 9,81 [m/s²] – accelerația gravitațională;

η= 0,96 – randamentul suflantei; _________________________________________________________________________________ 75


P

Proiect de diplomă

        0 5 9 81 1000 0 96

kw

Se va adopta pentru realizarea materiei organice o suflantă cu puterea teoretică P=0,02 [kw].

3.1.7 Calculul arzătorului utilizat la încălzirea apei calde Calculul de dimensionare al arzătorului se relizează utlizând următoarea relație: Q = Hi•ηc•Dv

rel.3.1.7.1;

unde: Q= 169,88 [kJ/s] – cantitatea totală de căldură; Hi = 24429,1 [kJ/m3] – puterea calorifică a biogazului;

ηc= 0,95 – randamentul cazanului; Dv – [m3/s] – debitul volumetric de gaz utilizat la încălzirea apei calde

Debitul volumetric este extras din relația 3.1.7.1:

Dv

Dv

              Q

Hi ηc

169 88 24429 1 0 95

m3 0 00732 s

 

rel 3 1 7 2

m3 632 45 zi

3.1.8 Calculul instalației de deshidratare Pentru separarea impurităţilor lichide din biogazul rezultat în urma fermentării anaerobe vom folosi separatoare orizontale cu demister și coalescer. Indiferent de tipul de

separatoare ce se vor alege prin acestea trebuie să poată trece debitul de gaz de 2398,6 m3/zi prevăzut de datele reieșite din calcul. 3.1.8.1 Calculul densității biogazului în condițiile de lucru Pentru calculul densităţii în condiţii de lucru se foloseşte relaţia: _________________________________________________________________________________ 76


Proiect de diplomă

       



unde:

– densitatea g – densitatea

N = 1,21

biogazlui în condițiile de lucru [kg/m³];

– densitatea biogazului în condiții normale de presiune și temperatură; [kg/m³] – densitatea

P= 1,41325 [bara] – presiunea presiunea biogazului în separator;

presiunea biogazului în condiții normale; P N= 1,01325 [bara] – presiunea T= 328,15 [k] – temperature temperature biogazului;

– temperature biogazului în condiții normale; T N= 273,15 [k] – temperature Z= 1 – factorul factorul de abatere Z

– factorul de abatere Z în condiții cond iții normale de presiune și temperatură. Z N= 1 – factorul

         [   ] 3.1.8.2 Calculul vitezei admisibile a gazelor în secţiunea separării Viteza admisibilă a gazelor în secţiunea separării VSa (m/s) se calculează cu relaţia:

    √  



unde:

c= 0,0116 – coeficient coeficient adimensional;

      √         l=

1000 [Kg/m3] – densitatea densitatea lichidelor;

g=

– densitatea biogazlui în condițiile de lucru. 1,4048 [Kg/m3] – densitatea

3.1.8.3 Calculul debitului de biogaz ce poate trece prin separator: Debitul ce poate trece printr-un separator se determină cu formula: ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 77


Proiect de diplomă

      



unde:

Qs – debitul debitul de biogaz ce poate trece prin separator [m³/zi]; Ds= 600 [mm] – diametrul diametrul separatorului; - diametrele sunt standardizate la următoarele valori: 600 [mm], 800 [mm], 1000 [mm], 1200 [mm], bateria de separare va avea separatoare cu D=600 [mm]. P= 1,41325 [bara] – presiunea presiunea în separator;

presiunea în condiții normale; P0= 1,01325 [bara] – presiunea T= 328,15 [k] – temperature temperature biogazului;



– temperature în condiții normale; T = 273,15 [k] – temperature – factorul de abatere al gazelor reale faţă de gazele ideale; Z=1 – factorul – viteza admisibilă a gazelor în secţiunea separării gravitaţionale; VSa= 0,31 [m/s] – viteza

                    2

3.1.8.4 Calculul numărului de separatoare Numărul de separatoare, montate în paralel prin care trece un debit Q= 2398,6 [m³/zi] este dat de relaţia:

  



unde:

– numărul de separatoare; n – numărul – debitul de gaz supus separării; Q= 2398,6 [m³/zi] – debitul Qs= 9109,49 [m³/zi] – debitul debitul maxim ce trece printr-un separator [m³/zi].

     astfel, ar trebui un singur separatoare de acest ac est tip. ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 78


Proiect de diplomă

În urma calculelor se alege un separator orizontal cu demister și coalescer .

Prezenţa demisterului și a coalescerului induce uşoare căderi de presiune şi măreşte costul faţă de un separator orizontal fără demister și coalescer , dar eficienţa separării

μ

realizate de separatorul este de cca. 98% la particule mai mari de 10 [ m].

3.1.9 Calculul rețelei de distribuție Calculul rețelei de distribuție se realizează parcurgând succesiv etapele: -calculul debitului masic; -calculul diametrului nominal al țevii de distribuție.

3.1.9.1 Calculul debitului masic Calculul debitului masic se realizează conform următoarei relații:

       

unde:



Dm – debitul debitul masic [kg/s]; Q= 2398,6 [m³/zi] – debitul debitul zilnic de biogaz;

          [  ] N=

– densitatea biogazului în condiții normale. 1,21 [kg/m³] – densitatea

3.1.9.2 Calculul diametrului nominal al țevii de distribuție Diametrul nominal al țevii de distribuție reiese tocmai din relația debitului masic:

   [ ] 

 

unde:



Dm= 0,03359 [kg/s] – debitul debitul masic;



g=

– densitatea biogazului în condițiile de lucru; 1,4048 [kg/m³] – densitatea

w= 6 [m/s] – viteza viteza biogazului; D - diametrul nominal al țevii de distribuție [mm]; ____________________ _____________________________ __________________ ___________________ ___________________ __________________ ___________________ _______________ _____ 79


Proiect de diplomă

și se va calcula conform relației:

 √     √ 



Se va adopta o țeavă cu D= 89 [mm].

3.2 Calculul de rezistență Calculul de rezistență are ca obiect stabilirea metodelor şi procedeelor de calcul ale eforturilor, tensiunilor şi deformaţiilor ce apar în diferite puncte ale elementelor de rezistenţă, când asupra acestora acţionează forţe, precum şi stabilirea şi utilizarea relaţiilor dintre eforturi şi dimensiunile secţiunii. La baza calculului de rezistenţă stau două criterii: - de bună funcţionare, ceea ce presupune asigurarea la structura nou proiectată a: - rezistenţei; - rigidităţii; - stabilităţii.

-de eficienţă, care urmăreşte ca structura proiectată să reprezinte soluţia cea mai economică posibilă în privinţa consumului de material şi de manoperă. Din aceste două criterii se observă întrepătrunderea tehnicului (criteriul unu) cu economicul (al doilea criteriu). Pentru ca un calcul de rezistenţă să poată fi considerat

corespunzător trebuie ca acesta să îndeplinească simultan cele două criterii. Calculul de rezistență a instalației de biogaz s-a realizat cu ajutorul unui soft specializat în acest sens și anume cu AxisVM®. AxisVM® este un program modern bazat pe metoda elementelor finite, destinat inginerilor constructori. Analiza statică și dinamică a structurilor bidimensionale precum și a _________________________________________________________________________________ 80


Proiect de diplomă

celor tridimensionale se face atât prin metode de calcul liniare, cât și neliniare. Programul modelează structuri în cadre plane/spațiale, grinzi cu zăbrele plane/spațiale, grinzi pe mediu elastic, șaibe în stare plană de tensiune/deformații, plăci plane, plăci cu nervuri, plăci pe mediu elastic și structuri de plăci curbe subțiri. La modelarea structurii pot fi utilizate elemente finite într-un număr nelimitat și în combinațtii libere (ex. structuri mixte din cadre

și diafragme). IDEEA de bază a metodei constă în discretizarea mediului continuu, prin acest procedeu aproximându-se un domeniu continuu printr-un ansamblu de elemente finite cu multiple noduri de conexiune. Materialul din care este alcătuită structura este omogen şi izotrop pe porţiuni. Se cunosc: caracteristicile fizico- mecanice ale materialelor care alcătuiesc structura (legea sau legile

constitutive), geometria structurală şi acţiunile aplicate. Acţiunile se aplică în planul median, iar gr osimea este constantă. z

y

y

t=1

x

x

STARE PLANĂ DE DEFORMAŢIE

STARE PLANĂ DE TENSIUNE

Figura 3.2.3.1 Stare plană de deformație, stare plană de tensiune vk 

y

K  v 

ui 

I

uk 

Element ''

v j  u j  O

x

J

Figura 3.2.3.2 Noduri şi grade de libertate/element _________________________________________________________________________________ 81


Proiect de diplomă

În timp ce metodele exacte ale Mecanicii mediului continuu utilizează funcţii

continue care reprezintă tensiunile, deformațiile specifice, deplasările, temperaturile într -o infinitate de puncte ale corpului, metodele numerice se bazează pe formulări aproximative

care reprezintă procese finite: funcţiile care se determină reprezintă combinaţii liniare cu un număr finit de termeni, algoritmii care descriu procedeele de analiză sunt finiţi, programe le de calculator se desfăşoară în timp real, pe o durată determinată. Aplicarea unei metode numerice pentru analiza problematicii mediului deformabil sau cu un scop pragmatic - proiectarea structurilor - implică în mod indispensabil substituirea structurii studiate cu un model matematic compus dintr-un număr de elemente numite elemente finite, conectate între ele sau cu terenul printr-un număr finit de noduri.

Elementele rămân corpuri deformabile continue dar forma lor mai simplă: triunghi, dreptunghi, patrulater permite a fi studiate cu mijloacele Teoriei elasticităţii, Dinamicii şi

stabilităţii etc. Discretizarea va permite o analiză cu ajutorul tehnicii de calcul. Corespondenţa între modelul real şi cel discretizat (divizat) în elemente finite nu este univocă., deoarece depinde de ipotezele iniţiale, de asigurarea continuităţii şi compatibilităţii câmpului deplasărilor şi deformaţiilor. Există trei posibilităţi de abordare prin metoda elementelor finite: -formularea în deplasări prin ipoteze asupra câmpului deplasărilor astfel încât

compatibilitatea să fie satisfăcută; -formularea în tensiuni prin ipoteze asupra câmpului tensiunilor σx σy ζxy astfel încât

condiţiile de echilibru pe orice secţiune să fie satisfăcute; -formularea mixtă prin ipoteze privind simultan atât câmpul tensiunilor cât şi câmpul

deformaţiilor specifice sau câmpul deplasărilor şi cel al eforturilor. Fiecare din cele trei modele satisface unele condiţii dar încalcă altele, de exemplu

primul model satisface condiţiile de compatibilitate geometrică car nu satisface ecuaţiile de echilibru static şi continuitatea tensiunilor pe laturi. Etapele rezolvării problemelor de elasticitate plană (calculul de rezistență) prin metoda elementelor finite sunt: a) Realizarea geometriei structurii conform planurilor din figurile 2.2.2.1.1; 2.2.2.2.1; 2.2.2.2.2;

_________________________________________________________________________________ 82


Proiect de diplomă

b) Poziționarea și introducerea încărcărilor după cum urmează în imaginile următoare: -greutate proprie a elementelor de construcție

Figura 3.2.3.3 Încărcare din greutate proprie -încărcare din biomasă

Figura 3.2.3.4 Încărcare din biomasă

_________________________________________________________________________________ 83


Proiect de diplomă

- încărcare zapadă

Figura 3.2.3.5 Încărcare din zăpadă -încărcare din hidroizolație

Figura 3.2.3.6 Încărcare din hidroizolație _________________________________________________________________________________ 84


Proiect de diplomă

c)Discretizarea mediului continuu pe distanțe de 0,5 [m]; d)Alegerea combinațiilor de încărcări, în cazul instalației de biogaz optându -se pentru combinația de

încărcări la stare limită ultimă:

Figura 3.2.3.7 Combinații de stări limită e)Executarea analizei statice și dinamice (vânt, simulare seism, vibrații, etc.) În urma calculelor efectuate cu ajutorul softului de modelare s-au obținut toate datele despre

deplasări în noduri, recțiuni ale elementelor de rezistență, eforturi axiale, momente, forțe tăietoare,etc. Datorită multitudinii de date expuse de breviarul de calcul realizat automat sub formă electronică de către softul de modelare (datele fiind cuprinse în peste 1000 de pagini sub formă de tabele și diagrame) s-au extras din breviar doar diagramele cu importanță deosebită. Se menționează

faptul că diagramele sunt realizate in cea mai solicitată sectiune.

_________________________________________________________________________________ 85


Proiect de diplomă

Figura 3.2.3.8 Diagrama momentelor de încovoiere pe axa X

Figura 3.2.3.9 Diagrama momentelor de încovoiere pe axa Y

_________________________________________________________________________________ 86


Proiect de diplomă

Figura 3.2.3.10 Rezultanta reacțiunii din partea pământului

Figura 3.2.3.10 Aria de armare pe axa X

_________________________________________________________________________________ 87


Proiect de diplomă

Figura 3.2.3.11 Aria de armare pe axa Y

_________________________________________________________________________________ 88


Proiect de diplomă

CAPITOLUL 4 Instrucțiuni tehnice de întreținere, exploatare și revizii ale instalației de biogaz Exploatarea raţională, întreţinerea în bune condiţii şi repararea la timp a unui utilaj determină durata lui de funcţionare, nerespectarea acestora ducând la scăderea randamentului şi la degradarea utilajului respectiv 4.1 Întreținerea, exploatarea și revizia instalației de biogaz 4.1.1 Reglementări privind exploatarea şi întreţinerea instalaţiilor Exploatarea şi întreţinerea instalaţiilor pe întreaga durată de funcţionare se fac corespunzător unor reglementări tehnice specifice: legi, hotărâri, decrete, ordonanţe, normative, instrucţiuni, reglementări, standarde etc.

Legile, hotărârile, decretele şi ordonanţele creează cadrul legislativ privind exploatarea şi întreţinerea instalaţiilor; ele sunt în principal următoarele: -Legea nr. 10/1995 - privind calitatea în construcţii, -Legea 137/1995 - privind protecţia mediului, -H.G. 273/1994 - Regulamentul de recepţie a lucrărilor de construcţii şi instalaţii cu anexa: Cartea tehnică a construcţiei, -H.G. 425/1994 - Regulamentul privind agrementul tehnic pentru produse, -H.G. 166/1994 - Hotărârea privind durata normată de funcţionare a mijloacelor fixe etc. Exploatarea şi întreţinerea instalaţiilor de încălzire este reglementată de I 13/1-1996 „Normativ pentru exploatarea instalaţiilor de încălzire centrală" şi de o serie de alte prescripţii specifice: -prescripţii tehnice ISCIR (C 1 - pro iectarea, execuţia, montarea, repararea, instalarea, exploatarea şi verificarea cazanelor de apă fierbinte, C 30 -idem - cazane mici de abur, C 31 - idem - cazane de abur de joasă presiune şi apă caldă, C 4 - idem - recipiente metalice sub presiune, C 38 - proiectarea şi execuţia instalaţiilor de auto matizare pentru cazane de abur, C 15

_________________________________________________________________________________ 89


Proiect de diplomă

- montarea, exploatarea şi verificarea conductelor de abur şi apă fierbinte sub presiune, C 18 - regimul chimic al generatoarelor de abur şi apa fierbinte, CR 9 - autorizarea sudorilor care execută lucrări de reparare şi montare a instalaţiilor sub presiune etc);

-prescripţii tehnice RENEL (PE 204-

exploatarea punctelor termice, PE 215 -

exploatarea reţelelor de termofi-care, PE 227 - exploatarea gospodăriilor de combustibili solizi, lichizi şi ga-zoşi, PE 221 - recepţia şi punerea în funcţiune a reţelelor de termoficare etc);

-norme generale de prevenire şi stingere a incendiilor pe durata execuţiei, reparaţiei instalaţiilor de încălzire. Pentru exploatarea elementelor com ponente ale instalaţiilor se utilizează standarde specifice (pentru conducte, pompe, rezervoare, schim bătoare de căldură, corpuri de încălzi-

re, aparate şi armături, dispozitive de siguranţă, fitinguri, materiale de etanşare şi de izolare etc).

