Эффективность использования биогазовой установки с солнечным коллектором

В данной статье рассмотрены установки получения биогаза от сельскохозяйственных отходов, и представлены принципиальная схема и принцип работы предлагаемой новой комбинированной биогазовой установки с гелиоколлектором.

At the article have been given settlements of receiving biogas from agricultural waste and represented principal scheme of working steps of the new combined biogas equipment with heliocollector.

Рациональное использование отходов сельскохозяйственного производства-большая и важная проблема современности. Она связана, с одной стороны, с возможностью использования огромного энергетического потенциала биомассы для получения жидкого и газообразного топлива (биогаза), с другой — с необходимостью предотвратить загрязнение водоемов, заражение почвы болезнетворными бактериями и гельминтами, содержащимися в навозных стоках животноводческих ферм 1.

Рис. 1. Форма реактор для анаэробного сбраживания жидкого навоза.

К органическим остаткам и отходам сельскохозяйственного производства относятся главным образом экскременты животных и растительные материалы, в особенности солома, а также свекольная и картофельная ботва и другие растительные остатки, если они не используются непосредственно в качестве корма. Содержащиеся в этих органических материалах компоненты в большинстве случаев могут быт вновь использованы как растительные удобрения, что позволит таким образом заменять минеральные удобрения, требующие больших затрат энергии и средств. Эффективность получения биотоплива в основном завысить от конструкций реакторов 2.

В простых большей частью небольших установках, возводимых собственными силами, можно применить бродильную камеру кубической формы, как показано на рисунке 1. Такой реактор можно тоже разделить на две части: главную бродильную камеру и камеру для окончательного этапа сбраживания и осаждения шлама. Установки этого типа не позволят получить высокую степень разложения субстрата, так как в них не обеспечивается неравномерное перемешивание массы, управление загрузкой рабочего объема камеры и временем пребывания массы в реакторе, что необходимо для получения максимального выхода газа. Разрушение плавающей корки и осадка связано с большими затратами (рис.2).

Рис. 2. Простейшая двухкамерная биогазовая установка.

Рис. 3. Горизонтальный реактор с простейшим перемешивающим устройством.

Наклонно расположение продольной оси резервуара облегчает стекание шлама по направлению к выгрузному отверстию. Такая конструкция удобна для размещения простейшего перемешивающего механизма (рис. 3).

На основе проведенного анализа нами предложена установка для получения биогаза из отходов сельскохозяйственного производства. Установка предназначена для переработки всех видов отходов фермерского хозяйства, имеющего в своем хозяйстве 6–8 голов крупного рогатого скота, для получения газообразного топлива и экологически чистых органических удобрений. Установка состоит из биореактора объемом 2м³, бака для хранения удобрений объемом-1м³, механической мешалки и солнечного коллектора. На выход биогаза влияют конструкция установки, загрузка рабочего пространства (количества органической массы, приходящейся на единицу времени единицу объема реактора), продолжительность цикла брожения, интенсивность перемешивания массы субстрата, тепловой режим реактора. Эффективность сбраживания зависит от конструкции камеры (реактора) и ее рабочих органов. Камеры сбраживания должны иметь герметичные стенки, совершенную теплоизоляцию и быть коррозионностойкими, прочными, а также удобными для обслуживания.

Поэтому конструкция биореактора выполнена «рубашечного» типа, при этом внутренний цилиндр загружается жидким субстратом, а внешний заполняется греющей водой. Для создания оптимального температурного режима используется солнечный коллектор (теплогенератор), преобразующий энергию солнца в тепловую, которая используется для обогрева биомассы в биореакторе.

Технический результат заключается в упрощении конструкции биореактора, теплогенератора и в создании оптимального теплового режима, благоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, обеспечивающих метановое сбраживание биомассы.

Установка перерабатывает в сутки 150–200 кг местных отходов (навоз, стебли хлопчатника, солома, ботва овощей, бытовые отходы) при их влажности не менее 80–85 % и производит до 10–15 м³ биогаза. Теплота сгорания полученного биогаза достигает до 25 МД ж/м³, что эквивалентно количеству теплоты при сжигании 0,6 л бензина, 1,7 кг дров или использовании 1,4 кВт·час электроэнергии. Биореактор загружают жидким навозом влажностью 85 % и подогревают до оптимальной температуры 50–55 ⁰С. Температурный режим поддерживается днем солнечным подогревом, кроме этого, дополнительно установлен терморегулирующий ТЭН для компенсации тепловых потерь и для дублирования солнечного коллектора. Такие установки можно использовать в фермерских хозяйствах, расположенных в районах с жарким климатом. Необходимое сырье для сбраживания обеспечивается из собственного хозяйства фермеров, так как, одна единица крупного рогатого скота весом 200–250 кг обеспечит навозом в сутки в количестве 1020кг. Значит 8 единиц крупного рогатого скота 20 кг = 160 кг в сутки, а в месяц — 160 х 30= 4800кг (4,8 тонна).

Рис. 4. Установка для получения биогаза из местных отходов сельскохозяйственного производства: 1-солнечный коллектор; 2- расширительный бак; 3-метантенк; 4- задвижка; 5-жидкость; 6-слив; 7-опора; 8-терморегулирующий тэн; 9-термометр; 10-труба Ǿ 15 мм, масло; 11- болт М12; 12-крышка; 13-сальник для уплотнения; 14-ручка; 15- счетчик газа; 16- горелка; 17- сухая масса; 18- рубашка; 19- лопасть мешалки; 20-нагревающая вода;

На отопление помещения объемом V=150 м³, приготовление пищи, горячей воды для фермерского хозяйства численностью рабочих — 10 человек за год расходуетсяоколо 4500м³ природного газа. Учитывая, что из 1 т органических отходов (по сухой массе) получается 250300 м³ биогаза, годовая потребность хозяйства покрывается 1520 т навоза крупного рогатого скота.

Биогазовую установку можно эффективно эксплуатировать в любом месте, производя не только газообразное топливо, но и высокоэффективные экологически-чистые органические удобрения, необходимые сельскому хозяйству. Они могут стать финансовым источником для отдельных хозяйств, фермеров. Владельцы сельскохозяйственных ферм могут самостоятельно смонтировать биогазовую установку, чтобы производить метан для собственных нужд на базе отходов собственного сельскохозяйственного производства.

1. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. (Пер. с нем. и предисловие М. И. Серебряного.) — М. Колос, 1982, -148 с.
2. Биомасса как источник энергии: Пер. с англ./Под ред. С.Соуфера, О.Заборски. –М.: Мир, 1985, -368 с.