Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Июля 2013 в 16:22, лекция
Распространенные в мире типы биогазовых установок классифицируются по методам загрузки сырья, методам сбора биогаза, по используемым для их сооружения материалам, горизонтальному или вертикальному расположению реактора, подземной или наземной конструкции, а также по использованию дополнительных устройств. [1]
Методы загрузки
По методу загрузки сырья можно различить два разных типа биогазовых установок:
БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ
Распространенные в мире типы биогазовых установок классифицируются по методам загрузки сырья, методам сбора биогаза, по используемым для их сооружения материалам, горизонтальному или вертикальному расположению реактора, подземной или наземной конструкции, а также по использованию дополнительных устройств. [1]
Методы загрузки
По методу загрузки сырья можно различить два разных типа биогазовых установок:
Рис. 1. Схема периодического сбраживания: 1 – газгольдер; 2 – первый реактор; 3 – второй реактор; 4- хранилище ила (шлама)
Рис. 2. Схема биогазовой установки непрерывного сбраживания: 1 – газгольдер; 2 – реактор; 3 – хранилище ила (шлама).
При непрерывной (проточной) схеме (рис. 2) свежий субстрат загружают в камеру сбраживания непрерывно или через определенные промежутки времени (от 2 до 10 раз в сутки), удаляя такое же количество сброженной массы. Эта система позволяет получить максимальное количество биогаза, но требует больше материальных расходов.
При аккумулятивной схеме хранилище для навоза служит одновременно камерой сбраживания и хранения перебродившего навоза до его выгрузки (рис. 3).
Рис. 3. Схема аккумулятивного сбраживания: 1 – реактор и хранилище; 2 - газгольдер
Биогазовые установки состоят из следующих элементов: камеры сбраживания (реактора, ферментатора, метантенка), нагревательного устройства (теплообменника), устройства для перемешивания и 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
Рис. 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. 5 изображены схемы нагревательных и перемешивающих устройств. Теплообменники размещают различным способом: в стене камеры (рис. 5, а), в нижней части реактора (рис. 5,б), в цилиндрической рубашке шнека смесителя (рис. 5,в), по периметру камеры в виде змеевика (рис. 5, д). Используется также метод подогрева субстрата при помощи пара (рис. 5,е).
Для перемешивания субстрата применяют механические, гидравлические и газовые устройства.
Рис. 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.
Внешний вид биогазовых установок зависит от выбранного метода сбора биогаза.
Баллонные установки (рис. 6) представляют собой термостойкий пластиковый или резиновый мешок (баллон), в котором совмещены реактор и газгольдер.
Рис.6. Баллонная установка в Шри-Ланке.
Источник: SNV Reference Guide on Climate Change and Rural Energy, 2004г.,
http://www.snvworld.org/cds/
Трубы для загрузки и выгрузки сырья крепятся прямо к пластику реактора. Давление газа достигается за счет растяжимости мешка и за счет дополнительного груза, который ложится на мешок. Преимущества такой установки – низкая стоимость, легкость перемещения, простота конструкции, высокая для психрофильного режима температура брожения, простота очистки реактора, загрузки и выгрузки сырья. Недостатки такой установки – короткий период эксплуатации (2-5 лет), высокая восприимчивость к внешним воздействиям, малая возможность создания дополнительных рабочих мест [2].
Вариантом баллонных установок являются установки канального типа, которые обычно закрываются пластиком и предохраняются от прямого попадания солнечных лучей. Такие установки часто используются в развитых странах, особенно при переработке сточных вод. Установки с мягким верхом могут быть рекомендованы к использованию тогда, когда существует малая вероятность повреждения резиновой оболочки реактора и когда температура окружающей среды достаточно высокая.
Рис.7. Установка канального типа.
Источник:«Biomass Energy Systems», ACRE,
the Australian CRS for Renewable Energy Ltd, http://wwwphys.murdoch.edu.au/
Установки с фиксированным куполом состоят из закрытого, куполообразного реактора и выгрузочной емкости, также известной как компенсирующая емкость. Газ собирается в верхней части реактора - куполе. Когда загружается очередная порция сырья, переработанное сырье выталкивается в компенсирующую емкость. С увеличением давления газа повышается уровень переработанного сырья в компенсирующей емкости.
Китайские установки с фиксированным куполом (рис. 8) являются архетипом всех подобных установок. Более 12 миллионов таких установок было построено и работает в Китае [3]. Использование газа в бытовых приборах осложняется переменами в давлении газа. Горелки и другие бытовые приборы практически невозможно настроить для оптимальной работы.
Рис.8. Установка с фиксированным куполом.
