Category Archives: Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Процесс генерации пара в турбокомпрессорных установках

Как сказано выше, что для получения максимальной работы, а, сле­довательно, и максимальной эффективности паротурбинной геотер­мальной установки необходимо расширение геотермальной воды до вполне определенной температуры.

Введение многоступенчатого расширения геотермального тепло­носителя, не позволяет добиться существенного сокращения потерь с уходящей из парогенератора водой. Не дает возможность снизить эти потери в должной мере и применение в цикле паротурбинной уста­новки в качестве рабочего тела низкокипящего вещества.

Таким образом, в геотермальной энергоустановке с паротурбин­ным преобразователем энергии на генерацию рабочего тела (пара) отводится меньшая часть тепловой энергии геотермального теплоно­сителя, причем эта часть тем меньше, чем ниже температура геотер­мального теплоносителя.

Учитывая, что большинство самоизливающихся источников имеет температуру теплоносителя около 373 К, а проекты скважин рассчи­таны на температуру около 423—473 К (например, температура воды на выходе из скважины ПЦС Каясулинского месторождения составляет 110 К), потери теплоты со сбрасываемой водой требуют существенного сокращения (отмечает Дорош И. А. на www. renewable. com. ua).

Один из способов уменьшения этих потерь описан ниже. Согласно этому способу, пар из насыщенной воды генерируется не в «чисто» паровой среде, а в газовом (воздушном) потоке. Если предварительно нагретую жидкость подать в диспергированном виде в газовый нена­сыщенный поток высокого давления, как показано на рис. 6.3, то по закону равновесного состояния парогазожидкостных смесей, капли жидкости под действием движущихся сил теплового и массового обмена начнут охлаждаться, стремясь к температуре термодинамиче­ского равновесия, которой является температура мокрого термометра. Выделяющаяся при этом теплота расходуется на парообразование.

Парогазовая

Зги

Газ

Горячая _ вода’

Газ

Горячая

вода

_ Парогазовая

* смесь

V

Охлажденная вода

а

тттт

т

Охлажденная вода

б

Рис. 6.3. Противоточное (а) и попутное (б) движения воды и газа в контактном
теплообменном аппарате

image410

При генерации пара в газовом потоке, вода охлаждается темпе­ратуры термодинамического равновесия, которая значительно ниже температуры насыщения при том же давлении среды. Это позволяет существенно повысить температурный перепад воды, срабатываемый в парогенераторе, и соответственно увеличить количество генерируе­мого пара, что способствует более высокой эффективности турбоком­прессорных геотермальных установок по сравнению с паротурбин­ными.

Анаэробное разложение

Результат деятельности микроорганизмов

Некоторые органические молекулы биомассы могут подвергаться анаэробному разложению в результате деятельности микроорганиз­мов. Основные продукты распада — диоксид углерода, метан и боль­шое число микробных клеток. В природе этот процесс протекает в гнилостной среде.

С прошлого века его использовали для обработки больших коли­честв шлама (осадка сточных вод). Главное преимущество этого метода — сокращение числа и обезвоживания твердых частиц вто­ричного отстоя очистительных установок.

Только крупные канализационно-очистные сооружения исполь­зуют выделившийся метан как источник энергии. Небольшие очист­ные сооружения, имеющие реакторы, могут сжигать газ или исполь­зовать его для подогрева самих реакторов.

За последние годы была предложена технология удаления навоза на крупных предприятиях интенсивного животноводства; удаление стоков с предприятий, занимающихся переработкой биологических продуктов, например переработкой продуктов питания; превращения биомассы в энергию.

Эта технология — одна из наиболее простых, среди технологий получения топлива из биомассы. В результате эта технология осо­бенно пропагандировалась для использования в странах третьего мира, где устанавливается большое число реакторов.

