Ядерная физика
Электротехника
АЭС России
Курсовые по энергетике
Ядерные реакторы
РБМК
ВВЭР
БН
Атомные батареи
Термоядерный реактор
Ядерное оружие
Экология
Ядерные двигатели
Тепловая энергетика
Системы контроля
Карта

Биогаз

В нетрадиционной энергетике особое место занимает переработка биомассы (органических сельскохозяйственных и бытовых отходов) метановым брожением с получением биогаза, содержащего около 70% метана, и обеззараженных органических удобрений. Чрезвычайно важна утилизация биомассы в сельском хозяйстве, где на различные технологические нужды расходуется большое количество топлива и непрерывно растет потребность в высококачественных удобрениях. Всего в мире в настоящее время используется или разрабатывается около 60-ти разновидностей биогазовых технологий.

Биогаз — это смесь метана и углекислого газа, образующаяся в процессе анаэробного сбраживания в специальных реакторах — метантэнках, устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана. Энергия, получаемая при сжигании биогаза, может достигать от 60 до 90% той, которой обладает исходный материал. Другое, и очень важное, достоинство процесса переработки биомассы состоит в том, что в его отходах содержится значительно меньше болезнетворных микроорганизмов, чем в исходном материале.

Получение биогаза экономически оправдано и является предпочтительным при переработке постоянного потока отходов (стоки животноводческих ферм, скотобоен, растительных отходов и т.д.). Экономичность заключается в том, что нет нужды в предварительном сборе отходов, в организации и управлении их подачей; при этом известно, сколько и когда будет получено отходов.

Получение биогаза, возможное в установках самых разных масштабов, особенно эффективно на агропромышленных комплексах, где существует возможность полного экологического цикла. Биогаз используют для освещения, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов.

Подсчитано, что годовая потребность в биогазе для обогрева жилого дома составляет около 45 м3 на 1 м 2 жилой площади, суточное потребление при подогреве воды для 100 голов крупного рогатого скота — 5-6 м3. Потребление биогаза при сушке сена (1 т) влажностью 40% равно 100 м3, 1 т зерна — 15 м3, для получения 1 кВт·ч электроэнергии — 0,7-0,8 м3.

Следует отметить, что смесь биогаза и природного газа в соотношении 1:10 является по своим характеристикам полностью взаимозаменяемой с природным газом.

Биогаз и когенерационные установки.

Биогаз в качестве топлива для когенерационных установок.

Когенерационные установки представляют собой оборудование для комбинированного производства тепла и электроэнергии. B установках малой мощности применяются преимущественно поршневые двигатели внутреннего сгорания, приспособленные для сжигания газового топлива. Главным топливом бывает природный газ, но все чаще применяются и альтернативные виды топлива, прежде всего различные виды биогаза. Биогаз можно получать с помощью биогазовых станций, сооруженных около водоочистительных станций, свалок коммунальных отходов или земледельческих организаций, специализирующихся в животноводческом производстве.

Экономические преимущества при применении когенерационных установок на биогазовых станциях.

Наряду с производством тепла при сжигании биогаза, например, в котлах, когенерация предлагает и возможность производства электрической энергии, которая может быть использована для собственных нужд объекта или может продаваться в общую распределительную сеть. Производство электроэнергии для собственных нужд в этом случае приходится значительно дешевле по сравнению с покупкой ее из сети, а в случае ее продажи можно воспользоваться выгодными тарифами для электроэнергии, произведенной из обновительных источников энергии. Поскольку биогаз является сопроводительным продуктом при переработке органических отходов, затраты по эксплуатации установки будут связаны только с отчислениями на оборудование и на сервисное обслуживание. Доходы будут составлять как сэкономленные средства за тепло и электроэнергию, так и средства за продажу электричества в сеть.

Предположения для использования биогаза в качестве горючего когенерационных установок.

Для того, чтобы когенерационная установка могла работать на биогазе с ожидаемым экономическим эффектом, нужно уточнить следующее:

Каковы свойства биогаза?

Свойства биогаза являются решающим фактором для его применения с точки зрения вредных веществ и энергетического содержания (теплотворности). Важной считается следующая информация:

содержание метана (лучше полный состав газа);

постоянство качества газа;

содержание вредных веществ.

Какой объем газа и способ его улавливания в газгольдер?

Объем улавливаемого газа влияет на выбор типа когенерационной установки.

Доступность газопровода?

Если есть возможность подсоединения к газопроводу, можно использовать двухтопливную когенерационную установку для комбинированного использования как природного газа, так и биогаза (переключение топлива). Это выгодно при нерегулярном объеме подаваемого биогаза. При низком качестве биогаза можно его обогатить смешиванием с природным газом.

