Anaerobiniame pūdykloje bakterijos skaido maisto atliekas, mėšlą ir organinį dumblą į biodujas, kuriose gausu metano{0}}. Proceso metu susidaro šilta suspensija, pripildyta korozinių organinių rūgščių, abrazyvinių kietųjų medžiagų, vandenilio sulfido ir pluoštinių šiukšlių. Kad pūdymo ciklas būtų efektyvus, iš išeinančio pūdomo dumblo turi būti surinkta kuo daugiau šilumos ir perduota į gaunamą šaltą žaliavą. Šiame priešiškame sraute veikiantis PTFE šilumokaitis atlieka užduotį nesukeldamas korozijos, greitai nesusiteršdamas ar nepatirdamas cheminės atakos.
Vaidmuo aPTFE šilumokaičio anaerobinio pūdytuvo dumblassistema tapo vis svarbesnė, nes biodujų įrenginiai siekia didesnio šiluminio efektyvumo ir mažesnių eksploatavimo sąnaudų. Atgaudami žemos-klasės proceso šilumą, kuri kitu atveju būtų švaistoma, šie šilumokaičiai padeda sumažinti išorines kuro sąnaudas ir gerina atliekų-į-energetinių įrenginių energijos balansą.
Kodėl šilumos atgavimas svarbus anaerobiniam virškinimui
Virškinimo įrenginiai veikia siaurame temperatūros diapazone
Anaerobinės bakterijos efektyviausiai veikia kontroliuojamos temperatūros lange. Mezofiliniai virškintuvai paprastai veikia:
35–40∘C35\\text{–}40^\\circ\\mathrm{C}35–40∘C
Norint nuolat palaikyti šią temperatūrą, reikia didelių šilumos sąnaudų, ypač eksploatuojant žiemą arba kai į sistemą patenka šaltos žaliavos.
Be šilumos atgavimo gali būti sunaudojami dideli išorinės energijos kiekiai, tiesiog pakaitinant įeinantį dumblą.
Šilumos atgavimas iš nuotekų srauto
Siekiant pagerinti efektyvumą, karštai pūdytas dumblas, išeinantis iš reaktoriaus, prieš išleidžiant arba nusausinant nukreipiamas per šilumokaitį.
Įprasta tvarka:
Karštas išeinantis dumblas teka per korpuso pusę
Šaltos įeinančios žaliavos teka per PTFE vamzdžius
Šiluminė energija iš šiltų nuotekų persikelia į šaltesnį įeinantį dumblą
Šis pašildymo etapas sumažina papildomo šildymo, reikalingo katilams arba kombinuotoms šilumos ir elektros sistemoms, kiekį.
Biodujų gamykloje šilumokaitis yra šilumos perdirbėjas, braidžiojantis per vieną agresyviausių gamtos sriubų ir tyliai atgaunantis naudingą šiluminę energiją.
Kodėl PTFE gerai tinka skaldymo dumblui
Atsparumas organinėms rūgštims
Anaerobinio skaidymo metu biologinio skilimo procesų metu susidaro kelios ėsdinančios organinės rūgštys.
Įprasti junginiai apima:
Acto rūgštis
Propiono rūgštis
Sviesto rūgštis
Šios rūgštys gali agresyviai atakuoti įprastas metalines šilumokaičių medžiagas per ilgą poveikio laikotarpį.
PTFE vamzdeliai išlieka labai atsparūs šiai cheminei aplinkai, nes fluoropolimerų paviršiai iš esmės yra inertiški daugeliui organinių rūgščių mišinių, sutinkamų biodujų sistemose.
Atsparumas vandenilio sulfidui
Vandenilio sulfidas yra dar vienas didelis korozijos iššūkis pūdyklų ir dumblo{0}}tvarkymo įrangoje.
