14.3 Оборудование для производства биогаза

Основным оборудованием биогазовой установки являются реактор, газ­гольдер и система трубопроводов.

В малых фермерских (семейных) хозяйствах применяются установки с емкостью реактора от 1 м до 10 м, в больших - от 20 м³ до 100 м³, в малых промышленных предприятиях - от 200 до 1000 м³, в больших - от 2000 до 10000 м³ и более.

В зависимости от размера реактора усложняется и приборное оснащение биогазовой установки, так как вводятся дополнительные устройства по управлению и безопасности.

По конструкции основных частей биогазовые установки подразделяются на установки с вертикальными и горизонтальными реакторами. Существуют одно- и многокамерные реакторы. По принципу действия реакторы делятся на периодические и непрерывные (проточные). Имеются сведения, когда ре­актор и газгольдер совмещены.

В зависимости от процессов, протекающих в биогазовых установках, раз­личают реакторы первого и второго поколения. Для первого (1895-1983 гг.) поколения реакторов характерно то, что протекание процесса происходит в одной емкости без разделения на стадии или фазы, бактериальные клетки на­ходятся во взвешенном состоянии и по мере нарастания удаляются вместе со сброженной массой. Сохраняется равновесие скоростей размножения бакте­рий и поступление сырья в реактор при условии, что концентрация органиче­ского вещества в сырье составляет не менее 2%.

Второе поколение реакторов развивается с 1967 г. Для него характерно низкое содержание органических соединений (0,5% сухих веществ) при вы­сокой скорости пропускания через реактор (такие реакторы часто называют «анаэробными фильтрами»), В качестве носителей для закрепления бактерий широко используются галька, керамические, полихлорвиниловые, полиуре-тановые кольца и стекловолокно. Биореакторы второго поколения по своему объему меньше своих предшественников.

Реактор - это основной элемент технологического оборудования, в ко­тором происходит микробиологический процесс переработки органического вещества и образование биогаза. Реактор представляет собой герметически закрытую емкость, снабженную мешалкой и терморегулятором, а также устрой­ством для ввода сырья, вывода трансформированных продуктов и отвода газа.

Важным условием надежной работы реактора является выбор материала. Часто реакторы из кирпича, бетона и пластмасс стали изготавливаться с ис­пользованием защитных покрытий гуммированными, эмалевыми или эпок­сидными составами.

В условиях континентального климата температурный режим в реакторе поддерживается за счет внешнего источника тепла. Для этого реактор должен иметь надежную теплоизоляцию. Теплоизоляционным материалом служит минеральная вата, слой пенопласта и др.

Перемешивающие устройства можно разделить на механические и гид­равлические, а также устройства, в которых перемешивание осуществляется газом (барбатирование). Во всех случаях перемешивающие устройства вклю­чаются в работу периодически.

Вес перечисленные методы перемешивания имеют свои плюсы и минусы. Реактору с механической мешалкой сложно обеспечить требуемую герме­тичность. Гидравлическое перемешивание с использованием насосов повре­ждает микрофлору бактериальных колоний. Барбатирование газом (обычно биогазом) ингибирует процесс разложения биомассы. Наиболее прогрессив­ным направлением в области перемешивания является использование пуль­сирующего метода.

Таким образом, за счет разработки новых конструкций (поиск решений которых не прекращается), а также комбинирования различных элементов ожидается получение новых биореакторов, которые по производительности, скорости и интенсивности работы будут лучше своих предшественников.

Газгольдер - это хранилище биогаза, которое представляет собой ци­линдрическую или сферическую емкость. Емкость газгольдера определяется условиями непрерывного и постоянного поступления и потребления газа.

Газгольдеры подразделяются на газгольдеры низкого, среднего и высоко­го давления и по конструкции делятся на совмещенные с реактором, мокрые колокольного типа, комбинированные с пленочным покрытием. Газгольдеры изготавливают из листовой стали, мягкие - из пленки и синтетической ткани с герметическим покрытием.

Насосы. Для перекачивания субстрата применяются все типы насосов. Имеются насосы, которые снабжены устройствами для измельчения волок­нистых частиц растительных отходов (трава, ботва и т.д.).

Нагревающие устройства - теплообменники, в которых теплоноси­телем в большинстве случаев является вода.

Имеющийся в литературе материал и накопленный опыт побудили авто­ров систематизировать и классифицировать биогазовые установки с опреде­ленных позиций.

По ведущим признакам биогазовые установки классифицируются на че­тыре группы:

-по температурному режиму;

-по объему реактора;

-по виду вырабатываемой энергии;

-по конструктивно-технологической схеме.

Каждый ведущий признак характеризуется соподчиненными признаками. Работу биогазовых установок подразделяют на три соподчиненными температурных режима:

-психрофильный(0...20°С);

-мезофильный (ЗО...35°С) условия теплого климата (Индия, Китай, страны Юго-Восточной Азии);

-термофильный (55,..60°С).

Биогазовые установки в зависимости от объема реактор^ "одразд^л*^ четыре соподчиненные группы:

-малые индивидуальные для одной семьи- 1 ...10 м³;

-фермерские коллективы -20...100 м³;

-промышленные для животноводческих комплексов и птицефабрик-200...1000 м³;

-промышленные большие-2000..10000 м³.

Биогазовые установки в зависимости от вырабатываемой энергии подразделяют на три соподчиненных группы получения энергии:

-тепловой (непосредственное сжигание);

-моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания (очистка от сероводорода и углекислого газа);

-электроэнергии.

Биогаз как энергоноситель при непосредственном сжигании может быть превращен в тепловую энергию, а при использовании более сложной системы - в электрическую. Коэффициент полезного действия (КПД) при его превращении в тепловую энергию составляет 70...90%, а в электрическую -только 25….30%.

Биогазовые установки по конструктивно-технологическим схемам разделяют на ряд соподчиненных признаков.

По форме конструкции реакторов:

-цилиндрические;

-прямоугольные;

-горизонтальные;

-вертикальные.

По месту расположения реакторов:

-на поверхности земли;

-под землей;

-заглублены в грунт.

По числу реакторов:

-однокамерные;

-многокамерные.

По принципу действия:

-периодического действия;

-(проточного) действия.

По условиям эксплуатации:

-автономные (индивидуальные);

-гибридные;

-модульные.

По конструкции реактора и газгольдера:

-раздельная;

-совмещенная.

По переработке сырья:

-отходов сельского хозяйства (животноводство, птицеводство, растение­водство);

-отходов промышленности (сточные воды предприятий пищевой про­мышленности, скотобоен, отходы от переработки овощей);

-коммунально-бытовых отходов;

-твердых бытовых отходов (ТБО).