ОБЗОР ГЕЛИОБИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА

АННОТАЦИЯ

В данной работе приводится обзор гелиобиогазовой установки для производства биогаза. Разработанная установка состоит из метантенка, солнечного коллектора, вспомогательных устройств и оборудования.

Для поддержания необходимого температурного режима внутри биогазовой установки используются нагревательные устройства. Работа таких устройств поддерживается за счет тепловой энергии от центральных систем теплоснабжения, однако это является проблемой для отдаленных фермерских хозяйств. Решением этой проблемы является использование солнечных коллекторов в качестве нагревательной системы для биогазовых установок. 

ABSTRACT

This paper gives an overview of the heliobiogas plant for biogas production. The developed plant consists of a digester, solar collector, auxiliary devices and equipment.

Heating devices are used to maintain the required temperature regime inside the biogas plant. The operation of such devices is supported by thermal energy from central heating systems, but this is a problem for remote farms. The solution to this problem is the use of solar collectors as a heating system for biogas plants. 

Ключевые слова: биогаз, биомасса, солнечный коллектор, биогазовая установка.

Keywords: biogas, substrate, solar collector, biogas plant.

Одна из проблем при эксплуатации биогазовой установки является обеспечение мезофильного режима работы, благодаря которому увеличивается скорость выхода биогаза. Для подержания заданного температурного режима используются различные технологические решения [2, 3].

На данный момент существует большое количество установок для производства биогаза из органических отходов. Однако большинство биогазовых установок предусматривают подогрев сбраживаемой биомассы с использованием тепловой и электрической энергии от централизованных сетей, что является большой проблем для большинства малых и средних ферм, которые рассредоточены в регионах, где отсутствует централизованное энергоснабжение [4].

Решением является совместное использование биогазовой установки с различными видами ВИЭ. Наиболее технологически выгодным является совмещение биогазовой установки с солнечным коллектором, который будет выступать в качестве системы обогрева, что приведет к увеличению эффективности биогазовой установки. Помимо этого, солнечный коллектор может использоваться на собственные нужды фермы.

Схема гелиобиогазовой установки приведена на рис 1 [1].

Рисунок 1. Схема биогазовой установки:

1-резервуар приема биомассы (накопитель); 2-секция реактора (метантенк); 3-газгольдер; 4-монометр; 5-регулировочный клапан; 6-пластиковые трубопроводы; 7-лотки для слива шлама с задвижкой; 8-загрузочный люк с задвижкой; 9-фундамент; 10-змеевик; 11-гидродинамическое возмущение; 12-компрессор; 13, 15-пластиковые трубки подачи холодного и нагретого биогаза; 14-плоски коллектор солнечной энергии; 16-трехходовая заслонка; 17-теплоизоляционный кожух; 18-крыша

Биогазовая установка работает следующим образом. Органические отходы загружают в резервуар приемника биомассы 1, затем наливают подогретую воду, предварительно нагрев её до нужной температуры (50 – 60 ^oC). Далее с помощью механического перемешивания получают исходную биомассу. Затем биомасса из накопителя 1 самотеком через загрузочный люк 8 выгружается в первую сверху секцию реактора 2.

После того как полностью выгрузили исходную биомассу из накопителя 1, закрывают задвижку 8 и приступают к подготовке следующей дозы исходной биомассы в накопитель 1. Одновременно с этим в первой секций реактора 2 начинается брожение биомассы, а также периодически включается компрессор 12, заставляя циркулировать полученный биогаза через трубки подачи 13 в специальное устройство – крышу-теплонакопитель. Далее из плоского коллектора солнечной энергии 14 через трубку обратной подачи 15 нагретый биогаз попадает в змеевик 10 (пластиковые трубки с отверстиями) для барботажа, который по отдельности закреплен на дне каждой секции реактора 2.

Затем происходит перемешивание биомассы. Сжатый нагретый биогаз, попадая под определенным давлением, создает гидродинамическое возмущение 11, происходит барботаж за счет которого биомасса внутри метантенка бурно и эффективно перемешивается, одновременно подогреваясь, и происходит активный теплообмен.

Таким же образом биомасса перемещается до последней секции реактора. При этом каждая секция реактора 2 изолированы друг от друга и метановое брожение биомассы проходит в каждой секции реактора отдельно по очередности. С помощью пластиковых трубопроводов с регулировочными клапанами давлений 5 соединены между собой секции реактора. Если объем биогаза превысит рабочий объем первой секции, то тогда компрессор 12 отключается, и начинает работу вторая секция реактора 2.

Одновременно с этим набранный сжатый биогаз подается с первой секции на вторую, откуда затем последовательно подается со второй в третью, с третьей в четвертую, и таким образом получается замкнутый круг движения сжатого биогаза за счет выпускных патрубок биогаза с регулировочными клапанами давлений 5. Полученный биогаз собирается в газовом пространстве первой секции реактора до давления, которое установлено регулировочным клапанами 5. И когда давление биогаза в газовом пространстве секции превысит установленный предел, тогда биогаз через трубки подачи теплоносителя 13 и трубки обратной подачи нагретого биогаза 15, через патрубки регулировочного клапана давления 5 подается в змеевик, во вторую секцию реактора, а далее этот процесс продолжается бесконечно, не включая компрессор 12. Прошедший через барботаж биогаз собирается в газгольдер 3 и пластиковыми трубопроводами подается к потребителю 6, а обеспечение отвода отработанной биомассы (субстрат) из секции метантенка в сборник осуществляется через лотки для слива шлама с задвижками 7.      

На рис. 2-3 представлена гелибиогазовая установка.

Рисунок 2. Биогазовая установка для производства биогаза

1 – Патрубок для подсоединения к газгольдеру; 2 – манометр; 3 - термостат; 4 – загрузочный люк; 5 – метантенк; 6, 7 – шланги для подсоединения к солнечному коллектору; 8 – механический перемешиватель.

Рисунок 3. Солнечный коллектор, подсоединенный к биогазовой установке

1 – солнечный коллектор; 2,3 – патрубки и шланги для подсоединения к биогазовой установке.

Основное преимущество данной установки в том, что за счет солнечных коллекторов обеспечивается мезофильный режим работы, а также за счет барботажа перемешивание биомассы происходит автоматически. Это обеспечивает высокую скорость выхода биогаза, тем самым делая установку более эффективной и легкой в эксплуатации.

Список литературы:

1. Патент на изобретение № 34465 // Фермерская модульная биогазовая установка / Досжанов О.М., Досжанов Е.О., Байжуманов К.Д., Жуманов М.А. 10.07.2020.
2. Садчиков А.В., Кокарев Н.Ф. Оптимизация теплового режима в
   биогазовых установках. / Фундаментальные исследования. 2016. No 2-1. С. 90-93.
3. Шаяхметов Р. Г. Исследование способов перемешивания в метантенках // Молодой ученый. — 2010. — No12. Т.1. — С. 43-45.
4. E.Martinot, Renewables 2015”, 2015, Global Status
   Report, Worldwatch institute.