Pentru aparatura şi materialele din import se utilizează agrementele tehnice specifice. 4.1.2 Punerea în funcțiune a instalațiilor Se face după ce acestea au fost supuse unor verificări, încercări şi probe care să confirme că instalaţiile sunt etanşe, se comportă satisfăcător, rezistă mecanic la temperatura nominală a agenţilor termici şi realizează parametrii proiectaţi. Verificările se pot face atât pentru întreaga instalaţie cât şi pentru părţi din instalaţie, când acest lucru este posibil.

Se execută verificări atât la instalaţiile propriu-zise şi auxiliare, cât şi la părţile de construcţii aferente instalaţiilor. Instalaţiile de încălzire se verifică şi se încearcă înaintea punerii în funcţiune. Utilajele, aparatura şi diversele materiale utilizate în instalaţii vor avea agremente tehnice sau, după caz, de calitate care să le ateste calităţile şi caracteristicile. La verificările prealabile se are în vedere în primul rând: - concordanța instalaţiilor cu proiectul de execuţie; concordanţa caracteristicilor aparaturii

şi utilajelor montate cu cele indicate în proiect; dimensiunile şi calitatea mate rialelor care compun instalaţiile (ţevi, armături, fitinguri, suporturi, materiale termoizolatoare şi de protecţie etc); poziţiile şi amplasarea echipamentelor; poziţiile şi caracteristicile elementelor _________________________________________________________________________________ 90


Proiect de diplomă

de automatizare de comandă şi execuţie; poziţiile conductelor corespunzător proiectului de execuţie (cote de montare, pante etc.)

De asemenea, se verifică totodată: existenţa documentaţiei prevăzută în Prescripţiile Tehnice I.S.C.I.R pentru părţi din instalaţii care fac obiectul acestor prescripţii (ex.: Cartea tehnică a construcţiei, plăcile de timbru la cazane şi schimbătoare de căldură) şi existenţa proceselor verbale de lucrări ascunse executate în diversele etape ale lucrării. Încercările utilajelor, aparaturii şi materialelor se fac de către producători şi sunt specificate în certificatele de calitate care însoţesc produsele iar, după montarea în instalaţii, ele vor fi încercate în vederea verificării funcţionării şi a efectuării anumitor corecţii de

funcţionare. Utilajele din instalaţii prevăzute cu elemente în mişcare se pot încerca racordate sau nu la instalaţie. În timpul încercărilor de funcţionare a utilajelor se efectuează şi o serie de reglări ale

acestora sau ale poziţiilor de montare, urmărindu-se şi funcţionarea elementelor auxiliare (electrice, automatizare, de siguranţă etc).

Instalaţiile se supun, de asemenea, la o serie de probe necesare verificării asigurării nivelurilor minime de performanţă referitoare la cerinţele de calitate. Probele se efectuează pentru întreaga instalaţie sau pentru por ţiuni din instalaţie, dacă acest lucru este posibil. Probele la care se supun instalaţiile sunt: la rece, la cald, de eficacitate, de funcţionare. Unele probe pot fi efectuate împreună (ex. proba de eficacitate poate să coincidă cu cea la cald).

Proba la rece se execută în scopul verificării etanşeităţii şi rezistenţei me canice a instalaţiilor. Se realizează prin supunerea instalaţiei la o anumită presiune utilizând, de regulă, apa rece; pentru anumite instalaţii sau părţi de instalaţii se admite pentru probe şi utilizarea aerului. În vederea constatării rezultatelor, probele la rece se fac înainte de a executa izolarea

termică a conductelor sau utilajelor, finisajele, mascarea conductelor sau înainte de a astupa şanţurile sau a închide canalele termice. Proba la cald se execută în scopul verificării etanşeităţii, a modului de com portare la dilatare - contractare a instalaţiei şi a circulaţiei agentului termic la temperatura nominală.

Proba de cald se face după executarea probei la rece şi a operaţiei pregătitoare . Ca şi în cazul probei la rece, proba la cald se poate executa şi pe anume părţi ale instalaţiilor _________________________________________________________________________________ 91


Proiect de diplomă

(instalaţia interioară, reţelele termice, cazan etc), urmând ca, în final, proba să fie efectuată pe ansamblul instalaţiei. Proba la cald se face înainte de a executa termoizolaţiile, finisajele, mascările sau de a îngloba instalaţiile în elementele de construcţii. Pentru executarea probei la cald, instalaţiile vor fi alimentate cu agent termic de la sursa termică definitivă, dacă acest lucru este posibil, sau de la o sursă termică provizorie capabilă să asigure debitul, presiunea şi tempera tura agentului termic necesar probei. Se execută cu respectarea riguroasă a succesiunii operaţiilor indicate de către proiectant sau furnizorul de utilaje. În vederea evitării şocurilor termice proba la cald se execută în două etape.

