Методика выбора основных параметров биогазовой установки

6.3.1 Основные элементы биогазовых установок

           Основным элементом биогазовой установки является метантенк, в котором происходит анаэробное брожение биомассы. При этом важно выбрать материал и форму метантека. Метантенк характеризуется объемом загрузки.

Метантенк изготовляют из стали, железобетона, полимерных материалов. Форма метантенка должна быть простой для изготовления и обеспечивать достаточно несложное удаление шлама (отхода брожения) из его нижней части. Чаще всего метантенк имеет цилиндрическую форму с конусным основанием. Необходимо определить объем цилиндрической части метантека.

Эффективность процесса в метантенке зависит от постоянства заданной температуры. Для этого необходимо постоянно подводить тепловую энергию для компенсации тепловых потерь из метантенка и разогрева до нужной температуры вновь подаваемой биомассы.

Обогрев метантенка может осуществляться  электрическими теплонагревательными элементами, вмонтированными внутри метантенка, горячей водой, протекающей через теплообменники, помещенные в метантенке, горячей водой или паром, подаваемыми в метантенк вместе с биомассой. Последнее используется в том случае, если биомасса содержит большое количество твердых частиц.

Для крупных установок можно применять теплообменник, расположенный вне метантенка. Сбраживаемая биомасса с помощью специального насоса постоянно прокачивается через теплообменник. При этом не только поддерживается заданная температура, но и осуществляется перемешивание биомассы.

Для поддержания заданной температуры сбраживаемой массы необходимо определить потребную тепловую энергию в зависимости от объема массы и продолжительности брожения.

    Перемешивание сбраживаемой биомассы является обязательным условием, обеспечивающим эффективность процесса брожения. В противном случае на поверхности биомассы вначале образуется пена, а затем твердая корка, которая может привести к полной остановке процесса.

Для перемешивания субстрата чаще всего используют механические мешалки с электрическим приводом. Необходимо определить мощность электродвигателя и потребную электроэнергию.

    При выборе биогазовой установки важно определить продолжительность брожения биомассы. Процесс брожения биомассы в метантенке идет постепенно. Сначала распадаются легкоразлагающиеся органические вещества, при этом наблюдается самый значительный выход биогаза. В дальнейшем начинают распадаться трудноразлагающиеся органические вещества, но скорость выхода биогаза падает. Единственным преимуществом длительной выдержки биомассы в метантенке является снижение количества болезнетворных микроорганизмов. На практике продолжительности процесса выбирают равным времени для разложения до 50% органических веществ.

    При выборе объема метантека необходимо задать условия загрузки биомассы. По типу загрузки биогазовые установки могут быть непрерывной загрузки и с переменным использованием метантенков и накоплением биогаза и шлама.

Наиболее эффективны, но и дорогие, установки с непрерывной загрузкой. Здесь перегоревшую долю биомассы выгружают ежесуточно и соответственно добавляют свежую биомассу, учитывая объем выделившегося биогаза. Каждая порция биомассы находится в метантенке в течение времени, необходимого для разложения до 50% органических веществ. Рабочий объем метантенка в этом случае определяется количеством ежесуточно загружаемой биомассы и продолжительностью процесса (в сутках).

    Вырабатываемый в метантенке биогаз может непосредственно использоваться в технологическом процессе. Но чаще всего его необходимо собирать и некоторое время хранить.

Для сбора биогаза в основном используют два типа газгольдеров: сырой и сухой. Сырой газгольдер наиболее прост по устройству - в закрытый сосуд, заполненный водой, подается снизу биогаз и вытесняет воду. Недостатком его является невозможность использования в холодное время года. Сухой газгольдер может работать в любое время, но материалы, используемые на изготовление газонепроницаемых мембран, не могут длительное время сохранять эластичность.

    Эффективная работа биогазовой установки во многом определяется правильной ее эксплуатацией с точки зрения поддержания микробиологического процесса, обеспечивающего брожение биомассы. Наиболее сложен запуск установки с небродившим навозом. Для этого кроме внешних факторов (рН среды, температуры и т.п.), необходим “биологический толчок”. Им может быть добавление в свежий навоз активной закваски из действующего метантенка или добавляют реагенты: известь, углекислый аммоний и др., обеспечивающие условия для жизнедеятельности анаэробных бактерий.

Принципиальная схема простейшей биогазовой установки изображена на рис.6.3.

Рисунок 6. - Принципиальная схема простейшей биогазовой установки:

1 - приемное устройство; 2 - метантенк; 3 - пространство для сбора биогаза;

4 - патрубок, соединяющий метантенк с газогольдером;

 5 - устройство для отсасывания штама из метантенка

           Приведенная установка может работать в режиме непрерывной загрузки. Из приемного устройства 1 свежий навоз поступает в метантенк 2. Суточное поступление навоза и время выдержки его в метантенке обеспечивают нормальное заполнение метантенка биомассой. Выделяющийся в процессе брожения биогаз собирается в верхней части метантенка 3 и через патрубок 4 забирается из метантенка. Перегоревший шлам отсасывается насосом в приемное устройство 5.

На практике фермерским хозяйствам не требуется большого объема биогазовыые установки. Биогазовая установка может располагаться рядом с животноводческим помещением, и не требуется вывоз навоза. Такое расположение возможно из-за небольшого объема метантека до 500 м³. Один из вариантов фермерской биогазовой установки, разработанный в нашей стране, показан на рис.6.4.

Рисунок 6.4 Схема фермерской биогазовой установки:

1 - животноводческое помещение; 2 - канал для навозоудаления;

3 - смотровой люк; 4 - метантенк; 5 - датчик температуы;
6 - теплообменник; 7 - устройство для поддержания уровня;
8 - предохранительный клапан давления; 9 - помещение для технологического оборудования;10 - транспортер для выгрузки густой фракции - штама;
11 - навозохранилище; 12 - газголдер

Подогрев биомассы осуществляется через теплообменник 6, теплоноситель подогревается в специальном помещении 9, возможно и за счет вырабатываемого биогаза. Получается часть биогаза можно использовать на собственные нужды. Тогда необходимо определить часть объема биогаза, который пойдет на продажу.