เทคโนโลยีการประเมินโครงการดานเทคนคิ และการติดตามประเมินผล

โครงการผลิตกาซชีวภาพ”

โดย

เกียรติศักดิ์ กอบกาญจนากร

หองสัมมนา สถาบันวิจัยพลังงานจุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย

4 เมษายน 2550

หัวขอการบรรยายหลกัการทํางาน เทคโนโลยกีารผลิตกาซชีวภาพ

ขั้นตอนการพัฒนาโครงการฯ

การประเมินขอเสนอโครงการ

การตรวจติดตามประเมินผล

กาซชีวภาพ คือ อะไร?ผลิตภัณฑที่เกิดขึน้ตามธรรมชาติ จากกระบวนการยอยสลายสารอินทรียดวยวิธีทางชีววิทยา (Biological Treatment) ในสภาวะที่ไรอากาศ (Anaerobic Digestion)

แหลงกําเนิดกาซชีวภาพ ไดแก ของเสีย/น้ําเสีย เศษวัสดุเหลอืใชในโรงงานเกษตร ฟารมเลี้ยงสัตว เชน โรงงานแปงมนัสําปะหลัง, สกัดน้ํามันปาลมดิบ, ผลไมกระปอง, โรงฆาสัตว ฟารมเลี้ยงหมู และขยะอินทรีย ฯลฯ

เทคโนโลยีกาซชีวภาพ

องคประกอบของกาซชีวภาพ

ประกอบดวยกาซหลายชนิด ไดแก

กาซมเีทน (CH4) ประมาณ 50-70 %กาซคารบอนไดออกไซด (CO2) ประมาณ 30-50 %ที่เหลือเปนกาซอืน่ๆ เชน แอมโมเนีย (NH3), ไฮโดรเจนซัลไฟด (H2S) และ ไอน้ํา (H2O) เปนตน

คณุสมบัติกาซชีวภาพ

พลังงานทีไ่ดจากกาซชีวภาพ จะขึ้นกับสัดสวน %กาซมีเทนในเนื้อกาซชีวภาพ คณุสมบัติทั่วไป มีดังนี้

คาความรอนประมาณ 21.5 MJ/m3 (CH4 60 %)ความเร็วเปลวไฟ 25 cm/sTheoretical A/F Ratio 6.19 m3a/m3gอุณหภูมิเผาไหมในอากาศ 650 ๐Cอุณหภูมิจุดติดไฟของ CH4 600 ๐Cคาความจุความรอน (Cp) 1.6 kJ/m3 - ๐Cความหนาแนน (P) 1.15 kg/m3

กระบวนการยอยสลายสารอินทรียแบบไรอากาศ

กระบวนการบําบัดน้ําเสียดวยวิธีทางชีวภาพกระบวนการแบบใชอากาศ กระบวนการแบบไรอากาศ

Covered Lagoon (1)

Covered Lagoon (2)

Fixed-Dome

Anaerobic Contact

Anaerobic Baffled

Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) (1)

Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) (2)

Completely Stirred Tank Reactor (CSTR)

Anaerobic Fixed Film

Anaerobic Filter

Anaerobic Fluidized Bed

Anaerobic Hybrid

Packing Media

ปจจัยที่มีผลตอการเกิดกาซชีวภาพ

1. อัตราการรบัภาระสารอินทรยี (Organic Loading Rate ; OLR)

2. ระยะเวลาการกักเก็บน้ําเสีย (Hydraulic Retention Time ; HRT)

3. pH

4. Alkalinity

5. กรดอินทรยีระเหยงาย (Volatile Fatty Acid ; VFA)

6. อุณหภูม ิ(Temperature)

7. สารอาหาร (Nutrients)

8. สารพิษ (Toxic Subtance)

องคประกอบเทคโนโลยีการบาํบัดน้ําเสียแบบไรอากาศและการผลิตกาซชวีภาพ

ระบบรับน้ําเสีย และการปรับสภาพเบื้องตน

ระบบยอยสลายแบบไรอากาศ (Anaerobic Digester)

ระบบรวบรวมกาซชีวภาพและ Safety Devices

ระบบปรับปรุงคุณภาพกาซชีวภาพ

การนํากาซชีวภาพไปใชประโยชน

ระบบบําบัดน้ําเสียขั้นหลงั

การจัดการตะกอนจลุินทรียสวนเกนิ

การตรวจติดตามคุณภาพของระบบ

ระบบเทคโนโลยีกาซชีวภาพ (1)

ระบบเทคโนโลยีกาซชีวภาพ (2)

BiogasDigester

Tank

GasMeter

Wastewaterfrom Factory

Equalization TankWastewater Feeding Pump

Auto pH ControlFeeding Set Scraper

Biogas Recirculation

Pressure/Vacuum Reliefwith FlameArrester

Effluent to Pond Treatment System

Excess Sludge toSand Drying Bed

BiogasRecirculationCompressor

FlameArrester

H2 SChemical

Purification

H2 SBiological

Purification

BiogasGenerator

Electricity

FlareStack

Flow Diagram of Biogas Digester System

Gas Production Process Gas Utilization Process

Biogas Excess Line

ระบบเทคโนโลยีกาซชีวภาพ (3)