Грунтовый зонд

Мировая практика использования парокомпрессионных геотер­мальных тепловых насосов насчитывает уже около 50 лет. Главными драйверами мирового рынка стали удорожание цен на традиционные энергоносители и государственное стимулирование их потребления. Объем мирового рынка парокомпрессионных геотермальных тепло­вых насосов, который на протяжении последних 10 лет ежегодно уве­личивался на 10—30%, к 2011 году достиг 300 тыс. шт. Основную часть мирового рынка составляют ПТН типа «грунт-вода/воздух».

Аккумулированное грунтом тепло передается с помощью теплоно­сителя (рассола), через вертикально расположенные теплообменники (грунтовые зонды рис. 6.8) и подается в испаритель теплообменника теплового насоса.

В испарителе хладагент теплового насоса, нагреваясь от рассола до температуры 6—8 °С, закипает и испаряется, забирая тепло от рас­сола. Охлажденный рассол, закачиваемый насосом, поступает в грун­
товый зонд, где нагревается, забирая тепло от грунта. Образовавшийся пар из испарителя поступает в компрессор, где происходит процесс сжатия пара. Пар переходит в жидкое состояние, выделяя большое количество тепла. Температура жидкости в компрессоре подымается до 35—70 °С. Эта температура в теплооб­меннике конденсатора передается рабо­чей жидкости отопительного контура.

image424Проходя через сбросной клапан, сбрасы­вающий давление, хлодоген мгновенно охлаждается и снова попадает в испари­тель, замыкая цикл. Рабочая жидкость, нагретая в теплообменнике испарителя, поступает в тепловой акку­мулятор (буферная емкость), необходимый для накопления тепло­вой энергии и стабилизации работы теплового насоса (уменьшается частота включений). Далее нагретая рабочая жидкость используется в отопительных контурах. Для приготовления санитарной воды кон­тура горячего водоснабжения используется высокоэффективный бой­лер косвенного нагрева.

Экология плюс немного тепла

Опытная установка, производящая биогаз, вот уже четыре года работает на одной из свиноферм совхоза «Огре». Рядом стоит еще один реактор, импортный, пущенный в прошлом году. В общем, как считают в совхозе, можно было обойтись и без импорта: зачем тра­тить валюту на то, что вполне можно делать своими силами?

Оба реактора, объемом по 75 кубометров каждый, перерабатывают все отходы с фермы на 2500 свиней, давая совхозу остро необходи­мое всякому хозяйству высококачественное удобрение и по 300—500 кубометров газа в сутки.

Не газом окупает, а экологическим благополучием: иначе пришлось бы строить и навозохранилища, и очистные сооружения, тратить большие деньги и очень много энергии. Кроме того, совхоз получает хорошее удобрение: в нем нет, как в свежем навозе, семян сорняков, способных прорасти, а значит, меньше надо расходовать гербицидов. Опять-таки, экологическая выгода.

Биогаз же — как бесплатное приложение: приятно, но не обяза­тельно.

Именно поэтому не так просто подсчитать экономическую эффек­тивность подобных разработок. Обычно считают как раз по биогазу: затраты такие-то, газа получено столько-то, соотйетствующее количе­ство солярки стоит столько-то. Получается в общем тоже выгодно, но сроки окупаемости не рекордные…

Тут есть еще одна тонкость. Бактерии метанового брожения в отличие от аэробов при компостировании сами тепла не выделяют, а работают они только в тепле. Для одних, термофильных, нужно поддерживать температуру около 55 °С, для других, мезо-фильных — около 37 °С. Вопрос о том, какой вариант лучше, еще не решен, и даже в Институте микробиологии существуют разные мнения. Академик М. Е. Бекер считает, что термофильный процесс эффективнее, а лабо­ратория биотехнических систем, которой руководит кандидат техни­ческих наук А. А. Упит, стоит за мезофильный. Но так или иначе, в нашем климате реактор большую часть года приходится подогревать. И если в жаркой Индии и Китае, где биогазовые установки насчиты­вают миллионами, такой проблемы не возникает, то в совхозе «Огре» на это уходит в среднем около половины биогаза, Полученного за год.

