Биогаззаводы: техника, оборудование, результаты


В этой статье рассмотрим процесс работы биогаззаводов в Дании.

Смешивающая техника

Первоначально для смешивания использовались электрически управляемые миксеры средней скорости,. Эти миксеры оказались дорогостоящими в эксплуатации, особенно где контроль обслуживания затруднен (в закрытых резервуарах). Для ферментарного смешивания предпочтение отдается медленно двигающимся, установленным в центре миксерам с двумя пропеллерами. Обычно миксеры работают непрерывно с подводимой мощностью 3-4 W /м 3 . (Ватт/м3) Требования к обслуживанию очень ограничены, необходимо выбрать правильный уровень ферментера относительно верхнего рабочего колеса во избежание выплескивания верхнего слоя. В резервуарах хранения используется несколько типов миксеров, включая улучшенные погружающиеся модели. Мощность для миксеров часто изменяемая (высокая мощность для короткого периода времени) и средний ввод мощности обычно варьируется от 10 W /м 3 в резервуарах смешивания до 1 W /м 3 в резервуарах хранения. Доказано, что позиция и типы миксеров в комбинации с геометрией резервуаров критичны. Благоприятные гидродинамические решения, позволяющие материалу течь к миксерам, является комбинации смешивания на различных глубинах резервуаров.

Насосы

Червячные насосы используются для непрерывной подачи и извлечения биомассы (медленный поток, высокое давление ) в то время как центробежные насосы с открытыми рабочими колесами и резаками используются для перемещения биомассы между резервуарами хранения (быстрый поток, низкое давление). Например, это насосы grundfos cr 10.

Насосы подачи, обрабатывающие свежую биомассу, довольно дорогостоящие, но альтернативы пока не найдено. Низкая скорость подачи (300 оборотов в мин.) и снижение давления могут заметно снизить возникающие проблемы.

Обмен тепла (теплоты)

Большинство биогаззаводов в Дании использует обмен тепла между входящей свежей биомассой и выходящей переваренной биомассой, хотя некоторые заводы построены без учета возможности использования обмена тепла. Выбор зависит от ценности тепла и возможности его использования для других целей.

Из-за высокой вязкости навоза и других биомасс, особенно, когда они еще свежие, редко возможно получить бурный поток без понижения давления. Ламинарное (слоистое) перемещение потока дает довольно бедный коэффициент теплоотдачи. Для того, чтобы повысить теплоотдачу , используют изогнутые каналы для прохождения потока, чтобы разбивать тепловые слои следующим потоком или конструируют механизмы, чтобы разбивать поток на равномерные интервалы. Большинство проектов предусматривает теплоотдачу 300 W /м 2 / 0 С при плавной скорости примерно 1 м/с при обмене свежей массы на переваренную или удвоенной при обмене воды. Изменение, особенно для снижения давления, зависят от опыта, поскольку очень трудно предсказать вязкость биомассы.

Очистка биогаза

Сухой биогаз из навоза состоит приблизительно на 60-70 % из метана ( CH 4 ), на 30-40 % из двуокиси углерода ( CO 2 ), на 1-2 % из азота ( N 2 ), сероводорода и др. составляющих . Концентрация углеводорода типична, если перерабатывается только один навоз. Другие субстраты даже в малых количествах могут изменять уровни составляющих газа как уменьшать, так и повышать.

Сырой биогаз - влажный, который необходимо охладить и осушить перед дальнейшим использованием. Раньше предпринимались попытки осушить газ с помощью регенеративного поглотительного оборудования, разработанного для сжатого воздуха, но использование его было затруднено из-за быстрого разложения абсорбента, более предпочтительным оказалось только охлаждение боигаза и проектирование газовой системы для избегания возникающих проблем. В случае, если газ используется в котле (бойлере), и требования к выделению (содержанию) серы не очень строгие, дальнейшую очистку можно не производить. Однако в большинстве случаев в Дании биогаз используется в газовых двигателях (ТЭЦ) для генерации тепла и электроэнергии. Один из методов, уменьшающих содержание сероводорода, является добавление сортового (промышленного) железа к наполнителю ферментера(что позволяет избежать быстрой коррозии двигателя ТЭЦ и ухудшения смазочных материалов). Железистые составы связывают серу как нерастворимое составляющее в жидкой стадии, что уменьшает выделение сероводорода. Этот метод используется на многих заводах,

Очищение биогаза от примесей сероводорода необходимо, другим методом может являться биологическое окисление. При введении небольшого количества воздуха ( 2-8 % от общего объёма ) в сырьевой биогаз происходит реакции окисления:

• 2H 2 S + O 2 -> 2H 2 O + 2 S

• 2 H 2 S + 3O 2 -> 2 H 2 SO 3

Реакция может происходить спонтанно в ферментере на плавающем слое или на стенках ферментера, если воздух введен непосредственно в главное пространство резервуара. Из-за кислой природы продуктов, риска коррозии и необходимости устойчивого плавающего слоя предпочтительно проводить этот процесс в отдельном реакторе. Реактор похож на газопромыватель, состоящий из пористых пластиковых элементов, где микроорганизмы могут расти, грязеотстойника, насоса и выпускного устройства, позволяющего проводить регулярное промывание наполнителя. Грязеотстойник должен содержать жидкость с высоким содержанием щелочных материалов и питательных веществ, для которых переваренный навоз является идеальным выбором. Оптимальными условиями для очистки являются: тем-ра 35С и наполнение реактора примерно 10 м 3 в час биогаза на м 3 наполнителя реактора, сопровождаемое медленным введением воздуха и уровнем рН 6 и выше. Процесс промывания проводится равномерно, чтобы предотвратить отложения свободной серы из реактора.