Proba de eficacitate constă în a verifica dacă instalaţia realizează parametrii prevăzuţi în proiect. în acest scop proba se realizează, de regulă, în sezonul rece cu temperaturi exterioare sub 0 °C. în timpul probei instalaţia trebuie să funcţioneze continuu iar clă-diriie aferente să se găsească în condiţii normale de lucru. Proba de eficacitate se efectuează cu a pă după ce parametrii agentului termic au f ost stabiliţi la valorile cerute conform graficului de reglare cu 48 de ore înainte. Principalul

parametru măsurat este temperatura interioară a încăperilor clădirii. Proba de funcţionare constă în verificări făcute asupra utilajelor şi elemen telor componente ale instalaţiilor în timpul funcţionării acestora. Pr oba de funcţionare poate să coincidă cu proba de eficacitate sau cu pro ba la cald sau poate fi făcută separat pentru elementele componente ale instalaţiei în vederea efectuării anumitor r eglări. Probele se fac atât la utilajele cu elemente în mişcare ( pompe, arzătoare) cât şi pentru utilaje f ără elemente în mişcare (schimbătoare ce căldură, sisteme de siguranţă etc).

4.1.3 Recepția lucrărilor Recepţia lucrărilor de instalaţii reprezintă una dintre componentele sistemului calităţii în construcţii. Reprezintă acţiunea prin care investitorul acceptă să preia lucrarea în conformitate cu Documentaţia de execuţie şi cartea tehnică a construcţiei certificându-se totodată că executantul şi-a îndeplinit obligaţiile contractuale. Recepţia lucrărilor se face atât pentru lucrările noi cât şi pentru cele de r eparaţii capitale, modificări, modernizări, extinderi etc. _________________________________________________________________________________ 92


Proiect de diplomă

Recepţia lucrărilor este organizată de investitor şi se face cu acordul investi torului şi executantului lucrării; când aceştia nu ajung la un acord, recepţia se face prin instanţă judecătorească. În urma recepţiei lucrării aceasta poate fi dată în exploatare.

Etapele de realizare a recepţiei sunt: -recepţia la terminarea lucrărilor; -recepţia finală

.

4.1.3.1 Recepția la terminrea lucrărilor Are loc la maximum 15 zile de la ter minarea lucrărilor. în acest scop, investitorul

numeşte o comisie de recepţie alcătuită din cel puţin 5 membri (7 membri pentru lucrările de importanţă excepţională). Din această comisie, pe lângă specialişti din domeniu, vor face parte obligatoriu un reprezentat al investitorului şi un reprezentant al administraţiei publice

locale. Din comisia de recepţie nu pot face parte reprezentanţi ai executantului şi proiectantului lucrării, aceştia având calitatea de invitaţi. La recepţia unor clădiri de

importanţă deosebită şi a instalaţiilor aferente acestora din comisia de recepţie trebuie să facă parte şi un reprezentant al Comandamentului teritorial al trupelor de pompieri. Data recepţiei lucrării şi componenţa comisiei va fi comunicată executantului şi proiectantului, în scris, de către investitor. Investitorul are obligaţia să pună la dispoziţia comisiei de recepţie documentaţia de execuţie a lucrării şi alte documente necesare care să includă punctul de vedere al proiectantului privind execuţia lucrării.

Examinările şi constatările comisiei de recepţie se fac prin: cercetare vizuală; analiza documentelor cuprinse în cartea tehnică a construcţiei. Comisia de recepţie examinează: -dacă au fost respectate prevederile din autorizaţia de construcţie, din avize şi alte condiţii

de execuţie; -dacă executarea lucrărilor a fost făcută conform documentaţiei de execuţie, a

reglementărilor specifice cu respectarea cerinţelor de calitate; -referatul prezentat de proiectant privind modul de execuţie al lucrării; -dacă toate lucrările au fost executate conform contractului.

Toate observaţiile şi concluziile se consemnează într -un proces verbal de recepţie tipizat. Recepţia la terminarea lucrărilor poate fi amânată sau, după caz, respinsă. Recepţia _________________________________________________________________________________ 93


Proiect de diplomă

se amână când se constată lipsa sau neterminarea unor lucrări, dacă lucrarea prezintă vicii care pot fi remediate sau dacă există dubii privind calitatea lucrărilor. Admiterea recepţiei se face dacă, în final, nu există obiecţii sau observaţiile consemnate nu afectează lucrarea conform destinaţiei sale. După acceptarea recepţiei investitorul nu mai poate emite pretenţii, cu excepţia viciilor ascunse constatate ulterior.

4.1.3.2 Recepția finală Se face după expirarea perioadei de garanţie prevăzută în contract. La recepţia finală participă: investitorul, executantul lucrării, proiectantul, comisia de recepţie numită de investitor.

Comisia de recepţie examinează: -procesele verbale, de recepţie la terminarea lucrărilor, cu observaţiile conţinute în acestea; -finalizarea lucrărilor cerute cu ocazia recepţiei la terminarea lucrărilor; -referatul investitorului privind comportarea instalaţiilor în perioada de garanţie.

Dacă nu sunt respectate una sau mai multe din cerinţele de calitate în construcţii recepţia finală se respinge. La terminarea recepţiei finale, comisia va consemna observaţiile într-un proces verbal. Data admiterii recepţiei finale este data notificării de către investitor a

hotărârii de acceptare a acesteia. 4.1.4 Cartea tehnică a construcţiei Reprezintă un ansamblu de documente tehnice referitoare la proiectarea, execuţia, recepţia, exploatarea, comportarea în exploatare şi evoluţia în timp a construcţiei şi a instalaţiilor aferente acesteia. Se întocmeşte într -un singur exemplar de către investitor, înainte de recepţia finală, împreună cu proiectantul general al lucrării şi proiectanţii pe specialităţi. Cartea tehnică a construcţiei cuprinde capitole de documentare tehnică privind: proiectarea;

-

-

execuţia;

-

recepţia;

-

exploatarea, întreţinerea, repararea.

