Биогазовые установки

Биогазовые установки состоят из следующих элементов: камеры сбраживания (реактора, ферментатора, метантенка), нагревательного устройства (теплообменника), устройства для перемешивания н газгольдера.

Метантенки выполняют наземными, полузаглубленными и заглубленными в грунт. В жарких и теплых районах устраивают наземные метантенки, выкрашенные в черный цвет для использования солнечной радиации; в холодных районах отдают предпочтение заглубленным метантенкам для сохранения теплоты.

Камеры сбраживания изготовляют различной формы: цилиндри-ческне, кубические, в виде параллелепипеда и более сложной конструкции. Они бывают одно- и двухсекционными, устанавливаются вертикально, горизонтально, горизонтально-наклоно. Метантенки изготов-ляют из металла, пластмассы, железобетона. Схема заглубленного односекционного метантенка приведена на рис. 15.4.

Рис.15.4. Схема заглубленного односекционного метантенка: 1 – мягкая кровля; 2 – кирпич; 3- теплоизоляция; 4 – смотровой люк; 5, 9 – трубы соответственно для выпуска газа в атмосферу, переливания; 6 – газопровод для газового колпака; 7 – газовые колпаки; 8 – пропеллерная мешалка; 10, 13 – трубопроводы соответственно для загрузки сырого осадка, для опорожнения метантенка; 11 – днище метантенка; 12 – паровой инжектор для подогрева метантенка

Для поддержания необходимой для сбраживання температуры целесообразно применять нагревательные устройства.

Подогрев жидкого субстрата осуществляют перед загрузкой или в камере сбраживания. В зависимости от степени изоляции камер и трубопроводов потребность в теплоте может достигнуть 30 % энергии, выделяемой биогазом. Нагревательные устройства, как правило, совмещают с перемешивающим. На рис. 15.5 изображены схемы нагревательных я перемешивающих устройств. Теплообменники размещают различным способом: в стене камеры (рис. 15.5, а), в нижней части реактора (рис. 15.5,6), в цилиндрической рубашке шнека смесителя (рис. 15.5,в), по периметру камеры в виде змеевика (рис. 15.5,д). Используется также метод подогрева субстрата при помощи пара (рис. 15.5,е).

Для перемешивания субстрата применяют механические, гидрав-
лические и газовые устройства.

Газгольдеры предназначены для сбора и хранения биогаза. Со-
держащиеся в биогазе примеси (диокснд углерода и сероводород)
вызывают коррозию оборудования. Один из наиболее распространенных
и простых методов очистки от примесей — «мокрый». Наиболее простые
газгольдеры совмешают с метантенком (рис. 15.6,а). Удобен в эксплуа-
тацнн и поэтому перспективен в сельском хозяйстве «мокрый» газ-
гольдер низкого давления (рис. 15.6, б).

Рис.15. 5. Схемы нагревательных устройств: а — настенного; б — донного; в— размещенного в отопительном цилиндре; г — расположенного вне реактора; д — в виде змеевика; е — с использованием пара
Рис.15. 6. Схемы газгольдеров: а — совмещённого с метантенком; б — “мокрый” одноподъемный; в— заглубленный для сжиженного газа; 1 – навозонакопитель; 2 – насос; 3 – биогаз; 4 – колпак (колокол); 5, 6 – выпуск соответственно газа, шлама; 7 – сбраживаемый субстрат; 8 – вода; 9 – слой теплоизоляции; 10 – труба для заполнения и опорожнения газгольдера; 11 – воздух; 12 – сжиженный биогаз

Газгольдеры высокого давления (0,8 - 1 МПа) имеют сферическую
форму. В «мокрых» газгольдерах колокольного типа давленне газа
невысокое (менее 5 кПа).

Различают четыре вида конструкции биогазовой установки: простейшне, без подвода теплоты и перемешивания сбраживаемого субстрата; без подвода теплоты, но с перемешиванием субстрата; с предварительной подготовкой субстрата для сбраживания, подводом теплоты, перемешиванием, контролем и управлением анаэробным процессом.

В простых, большей частью небольших, установках, возводимых собственными силами, емкость для газа помещают под бродильной камерой (рис. 15.7). В таких установках невозможно получить высокую степень разложения субстрата, возникают трудности с разрушением плавающей корки и с удалением шлама.