Какие требования предоставляются к способу работы когенерационной установки?

Будет она работать параллельно с сетью или будет целесообразно использовать ее и в качестве аварийного источника электроэнергии, или эксплуатировать ее в автономном режиме?

Какой действительный расход энергии объекта и ее цена?

Эти данные важно знать для выбора подходящего типа когенерационной установки и способа ее эксплуатации.

Требования к свойствам биогаза.

Свойства биогаза являются одним из главных параметров, которые влияют на пригодность его использования в качестве топлива для двигателя когенерационной установки. Некоторые свойства могут значительно повысить цену целого проекта, или сделать его невозможным. К оценке биогаза поэтому следует приступать с полной ответственностью. При его оценке следует знать следующие свойства:

Содержание метана CH4:

— нормальное содержание 55-65%. Минимальной считается 50-процентная концентрация.

Давление биогаза:

— давление газа при сжигании в когенерационной установке находится в пределах от 1,5 до 10 кПа.

Постоянство качества газа (константный состав и давление биогаза):

— оказывает влияние на стабильность работы и количество выпускаемых эмиссий.

Содержание вредных веществ (прежде всего соединения серы, флора и хлора):

— эти соединения могут вызвать коррозию компонентов всасывающего тракта и внутренних частей двигателя, соприкасающихся со смазочным маслом. При более высоком содержании серы является целесообразным устанавливать сероочиститель.

Использование отходов сельскохозяйственного производства.

Обострение экологических проблем, истощение запасов невозобновляемых энергоресурсов, рост цен на них, обусловили интерес к разработке и использованию технологии биоконверсии органических отходов для получения энергии.

Известно, что животные плохо усваивают энергию растительных кормов и более половины ее уходит в навоз, который является ценным органическим удобрением и может быть при этом использован в качестве возобновляемого источника энергии. Концентрация животных на крупных фермах и комплексах обусловили увеличение объемов навоза и навозных стоков, которые должны утилизироваться, не загрязняя окружающую среду.

Одним из путей рациональной утилизации навоза и навозных стоков является их анаэробное сбраживание, которое обеспечивает обезвреживание навоза и сохранение его как удобрения при одновременном получении биогаза.

При анаэробном сбраживании навоза получается 2 вида полезных продуктов — биогаз и удобрения. Их свойства представлены в табл. 10 и 12.

Таблица 10 

Показатель

СН4

Компонеты CO2

Н2

H2S

Смесь 60% СН4 + 40% COz

Объемная доля, %

55-70

27-44

1

3

100

Объемная теплотасгорания, МДж/м3

35,8

10,8

22,8

21,5

Температура воспламенения, °С

650-750

585

650-750

Плотность:

нормальная, г/л

0,72

1,98

0,09

1,54

1,20

критическая, г/л

102

408

31

349

320

Выход биогаза зависит как от исходного сырья (табл. 11) так и от технологии переработки.

Таблица 11: влияние вида исходного сырья на выход биогаза

Исходное сырье

Выход биогаза из 1 кг сухого вещества, л/кг.

Содержание метана в газе, %

Трава

630

70

Древесная листва

220

59

Сосновая игла

370

69

Ботва картофельная

420

60

Стебли кукурузы

420

53

Мякина

615

62

Солома пшеничная

340

58

Солома льняная

360

59

Шелуха подсолнечника

300

60

Навоз КРС

200..300

60

Конский навоз с соломой

250

56..60

Домашние отходы и мусор

600

50

Фекальные осадки

250..310

60

Твердый осадок сточных вод

570

70

Таблица 12: химический состав навоза в зависимости

от длительности сбраживания (% на сырое вещество).

Продолжительность сбраживания, сутки

Азот общий, N

Азот аммонийный, N-NH4

Р205

K2O

С : Nобщ

0 (контроль)

0,32

0,13

0,11

0,24

12,2

5

0,31

0,13

0,11

0,24

11,9

10

0,31

0,16

0,11

0,24

10,5

15

0,31

0,16

0,11

0,24

9,6

Метановое сбраживание навоза обеспечивает его дезодорацию, дегельминтизацию, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями минеральную форму. При этом питательные (для растений) вещества — азот, фосфор и калий — практически не теряются.

Из данных табл. 12 о химическом составе сброженного навоза, полученных на биогазовой установке ВИЭСХ, следует, что при анаэробной обработке навоза фосфор и калий практически полностью сохраняются в сброженной массе. Потери азота, которые при других методах обработки навоза составляют до 30%, в процессе метаногенеза не превышают 5%. При этом значительная часть азота, присутствующего в свежем навозе в форме органических соединений, в сброженном — содержится в аммиачной форме, которая быстро усваивается растениями.


На главную