Net santykinai mažos koncentracijos gali turėti įtakos:
Sulfido įtempimo korozija
Duobės puolimas
Rūgštinio kondensato susidarymas
Pagreitintas metalo irimas
Anglies plieno komponentai gali greitai gesti, o net nerūdijantis plienas tam tikromis sąlygomis gali patirti vietinę koroziją.
PTFE neturi metalinio paviršiaus, kad vandenilio sulfidas galėtų atakuoti. Šis cheminis atsparumas žymiai pagerina šilumokaičio ilgaamžiškumą atšiaurioje{1}}dumblo apdorojimo aplinkoje.
PTFE šilumokaičio anaerobinio skaldymo dumblo srauto dizainas
Ne{0}}niutono skysčių tvarkymas
Virškinimo dumblas elgiasi labai skirtingai nei vanduo. Medžiaga yra ne-niutono, o tai reiškia, kad klampumas kinta priklausomai nuo šlyties greičio ir srauto sąlygų.
Didelė kietųjų dalelių apkrova ir biologinė medžiaga gali pagaminti:
Padidėjęs tariamas klampumas
Nereguliarus srauto profilis
Užkimšimo tendencijos
Nestabilus turbulencijos elgesys
Dėl šios priežasties PTFE šilumokaičio vamzdeliai turi būti kruopščiai suprojektuoti, kad būtų sumažintas per didelis sienos šlyties įtempis.
Didelės šlyties sąlygos gali:
Pažeisti biologines floko struktūras
Padidinti slėgio kritimą
Skatinti kietųjų dalelių kaupimąsi
Paspartinti mechaninį nusidėvėjimą
Dumblo šilumos atgavimo sistemose dažnai pirmenybė teikiama didesniems srauto kanalams ir švelniems hidrauliniams perėjimams.
Dėl žemo temperatūros skirtumo reikia didelio paviršiaus ploto
Vienas iš iššūkių, susijusių su anaerobinio skaidymo šilumos atgavimu, yra santykinai mažas temperatūros skirtumas tarp karšto ir šalto srauto.
Šiluminė varomoji jėga yra nedidelė, nes abu skysčiai paprastai išlieka netoli mezofilinės darbinės temperatūros.
Dėl to:
Reikalingi didesni šilumokaičio paviršiaus plotai
Svarbus tampa ilgesnis terminio kontakto laikas
Šilumos perdavimo efektyvumas turi būti maksimalus
Dėl santykinai mažesnės PTFE korozijai atsparaus paviršiaus ploto kvadratinės pėdos{0}}įrengtos didesnės šilumokaičio konstrukcijos daugeliu atvejų yra ekonomiškai įmanomos.
Atsparumas užsiteršimui nešvaraus dumblo srautuose
Lygūs PTFE paviršiai atsparūs susidarymui
Virimo dumble yra pluoštinių medžiagų, mineralinių nuosėdų, riebalų ir suspenduotų kietųjų dalelių, kurios gali greitai užteršti įprastus šilumokaičius.
Vienas ypač problemiškas telkinys yra struvitas, kietas kristalinis mineralas, daugiausia sudarytas iš magnio amonio fosfato.
Struvito susidarymas gali:
Apriboti srauto praėjimus
Sumažinti šilumos perdavimą
Padidinti slėgio kritimą
Reikalauti dažno valymo išjungimo
PTFE vamzdeliai yra natūraliai lygus, nelipnus paviršius, kuris sumažina nuosėdų sukibimą, palyginti su šiurkščiais metaliniais paviršiais.
Pluoštinė biologinė medžiaga taip pat linkusi lengviau slysti per fluoropolimero paviršius, todėl sumažėja susipainiojimo ir susikaupimo rizika.
Patobulintas ilgalaikis{0}}patikimumas
Kadangi PTFE yra atsparus cheminiam poveikiui ir nuosėdų sukibimui, priežiūros intervalai gali būti gerokai pailginti tvarkant dumblą{0}}.
