belépés / regisztráció
2020. augusztus 13. csütörtök
Aktuális lapszám

Depóniahő közvetlen hasznosítása I.

Ismert és bevált gyakorlat a hulladéktelepek szerves bomlásából keletkező metángáz hasznosítása. Elsősorban a kapcsolt hő- és villamos áram termelése terjedt el, de sok esetben sajátos probléma a hulladékhő nyári felhasználása – ha a téli hőhasznosítás egyáltalán megoldott –, illetve, ha legalább részben hasznos fűtési célra szolgál. A legtöbb esetben csupán a villamos áram termelését szolgálja a metán kihozatala, és ezáltal félig megoldott az energiagazdálkodás.

 

Sajátos probléma, hogy a hulladéktelepek közvetlen közelében nem fordulnak elő lakó- és középületek, üzemek, ahol az épületek hőigénye jelentkezne. Ha lenne épület hőigény, akkor az év nagy részében a fűtés mellett szóba jöhetne az abszorpciós hűtés, vagy mezőgazdasági termesztő-telepeken a hűtőházi hőellátás.

A BME Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszéke az Új Széchenyi Terv keretében elvállalta a depóniahő közvetlen hasznosításának kutatását, és a kapott hőkihozatal mérés útján történő metán-hő optimum megállapítását a gyáli ASA Magyarország Kft. telephelyén kiépített rendszerrel.

A kutatás célja, hogy a korábban már kialakított metánkihozatal mellett, azzal párhuzamosan, és azt nem gyengítve, közvetlenül is lehet hőt nyerni a hulladékból, víz hőhordozóval, zárt rendszerben keringetve. Fontos, hogy a hőkihozatal folyamán a bomlási folyamat, a metán termelés belső hőmérséklete ne csökkenjen a szükséges gázfejlődési hőfokszínt alá.

A belső hőfejlődés teljesítményének vizsgálata

A belső hőfejlődés szerepe

A hulladéktárolóban kialakuló, depóniagázt előállító folyamatok egyik eredménye a hőfelszabadulás, a hulladéktároló mikrobiológiai szempontból aktív zónájában. A zóna az évtizedes működése során jelentős hőfejlődést eredményez, amelynek ismerete nyilván segíti az energiagazdálkodás rendszerének megtervezését.

A hőbányászást célszerű összehasonlítani azon hőszivattyús rendszerekkel, amelyek talajszondák hőbányászására épülnek. A talajba épített szondák 100 m-re is leérnek. (Elvi séma az 1. ábrán.)

A szondák jó közelítéssel a 2. ábrán megrajzolt hőmérsékleti környezetben dolgoznak. E vonatkozásban az a cél, hogy minél több hőt sikerüljön kinyerni a talajból. Ezért a talaj hőmérsékletviszonyaira vonatkozóan gyakorlatilag nincsenek korlátozások.

A fűtési rendszerek a téli időszakban dolgoznak, amelyből adódik, hogy vannak üzemszünetek. Ezen üzemszünetek alatt lehetőség van a hő utánpótlására.

A hulladéktárolók esetén különböző tényezők lényegesen befolyásolhatják a hőbányászás műszaki jellemzőit. Ilyenek pl. a következők, amelyek alaposabb mérlegelést követelnek meg.

Nem lehet tetszőleges mértékben lehűteni a hulladéktároló hőmérsékletét, mert figyelembe kell venni a mikroorganizmusok működési hőmérsékletét.

Kisebbek a rendelkezésre álló hőkapacitások. A magasabb hőmérsékleti viszonyok esetleg direkt energiafelhasználást is lehetővé tesznek. A folyamatos hőbányászást célszerű előtérbe helyezni, mivel a bomlási folyamatok hőenergiája csak korlátozottan tárolódik.

A hőtároló aktív zónájában mindig egy bizonyos mértékű hőfejlődéssel lehet számolni, ami a talajszondás hőbányászás esetében nem jelenik meg.

A fentiekhez kapcsolódik még az a tény, hogy a talajszondás hőbányászatnak számos műszaki-gyakorlati tapasztalata van, amelyeket egyre több tudományos vizsgálat is támogat.

A hulladékgyűjtő hőbányászatával kapcsolatosan viszont még mind a gyakorlati, mind az elméleti oldalak kidolgozatlanok.

