При энергоснабжении удаленных потребителей

Получение биогаза за счет анаэробной обработки в бескислородных условиях бытовых органических отходов является перспективным источником получения возобновляемой энергии для малых удаленных потребителей и индивидуальных фермерских хозяйств.

Известно, что навоз вызывает загрязнение окружающей среды, в частности воды, а также распространяет неприятный запах. Обе эти проблемы можно разрешить одновременно с помощью переработки навозной жижи в биогаз. Одним из лучших мест для производства биогаза является животноводческая ферма. Это вызвано следующими преимуществами этого возобновляемого топлива [4]:

- энергия биогаза может быть легко использована в различных целях, например для отопления котельной или генерирования электроэнергии;

- в процессе переработки навоза разрушаются патогенные микроорганизмы, личинки вредителей огородов и почти полностью удаляется запах;

- в процессе разложения, происходящем в биогазовом реакторе, уничтожаются семена сорняков и подобных им растений (но не гибнут семена то­матов);

- получаемый в реакторе твердый остаток является высококачественным удобрением.

Получение биогаза осуществляется в реакторах специальной конструкции [2,6], где бытовые органические отходы разжижаются до 5-7 %-ной концентрации, при необходимости подогреваются и находятся там 10-15 суток. Максимальный выход метана на единицу исходного вещества происходит в мезофильной области при температурах 30÷40°С, а максимальная ско­рость сбраживания достигается в термофильной области при температуре 50÷60 °С. Получаемый в реакторе газ содержит в основном метан СН₄ (65-75%) и углекислый газ СО₂ (25÷30 %), а также азот, аммиак, сероводород, водяные пары и другие компоненты. При получении биогаза в сравнитель­но больших количествах, осуществляемом на базе животноводческих ферм, он обычно используется для целей отопления и нагрева воды (рис.17).

Современная технологическая схема получения биогаза в мезофильной области и его последующего использования для целей отопления и получения горячей воды приведена на рис. 17

В состав схемы входят следующие элементы:

1 - пульт управления смесителем и насосом; 2 - смесительное устройство для массы; 3 - насос подачи смеси; 4 - водяной радиатор; 5 - насос оборотной воды; 6 - клапан избыточного давления; 7 - механический вакуумный клапан; 8 - резервуар для подачи взвеси; 9 - реакторный сосуд; 10 - трехходовой клапан; 11 - теплоизоляция; 12 - изоляция под опорами; 13 - автоматический водоотделитель; 14 - газовый счетчик; 15 - управляющее устройство трехходового клапана; 16 - дистанционный термометр; 17 - манометр; 18 - контрольное окошко; 19 - газовая горелка и комплект предохранительных устройств; 20 - отопительно-водогрейный котел; 21 - циркуляционный насос; 22 - радиатор технологической воды; 23 - аккумулятор горячей воды; 24 - мембранный расширительный сосуд; 25 - электронагревательные элементы; 26 - запорный клапан в газопроводе; 27 - контур зарядки; 28 - теплая технологическая вода; 29 - контур отопления; 30 - уровень массы; 31 - регулирующий клапан в контуре отопления; 32 - выход массы; 33 - газовая емкость; 34 - перегородки; 35 - смеситель массы; 36 - холодная технологическая вода; 37 - смесительный насос.

Представленная на рис.17 схема может быть упрощена приме­нительно к поставленным целям.

Реактор состоит из нескольких блоков, отделенных перегородками 34, в каждом из которых желательно иметь собственную бактериальную среду. Верхняя часть реактора (20% его объема) используется для сбора и хранения биогаза. Свежая масса периодически подается в емкость реакто­ра с помощью насоса 3, а остаток после переработки стекает через отверстие 32 для последующего использования в качестве удобрения. Макси­мальное давление в реакторе составляет 0,04 ÷ 0,05 МПа, температура - плюс 30 ÷35 °С.

Реакторный сосуд 9 оснащен жидкостным затвором, клапаном 6 для регулирования избыточного давления и механическим клапаном минимального давления 7. Теплоизоляция 11 реактора 9 выполняется в соответствии с условиями окружающей среды.

Сжигание биогаза осуществляется в котле 20 с помощью газогорелочного устройства 19. Горячая вода из котла 20 подается в тепловой ак­кумулятор 23, откуда расходуется на цели отопления (контур 29), нужды горячего водоснабжения и технологические нужды из трубопровода 28. Часть горячей воды из контура отопления 29 подается в контур ра­диатора 4 и для подогрева навозной жижи до температуры 30 ÷35°С. Другая часть теплоносителя из контура отопления 29 используется для отопления фермы, жилого дома, хозяйственного блока (мастерская, гараж, отопительный отсек, приготовление кормов). Горячая вода из трубопровода 28 расходуется на запаривание кормов, питье животных, другие технологические нужды, а также используется для покрытия нагрузки на горячее водоснабжение жилого дома.

Ориентировочные параметры биогазового реактора для мезофильной области, в зависимости от вида выращиваемых животных (мясные свиньи, коровы и т.д.) и их количества, по оценкам [5], приведены на рис. 18.

Рис. 18. Определение расчетных параметров биогазового реактора

Из рисунка следует, что при откорме, например, двухсот мясных свиней средним весом 115 кг каждая, общая геометрическая емкость биореактора составит 22,5 м³, со среднесуточным выходом пятипроцентного ила (5% твердого остатка ) в размере 15 м³.В дальнейшем ил направля­ется в пруды-отстойники для последующего использования в качестве удобрений.

Ориентировочная газопроизводительность реактора в этом случае составляет 27000 м³ биогаза в год, что в пересчете на природный сетевой газ (за вычетом углекислого газа) составляет 19000 м³ в год.

Согласно проведенным расчетам, биореактор газопроизводительностью 27000 м³/год сможет обеспечить все виды нагрузок (за исключением пищеприготовления) для самой фермы и жилого дома отапливае­мой площадью 150 м², расположенных в средней полосе России, при условии повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций исходя из действующих требований энергосбережения.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ
ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ВОД