การปรับสภาพน้ําเสีย (1)

Adjust pH Laboratory

การปรับสภาพน้ําเสีย (2)

การคัดแยกสิง่แปลกปลอมออกจากน้ําเสีย

การคัดแยกสิง่แปลกปลอมออกจากน้ําเสีย

การปรับสภาพน้ําเสีย (3)

น้ําเสียไหลเขา

ทอระบายกรวดทรายตะกอนหนัก

น้ําเสียไหลออกไประบบบําบัด

Equalization Pond / Tank

การปรับสภาพน้ําเสีย (4)

Biogas Digester : Covered Lagoon

บอหมักรางบอหมักราง ( (Channel Digester)Channel Digester)

Biogas Digester : Channel Digester

Biogas Digester : UASB

Biogas Digester Tank : CSTR

Biogas Digester Tank : Anaerobic Contact

ระบบรวบรวมกาซชีวภาพ (1)

Gas Collecting Pipe

ระบบรวบรวมกาซชีวภาพ (2)Gas Collecting Pipe

ระบบรวบรวมกาซชีวภาพ (3)

Gas Blowers SetGas Blowers Set

Gas Holder / Gas Storage

ระบบรวบรวมกาซชีวภาพ (4)

Safety Devices (1)

Over-Under Pressure Relief Valve

Safety Devices (2)

Failures

Safety Devices (3)

Gas Flare

การปรับปรงุคุณภาพกาซชีวภาพ (1)Gas De-humidifier & Dust Removal

Condensate Trap

Cyclone

การปรับปรงุคุณภาพกาซชีวภาพ (1)

Condensate Trap & Drainage

Chiller & Gas Cooler

ChemicalPurification

BiologicalPurification

BiologicalPurification

การปรับปรงุคุณภาพกาซชีวภาพ (2)H2S Removal

การใชประโยชนจากกาซชีวภาพ

รูปแบบการใชประโยชนจากกาซชีวภาพ

ใชทดแทนเชือ้เพลิงฟอสซิล เพื่อผลิตพลังงานความรอน - ทดแทน LPG, Diesel, Fuel Oilผลิตพลังงานกล / ไฟฟา – Gas Engine, Dual Fuel Engine, Micro-Turbine, Steam Cycle Power Plantผลิตพลังงานความรอนรวม (Cogeneration System) –Steam Cycle Power Plant, Gas Engine Cogeneration

1 Nm3 of Biogas equivalents to:

Electrical Energy 1.20 -

2.40 kWh (Depend on

Engine-Gen eff.)

LPG 0.46 liter

Fuel Oil (grade A) 0.55 liter

Diesel 0.60 liter

Gasoline 0.60 liter

Wood 1.50 kg

Energy Equivalent

Modified Diesel Engine-Gen. Set

Electrical Generating Eff. ~ 20-25%

Biogas Engine-Gen. Set

Electrical Generating Eff. ~ 35-40%

VSPP : Grid Connection (≤ 10 MW)

ระบบบาํบัดขัน้หลัง (Post Treatment)

Utilization of Treated Wastewater for Irrigation

การใหน้ําดวย Sprinkle

Industrial Effluent Standards (some)

≤ 100mg/lTotal Kjedahl Nitrogen (TKN)

≤ 50mg/lSuspended Solids (SS)

≤ 120mg/lChemical Oxygen Demand (COD)

≤ 20mg/lBiochemical Oxygen Demand (BOD5)

5.5 - 9.0-pH

Standard ValuesUnitsParameters

Pig Farm Effluent Standards (some)

≤ 120mg/lTotal Kjedahl Nitrogen (TKN)

≤ 150mg/lSuspended Solids (SS)

≤ 300mg/lChemical Oxygen Demand (COD)

≤ 60mg/lBiochemical Oxygen Demand (BOD5)

5.5 - 9.0-pH

Standard ValuesFor Large Farm

UnitsParameters

การจัดการตะกอนจุลินทรีย (สวนเกิน)

Sludge Dewatering System

การตรวจติดตามคณุภาพของระบบInfluent/Effluent

W/W Flow RateTemppHTVA, AlkalinityBOD5CODTSSVSSTSVSEtc.