A talajszondás hőbányászás mérlegegyenlete az alábbi összefüggéssel közelíthető.

(Képlet)

Ahol:

QM a mélyből érkező hő
QF a felszín irányából érkező hő
QO oldalirányú hő m*c hőkapacitás
τ idő
A szonda egy lehetséges energiamérlegét mutatja az alábbi, 3. ábra az idő függvényében.

A hulladéktároló esetén a szondás hőbányászás mérlegegyenlete az alábbi összefüggéssel közelíthető.

(Képlet)

Ahol még ismeretlen tényező:

QHF a környező anyagban kialakuló hőfejlődés

Ez az összefüggés azt mutatja, hogy a mélység és felszín irányokba a veszteségek jellemzők, ugyanakkor megjelenik egy újabb elem a hőmérlegben, ez QHF , amelyet a hulladéktárolóban kialakuló mezofil, illetve termofil baktériumok eredményeznek.

Az egyenletből látható, hogy pozitív értéket csak oldalról, a hőkapacitásból, illetve a hő-fejlődésből adódó komponensek jelentenek.

Mind a hőtartalom változása, mind az oldal irányából adódó hőáramokhoz hőmérséklet gradiensek, illetve az ezzel járó hőmérsékletcsökkenések tartoznak.

Tekintettel arra, hogy a hőmérsékletek szükséges feltételei a mikroorganizmusokhoz kapcsolódó folyamatoknak, a hőmérséklet csökkenéséből adódó folyamatokat csak korlátozott módon lehet kihasználni.

A belső hőfejlődés becslése

A becslés módszere

Az esetünkben baktériumok hőmérsékleti optimumukat tekintve lehetnek mezofilek, illetve termofilek.

A mezofil baktériumok hőmérsékleti optimuma alacsonyabb, kb. 30-40 °C közé esik.

A termofil baktériumok hőmérséklete magasabb kb. 50-60 °C.

Aerob körülmények között az alábbi energiamérleg becsülhető:

  • 60% sejtanyagok képződése
  • 40% hőveszteség

Aerob körülmények között az alábbi energiamérleg becsülhető:

  • 90% biogázban raktározódik
  • 5-7% sejtanyagok képződésére
  • 3-5% hőveszteség

A fenti adatok is mutatják, hogy a hőveszteség értékei jelentősen változnak attól függően, hogy a folyamatok milyen fázisban vannak.

Tekintettel arra, hogy a tárolóban lévő anyagok szerkezeti struktúrája nem ismert, a belső hőfejlődés meghatározására gyakorlatilag nem mutatkoznak lehetőségek.

A fentiek miatt úgy lehet eljárni, hogy a tárolóban kialakuló hőtechnikai folyamatok felhasználásával végzünk becsléseket.

A hulladék tárolóban a szélek hőtechnikai hatásán kívül álló részen a függőleges „z” koordináta mentén definiálható egy függőleges hasáb, amelyben a „z” koordináta mentén elméletileg egydimenziós hőáramlás alakul ki (4. ábra).

Ezen hasábban a hőmérsékleti viszonyokat az anyagban keletkező hőfejlődés tartja fenn.

Stacioner esetben a hasáb mérlegegyenlete az alábbi egyszerű összefüggéssel számolható:

(Képlet)

Ahol:

QF az egydimenziós hasábban kialakuló hőforrás intenzitása
QKK a hasábból a külső térbe kilépő hőáramok
QKK a hasábból a talajba kilépő hőáramok.

(Folytatjuk)

***

1. ábra. Elvi séma a talajszondás hőbányászásra
2. ábra. A talaj várható hőmérsékletviszonyai
3. ábra. A szonda energiamérlege az idő függvényében (Merényi László, Geofizikai Intézet)
4. ábra. Az egydimenziós hasáb elhelyezkedése

Dr. Várfalvi János PhD
BME, Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

DR. KONTRA JENő PH. D
egyetemi tanár
BME Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

A szerzõ egyéb cikkei:

  Létünk a műszaki világban
  Honnan lesz a villamosenergia?
  Szimulációk az optimális szerkezetépítés tükrében
  Jubileumi Építészeti Konferencia Erdélyben (ÉPKO)
  A jövő egyik útja: távhőellátás megújuló energiával
  Hulladékgazdálkodás – energiagazdálkodás

A szerzõ összes korábbi cikke >>

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam