Рис 1. Принцип работы биогазовой станции
Простейшая схема биогазовой установки представлена на рисунке 2. Объемы получаемого биогаза из различных видов исходного сырья приведены в таблице 1.
Рис 2. Простейшая схема биогазовой установки: 1 – реактор, 2 – бункер загрузки, 3 – перемешивающее устройство, 4 – водяной затвор, 5 – выгрузочная труба, 6 – отвод биогаза .Таблица 1. Объемы получаемого биогаза из различных видов исходного сырья [4]
Тип сырья |
Выход газа,м3 на тонну сырья |
Навоз КРС |
38-52 |
Навоз свиной |
52-88 |
Помет птичий |
47-94 |
Отходы бойни |
250-500 |
Жир |
1300 |
Барда послеспиртовая |
50-100 |
Зерно |
400-500 |
Силос, ботва, трава, водоросли |
200-400 |
Молочная сыворотка |
50-80 |
Свекольный и фруктовый жом |
40-70 |
Глицерин технический |
400-600 |
Дробина пивная |
130-150 |
Жизнедеятельность метанообразующих бактерий возможна только при отсутствии кислорода в реакторе биогазовой установки. Поэтому нужно следить за герметичностью реактора и отсутствием доступа в реактор кислорода. Поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. Используют три температурных режима:
психофильный режим определяется температурами до 20 – 25°С (время сбраживания составляет от 30 до 40 и более суток),
мезофильный режим определяется температурами от 25°С до 40°С (время сбраживания составляет от 10 до 20 суток),
термофильный режим определяется температурами свыше 40°С (время сбраживания составляет от 5 до 10 суток) [2].
В качестве примера приведем молочно-животноводческую ферму на 12 голов КРС, расположенную на территории Таджикистана. Температура Таджикистана наиболее оптимальна для получения биогаза, так как наибольшее количество дней в году имеют температуру в диапазоне от 27 до 38°С. Для биогазовых установок, работающих на навозе КРС, оптимальная температура составляет от 30 до 37°С. Средняя годовая температура в Таджикистане составляет 23°С [3].
Имеется 12 голов КРС. За сутки в среднем одна доильная корова дает 25-35кг навоза (среднее 30кг). Расход подстилочного материала - 2кг в день на животное. Суммарные отходы от одной коровы за сутки составляет 32 кг. Количество отходов по ферме (за сутки) составит:
(1)
где:
1 килограмм сухого вещества будет соответствовать 100:(100-85) = 6,667 килограмма свежего навоза. 360:6,667=54кг{С} сухого вещества за сутки. 1кг сухого вещества дает 0,31 биогаза. В реактор загружается суммарная масса за 15 суток, так как масса сбраживается за 15 суток. Необходимо поставить 2 реактора. Общая масса, загружаемая в реактор - 384*15=5760 кг. Объем реактора - 5760*1,5=8640 или 9
кг (2)
(3)
где
При сгорании биогаза с 55-85% содержанием метана получают 21-27,2 МДж [2]. Суточный расход воды для одной коровы 140 литров. Так как изначальная температура воды , а оптимальная температура воды для употребления , то для потребления воду необходимо побогреть
(4)
Расход теплоты на обогрев реактора до оптимальной температуры (в самый холодный период в декабре):
. (5)
Остаток биогаза преобразуем в электрическую энергию с помощью дизельного генератора. В продаже можно найти газопоршневые электрогенераторы резервного электропитания малой мощности. С помощью этого генератора можно преобразовать 1 биогаза на 2 кВт*ч электрической энергии
(6)
Суточный расход электрической энергии для рассматриваемой фермы: освещение -11,5 кВт*ч/сут.; доильный аппарат - 2,25 кВт*ч/сут.; навозосброщик - 1,6 кВт*ч/сут.;
танк охладитель молока - 12 кВт*ч/сут.; прочие расходы - 3 кВт*ч/сут.
=11,5+2,25+1,6+12+3=30.35 кВт*ч/сут. (7)
Суммарная суточная затрата электрической энергии равна 30,35 кВт*ч/сут, а энергия, производимая из БГУ равна 41,96 кВт*ч/сут. Расчеты сделаны для самого холодного периода. Данная схема энергообеспечения позволит значительно сократить расходы.
Литература
1 Громова Е.А., Салова Т.Ю. Разработка метода биоконверсии твердых отходов для получения возобновляемых энергетических ресурсов // Известия СПбГАУ, СПб, -№ 27, -2012.
2 Громова Е.А., Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Моделирование процесса биоконверсии твердых отходов и получения биогаза // Известия международной академии аграрного образования. СПб.: СПбГАУ, - № 1, -2013
3 http://hikersbay.com/climate/tajikistan?lang=ru
4 http://www.bio-energetics.ru