Возможности и модернизация биогазовых установок

Август 4, 2014 9:39

12:56  Г.Б. Осадчий, инженер В условиях постоянного повышения цен на основные энергоносители, а также истощения углеводородных ресурсов Земли все большее количество стран развивают альтернативные источники энергии. Одним из таких видов является биогаз. Глубокие исследования в этой области, несмотря на известные трудности, проводятся в Республике Казахстан. В значительно меньшей степени это относится к России, хотя полномасштабное развитие биогазовой отрасли в России позволило бы решить ряд важных экономических задач. Следует отметить, что основным недостатком биогазовой энергетики является значительный вес удельных капитальных затрат (в расчете на единицу мощности), невысокая рентабельность проектов, а также проблемы с организацией сбыта энергии посредством централизованных сетей. Несмотря на это, в России наблюдается увеличение спроса на биогазовые установки (БГУ), как для малых потребителей (с объем метантенка 3 – 20 м3), так и для средних (с объемом метантенка 30 – 100 м3). Все дело в том, что биогазовые технологии должным образом вписываются в Доктрину ОНН устойчивого развития общества. И многие, в России, привержены этой идеи. И они, руководствуясь принципом «Рассудок — это неуклюжее орудие ученого; интуиция — безошибочный руководитель провидца» пытаются, каждый по своему, решать эту проблему. Современные технологии (производства), по возможности, должны быть связаны между собой таким образом, что конечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигается практически полная безотходность и интенсификация производства на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем. По мнению экспертов ООН, именно такой комплексный подход, когда осуществляется схема подбора предприятий и производств, работающих на одном виде сырья, а отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, может полностью решить проблему устойчивого развития общества. Известно, что животные не полностью усваивают энергию растительных кормов и более половины её уходит в навоз, который является, после того или иного вида переработки, ценным органическим удобрением. Содержание животных на фермах и комплексах привело к увеличению концентрации объемов навоза и навозных стоков в хозяйствах. А это дает возможность организовать их переработку не только в удобрения, но и в биогаз, не загрязняя окружающую среду. При этом биогаз по сути своей становится рукотворным возобновляемым источником энергии (ВИЭ). Комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе органические, тепловые, водные, газо-воздушные перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражается на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем. Комплексный подход, это не что-то новое. В целом «эволюционные» и «революционные» изменения в том числе в сфере энергетики взаимообусловлены, дополняют и нередко сменяют друг друга. Не исключаются и случаи возврата к «старым» техническим решениям на качественно новой технологической базе. Обычно под биогазовой установкой (станцией) подразумевается комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств: – подготовки сырья – производства биогаза и удобрений – очистки и хранения биогаза – производства электроэнергии и тепла – автоматизированной системы управления БГУ.