_________________________________________________________________________________ 94


Proiect de diplomă

4.1.4.1 Documentele privind proiectarea, execuţia şi recepţia Documentaţia tehnică privind proiectarea va cuprinde: acte referitoare la tema de proiectare, a vize, amplasarea construcţiei; documentaţia tehnică de execuţie cu modificările

apărute în timpul execuţiei; breviare de calcul pe specialităţi; caiete de sarcini. Documentaţia tehnică de execuţie va cuprinde: autorizaţia de execuţie a construcţiei; documentaţia de calitate de pe parcursul lucrărilor, încercări, comunicări şi dispoziţii de

şantier, procese verbale de lucrări ascunse; expertize tehnice şi cercetări efectuate ca urmare a accidentelor tehnice sau greşeli de construcţie; caiete de ataşa-mente cu lucrări executate şi

evidenţa evenimentelor (cutremure, inundaţii, temperaturi excesive etc). Documentaţia tehnică privind recepţia va cuprinde: procese verbale de recepţie la terminarea lucrărilor şi anexele acestora; alte acte încheiate la cer erea comisiei de recepţie. 4.1.4.2 Documentele privind exploatarea, întreţinerea şi repararea Documentaţia privind comportarea şi exploatarea va cuprinde: prescripţiile proiectantului privind exploatarea şi întreţinerea instalaţiilor de încălzire aferente, inclusiv lista prescripţiilor de bază ce se cer respectate; proiectele modificatoare apărute pe parcursul execuţiei lucr ărilor de instalaţii; jurnalul evenimentelor; procese verbale de predare - primire în cazul schimbării proprietarului. Prescripţiile proiectantului vor fi însoţite de planuri şi scheme de funcţionare a instalaţiilor. Pentru principalele utilaje în funcţiune se vor indica modul de exploatare a acestora în diverse regimuri de funcţionare. Pentru cazane, recipiente sau alte utilaje care lucrează sub presiune vor fi întocmite instrucţiuni de exploatare conform prescripţiilor tehnice I.S.C.I.R. Cartea tehnică a construcţiei se păstrează pe toată durata existenţei construcţiei şi instalaţiilor aferente, până la demolarea lor.

4.1.5 Explo ata rea inst ala ţ iilor 4.1.5.1 Prevederi generale Prin exploatarea instalaţiilor se urmăreşte realizarea distribuţiei corecte şi continui a căldurii necesare încălzirii, corespunzător condiţiilor climatice (temperatura exterioar ă, viteza vântului etc.) şi temperaturilor interioare din încă perile clădirilor.

_________________________________________________________________________________ 95


Proiect de diplomă

Exploatarea instalaţiilor în condiţii de siguranţă cuprinde operaţii de supraveghere a funcţionării instalaţiilor şi de control al calităţii agentului termic (direct sau cu sisteme automatizate), lucr ări de întreţinere revizie şi reparaţii. Exploatarea trebuie f ăcută astfel încât să fie evitate pe cât posibil avariile şi defecţiunile iar în cazul apariţiei acestora să poată fi luate măsuri de repunere în funcţiune a instalaţiei în condiţii de siguranţă.

4.1.5.2 Reglarea instalaţiilor Se efectuează prin modificarea regimului hidraulic şi de temperatur ă a agentului termic în scopul asigur ării condiţiilor de temperatur ă corespunzător. În ceea ce priveşte reglarea furnizării căldurii aceasta se poate face prin: reglare calitativă (variaţia temperaturii agentului termic); reglare cantitativ ă (variaţia debitului agentului termic şi reglare mixtă (calitativă - cantitativă). Reglarea presupune, în general, executarea următoarelor operaţii: măsurarea parametrilor agentului termic (debit, temperatur ă, presiune etc); compararea valorilor parametrilor naturali cu cei din proiect; comandarea şi acţionarea organelor de reglare. Aceasta impune ca instalaţiile de încălzire să fie dotate cu aparate de măsur ă, control şi reglare necesare.

Ţinând seama de modul de exploatare, reglarea instalaţiilor impune două etape de acţionare: la punerea în funcţiune şi în timpul funcţionării instalaţiei. Reglarea la punerea în funcţiune are drept scop realizarea parametrilor proiectaţi ai instalaţiei (temperaturi, debite, presiuni etc). Se reglează în primul rând sistemele care asigur ă protecţia şi siguranţa instalaţiei. Reglarea în timpul funcţionării are drept scop realizarea şi menţinerea parametrilor agenţilor termici în concordanţă cu cerinţele consumatorilor. Reglarea se poate realiza manual sau automat, ultima variantă fiind caracterizată prin eficienţă sporită. Sistemele de reglare mai complexe pot fi programate s ă includă unele corecţii, în timpul funcţionării, având în vedere acţiunea vântului, însorirea, programarea diurnă sau sezonier ă.

