Установка для производства биогаза из отходов

Вопрос источников альтернативной энергии становится все актуальнее. Именно они позволят не зависеть от цен на энергоресурсы. Среди актуальных энергоисточников в последнее время широко используется биогазовая установка.

Как получить биогаз

Установка для получения биогаза — это комплекс сооружений, которые преобразовывают энергию органических веществ в тепловую и электрическую энергии. Другими словами, из отходов можно сделать деньги.

Предположим, вы успешный фермер, и в вашем хозяйстве есть большое количество крупнорогатого скота и достаточно большой объем кукурузного силоса. И у вас две задачи:

  • утилизация отходов
  • снижение стоимости потребляемой энергии

Биогазовая установка поможет стать вам энергонезависимым, а технология получения биогаза не так сложна, и многие умельцы сооружают такую станцию самостоятельно.

Технология получения биогаза

Биогазовая установка состоит из следующих сооружений:

  1. Приемный резервуар
    В него загружается исходное сырье — это может быть навоз крупнорогатого скота с подстилкой из соломы. В этом резервуаре биомасса перемешивается и доводится до влажности 90%.
  2. Резервуар сепарирования, в него загружается кукурузный силос, разбавляется водой и тщательно перемешивается.
  3. Насосное отделение — располагается между двумя резервуарами — между приемным резервуаром и резервуаром сепарирования.
    В отделении расположены два насоса. Первый насос перекачивает биомассу на сепаратор, который разделяет биомассу на жидкую и твердую фракцию — солома остается снаружи, а навоз и жидкая фракция попадают в резервуар сепарирования. Второй насос перекачивает кукурузный силос с резервуара сепарирования на ферментатор.
  4. Ферментатор (реактор) — именно здесь биомасса доводится до кондиции, провоцируя выход биогаза. В этом отсеке происходит подогрев биомассы до 38°C при постоянном и тщательном помешивании. Ориентировочно через 30 дней накопится достаточное количество биогаза, чтобы начать его перерабатывать.
  5. Газонакопитель. Ферментатор имеет крышу в виде купола, и это тоже неспроста, именно под куполом ферментатора начинает накапливаться биогаз.
  6. Выгружной резервуар. Ферментатор навоза рано или поздно наполнится, и биомасса насосом перекачивается в этот резервуар. В выгружном резервуаре устанавливается погружной насос, который перекачивает биомассу или обратно на приемный резервуар для последующего разбавления, или на другой сепаратор.
    В сепараторе происходит разделение биомассы на твердую и жидкую части. Твердая часть — это уже готовое биоудобрение, которое можно либо продавать, либо использовать для своих собственных полей и угодий. Жидкая фракция сливается в открытый резервуар. В жидкости практически отсутствует органика, поэтому вода легко испаряется и необходимости в откачивании не возникнет.
  7. Техническое помещение — теплопункт и операторская. Задача теплопункта — поддержание заданной температуры в ферметаторе на уровне 38°C.

В операторской располагается шкаф автоматики, который отвечает за все автоматические процессы, происходящие на установке. Например, чтобы подобрать оптимальный режим к определенным условиям (для конкретного сырья, фермы или конкретных коэффициентов эффективности, которые нужно достичь).

Газ из-под купола ферментатора сначала поступает на пункт газоподготовки по системе труб. Здесь происходит повышение давления внутри с помощью газодувки, после чего компрессор для биогаза подает топливо уже на сам генератор, где происходит его переработка в тепло и электроэнергию.

Что можно перерабатывать

В качестве сырья можно использовать любые органические отходы:

  • силос
  • отходы животноводства и птицеводства (навоз, птичий помет и прочая органика)
  • отходы пищевой промышленности (ботва, луковая шелуха, очистки от овощей, рыбные головы и пр.)
  • водоросли (этот вариант широко используется в Южной Корее).

Схема биогазовой установки

Схема установки по производству биогаза достаточно проста и показана на рисунке:

Сырье поступает в приемник, где перемешивается с водой (70% воды + 30% сырья). Дальше насосом передается в биогазовый реактор с мешалками. Постоянная теплая среда в реакторе обеспечивается системой водяного подогрева.

После реактора получаются две составляющие:

  • готовые удобрения (твердая фракция биомассы) могут закачиваться в контейнер (обычно строится подземный резервуар)
  • биогаз, который поступает в когенерационный блок либо в газовое хранилище.

Полученный биогаз может использоваться и для работы самой установки. Для подачи в нужный узел в системе установки нужно предусмотреть дополнительный компрессор для биогаза.

Основные типы биогазовых установок

Биогазовые установки различают по методу загрузки сырья:

  • порционная загрузка (нестабильный выход биогаза)
  • непрерывная загрузка (обеспечивается стабильный выход биогаза)

Установка может быть горизонтальной или вертикальной. Многое тут решает территория, на которой будет располагаться установка. Горизонтальные установки подходят, если владелец готов отвести достаточно большую площадь земли под установку и планируется непрерывная загрузка сырья. Вертикальная установка подходит для случаев, когда есть территориальные ограничения, но и сырье тут придется подавать порционно.

Биогазовые электростанции могут располагаться под или над землей.

Конструкция типичной биогазовой установки

Установка по выработке биогаза может быть разработана для различных хозяйств с необходимой мощностью, но основные элементы конструкции независимо от размера установки всегда одни и те же и типичны для биогазовой энергостанции:

Реактор
Реактором называют емкость, которая может быть выполнена из бетона или нержавеющей стали. Также может называться ферментатором (из-за процессов, которые происходят в этом отсеке). Емкость должна быть герметичной, сверху находится конструкция, напоминающая купол.

Система подачи биомассы
Сюда входит приемник отходов, труба для подачи воды и один из насосов в насосном отделении, который отправляет сырье из приемника в реактор. Для загрузки сырья в приемное отделение может быть налажена автопогрузка, может использоваться трактор, или вручную лопатой (при малых объемах).

Мешалки
В реакторе для ускорения процесса брожения сырья и выделения биогаза должно происходить постоянное перемешивание биомассы. За эту функцию отвечают мешалки, которые могут быть установлены на боковых стенках резервуара или иметь погружной характер (то есть, опускаясь сверху вниз). Мешалки приводятся в действие электродвигателем.

Система подогрева
Идеальная температура в биореакторе должна быть 38°C, именно при этой температуре бактерии мезофиллы начинают работать активно. Допустимы значения 35-40°C для подогрева субстрата в мезофильном режиме. Нагревание происходит за счет котла с автоматизированным контролем температуры.

Газгольдер
Непривычный для слуха термин происходит от английского gas-holder, буквально «держатель газа». То есть это баллоны, где собирается биогаз. Газгольдер располагается на крыше реактора. Здесь создается давление, и под его действием биогаз поступает в систему очистки (в этом отсеке происходит очистка биогаза от сероводорода).

Сепаратор
Здесь происходит отжим биомассы, то есть через сито проходит ее жидкая часть, а твердая сухая фракция отправляется в специальный отсек для сбора удобрения. Жидкая часть может быть отправлена в открытый резервуар, откуда просто испаряется или же обратно в приемник установки для увлажнения нового сырья.

Расчеты эффективности применения биогаза

Можно провести примерный расчет рентабельности установки, если взять хозяйство с поголовьем 1000 свиней.
Средний общий объём сырья для биогаза: 4.25 т/сут
Общий объем получаемого биогаза: 276 м3/сут
Эквивалент возможной вырабатываемой электроэнергии, до 28 кВт/час
Дополнительно вырабатываемая тепловая энергии, до 32 кВт/час
Количество вырабатываемой только тепловой энергии, до 71 кВт/час (этой энергией можно отопить 710 м2 при уличной температуре -35С)
Средняя окупаемость биогазовой установке 3-5 лет. Чем выше производительность установки, тем быстрее она окупится.

Завод по производству биогаза на ферме крупного рогатого скота в Джерсуме в Нидерландах

 

Плюсы и минусы использования биогаза

Причины для обустройства биогазовой установки:

  1. Экономия.
    Биогаз гораздо дешевле чем электроэнергия, полученная традиционным способом.
    Биогаз можно использовать только для нужд своего хозяйства, а можно продавать ближайшему селению. То есть можно экономить плюс дополнительно зарабатывать.
  2. Энергетическая независимость. Вам будет уже неважно насколько поднялись тарифы в этом полугодии (и в следующем тоже). Вы будете полностью энергонезависимы.
  3. Бережное отношение к окружающей среде.
    Биогаз получается только из органических отходов. Эти отходы больше не нужно «куда-то девать», они являются сырьем для получения энергии.

Биогазовая установка не подойдет для мелкого хозяйства, так как чтобы она окупилась и начала приносить прибыль, нужно обеспечить ее круглосуточную работу, а для этого нужно сырье. Такие объемы сырья могут позволить себе только фермерские хозяйства. К тому же требуется место для постройки установки, вдали от жилых и рабочих помещений (запах еще никто не отменял).

Где может применяться биогазовая установка:

  • Животноводческие фермы
  • Птицефабрики
  • Рыбное хозяйство
  • Спирт- и пивзаводы
  • Заводы по производству сахара

Сфера применения биогаза

Биогаз схож по своему химическому составу с природным и использовать его можно точно так же, как природный.

Состав биогаза:
Метан — 63%
Углекислый газ — 33%
Остальные 4% это водород (1%), аммиак (1%), сероводород (2%).

Сколько будет получено биогаза зависит от вида используемого сырья. Биогаз можно использовать для отопления, освещения, для работы двигателей внутреннего сгорания.

Уникальность технологии производства биогаза в том, что установка может работать в любых климатических условиях — от жары до самого крепкого мороза и использовать в качестве сырья любые органические отходы. Производство биогаза решает две основные задачи любого производства — утилизация отходов и генерация энергии.

Ссылка на основную публикацию