Biokaasulaitosten lämmöntalteenoton kehittäminen
Karjalainen, Matti (2017)
Diplomityö
Karjalainen, Matti
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017110350489
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017110350489
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia lämmöntalteentoton mahdollisia kehityskohteita Bio10 biokaasulaitoksella Kiteellä. Biokaasulaitoksella voi olla useita varteenotettavia lämmöntalteenoton kehityskohteita. Biokaasun tuottaminen vaatii lämpöenergiaa, jota tuotetaan laitoksella biokaasusta joko polttamalla sitä perinteisessä kaasukattilassa tai polttomoottorin pakokaasulämpöenergiasta. Usein laitoksella on ainakin yksi polttomoottori laitoksen omakäyttösähkön tuotantoa varten.
CHP-moottoreiden pakokaasuista otetaan harvoin kaikki talteenotettava lämpöenergia talteen joko kustannus- tai materiaaliteknisistä syistä johtuen Opinnäytetyössä tutkittiin erilaisten lämmönsiirrintekniikoiden kustannuksia ja soveltuvuutta lämmöntalteenottoon pakokaasuista. Erilaisten lämmönsiirtimien investointien takaisinmaksuajaksi saatiin kolmesta neljään vuotta, jolloin investointi olisi hyvin toteutuskelpoinen.
Biokaasureaktorin lopputuote voidaan myydä lannoitteena, mutta silloin se täytyy hygienisoida, joka vaatii suuren määrän energiaa. Hygienisoinnin jälkeen mädätysjäännösestä lämpöä otetaan talteen vain rajattu määrä. Perinteiset lämmönsiirrinratkaisut ovat isoja ja kalliita. Välivarastointisäiliöissä olevat lämmönkeruuputkistot mahdollistaisivat lämpöpumppukytkennän, jossa lämpöä kerättäisiin nykyisillä putkistoilla tehokkaammin. Lämpöpumppu mahdollistaisi myös prosessitilojen viilennyksen melko helposti. Mädätysjäänöksen lämmöntalteenotto on investointina pakokaasupuolta huonompi. Perinteisen lämmönsiirtimen takaisinmaksuaika olisi 7,8 ja lämpöpumppuvaihtoehdon 6,1 vuotta. Object of this master's thesis was to study possible heat recovery options in Bio10 biogas plant at Kitee. Biogas plant can have multiple good heat recovery improvement targets. Producing of biogas requires heat energy which is produced from biogas at the plant site either by burning it in conventional gas boiler or in recovering heat of exhaust gases from combustion engine. Plant often has at least one combustion engine to produce plant electricity.
Rarely all recoverable heat from CHP-engine's exhaust gases is obtained because profitability or material reasons . Cost and suitability of different heat exchanger technologies for exhaust gases were studied in this master's thesis. Calculated payback time for suitable heat exchanger were from three to four years which means that heat recovery improvement could be profitable enough to invest.
End product of the biogas digester can be sold as a fertilizer. Then digestate must be handled to destroy possible pathogens by heating it to 70 degrees celsius, which requires a lot of energy. Only small portion of recoverable heat is recovered after digestate heated. Conventional heat exchangers are big and expensive. Heat recovery pipes in intermediate storage tanks make it possible to use heat pump to recover heat more efficiently. Heat pump could make possible to cool process rooms quite easily. Heat recovery of digestate is as an investment worse than CHP-engine's exhaust gases. Payback time of conventional heat exchanger would be 7,8 and for the heat pump 6,1 years.
CHP-moottoreiden pakokaasuista otetaan harvoin kaikki talteenotettava lämpöenergia talteen joko kustannus- tai materiaaliteknisistä syistä johtuen Opinnäytetyössä tutkittiin erilaisten lämmönsiirrintekniikoiden kustannuksia ja soveltuvuutta lämmöntalteenottoon pakokaasuista. Erilaisten lämmönsiirtimien investointien takaisinmaksuajaksi saatiin kolmesta neljään vuotta, jolloin investointi olisi hyvin toteutuskelpoinen.
Biokaasureaktorin lopputuote voidaan myydä lannoitteena, mutta silloin se täytyy hygienisoida, joka vaatii suuren määrän energiaa. Hygienisoinnin jälkeen mädätysjäännösestä lämpöä otetaan talteen vain rajattu määrä. Perinteiset lämmönsiirrinratkaisut ovat isoja ja kalliita. Välivarastointisäiliöissä olevat lämmönkeruuputkistot mahdollistaisivat lämpöpumppukytkennän, jossa lämpöä kerättäisiin nykyisillä putkistoilla tehokkaammin. Lämpöpumppu mahdollistaisi myös prosessitilojen viilennyksen melko helposti. Mädätysjäänöksen lämmöntalteenotto on investointina pakokaasupuolta huonompi. Perinteisen lämmönsiirtimen takaisinmaksuaika olisi 7,8 ja lämpöpumppuvaihtoehdon 6,1 vuotta.
Rarely all recoverable heat from CHP-engine's exhaust gases is obtained because profitability or material reasons . Cost and suitability of different heat exchanger technologies for exhaust gases were studied in this master's thesis. Calculated payback time for suitable heat exchanger were from three to four years which means that heat recovery improvement could be profitable enough to invest.
End product of the biogas digester can be sold as a fertilizer. Then digestate must be handled to destroy possible pathogens by heating it to 70 degrees celsius, which requires a lot of energy. Only small portion of recoverable heat is recovered after digestate heated. Conventional heat exchangers are big and expensive. Heat recovery pipes in intermediate storage tanks make it possible to use heat pump to recover heat more efficiently. Heat pump could make possible to cool process rooms quite easily. Heat recovery of digestate is as an investment worse than CHP-engine's exhaust gases. Payback time of conventional heat exchanger would be 7,8 and for the heat pump 6,1 years.