4.1.5.3 Regimul chimic al agenţilor termici Pentru a preveni avarierea sau reducerea eficienţei funcţionării instalaţiilor de încălzire agenţii termici utiliza ţi trebuie să corespundă anumitor cerinţe privind compoziţia _________________________________________________________________________________ 96


Proiect de diplomă

chimică. Deficienţele care apar în urma utilizării unei ape necorespunzătoare din punct de vedere chimic se datorează, în special, depunerii sărurilor conţinute în apă sau coroziunii instalaţiilor. Apa utilizată ca agent termic în instalaţiile de încălzire trebuie să corespundă anumitor indici de calitate stabiliţi prin norme şi prescripţii specifice. Cerinţele privind indicii de calitate ai agenţilor termici sunt cu atât mai restrictive cu cât temperatura acestora este mai ridicat ă. În instalaţiile care utilizează agent termic apa fierbinte sau abur se face obligatoriu tratarea apei. În instala ţiile de încălzire care utilizează agent termic cu temperaturi de maximum 115

°

C se recomandă utilizarea apei tratate.

Această cerinţă nu este obligatorie dacă nu e menţionată expres de fabricantul uneia din elementele componente ale instalaţiei de încălzire centrală.

4.1.5.4 Protecţia, siguranţa şi igiena muncii În toate etapele cuprinse în operaţiile de exploatare a instalaţiilor (inclusiv revizii, reparaţii, înlocuiri, dezafectări) vor fi respectate cerinţele esenţiale referitoare la protecţia, siguranţa şi igiena muncii şi anume: siguranţa în exploatare; igiena şi sănătatea oamenilor, protecţia împotriva zgomotului, siguranţa la foc. Verificările, probele şi încercările echipamentelor componente ale instalaţiilor vor fi efectuate respectându-se instrucţiunile de protecţie a muncii în vigoare pentru fiecare categorie de echipamente. Conducătorii unităţilor care exploatează instalaţii au obligaţia să asigure: - luarea de măsuri organizatorice şi tehnice pentru crearea condiţiilor de securitate a

muncii; - realizarea instructajului de protecţie a muncii a întregului personal de exploatare la cel

mult 30 de zile şi consemnarea acestuia în fişele individuale sau alte formulare specifice care urmează să fie semnate individual.; - controlul aplicării şi respectării, de către întregul personal, a normelor şi instrucţiunilor

specifice; -

verificarea cunoştinţelor privind normele şi măsurile de protecţie a muncii.

_________________________________________________________________________________ 97


Proiect de diplomă

4.1.5.4 Prevenirea şi stingerea incendiilor Respectarea reglementărilor de prevenire şi stingere a incendiilor, precum şi

echiparea cu mijloace şi echipamente de prevenire şi stingere a incendiilor sunt obligatorii în toate etapele de ex ploatare a instalaţiilor, inclusiv în timpul operaţiilor de revizii, reparaţii,

înlocuiri şi dezafectări, în exploatarea instalaţiilor se vor respecta prevederile specifice din „Normele generale de stingere a incendiilor" (Ord. Ml nr. 381/94), a normativului C 300 (Normativul de prevenire şi stingere a incendiilor pe perioada executării lucrărilor de

construcţii şi instalaţii aferente a cestora), precum şi alte normative în vigoare. Măsurile de prevenire şi stingere a incendiilor vor fi precizate şi în instrucţiunile de exploatare. Obligaţiile şi răspunderile privind prevenirea şi stingerea incendiilor revin atât beneficiarilor instalaţiei în funcţiune cât şi unităţilor şi personalului care exploatează aceste instalaţii. În

timpul reviziilor, reparaţiilor, înlocuirilor, defectării instalaţiilor, răs punderile privind prevenirea şi stingerea incendiilor revin unităţilor şi persoanelor care execută aceste op eraţii. Activitatea de prevenire şi stingere a incendiilor este permanentă şi constă în organizarea

acesteia atât la nivelul central al unităţii care exploatează instalaţiile de încălzire cât şi, local, la unităţile specifice (centrale termice, puncte termice, reţele termice, imobile etc). 4.1.6 Exploatarea centralelor termice Cazanele se exploatează şi se verifică după prescripţiile specifice ISCIR; C 31 cazane de apă caldă şi abur de presiune joasă; C 1 - cazane de apă fierbinte şi abur cu presiune peste 0,7 bar (suprapresiune); C 30 - cazane mici de abur. În afara verificării ansamblului cazanului termic se realizează o serie de verificări

funcţionale şi de siguranţă a elementelor componente ale acesteia (în afara verificărilor care s-au efectuat de către constructorii utilajelor sau aparatelor).

Toate verificările şi rezultatele constatate se consemnează în documentaţia tehnică a cazanului termic.

4.1.7 Exploatarea reţelelor termice de distribuţie Reţeaua termică este utilizată la transportul agentului termic de la sursa de producere la preîncălzitor și fermentator. Pentru reţelele termică se execută o serie de verificări şi

probe, prealabile punerii în funcţiune, pentru întreaga reţea sau pentru porţiuni de reţea. _________________________________________________________________________________ 98


Proiect de diplomă

4.1.8 Întreţinerea şi reviziile instalaţiilor Întreţinerea instalaţiilor se face în scopul asigurării bunei funcţionări şi a înlăturării

defectelor apărute în timpul exploatării. Ea se face la întregul echipament din centrala termică: cazane, arzătoare, schimbătoare de căldură, pompe, conducte etc, la reţelele de distribuţie. Reviziile şi reparaţiile au scopul restabilirii capacităţii . Se face obligatoriu periodic. La revizii se au în vedere constatările şi observaţiile personalului de exploatare în timpul

funcţionării. În tim pul reviziilor se verifică şi se estimează atât utilajele şi instalaţiile centralei ter mice cât şi clădirea şi alte părţi ale construcţiei centrale termice. Întreţinerea reţelelor de distribuţie se realizează în scopul asigurării alimentă rii cu

energie termică corespunzător cerinţelor. Întreţinerea reţelelor termice se asigură prin efectuarea unor controale periodice planificate: a conductelor, ter moizolaţiilor, etc. Întreţinerea instalaţiilor interioare se face în scopul funcţionării normale a instalaţiei eliminând pe cât posibil defecţiunile.