Tai tampa ypač vertinga nuolat veikiančiuose biodujų įrenginiuose, kur šilumokaičio prastovos tiesiogiai veikia gamyklos ekonomiką.
Dizaino patarimas
Platus tarpas tarp pertvarų padeda išvengti kištukų
Apvalkalo{0}}šono geometrija turi būti kruopščiai suprojektuota dirbant su dumblo srautais, kuriuose yra pluoštinių medžiagų.
Dažnai pirmenybė teikiama plačiam pertvarų tarpui, nes jis:
Sumažina srauto apribojimą
Sumažina pluošto susipynimą
Sumažina slėgio kritimą
Apsaugo nuo negyvų zonų, kuriose kaupiasi kietos medžiagos
Pernelyg sandarus apvalkalo{0}}šoninis blokavimas gali šiek tiek pagerinti turbulenciją, bet gali labai padidinti užsikimšimo riziką atliekant tikrąjį dumblo aptarnavimą.
Praktiškai stabilaus ilgalaikio srauto palaikymas{0}}dažnai tampa svarbiau nei maksimizuoti teorinius šilumos perdavimo koeficientus.
Energijos taupymo ir tvarumo privalumai
Sumažėjusios degalų sąnaudos
Atgauta šiluminė energija tiesiogiai kompensuoja kurą, reikalingą viryklės temperatūrai palaikyti.
Privalumai gali būti:
Mažesnis gamtinių dujų suvartojimas
Sumažinta katilo apkrova
Pagerintas bendras gamyklos efektyvumas
Sumažintas šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas
Didesnė grynoji biodujų išeiga
Svyruojant energijos kainoms, efektyvios dumblo šilumos rekuperavimo sistemos tampa vis svarbesnės gamyklos pelningumui palaikyti.
Žiedinių energijos sistemų palaikymas
Anaerobinio skaidymo įrenginiai veikia platesnėje žiedinėje išteklių ekonomikoje, kur atliekų srautai tampa energijos ištekliais.
Patikimi šilumokaičiai atlieka pagrindinį vaidmenį palaikant šį energijos balansą, nuolat perdirbdami panaudotą šiluminę energiją atgal į procesą.
PTFE cheminis patvarumas leidžia tęsti šį regeneravimo procesą net ir labai užterštuose biologiniuose skysčiuose, kurie greitai sugadintų įprastą įrangą.
Išvada
PTFE šilumokaičiai tapo vertingais anaerobinių katilų šilumos atgavimo sistemų komponentais, nes juose derinamas cheminis atsparumas, atsparumas užsiteršimui ir ilgalaikis patikimumas vienoje atšiauriausių procesų aplinkų, sutinkamų pramoninėje šiluminėje inžinerijoje. Perkeldami šilumą iš išeinančio pūdomo dumblo į įeinančią šaltą žaliavą, šie šilumokaičiai padeda sumažinti išorinio šildymo poreikį ir pagerinti biodujų gamybos įrenginių šiluminį efektyvumą.
PTFE šilumokaičio anaerobinio pūdytuvo dumblo taikymas parodo, kaip fluoropolimerinės medžiagos gali atlaikyti ėsdinančias organines rūgštis, vandenilio sulfido poveikį, pluoštines kietąsias medžiagas ir mineralinį užteršimą, išlaikant stabilias šilumines savybes. Kruopščiai suprojektuoti mažo-šlyties srauto takai ir dideli šilumos perdavimo paviršiaus plotai dar labiau užtikrina patikimą šių sudėtingų ne-niutono dumblo sistemų veikimą.
PTFE šilumokaičiai galiausiai veikia kaip chemiškai{0}}atsparūs anaerobinių pūdytuvų terminiai plaučiai, padedantys atliekų-sukurti-energetikos gamykloms tvariau ir pelningiau. Žiedinė energijos ekonomika vis labiau priklauso nuo komponentų, galinčių išgyventi nešvariausius skysčius, judančius ratu.