Очистка влияет на формирование плавающего слоя при последующем хранении, в котором могут расти микроорганизмы и происходить окисление. Плавающий слой обычно может храниться с низким уровнем перемешивания без проблем в управляемом резервуаре как буферное хранение. Это решение эффективно, но не всегда надежно, т.к. плавающие слои могут быть неустойчивыми

Передача биогаза

Биогаззаводы обычно располагаются на некотором расстоянии от ближайшего города, в то время как его переработка в установках для получения энергии и тепла находится внутри города обеспечивая присоединение к системе тепло и электро снабжения. Поэтому биогаз транспортируется на (несколько километров). На первых заводах использовалась сухая передача под высоким давлением ( 2-4 baro ) (то же что и атм) и поглощающим сушащим оборудованием. Как упоминалось ранее, поглощающее осушение приводило к некоторым проблемам, было принято решение в пользу передачи сырого газа под низким давлением. Система предусматривает тщательно спланированную подземную линию передач с определенным количеством колодцев для сбора конденсата. Большая часть конденсата скапливается в первых нескольких колодцах в пределах 100- 500 метров от завода, оборудованных клапанами для регулярного сбора конденсата. Первые колодцы должны быть большого объёма ( 2 м 3 ) В то время как последний может иметь объём только 100 литров.

Отделение волокон

Навоз и другие типы биомассы содержат волокна от соломы и других органических структур, которые являются труднодоступными для анаэробных микроорганизмов. При переработке навоза степень вываривания этих волокон составляет 50-60 %, а 40-50% органического содержания в виде волокон остаётся в переваренной биомассе. Ранее некоторые заводы применяли сепараторы для извлечения волокон и изготовления компоста на их основе, но затем многие заводы отказались от этого из-за трудоемкости процесса, однако сейчас некоторые заводы имеют разделяющее оборудование и производят фракцию, соединяя отходы волокон с сухим веществом (45%), которая используется как дополнительное топливо для котлов, работающих на древесном топливе. Побочным эффектом является удаление фосфора, который содержится преимущественно в волокнах.

Чаще применяются сепараторы винтового типа в комбинации с предыдущим разделением для увеличения мощности.

Системы контроля запаха

Одна из выгод вываривания навоза – значительное сокращение неприятного запаха при распространении навоза в качестве удобрения на полях. Сами биогаззаводы могут повышать уровень неприятного запаха, если не принять соответствующих мер.

Первой профилактической мерой является расположение завода на некотором расстоянии от непосредственных соседей. Кроме того, все резервуары хранения должны быть закрыты. Но при обслуживании (загрузка/разгрузка и введение воздуха в резервуары, и другие секции завода) неприятный запах выделяется. Во избежание распространения его следует обрабатывать.

В качестве обработки используются биологическая чистка фильтрами или сожжение. Фильтры требуют внимательного обслуживания, т.е. чистку. Из-за оседания окиси сульфида они могут уплотняться или выходить из строя. Сожжение такого воздуха вместе с биогазом опасно, другие пути сожжения исследуются.

Процедура запуска

Запуск первых мезофилических заводов показал, что вырабатываемая биомасса имеет естественное содержание всех необходимых анаэробных микроорганизмов. Возможно запустить завод без отбора материала, хотя некоторое начальное количество отобранного материала может ускорить процедуру запуска. Часто состояние предельной нагрузки завода может быть достигнуто в течение 3 месяцев.

Для запуска термофилических заводов необходимо получить подходящий материал (отсортированный) в необходимом количестве. Как только температура достигнет необходимого уровня, можно загружать до 5% свежего материала каждый день. Свежий материал может подаваться постепенно в течение 15 дней для полного наполнения ферментера. Уровень загрузки может быть отрегулирован в соответствии с концентрацией органических кислот в ферментере, который не должен превышать 5-8 г/л в течение запуска. Время запуска зависит от необходимого количества отобранного материала. С 1/6 начального материала для заполнения время для достижения полного производства – примерно 3-5 месяцев.

Результаты производства


Тесты, проведенные на новых заводах, показывают, что потребление электроэнергии при смешивании сырья, насосной передаче, управлении и т.д.составляет 4-5 kWh на м 3 биомассы, потребление тепла 15-20 kWh на м 3 биомассы, включая потребление горячей воды и обогрев зданий. Это можно сравнить с количеством производимого биогаза 30 м 3 на м 3 биомассы, соответственно ТЭЦ выхода 200 kWh , т.е. 10-15 % энергии произведенной в производственном процессе . Эти цифры показывают уровень производства удобрения на биогаззаводах в Дании.


Если вы не нашли нужную информацию, то поищите в другой энциклопедии по этой ссылке.

Материал для реферата "Биогаззаводы: техника, оборудование, результаты" или курсовой.

Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki

Отзывы, обсуждение обзора "Биогаззаводы: техника, оборудование, результаты" здесь: