10. Методика расчета бгу

Конструкция биогазовых установок зависит от технологии получения газа. Под этим понимаются:

• выбор температуры брожения (мезофильный или термофильный процесс) и продолжительности процесса;

• режим заполнения метантенка (непрерывный или переменный);

• система теплоснабжения метантенка;

• система сбора биогаза (газгольдер);

• технология загрузки навоза, выгрузки шлама, очистки биогаза и т.д.;

• исполнение метантенка (материал, конструкция).

Для Нижегородской области условия работы установки будут соответствовать следующим данным:

1. Мезофильное брожение с температурой процесса 32 °С;

2. Продолжительность процесса 15 суток;

3. Загрузка навоза непрерывная с ежедневной заменой 1/15 сбраживаемой массы;

4. Метантенк бетонный, с толщиной стенок 0,15 м, цилиндрический, верхняя и нижняя части в виде усеченных конусов,

5. Теплоизоляция-шлакобетон (0,3 м), шлаковая засыпка (0,5 м) и земляной вал (1 м);

6. Сбраживаемая масса до температуры процесса, нагревается за счет водяных теплообменников;

7. Перемешивание массы механическое за счет электрического привода.

10.1. Методика расчета параметров бгу

Определяем объем единовременной загрузки метантенка. Принимаем непрерывный способ загрузки. Объем метантенка рассчитан на все поголовье. Суточный объем загрузки определяется как масса суточных экскрементов, кг:

(10.1)

где – количество животных; – удельный выход экскрементов в сутки.

Навоз загружается с подстилкой, необходимо применять поправочный коэффициент К, учитывающий органическую массу подстилки, К = 1,5.

Выход навоза с учетом поправочного коэффициента, кг/сут:

(10.2)

В зависимости от условий содержания животных в навоз попадают вода, остатки корма, подстилка, земля. Анализ состава навоза с животноводческих ферм показал, что в нем в весовой доле от экскрементов может быть: технической воды от 20 до 100 %, подстилки от 12 до 18 %, остатков корма от 8 до 12 % и земли до 10 %.

При точном расчете необходимо определять долю каждого компонента, так как от их общей массы зависят затраты на подогрев. Остатки корма и подстилка влияют на суммарное содержание сухого органического вещества, а от количества воды напрямую зависит влажность всей смеси.

Однако для приближенных (оценочных) расчетов можно принять во внимание поправочный коэффициент, а содержание СВ, СОВ и влажность определяется по справочной литературе.

Определяем долю сухого вещества (СВ) в загружаемом материале, кг:

(10.3)

где – влажность массы экскрементов, %.

Определяем долю сухого органического вещества (СОВ) в навозе, кг:

(10.4)

где – доля СОВ в сухом веществе навоза.

Определяем выход биогаза при полном разложении СОВ навоза, м³:

(10.5)

где – выход биогаза из 1 кг СОВ различного исходного материала, м³/кг.

Определяем объем полученного биогаза при выбранной продолжительности метанового брожения, м³:

(10.6)

где – доля выхода биогаза от исходного материала при данной продолжительности метанового процесса, %.

Находим объем метантенка, м³:

(10.7)

где – рекомендуемый объем загрузки СВ в сутки, кг/м³ .

Объем метантенка согласовываем с объемом загрузки, м³:

(10.8)

где – суточная загрузка метантенка, кг/сут; – продолжительность процесса брожения, сут.; – удельная плотность сбраживаемой массы, кг/м³.

Удельную плотность навоза считаем равной удельной плотности воды, так как влажность навоза обычно более 90%. Отсюда:

.

Если << , то значительная часть метантенка использоваться не будет. Метантенк - наиболее капиталоемкий элемент биогазовой установки, и понятно, что такой вариант экономически будет проигрывать.

При = могут возникнуть проблемы со сбором биогаза, так как пена, образующаяся в процессе брожения, будет забивать канал сбора биогаза. Желательно, чтобы соотношение составляло 0,7...0,9.

Рекомендуется выбирать метантенк цилиндрической формы. Для удобства сбора шлама и биогаза верхнюю и нижнюю части метантенка выполняют в виде усеченного конуса с горловиной в верхней части.