Это, естественно, ухудшает показатели экономической эффектив­ности, если считать только по сэкономленному топливу. Но даже в таких условиях остающегося биогаза хватает, чтобы обеспечить треть энергетических потребностей фермы: тут и отопление, и горячая вода.

Конечно, картина получилась бы совершенно иная, если бы к энер­гетическому эффекту прибавить еще эффект экологический, переведя его в рубли. Но как это сделать, пока еще, кажется, не знает никто.

Во всяком случае, можно сказать одно: работников совхоза «Огре» результаты первого опыта вполне устраивают, и они намерены расши­рять дело. В этом году начнется строительство биогазовой установки для большого совхозного свинокомплекса. Уже не на 2500, а на 20000 голов. Ожидается, что эта установка, даже если считать только по газу, окупится за 5—6 лет. И гигантские навозохранилища, о которых гово­рилось в начале раздела, строить не придется.

Установка, преобразующая тепловую энергию океана,. работающая по открытому циклу

Сам термин «преобразование тепловой энергии океана» (ОТЕС) — «ocean termal energy conversion» — означает преобразование некото­рой части этой тепловой энергии в работу и далее в электроэнергию.

Схема установки, работающей по открытому циклу Клода, показана на рис. 5.11. В качестве рабочего тела здесь использована морская вода, подаваемая в испаритель через деаэратор, освобождающий воду от рас­творенных в ней газов (http://renewables. ru/pdf_doc/lecturel4.pdf).

Вакуумный насос

Насос для подъема холодной воды

Рис. 5.11. Схема ОТЭС, работающей по открытому циклу (цикл Клода)

image380

Предварительно из полостей испарителя и конденсатора удаля­ется воздух, так что давление над поверхностью жидкости определя-

ется только давлением насыщенных паров, которое сильно зависит от температуры. При характерных для ОТЭС температурах этот перепад составляет примерно 1,6 кПа (при замкнутом цикле на аммиаке около 500 кПа), под действием этого перепада пары воды приводят в движение турбину, попадают в конденсатор, где и превращаются в жидкость.

Основное отличие цикла как раз и состоит в малости перепада дав­лений, что требует использования соответствующих гигантских тур­бин диаметром в несколько десятков метров. Это, пожалуй, основной технический недостаток систем открытого цикла. Основное же их достоинство — отсутствие гигантских нетехнологичных теплообмен­ников. Кроме того, при работе систем открытого цикла могут быть получены большие количества пресной воды, что немаловажно в жар­ком поясе планеты.

Сухая перегонка, газификация и сжижение

Термическое повышение качества биомассы

Основной целью всех процессов повышения качества биомассы является превращение ее в стабильное транспортабельное топливо, способное заменить ископаемые виды топлива без использования спе­циального оборудования для погрузочно-разгрузочных работ. Путем сочетания нагрева и частичного сжигания биологических материалов можно получить твердые, жидкие и газообразные соединения, обла­дающие, по крайней мере, некоторыми свойствами угля, нефти и при­родного газа.

В Интернете описано много процессов, широко использовав­шихся в прошлом; производство газа для использования его в каче­стве топлива путем сухой перегонки и газификации угля и биомассы было начато почти 200 лет назад. Различные термические процессы повышения качества биомассы, предлагаемые в настоящее время и использовавшиеся в прошлом, имеет много общих черт. Схематически используемые процессы представлены на рис. 7.2.

При нагревании биомассы происходит распад углеродсодержащих молекул с образованием ряда газообразных, жидких и твердых про­дуктов. Специфические продукты реакции определяются:

♦ температурой реакции;

♦ тепловой мощностью;

♦ степенью измельчения;

♦ типом биомассы;

Тяжелое

масло

Метанол

Рис. 7.2. Термическое обогащение биомассы

image433

присутствием неорганических примесей и катализатора.

Тепло, необходимое для осуществления этих изменений, носящих эндотермический характер, подводится или из внешнего источника, или путем введения воздуха или кислорода в реактор и сжигания части биологического материала.