Источник: AT Information: Biogas, GTZ project Information and Advisory Service on Appropriate Technology (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996г.
Если необходимо постоянное давление газа, рекомендуется поставить регулятор давления в реакторе или выбрать другую конструкцию установки [2].
Реакторы установок с фиксированным куполом обычно представляют собой кирпичные или бетонные емкости. Такие установки покрываются землей до вершины, наполненной газом, для сдерживания внутреннего давления (до 0,15 кг/см2). По экономическим причинам минимальный рекомендуемый размер реактора — 5 м3. Известны такие установки с объемами реакторов до200 м3.
Газгольдеры предназначены для сбора и хранения биогаза. Содержащиеся в биогазе примеси (диоксид углерода и сероводород) вызывают коррозию оборудования. Один из наиболее распространенных и простых методов очистки от примесей — «мокрый». Наиболее простые газгольдеры совмещают с метантенком (рис. 9,а). Удобен в эксплуатации и поэтому перспективен в сельском хозяйстве «мокрый» газгольдер низкого давления (рис. 9, б).
Рис. 9. 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 давление газа невысокое (менее 5 кПа). [5]
Газгольдером является верхняя часть установки с фиксированным куполом (место, где собирается газ), которая должна быть герметична. Кирпичная кладка и бетон негерметичны, поэтому эта часть установки должна покрываться слоем вещества, не пропускающего газ (латекс, синтетические краски). Возможностью уменьшить риск трещин в газгольдере является строительство слабого кольца в кладке реактора. Такое кольцо является эластичным соединением между нижней (водонепроницаемой) и верхней (газонепроницаемой) частью полусферической структуры установки. Оно предотвращает продвижение трещин, появляющихся из-за гидростатического давления в нижних частях реактора, в верхнюю часть газгольдера.
Установки с плавающим куполом состоят обычно из подземного реактора и подвижного газгольдера. Газгольдер плавает или прямо в сырье, или в специальном водяном кармане. Газ накапливается в газгольдере, который поднимается или опускается в зависимости от давления газа. Газгольдер поддерживается специальной рамкой от опрокидывания. Если газгольдер плавает в специальном водном кармане, он предохранен от опрокидывания.
Рис.10. Установка с плавающим куполом в с.Садовом Литинского района, Винницкой области, Украина.
Источник: СФГ ≪ТЕРРА≫http://www.is.
Преимуществами этой конструкцииявляются легкость ежедневных операций, легкость определения объема газа по высоте, на которую поднялся газгольдер. Недостатками такой конструкции являются высокая стоимость стального реактора и высокая чувствительность железа к коррозии. Поэтому, установки с плавающим куполом имеют меньший срок службы, чем установки с фиксированным верхом [2].
Горизонтальные и вертикальные установки.
Выбор расположения реактора установки зависит от метода загрузки и наличия свободной территории в хозяйстве. Горизонтальные установки выбирают для непрерывного метода загрузки сырья и при наличии достаточного места. Вертикальные установки больше подходят для порционной загрузки сырья и используются при необходимости для уменьшения места, занимаемого реактором.
Подземные и наземные установки.
При выборе расположения установки нужно учитывать топографию и пользоваться ею для оптимизации работы установки. Например, очень удобно располагать установку на склоне, чтобы загрузочное отверстие находилось достаточно низко, сырье в реакторе перемещалось за счет легкого наклона к выгрузочному отверстию, которое находилось бы на небольшой высоте для удобства загрузки в транспортные средства.
Рис.11. Биогазовая установка, расположенная на склоне.
Еще один фактор, который нужно учитывать при выборе установки, это улучшенная теплоизоляция подземных установок, включающая слабое влияние суточных изменений температуры на процесс сбраживания сырья, так как температура почвы на глубине более одного метра практически не изменяется [8].
Металлические, бетонные и кирпичные реакторы [2,4,6]
Установки можно различать по материалам, из которых изготовляется реактор. Бетонные реакторы обычно сооружаются под землей. Бетонный реактор имеет цилиндрическую форму, и небольшие установки (до 6 м3) могут изготовляться на конвейерной основе. Необходимы специальные меры для герметизации реактора. Преимущества: низкие затраты на сооружение и материалы, возможность массового производства. Недостатки: большой объем потребления хорошего качественного бетона, необходимость квалифицированных строителей и большого количества проволочной сетки, относительная новизна конструкции, необходимость специальных мер для обеспечения герметичности газгольдера.
Металлические реакторы подходят для любых типов установок, герметичны, выдерживают большое давление и просты в изготовлении. Часто можно использовать уже имеющиеся емкости.
Но металл относительно дорогой
и требует ухода для
Список используемой литературы