Размещено на http://www.allbest.ru/

Мини-ТЭС на биогазе: опыт МГУП «Мосводоканал»

А.Н. Пахомов, А.В. Битиев,

С.А. Стрельцов, М.Г. Хамидов

На Курьяновских очистных сооружениях столицы запущена в работу мини-теплоэлектростанция. Это событие - прорыв в области использования альтернативных источников электроэнергии: впервые не только в Москве, но и в России в столь крупных масштабах биологический газ, получаемый способом анаэробного сбраживания осадков сточных вод, применили для выработки электроэнергии.

Ключевые слова: очистные сооружения, выработка электроэнергии, биогаз, сбраживание, метантенк.

31 января 2009 года на Курьяновских очистных сооружениях (Москва) состоялась церемония пуска тепловой электростанции, работающей на биологическом топливе (биогазе).

Идея обеспечения московских очистных сооружений независимым источником энергии возникла давно. Особенно остро этот вопрос обозначился после аварии в системе электроснабжения Москвы 25 мая 2005 года, когда на шесть часов была полностью прекращена подача электроэнергии на Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения. Роль очистных сооружений в обеспечении экологического и санитарного благополучия города огромна, и перерыв в энергоснабжении даже на несколько часов способен привести к развитию чрезвычайной ситуации.

На сегодняшний день Курьяновские очистные сооружения являются крупнейшим в Европе природоохранным комплексом, занимающим территорию 160 га. Санитарно-защитная зона станции составляет 500 м, проектная мощность - 3 млн. 125 тыс. куб. м сточных вод в сутки, поступающих с северо-западной, западной, юго-западной, южной, юго-восточной частей Москвы и прилегающей территории Подмосковья, обеспечивая полную биологическую очистку сточных вод бассейна канализовании города с численностью 6 млн. жителей. Численность персонала Курьяновских очистных сооружений составляет 1060 человек.

Первая очередь Курьяновских очистных сооружений была пущена в начале 50-х годов. Последняя была построена и запущена в эксплуатацию в конце 70-х, что исключило сброс неочищенных сточных вод в реку Москву. Реализованные на станции проектные решения 40-х - 70-х годов прошлого века не позволяли обеспечивать стабильное выполнение природоохранных нормативов. В связи с этим Генеральной схемой развития водоснабжения и канализации Москвы на период до 2020 года, утвержденной постановлением Московского Правительства № 176 от 14 марта 2006 года, была предусмотрена поэтапная реконструкция Курьяновских очистных сооружений с внедрением современных технологий удаления биогенных элементов, ультрафиолетового обеззараживания сточных вод, очистки воздуха от неприятных запахов, термической утилизации осадков.

Одним из главным процессов очистных сооружений является обработка и утилизация образовавшихся осадков. Уменьшение его объема с целью снижения эксплуатационных затрат на его утилизацию - важнейшая задача.

В течение последних десяти лет специалистами «Мосводоканала» постоянно ведется поиск и внедрение мероприятий, направленных на решение проблемы повышения эффективности сооружений обработки осадка - метантенков. На КОС имеется 24 метантенка суммарным объемом 117 600 куб. м (объем 1 метантенка - 5000 куб. м). В результате организации работ по регламентной очистке метантенков от песка, их реконструкции (в настоящее время реконструировано 12 из 24 метантенков) с установкой современного оборудования для перемешивания осадка, технологической модернизации выработка биогаза на КОС за этот период возросла более чем в два раза и в настоящее время составляет 130-140 тыс. куб. м в сутки. Все эти мероприятия позволили значительно снизить объем сброженного осадка за счет более глубокого разложения его органической составляющей.

С целью решения вопроса полной утилизации биогаза, а также обеспечения должной энергонезависимости было принято решение о строительстве на Курьяновской промплощадке блока мини-ТЭС электрической мощностью 10 МВт.

В настоящее время на очистных сооружениях МГУП «Мосводоканал» находится 44 метантенка общим объемом 280 тыс. куб. м, в том числе на Курьяновских очистных сооружениях 24 метантенка и 20 - на Люберецких.

Ранее весь биогаз направлялся в котельные для выработки тепловой энергии. В летний период количество вырабатываемой из биогаза тепловой энергии стало превышать технологические потребности очистных сооружений. Это позволило перейти к следующему этапу - утилизации биогаза на мини-ТЭС с выработкой электроэнергии и получением дополнительного тепла в газопоршневых двигателях.