Revizia instalaţiei interioare se face în perioada de nefuncţionare a instalaţiei avându-se în vedere întreaga instalaţie. Ea se face de către personal spe cializat propriu sau firme cu profil specific.

Reparaţiile capitale sunt planificate având în vedere gradul de uzură al instalaţiei, frecvenţa defecţiunilor, vechimea instalaţiei, aspectul fizic şi coro-darea interioară sau exterioară. După executarea reparaţiilor capitale se efectuează probe specifice şi reglarea instalaţiei. Intreținerea separatorului se execută prin revizii periodice, care au caracter lunar și o dată la 12 luni, efectuate de personal autorizat. Verificările lunare urmăresc starea legăturilor, a conductelor precum și starea în ansamblu a separatorului , dar și a funcționării corecte a componentelor evacuarii automate . O mare atenție se va da stării aparatelor indicatoare ( indicator de nivel magnetic , manometre diferențiale , termometru , manometru).

_________________________________________________________________________________ 99


Proiect de diplomă

CAPITOLUL 5 Estimarea costurilor și stabilirea duratei de recuperare a invesțiilor 5.1 Estimarea costurilor

Instalație

Preț (euro)

Instalația propriuzisă de producere a biogazului

82.000

Instalația de încălzire a biomasei

48.600

Instalația de agitare

6.800

Rețeaua de distribuție

1.800

Separator

4.200

Preț total

143.400

Tabelul 5.1.1 Estimarea costurilor

5.2 Stabilirea duratei de recuperare a investițiilor Pentru stabilirea duratei de recuperare a investițiilor s-a utilizat diagrama estimativă a producției lunare de biogaz utilizate pentru cogenerare. Decembrie Noiembrie Octombrie Septembrie August Iulie Iunie Mai Aprilie Martie Februarie Ianuarie 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Figura 5.2.1 Diagrama producției lunare de biogaz utilizate la cogenerare Conform diagramei din figura 5.2.1 rezultă faptul că pentru amortizarea investiției vor fi trimiți pentru cogenerare aproximativ 600.000 m³ anual. _________________________________________________________________________________ 100


Proiect de diplomă

Prețul obținut pe 1000 m³ de biogaz este de 68 euro, ceea ce face ca venitul anual să fie:

     Având în vedere faptul că cheltuielile cu personalul sunt de 12.000 euro/an va rezulta că durata de recuperare a investiției sa fie:

    

_________________________________________________________________________________ 101


Proiect de diplomă

Concluzii Lucrarea prezentată a evidențiat potențialul existent de folosire a biomasei în scopul obținerii de biogaz ca sursă de energie. În acest sens există o dorință a UE și a statelor membre de a permite lărgirea producției și utilizarea biogazului în viitor. În 1997, UE a stabilit obiectivul de a produce în 2010, 12% din necesarul de energie pe baza resurselor regenerabile, mai ales pe seama

biomasei prin producerea de biogaz. Între timp au fost făcuți pași au fost făcuți pași pentru realizarea acestui obiectiv. A fost desfășurată o cercetare de success pentru dezvoltarea și îmbunătățirea proceselor, reducerea costurilor și sprijinirea dezvoltării standardelor. Au fost luate un număr mare de măsuri legislative. Cu toate acestea analizele recente au arătat că dezvoltarea este încă lentă pentru realizarea obiectivului de 12% până în 2010. Obictivul UE de a produce 12% din necesarul de energie din energie regenerabilă a fost introdus prima dată de Comisia Europeana în Cartea Albă “Energy for the future: renewable sources of

energy”, COM(97)599, pu blicată în 1997. În comunicatul Comisiei Europene către Consiliul și Parlamentul European “The share of Renewable Energy in the EU”, publicat în mai 2003 sunt analizate realizările din sectoarele individuale. Se recunoaște că utilizarea efectivă a bioenergiei în viitor va depinde de interacțiunile potrivite dintre toate politicile asociate, cum ar fi cele pentru energie, agricultur ă, deșeuri, dezvoltare rurală, mediu, taxe fiscale și piață. Acțiunile viitoare de încurajare a utiliz ării tot mai largi a bioenergiei vor cuprinde toate aceste domenii. Biomasa va constitui principala sursă de energie regenerabilă a UE. Comisia Europeana a stabilit în 2005 Planul de Acțiune pentru Biomasă, pentru a asigura promovarea bioenergiei prin acțiuni la nivel european, național și regional. Planul va coordona și optimiza mecanismele financiare ale Comunității Europene, va redirecționa eforturile și va elimina obstacolele în utilizarea biomasei în scopuri energetice.

_________________________________________________________________________________ 102

Licenta - instalatie biogaz

Recommend Documents