Термины «сухая перегонка», «газификация» и «сжижение» не имеют точного значения в литературе. Газификация и сжижение био­массы происходят как в присутствии, так и в отсутствие окислитель­ных (02, воздух) и восстановительных (СО, Н2) газов, обычно связан­ных с этими процессами.

В настоящем исследовании сухая перегонка рассматривается отдельно как анаэробный процесс. Превращение биомассы в газы при сжигании на месте рассматривается как газификация. Понятие «сжи­жение» охватывает восстановление биомассы до масел под действием восстановительных газов, полученных также из биомассы.

Установки закрытого цикла

Принципиальная схема турбокомпрессорной установки закрытого цикла изображена на рис. 6.4.

При работе установки парогазовый поток с высоким паросодержанием поступает в конденсатор, куда с другой стороны насосом из градирни подается охлаждающая вода. При их контакте вследствие конденсации парогазовый поток осушивается, и с малым паросодержанием направ­ляется в компрессор. Там он сжимается в политропном процессе за счет подведенной от турбины работы. При этом паросодержание потока оста­ется постоянным, но его относительная влажность уменьшается.

После компрессора сжатый газ при давлении Р2 и температуре Т2 поступает в нижнюю часть парогенератора. А в верхнюю часть паро­генератора во встречном направлении газовому потоку насосом в дис­пергированном виде подается цикловая вода, предварительно подогре­тая в теплообменнике геотермальным теплоносителем, подаваемым из эксплуатационной скважины. После теплообменника геотермальный теплоноситель насосом направляется в нагнетательную скважину.

image412Примечание.

Скважина Скважина

эксплутационная нагнетательная

Рис. 6.4. Принципиальная тепловая схема турбокомпрессорной установки закрытого цикла

Подпись: Скважина Скважина эксплутационная нагнетательная Рис. 6.4. Принципиальная тепловая схема турбокомпрессорной установки закрытого цикла

В отличие от одноконтурных паротурбинных геотермальных установок в рассматриваемой турбокомпрессорной установке нет необходимости в процессе дегазации геотермального тепло­носителя для уменьшения содержания несконденсировавшихся газов в конденсаторе и стабилизации рассола.

Здесь, подобно двухконтурным установкам, процесс передачи теплоты от геотермального теплоносителя в теплообменнике может осуществляться без понижения его давления. Это исключает наруше­ние углекислого равновесии, а, следовательно, и выпадение солей.

Для повышения КПД установки на выходе из теплообменника можно установить дегазатор. В этом случай выделившийся газ направ­ляется в парогенератор и служит источником дополнительного рабо­чего тела цикла, на которое не затрачивается работа сжатия.

Одновременно он вместе с цикловым газом создает газовую среду для испарения жидкости. Правда, в этом случае часть циклового газа необходимо постоянно выбрасывать атмосферу для поддержания материального баланса, причем цикловой газ по составу должен быть идентичным газу, содержащемуся в геотермальной воде.

Опасности, связанные с использованием биогаза

Следует упомянуть о двух важных обстоятельствах, связанных с подготовкой и использованием биогаза при самостоятельном его изготовлении. Во-первых, смесь метана с воздухом взрывоопасна, и, во-вторых, что более серьезно, сероводород присутствующий в био­газе, крайне токсичен. В промышленных условиях применяются соот­ветствующие меры безопасности, однако недостаточно осторожное обращение с этим газом может оказаться роковым.

Удаление сброженного осадка

Заключительной проблемой, связанной как с использованием энер­гии, так и с охраной окружающей среды, является удаление осадка из автоклава, объем которого может достигать 50—60% исходного коли­чества твердых частиц. Что касается коммунальных отходов, то этот объем составляет 10—15%.

Н

Примечание.

Там где возможно, эти осадки вносят в почву как удобрения, правда использовать их на тяжелых глинах и заболоченных почвах не реко­мендуется.

Возможно, возникнет необходимость транспортировки сброжен­ных осадков в места отсыпки грунта и к морю. Для сокращения транс­портных расходов используется отстаивание, коагуляция и другие методы обезвоживания.

