Проект фермы крс на 400 голов с разработкой производственной линии уборки и утилизации навоза. Конструкторская часть: энергосберегающаятехнологияпереработкинавоза крс. Анаэробное сбраживание в биогазовых установках (бэу)

5.3.4. Виды биогазовых установок.
Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики.
Применяются двухстадийные и одностадийные биогазовые комплексы. Одностадийная технология используется для большинства субстратов и такую технологию можно считать базовой.
В базовой комплектации одностадийные биоэнергетические установки состоят из следующих узлов и сооружений:

Рисунок 8. - Базовые узлы промышленных биогазовых комплексов:
1- приѐмный резервуар; 2 - система обогрева; 3 - механические мешал-
ки; 4 - система подачи биомассы; 5 – метантенк; 6 – газгольдер; 7 – купол; 8 -
система газоотведения и газоподачи с системой отвода конденсата и серо-
очистки; 9 – сепаратор; 10 - лагуна или резервуар для хранения жидкихудоб-
рений; 11 - система автоматики, визуализации процессов и управления; 12 –
теплопункт; 13 - ко-генератор
Для поддержания стабильной температуры, внутри метантенк оборуду­ется системой обогрева днища и стен (2). В холодных климатах, во избежание потери тепла, метантенктеплоизолируется снаружи. Субстрат постоянно пере­мешивается при помощи низкоскоростных механических мешалок (3), что га­рантирует полное и бережное перемешивание. В зависимости от физико- механических свойств субстрата, используют разные виды систем перемеши­вания: механические, гидравлические или пневматические. Выгрузка перебро-женного субстрата происходит автоматически с такой же периодичностью, как и загрузка. Управление работой всей биогазовой станции производится по ко­мандам системы автоматики (11). Биогаз собирается в газгольдере (6). Газголь­дер (6) используется в качестве газонепроницаемого покрытия метантенка ивыполняет функцию аккумулирования газа. Внешний купол (7) имеет высокую стойкость к ультрафиолету, устойчив к поджогу и является чрезвычайно рас­тяжимым. Высокая эластичность позволяет надёжную фиксацию конструкции. Отведение биогаза происходит по трубопроводу (8), который оснащён устрой­ствами автоматического отвода конденсата и предохранительными устрой­ствами, которые защищают газгольдер (6) от превышения допустимого давле­ния. Из газгольдера (6) идёт непрерывная подача биогаза на когенерационную установку или систему очистки биогаза. Переработанный субстрат после уста­новки подаётся на сепаратор (9). Система механическогоразделения работает от 4-6 раз в сутки и разделяет остатки брожения после метантенкана твёрдые и жидкие биоудобрения. Всё оборудование контролируется системой автоматики (11). Затраты человеческого труда минимальны. Используется два режима по организации и контролю работы систем на участках биогазовой станции:
• Программно-временное управление технологическими фазами осуществляется по временным интервалам и синхронизируется между системами.
• По значениям контрольно-измерительных приборов. По этому принципу организованы системы автоматического контроля предельных или аварийных значений технологических операций.
Сигналы для синхронной работы всей установки поступают на центральный программно-логический контроллер. Контроллер производит опрос всей технологической цепи комплекса и выводит информацию на экран монитора. На экране отображены все сооружения и узлы, оснащѐнные приводами и датчиками параметров. Все рабочие параметры биогазовой установки отображается на мониторе центральной диспетчерской. Диспетчерская оборудована центральным пультом управления, позволяющим переводить работу всех участков биогазовой установки в ручной или автоматический режим для местного или дистанционного управления.
Внутри метантенка поддерживается бескислородная среда. Почти все промышленные метантенки, действующие в настоящее время в мире, работаютв мезофильном режиме. Таким образом, субстрат в них имеет постоянную температуру в диапазоне 37-42°C и нейтральный показатель щелочности среди pH
(6,7- 7,5).
Установки оснащаются стандартными компонентами в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика. При этом особое внимание уделяется таким параметрам, как время пребывания и значение нагрузки, чтобы обеспечить рентабельность установки в ходе ее дальнейшей эксплуатации.
Исходное сырье в процессе загрузки может как подвозиться и загружаться механическим способом в шнековый загрузчик (обычно так поступают в случае, когда сырьем для биогаза является мякина и солома), либо попадать самотеком в емкость, предназначенную для сбора и гомогенизации сырья, из которой сырье насосом перекачивается в метантенк (обычно такие установки делают в случае использования в качестве сырья для получения биогаза навоза крупного рогатого скота и канализационных стоков).
Двухстадийная технология используется для субстратов, которые быстро расщепляются, ввиду чего имеют склонность к окислению. Отличие двухстадийной технологии от одностадийной – в дополнительномметантенке гидролиза (рисунок 9).

Рисунок 9. Схематическое представление двухступенчатой биогазовой уста­новки: первый метантенк (ферментер), второй метантенк (резервуар последу­ющего брожения), хранилище перебродившего субстрата, преобразование энергии в тепловую и электрическую, подача в сеть электроэнергии и тепла
Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида использу­емого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³биогаза с содержанием метана 60 %; из различных видов растений 150-500 м³биогаза с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % - можно получить из жира.
Использование биогаза в мире имеет свои особенности, связанные с его природно-климатическими условиями, географическим расположением территории и промышленно-хозяйственной инфраструкту рой.На практике широкое применение нашли установки, работающие в мезофильном режиме. Это связано с тем, что:
- термофильные режимы, ввиду использования высоких температур сбраживания, весьма энергозатратны и к тому же очень чувствительны к колебаниям температур;
- психрофильные режимы требуют увеличенного времени выдерживания субстрата в метантенках, выход метана низкий.
Подавляющее большинство мезофильных и термофильных установок, действующих в настоящее время в мире, имеют достаточно объемные метантенкии нацелены на производство, в первую очередь, биогаза – альтернативного источника энергии для выработки электричества. В технологической схеме работы биогазовой установки наиболее энергозатратным процессом является нагрев субстрата и поддержание температуры сбраживания в метантенке. С
увеличением объемов метантенков пропорционально возрастают и затраты. Кроме этого, такие метантенки начиняются множеством технических устройств: высокочувствительными датчиками, перемешивающими механизмами, системами выгрузки и загрузки субстрата и т.д. Технология усложняется, возрастают финансовые затраты. Это приводит к существенным капитальным затратам на строительство биогазовых установок и, как следствие, такие проекты долго окупаются и требуют государственных дотаций.
По пути господдержки производителей биогаза пошли все ведущие страны этой отрасли, т.е. большинство европейских стран. Форма такой поддержки реализована в «зеленом» тарифе - т.е. покупке электрической и тепловой энергии по завышенным ценам. Этот важный механизм государственной поддержки и стимулировал производителей биогазовых установок.
Таким образом, существующие биогазовые технологии по переработке сельскохозяйственных отходов можно охватить следующей схемой (рисунок 11).