Рис.15. 7. Простейшая двухкамерная биогазовая установка

В странах Восточной Азии распространены эластичные реакторы, имеющие форму пузыря. Их изготовляют из плотной прорезиненной или пластмассовой оболочки, усиленной прослойками из ткани. Оболочка заглублена в полусферическую выемку в грунте (рис. 15.8).

Рис. 15.8. Реактор с эластичной оболочкой

В Азии (Китае, Индии, Корее и др. странах) широко распространена простая биогазовая установка «Габор» (рис. 15.9), которую используют в мелких хозяйствах в районах с теплым или жарким климатом. Установка размешается под землей. Камера сбраживания и газдольдер уравновешены между собой. Подогрев и перемешивание субстрата не применяются. Продолжительность сбраживания 40 дней и более. Выход газа 0,3—0,5 м³ в расчете на 1 м³ камеры сбраживания.

Рис. 15.9. Схема биогазовой установки «Габор»: 1 - животноводческое помещение; 2 — загрузочная горловина; 3 — свежий навоз; 4 — газосборник; 5 — камера сбраживания; 6 — навоз после сбраживания; 7 — место для отбора сброженного навоза; 8 — водяная пробка; 9 - газопровод; 10 - манометр

Схема биогазовой установки фирмы «Дормштадт» для фермы изображена на рис. 15.10. Технологический процесс проточный с цикличным выполнением операций. Навоз из животноводческой фермы предварительно отделяется от посторонних примесей. Для этого служит отде-литель. Теплоносителем служит горячая вода или пар, получаемый в котле, работающем на газообразном топливе. Из емкости субстрат перекачивается в метантенк, где происходит анаэробное сбраживание навоза. Требуемая температура поддерживается с помощью теплообменника, размещенного в межстенном пространстве метантенка. Из метантенка биогаз поступает в газгольдер.

Рис. 15.10. Схема биогазовой установки «Дормштадт»: 1 — животноводческое помещение; 2 — сборник свежего навоза; 3 — отверстия для выпуска пара; 4 — камера сбраживания; 5 — мешалка; 6 — сброженный навоз; 7 — устройство для очистки биогаза; 8— газгольдер

В совхозе «Россия» Золотоношского района Черкасской области работает установка для анаэробвого сбраживания жидкого навоза на свинокомплексе 24 тыс. гол. (рис. 15.11). Суточный выход навоза на комплексе 280—350 м³. Жидкий навоз подвергается механической и биологической обработке.

При механической обработке выделяют твердую фракцию, при биологической — активный ил. Общее количество осадка — 100—150 м³/сут. Установка перерабатывает 20 м³/сут осадка после биологической обработки. При этом исходный осадок подается в открытую емкость (30 м³) и для смешения и нагревания в специаль-ный теплообменник (типа труба в трубе). Рециркуляция массы осуществляется с помощъю фекального насоса по схеме: емкость для смешнвання — теплообменник — емкость для смешивания. Нагретый до 35 °С осадок тем же насосом подается в метантенк объемом 200 м³, где также подогревается теплообменником до температуры 30 - 35 °С. Источником теплоты для подогрева осадка служит котел (КВ-300М), который работает на жидком топливе. Осадок в реакторе постоянно перемешивается за счет перекачивания массы насосом из нижних слоев в верхние.

Рис. 15.17. Схема биогазовой установки для свинокомплекса на 24 тыс. голов: 1 - резервуар для смешивания и нагрева жидкого навоза; 2— водонагреватель; 3— метантенк; 4 — сборник биогаза; 5 — отстойник сброженного навоза; 6 — насос; 7 — бак жидкого топлива; 8— газгольдер; 9 - компрессор; 10 — газовый счетчик; 11 — водогрейный котел

Выход биогаза изменяется в пределах от 60 м³/сут до 100 м³/сут. В процессе эксплуатацин биогаз может использоваться вместе с жид-ким топливом в котле КВ-300М. При этом экономия основного топлива составляет 20—30 %.

В СНГ используют целый ряд биогазовых установок (табл. 15.2).

Таблица 15.2.

Технико-экономнческие показатели биогазовых установок