Содержание меди, цинка и других токсичных металлов в сбро­женном осадке затрудняет его использование в качестве удобрения. Имеется предложения по переработке осадка в корм для животных; технически это осуществимо.

Были проведены некоторые эксперименты по включению осадка в корма, однако сомнительно, чтобы это соответствовало критериям, определяющим требования к к здоровью животных и вкусовым качествам корма. Экстрагирование и очистка белкового компонента осадка, по-видимому, нерентабельны.

Тепловые насосы в вопросах и ответах

По каким причинам следует выбирать тепловой насос? Универ­сальность. Подходит для использования как в промышленном, так и в частном строительстве. Экономичность. Низкое энергопотре­бление достигается за счет высокого коэффициента полезного дей­ствия (КПД). Экологичность. Экологически чистый метод отопле­ния и кондиционирования как для окружающей среды, так и для людей, находящихся в помещении. Безопасность. Нет открытого пла­мени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки. Надежность. Защита от перебоев электроэнер­гии. Практически не требует обслуживания. Срок службы теплового насоса составляет 15—25 лет. Комфорт. Работает практически бес­шумно (не громче холодильника). Гибкость. Совместим с любой цир­куляционной системой отопления, а современный дизайн позволяет устанавливать его в любых помещениях.

Какой принцип действия теплового насоса? Тепловой насос — это устройство, которое температуру окружающей среды (земли, воды, воз­духа) преобразует в высокую температуру, которая используется для отопления и производства горячей воды. Тепло забирается из земли через пластиковый трубопровод.

В трубах циркулирует незамерзающая жидкость, которая передает собранное тепло в испаритель теплового насоса. В испарителе незамер­зающая жидкость отдает свою энергию фреону, который преобразуется в пар и сжимается в компрессоре. Из-за резкого увеличения давления температура паров фреона резко поднимется.

Далее горячие пары попадают в конденсатор, где передают тепло в тепловую систему. Остывшая незамерзающая жидкость по трубам возвращается в грунт, где далее собирает тепло. Энергия используется только для переноса тепла, поэтому этот способ обогрева является одним из самых дешевых. По такому же принципу работает холодиль­ник, только здесь тепло забирает изнутри и передается в окружающую среду через решетки находящиеся на задней стенке холодильника.

Какая жидкость циркулирует в коллекторе? В коллекторе цир­кулирует незамерзающая жидкость. Основой жидкости может быть этанол или гликоль. Основное требование к жидкости — температура замерзания должна быть не выше -16 °С.

Какая труба используется для коллектора? Для коллектора исполь­зуется полиэтиленовая труба, которая не ржавеет, не гниет — поэтому такая система долговечна. Диаметр трубы — 40 мм.

На какую глубину закапывается коллектор? Производитель реко­мендует закапывать коллектор на глубину 2 метра и более. На такой глубине тепла достаточно в течение круглого года, и тепловой насос работает эффективно. Таким образом, обеспечивается нормальная температура работы коллектора необходимая для работы теплового насоса (от -5 °С до + 20 °С).

Что лучше — скважина или горизонтальный коллектор? Боль­шинство тепловых насосов монтируются с горизонтальным коллекто­ром. Из-за высокой цены скважина, как источник тепла, используется там, где недостаточно места для установки горизонтального коллек­тора, а так же если участок у дома уже приведен в порядок.

От чего зависит длина коллектора или глубина скважины? Длинна коллектора или глубина скважины зависит от тепловых особенно­стей дома — теплопотери, внутренней системы отопления, мощности выбранного теплонасоса и особенностей грунта.

Какая площадь участка требуется для укладки коллектора? Обычный горизонтальный коллектор занимает площадь в 2—3 раза больше отапливаемой площади дома.

Растет ли трапа на том месте, где закопан коллектор? Коллектор не влияет на произрастающую над ним растительность. В местах, где планируется посадка деревьев, рекомендуется коллектор закопать поглубже. На месте где закопан коллектор, строительство запрещено.