Одновременно со строительством мини-ТЭС на Курьяновских очистных сооружениях была проведена модернизация связанной с ней инженерной инфраструктуры. Это включало в себя замену морально и физически устаревшего электрооборудования на трёх трансформаторных подстанциях, оснащение турбовоздуходувных агрегатов устройствами плавного пуска. Затраты на реконструкцию составили 200 млн. рублей.

Мини-ТЭС работает параллельно с сетью ОАО «МОЭСК» и обеспечит 50% потребностей станции в тепловой энергии. Это позволит осуществлять процесс очистки сточных вод в условиях возможного отключения внешних источников энергоснабжения.

Основные технические характеристики мини-ТЭС:

- электрическая мощность мини-ТЭС - 10 МВт;

- тепловая мощность мини-ТЭС - 6,9 Гкал/ч;

- КПД (общий) - 84,6 %.

Основные технико-экономические показатели:

- инвестиционная стоимость - 29,6 млн. евро;

- стоимость электроэнергии на мини-ТЭС -2,13 руб/кВт·ч; тепловой энергии - 755 руб/Гкал, электроэнергии без учета инвестиционной составляющей - 1,80 руб/кВт·ч;

- срок окупаемости - 15 лет.

Для реализации проекта строительства мини-ТЭС на Курьяновских очистных сооружениях был объявлен городской конкурс, по результатам которого инвестором данного проекта выступил крупный известный австрийский концерн «EVN» со своим подразделением ВТЕ Вассертехник ГМбХ.

Принципиальная схема мини-ТЭС приведена на рисунке 1.

очистной энергия сооружение курьяновский

Биогаз, образовавшийся в метантенках, по газовой сети КОС поступает на установку его очистки. Первая стадия очистки предусматривает удаление сероводорода, которое производится в процессе его связывания с оксидом железа. Для этого в качестве наполнителя в колонне очистки 1-й ступени (десуль-фитатор) используется высокопорозная железная руда. Вторая стадия предусматривает удаление неуглеводородных органических соединений, в том числе кремния (силоксаны), которое производится в процессе адсорбции в колонне, загруженной активированным углем.

Очищенный биогаз поступает к двигателям внутреннего сгорания, где утилизируется.

Производимая электроэнергия через сеть среднего напряжения направляется на три трансформаторные подстанции, далее к потребителям. Среди энергопотребителей, подключенных к мини-ТЭС, 5 высоковольтных турбовоздуходувных агрегатов мощностью 1500 кВт каждый (2х1500; 3х1300 кВт) и электрооборудование котельного цеха.

Отходящие дымовые газы, имеющие температуру 450-470 ^оС, поступают на парогенераторы. В них теплота дымовых газов преобразуется в энергию пара. Для выработки пара подается специально подготовленная вода, предварительно прошедшая через установки деаэрации и химической подготовки. Вырабатываемый пар через распределительную гребенку подается на инжекторы метантенков. Такой способ утилизации тепловой энергии отходящих газов выбран для того, чтобы сохранить существующую на КОС систему обогрева метантенков острым паром.

В ходе работы осуществляется водяное охлаждение электрогенерирующих агрегатов оборотной водой. После отбора тепловой энергии от агрегатов нагретая вода подается в наружный канал теплообменника типа «труба в трубе», куда во внутреннюю трубу подается нагреваемый осадок по пути следования в метантенки. Частичный перевод метантенков на подогрев горячей водой позволит сократить подачу в них пара, что положительно скажется на процессе метанового сбраживания и также позволит увеличить выработку биогаза.

Таким образом, все тепло, выделяемое в результате работы мини-ТЭС, рекуперируется и направляется на технологические нужды.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Мини-ТЭС на возобновляемом источнике энергии - биогазе - являются экологически чистыми. Подобные проекты способствуют снижению выброса парниковых газов. Расчёты показывают, что в результате снижения потребления электроэнергии из распределительной сети города выбросы СО₂ в атмосферу ежегодно сократятся на 6 500 т. Величина сокращения выбросов соответствует в денежном эквиваленте 3,6 млн. рублей в год.

2. В условиях сформировавшегося в последние годы дефицита энергомощностей мини-ТЭС на биогазе позволят снижать нагрузку на энергосистему города и направить высвобождаемую мощность на обеспечение новых объектов градостроительства.

3. Такие мини-ТЭС являются наиболее современным решением по утилизации биогаза и комплексно решают проблему ликвидации негативного воздействия осадков городских сточных вод на окружающую среду.

4. Использование возобновляемого источника энергии - биогаза - способствует повышению энергетической и экологической эффективности работы Курьяновских очистных сооружений.

Размещено на Allbest.ru