Vesi-vesilämpöpumpun hyödyntäminen biokaasulaitoksen prosessissa

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia lämpöpumpun käyttämistä biokaasulaitoksen prosessin lämmityksessä. Työ tehtiin Demeca Oy:lle, joka valmistaa biokaasulaitoksia maatilakäyttöön. Työ rajattiin kahteen osaan: reaktoriin syötettävän lietelannan eli syötteen piiriin, jossa syötettä lämmitettäisiin, sekä reaktorin lämmityspiiriin, missä lämmitettäisiin lämmityspiirin vettä. Lämpöpumpulla reaktorista poistuvasta lämpimästä rejektivedestä otettaisiin lämpöä talteen ja siirrettäisiin se kylmään syötteeseen tai lämmityspiiriin. Kummallakin tavalla reaktorin lämmitystarve pienenisi huomattavasti parantaen biokaasulaitoksen energiatehokkuutta.

Biokaasua muodostuu biologisen hajoamisen tuotteena hapettomissa olosuhteissa. Biokaasu on pääasiassa metaania ja hiilidioksidia sisältävä kaasuseos, josta metaani on palava kaasu ja pyritään ottamaan talteen mahdollisimman hyvin. Reaktorin lämpötilalla on suuri vaikutus kaasun muodostumiseen ja se pyritään pitämään vakiona parhaimman tuotannon takaamiseksi. Kylmän lietteen syöttäminen reaktoriin heikentää reaktiota ja lisää huomattavasti reaktorin lämmityskustannuksia. Työn tavoitteena oli tutkia, pystytäänkö putkilämmönsiirtimen sijasta käyttämään vesi-vesilämpöpumppua lämmön talteen ottamiseen rejektistä ja olisiko lämpöpumppu kustannuksiltaan parempi ratkaisu.

Tuloksena todettiin lämpöpumpun teoriassa toimivan huomattavasti paremmin lämmönsiirrossa perinteiseen lämmönsiirtimeen verrattuna. Lämpöpumpulla saavutetaan haluttu lämpötila samalla parantaen laitoksen energiatehokkuutta. Ongelmana vesi-vesilämpöpumpussa kuitenkin on lämmönsiirtopintojen likaantuminen, sillä lämpöpumput on suunniteltu puhtaalle vedelle. Ratkaisuna tähän on erillisten, likaantumista kestävien lämmönsiirtimien asentaminen sekä syötteelle että rejektivedelle.