Можно ли использовать одну и ту же скважину и для теплового насоса и для питьевой воды? Для теплового насоса и для питьевой воды необходимы разные скважины, так как их оборудуют по разным принципам. Тепловой насос охлаждает скважину, и было бы не рацио­нально ту же самую воду дома нагревать.

Сколько места занимает котельная с тепловым насосом? Для уста­новки теплового насоса достаточно небольшого помещения, напри­мер, для наиболее популярного Fighter 1220 с трубами достаточно нескольких квадратных метров. Если выбран тепловой насос с отдель­ным бойлером необходима несколько большая квадратура (примерно 4—6 м2, в зависимости от конфигурации котельной).

Какие требования предъявляются к котельной? Никаких специ­альных требований нет. Нет необходимости в наличии окон, дымо­хода. Поэтому, уже проектируя дом не обязательно предусматривать котельную у наружной стены. Однако не рекомендуется устанавли­вать тепловой насос у стены, за которой находится спальня.

Громко ли работает тепловой насос? Конструкция тепловых насо­сов такова, что компрессор и холодильная часть находятся в отдель­ном корпусе. Это означает, что компрессор теплового насоса помещен в двойном корпусе, что обеспечивает низкий уровень шума.

Какое напряжение необходимо для теплового насоса? Тепловому насосу требуется трехфазный электрический привод, однако некото­рые модели могут использовать напряжение в 220 В.

Что происходит с тепловым насосом при перепаде напряжения? При исчезновении, а затем при появлении напряжения, тепловые насосы включатся, и далее будут работать в том же режиме, как и ранее. Все ранее заданные параметры сохраняются.

Можно ли отапливать одним тепловым насосом несколько отдельных домов? Технически это возможно, но невозможно будет обсчитать использованное отдельными домами тепло, т. к. затраты на тепло зависят не только от площади отапливаемого помещения, но и от термических характеристик дома — отопительной системы, под­держиваемой в комнатах температуры, использования горячей воды.

Какую максимальную температуру в отопительной системе может обеспечить тепловой насос? Максимальная температура в отопитель­ной системе достигаемая с помощью компрессора 55—70 °С, в зависи­мости от модели теплового насоса.

Какую отопительную систему лучше выбрать для дома, используя тепловой насос? Так как эффективность теплового насоса зависит от температуры, подаваемой в отопительную систему и от температуры, получаемой из грунта, лучше выбирать низкотемпературную ото­пительную систему. Наиболее эффективно тепловой насос работает, если в доме установлена напольная система отопления.

Готовят ли тепловые насосы горячую воду? Тепловые насосы отапливают помещения и готовят горячую воду. При помощи ком­прессора температура горячей воды может повышаться до 65 °С, при помощи электрического ТЭНа до 80 °С.

Требуется ли техническое обслуживание и сколько оно стоит? Никакого специального обслуживания тепловой насос не требует, поэтому никаких дополнительных расходов с ним не связано.

Сколько времени будет служить тепловой насос? Срок службы теплового насоса рассчитан на продолжительную работу — без про­блем он должен прослужить не менее 20 лет.

Можно ли тепловыми насосами подогревать воду в бассейне? Тепловые насосы содержат такую функцию, а также функцию кон­троля процесса обогрева.

Можно ли управлять тепловыми насосами на расстоянии?

Смонтировав дополнительное устройство, тепловыми насосами можно управлять через Интернет и GSM. Это особенно актуально, если тепловой насос смонтирован в усадьбе и более высокая темпера­тура нужна изредка.

Для чего нужен электрический ТЭН в тепловом насосе? Электри­ческий ТЭН в тепловом насосе может быть использован как источник энергии, когда вся система смонтирована, кроме коллектора, — тогда тепловой насос работал бы как электрический котел. При помощи электрического тэна мойсно так же повысить температуру горячей воды до 80 °С (при помощи компрессора — 65 °С).