Метантенк БГУ должен быть герметичен, в него не должно быть доступа кислорода, так как только при отсутствии кислорода возможна жизнедеятельность метанообразующих бактерий. Оптимальная температура метаногенеза зависит от вида перерабатываемого установкой субстрата (органических отходов). Контрольно-измерительные приборы, устанавливаемые на метантенке, должны обеспечивать контроль уровня субстрата в метантенке, температуры и давления внутри него. Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья, однако наиболее эффективно использование биогазовых технологий для переработки отходов животноводческих и птицеводческих ферм и сточных вод, так как они характеризуются постоянством потока отходов во времени и простотой их сбора. При этом навоз и помет должны поступать с ферм и из хозяйств, благополучных по зооантропонозным заболеваниям, общим для животных (птицы) и человека. Поскольку сырьем для получения биогаза может служить широкий спектр органических отходов, на многих существующих биогазовых установках используется добавка к обрабатываемым отходам, так называемой зеленой массы. Конечно, измельчение зеленой массы приводит к дополнительным затратам энергии. Активный обмен веществ и высокая скорость биохимических обменных процессов в метантенке достигается, за счет максимального поддерживания и непрерывного обновления величин граничных поверхностей между твердой и жидкой фазами. Поэтому твердые материалы, в особенности растительного происхождения, должны быть предварительно подготовлены с помощью режущих, разрывающих или плющильных устройств, чтобы в результате эффективного механического воздействия получить частицы возможно меньшего размера. Доля взвешенных в жидкости твердых частиц в значительной мере зависит от технических средств, которые используются для получения тщательного перемешивания, гидравлического транспортирования субстрата и отделения биогаза. Современный уровень развития БГУ позволяет перерабатывать субстраты с содержанием сухого вещества до 12 %, если размер волокнистых или стеблевых элементов не превышает 30 мм. В метантенке необходимо организовать периодическое перемешивание субстрата, которое обеспечивает эффективную и стабильную работу БГУ. Цель перемешивания — высвобождение образованного биогаза, перемешивание свежего субстрата и бактерий (прививка), предотвращение образования корки и осадка, недопущение образования участков разной температуры внутри метантенка, обеспечение равномерного распределения популяции бактерий, предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную площадь метантенка. При выборе метода перемешивания нужно учитывать, что процесс сбраживания представляет собой процесс жизнедеятельности симбиоза различных штаммов бактерий и при разрушении этого сообщества процесс ферментации будет непродуктивным до образования нового сообщества бактерий. Поэтому слишком частое или продолжительное перемешивание вредно. Рекомендуется медленное перемешивание субстрата через каждые 4 –6 ч. Оптимальное перемешивание сырья повышает выход биогаза до 50%. БГУ обеспечивают утилизацию (переработку) органических отходов 3 и 4 класса опасности согласно Постановлению от 12 июля 2003 г. №344, в следующих режимах: — в психрофильном режиме оптимальная температура в метантенке 15 – 20 ⁰С, но может быть и ниже. В таком режиме отходы перерабатываются 30 – 40 дней. Психрофильный режим обычно используется в летнее время года в случае, когда тепло и количество субстрата (отходов) значительно меньше обычного, например, из-за выпаса скота; — в мезофильном режиме при температуре 30 – 40 ⁰С органические отходы перерабатываются 7 – 15 дней, в зависимости от вида отходов; — в термофильном режиме при температуре 52 – 56 ⁰С органические отходы перерабатываются за 5 – 10 дней, при этом качество газа и удобрений, по ряду показателей, обычно ниже, чем в мезофильном режиме. Кроме того в термофильном режиме традиционно потребляется больше энергии для обогрева. Такой режим подходит большего всего тем, у кого основная задача — переработать большое количество отходов. При оптимизации работы установки и состава отходов, можно ускорить переработку даже до 3 – 4 дней. Выгода от работы в термофильном режиме в том, что резко снижается стоимость 1 кВт установленной мощности БГУ. Требования к допустимым пределам колебания температуры субстрата, для оптимального газообразования, тем жестче, чем выше температура процесса ферментации: при психрофильном температурном режиме – ± 2 ⁰С в час; мезофильном – ± 1 ⁰С в час; термофильный – ± 0,5 ⁰С в час. Поскольку, например, в московском регионе среднегодовая температура исходного субстрата, составляет около 10 ⁰С, а температура окружающей среды, около 4 ⁰С, то необходимость в системе подогрева субстрата и поддержания его температуры в процессе ферментации очевидна. По данным А.А. Ковалева [1] до 60% полученного биогаза тратится на собственные нужды БГУ. При этом, наиболее энергоемким является процесс нагрева субстрата, суточной дозы загрузки метантенка, на который идет около 95% энергии, расходуемой на собственные нужды установки. Наиболее распространенной системой подогрева является внешняя система подогрева с водонагревательным котлом (котельной установкой), работающим на биогазе, электричестве или твердом топливе, где теплоносителем является вода с температурой около 60 °С. Более высокая температура теплоносителя, повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника — теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства.

>> 1 2 3 4 5 6