BiogasGas Flow Rate%CH4H2S (ppm)

ขั้นตอนการพฒันาโครงการฯPreliminary Survey, Detailed Survey Pre-Feasibility, Feasibility StudyPermits & Consents, PPATechnology Provider Selection, Type of Service, e.g. Engineering Design, Consultant, Turn-key, BOT, ESCO, etc.Financial Packaging, Financial CloseConceptual Design/Engineering DesignTendering of Contractors or EquipmentsContractingProcurement & ConstructionStart-up, Commissioning & TrainingMonitoringO&M Service & Contract

Surveyw/w Generation Rate (m3/day)w/w CharacteristicSite Survey, Location of Biogas Plant & Biogas UtilizationEnergy (Heat & Electricity) Utilization – Steam demand (ton/h, pressure, temp), Steam load pattern, EE demand, EE load pattern, Energy Bills, Boiler Specifications, etc.

5,000

100

10,000

60,000

30,000

4.0 – 4.5

450(45 T-FFB/day)

Palm Oil Mill

NA.

200 - 500

4,000 - 8,000

22,500

8,000 - 13,000

4.0 – 4.5

2,000-2,500(150-200 T-starch/day)

Tapioca Starch

700TKN (mg/l)

16,000TSS (mg/l)

300(10,000 Pigs)

Flow rate (m3/day)

NA.Oil & Grease (mg/l)

18,000COD (mg/l)

9,000BOD5 (mg/l)

7.0-8.0pH

Pig FarmParameter

General Characteristic of w/w

Feasibility StudyBiogas EstimationTechnology SelectionPerformance Criteria, such as, Maximum BOD5/COD Load (kg/day), BOD5/COD Removal (%), Effluent Characteristic, etc.Energy Production & UtilizationInvestment Cost EstimationO&M Cost EstimationFinancial Analysis

Biogas Estimation

(assume Biogas 1 m3 generate EE 2.4 kWh)22,680Electrical Generation, kWh/day

(assume Biogas 1 m3 = 0.54 liter Bunker Oil)5,103Equivalent to Bunker Oil, liter/day

9,450Total biogas production, m3/day

(assume 65% CH4)0.5Biogas Production Rate, m3-Biogas/kg-COD Removal

18,900Total COD Reduction, kg-COD/day

18,000COD Effluent, mg/liter

70%COD Removal Efficiency, %

60,000COD Influent, mg/liter

450Wastewater Influent, m3/day

Permits & Consents

Project ImplementationTechnology Provider Selection

• Type of Service – Designer, Consultant, EPC, BOT, ESCO, etc.• Experience & Technology Use• Guarantee (Performance, Schedule, etc.)• Monitoring, Maintenance Service• Cost

Conceptual Design/Engineering DesignTendering of Contractors or EquipmentsContractingProcurement & ConstructionStart-up, Commissioning & TrainingMonitoringO&M Service & Contract

การประเมินขอเสนอโครงการฯTechnical Evaluation – Review Technical Provision, such as:

EPC Contract & ProposalDesign CriteriaProposed Technology UseScope of WorksCommercial Experiences of Designer, Consultant, Contractor, Major Equipment SuppliersProject SchedulePerformances & Guarantees, Warranty PeriodPerformance Testing CriteriaMonitoring, Services, O&M SupportsStatus of Permits, Licenses

Stack Emission Standard (Biogas Power Plant) – all size

120ฝุนละออง (มิลลิกรัม/ลบ.ม.)

200ออกไซดของไนโตรเจน(ไนโตรเจนไดออกไซด) (NOx as NO2), ppm

60ซัลเฟอรไดออกไซด (SO2), ppm

มาตรฐานของกระทรวงอุตสาหกรรม ชนิดมลสาร

Industrial Effluent Standards (some)

≤ 2,000μm/cmConductivity

≤ 1,300mg/lTotal Dissolved Solid (TDS)

≤ 100mg/lTotal Kjedahl Nitrogen (TKN)

≤ 50mg/lSuspended Solids (SS)

≤ 120mg/lChemical Oxygen Demand (COD)

≤ 20mg/lBiochemical Oxygen Demand (BOD5)

5.5 - 9.0-pH

Standard ValuesUnitsParameters

Noise Standards

115dB(A)ระดับความดังเสียงสูงสุด (Lmax)

70dB(A)ระดับความดังเสียงเฉลี่ย 24 ชั่วโมง(Leq 24 hr)

Standard ValuesUnitsParameters

Ambient Noise Standard

85dB(A)ระดับความดังเสียงที่ระยะหางจากอุปกรณ 1.5 m.

Recommended Values

UnitsParameters

Equipment Noise

การประเมินขอเสนอโครงการฯ (ตอ)Financial Evaluation

Liquidated DamagesRisk Allocation & MitigationFinancial Analysis, Commercial Viability

(Options) Independent EngineerPre-Construction PhaseDuring-Construction Phase

การตรวจติดตาม ประเมินผลDuring Construction Phase

Project Construction Progression

Major Equipment Verification

Functional Test, Performance Test, Completion Report

Operation Phase

Plant Performance

O&M Team & Management

Environment

การตรวจติดตาม ประเมินผล (ตอ)Project Construction Progression Monitoring

Stack Emission Monitoring

every 6 months