Так же можно увеличить количество горячей воды или дезинфици­ровать бойлер, чтобы избежать развития болезнетворных бактерий. Повышение температуры горячей воды может осуществляться перио­дически, установив временной интервал и необходимую температуру в тепловом насосе, или в случае необходимости одноразового произ­водства большего количества горячей воды.

Электрический ТЭН может быть использован и как вспомогатель­ный инструмент обогрева, в том случае, если изменяется потребность в тепле — например, при увеличении отапливаемой площади поме­щения.

В этом случае нет необходимости в реконструкции системы отопле­ния, дополнительное количество тепла можно получить при помощи электроэнергии Максимальная мощность электрического тэна уста­навливается 3,6 или 9 кВт, в зависимости от мощности электропро­водки и потребности потребителя. Установленная мощность включа­ется постепенно, в зависимости от потребности, 3 уровнями — напри­мер, если установлено 6 кВт то будет включаться 2+2+2 кВт.

Может быть лучше выбрать более мощный тепловой насос? Тепловой насос нужно подбирать в зависимости от отапливаемой площади помещения. Более мощный насос будет работать не эффек­тивно, кроме того, установка более мощного насоса повлечет допол­нительные финансовые затраты.

Можно ли самому смонтировать тепловой насос? Да.

Какими недостатками обладает отопительная система с тепловым насосом? Отопительная система с тепловым насосом одна из самых передовых. Влияние на выбор оказывает условно высокая начальная инвестиция, однако это один из самых дешевых способов отопления и сроки окупаемости системы достаточно короткие.

SHAPE * MERGEFORMAT

image425

Как построить биореактор

Биогазовая установка может быть создана в любом хозяйстве из мест­ных, доступных материалов силами специалистов самого хозяйства.

Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) усло­виях при температуре 30—55 °С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации, обеспечивающая обеззараживание навоза, не менее 12 суток. Для анаэробной ферментации можно использовать как обыч­ный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.

При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряе­мой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30—40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения — жир, протеин, углеводы, а основные гуму­сообразующие компоненты — целлюлоза и лигнин — сохраняются полностью.

Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения — щелочная (pH 7,2—7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По срав­нению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, уро­жайность увеличивается на 10—15 %.

Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан — 65, углекислый газ — 34, сопут­ствующие газы — до 1 (в том числе сероводород — до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и техно­логии в пределах 55—75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С — 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.).

Энергоемкость получаемого газа — 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3. Оборудование представлено на рис. 7.11.

Основное оборудование биогазовой установки — герметически закрытая емкость с теплообменником (теплоноситель — вода, нагретая до 50—60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа.

image460Примечание.

image462

Так как на каждой ферме свои особенности удаления навоза, исполь­зования подстилочного материала, теплоснабжения, создать один типовой биореактор невозможно. Конструкция установки во мно­гом определяется Местными условиями, наличием материалов.

Для небольшой установки наиболее простое решение — исполь­зовать высвободившиеся топливные цистерны. Схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 м3 показана на рис. 7.11. Внутренние перегородки могут быть из металла или кир­пича; их основная функция — направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На схеме перегородки показаны условно; их число и размещение зави­сят от свойств навоза — от текучести, количества подстилки.

Биореактор из железобетона требует меньше металла, но более тру­доемок в изготовлении. Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве бесподсти — лочного навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев.

image464Примечание.

Если суточное количество стоков известно, нужный объем реак­тора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток— минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полу­ченную величину на 10% (так как реактор следует заполнять суб­стратом на 90 %).

Ориентировочная суточная производительность биореактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4—8 % — два объема газа на объем реактора: биореактор объемом 50 м3 будет давать в сутки 100 м3 биогаза.

Как правило, переработка бесподстилочного навоза от 10 голо. в крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 м3 био­газа, от 10 свиней — 1—3 м3, от 10 овец — 1 — 1,2 м3, от 10 кроликов — 0,4—0,6 м3.

Тонна соломы дает 300 м3 биогаза, тонна коммунально-бытовых отходов — 130 м3).

image466Примечание.

Потребность в газе односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 м3 в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизо­ляции дома.