Главная страница
Сведения об авторах

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ В СИСТЕМАХ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ

Ратушняк Г. С., Джеджула В. В., Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна

Зростання вартості та вичерпаність запасів природного газу спонукає до активного пошуку альтернативи цьому поширеному виду палива. Вирішення даної проблеми можливе шляхом переходу підсобних господарств селян та малих фермерських об'єднань до використання біогазу як палива. Одночасно з отриманням палива розв'язується і задача утилізації органічних відходів господарства. Виробництво біогазу потребує великої кількості енергії на нагрів субстрату до необхідної температури та компенсацію теплових втрат біореактора. Для зменшення енерговитрат рекомендується:
— підвищити температуру навколишнього середовища за рахунок укопування реакторів у землю;
— збільшити термічний опір стінок реактора шляхом використання теплоізоляції;
— зменшити площу контакту реактора і навколишнього повітря за рахунок особливої форми реактора.
За розрахунками, основні втрати тепла для реакторів циліндричної форми з бетону і утеплювачем складають від 10 до 20% тепла, що витрачається на нагрівання суміші.
Відпрацьований шлам має високий запас теплової енергії, яка зазвичай розсіюється в атмосфері. В літній період різниця температур між органічною масою, що поступає в реактор, і тією, що покидає його, сягає 20 °С, у зимовий ця різниця досить значна і може становити 40—50 °С. Для максимально повної утилізації тепла рекомендуємо використовувати тепловий насос, який дозволить знизити витрати тепла на нагрівання вхідної сировини в декілька раз.
Сучасна біогазова установка — це комплекс пристроїв, пов'язаних між собою гідравлічними, механічними, електричними, інформаційними зв'язками. В часи високих технологій виробництво біогазу повинно бути максимально комп'ютеризованим та автоматизованим, не відбирати у оператора багато часу та зусиль, мати максимальний коефіцієнт корисної дії. Досягти високої продуктивності біогазових установок можливо при комплексному поєднанні всіх інноваційних рішень. Пропонується принципова технологічна схема по виробництву біогазу (рисунок).

Технологічна схема по виробництву біогазу з енергозбереженням:
1 — реактор установки з конусами на верх і на низ; 2 — верхній конус установки для збирання біогазу; 3 — нагрівальний елемент трубчастого типу; 4 — нижній конус для збирання шламу; 5 — пристрій для видалення сірководню; 6 — пристрій для видалення вуглекислого газу; 7 — газгольдер; 8 — трубопровід, що транспортує газ на потреби господарства; 9 — трубопровід, що транспортує газ на потреби біогазової установки; 10 — сервопривід з триходовим клапаном; 11 — трубопровід, що транспортує рідку фазу шламу на полив; 12 — розділювач фаз відпрацьованого субстрату; 13 — тепловий насос для рекуперації тепла відпрацьованого шламу; 14 — фекальний насос для подачі і видалення субстрату; 15 — резервуар — збирач органічних відходів; 16 — циркуляційний насос системи теплопостачання біогазової установки; 17 — поле висушування густої частини шламу; 18 — конденсатор теплового насосу; 19 — випарник теплового насосу; 20 — компресор з терморегуляційним вентилем теплового насосу

Біогазова установка працює таким чином. У міру накопичення в резервуарі 15 органічні відходи фекальним насосом 14 відкачуються в трубопровід і подаються у верхню частину реактора 1. У реакторі 1 суміш перемішується і зволожується до необхідної концентрації сухої речовини. В процесі транспортування відпрацьований субстрат і свіжа органічна маса обмінюються теплом за допомогою теплового насоса 13; таким чином відпрацьований шлам втрачає тепло, а свіжа маса нагрівається. Підігрівання субстрату здійснює теплообмінник 3, що знаходиться в реакторі 1, а регулювання потужності теплообмінника виконується за допомогою змішувальної установки, в яку входить триходовий клапан із сервоприводом 10 та циркуляційний насос 16. Температура газу та його тиск контролюються термометром і манометром, що розміщені в покрівлі реактора. У міру накопичення газ випускають у пристрої для видалення сірководню 5, видалення вуглекислого газу 6 та збирають у газгольдері 7. З газгольдера 7 газ направляють по трубопроводах 9 на потреби самої установки, а 8 — на потреби господарства.
Рекомендований температурний режим системи теплопостачання — 60 °С / 40 °С, тобто температура гріючої води максимально можлива — 60 °С, зворотної — 40 °С. Теплопостачання може бути здійснено від газового котла, що працює на природному газі чи виробленому біогазі, який пройшов попереднє очищення від шкідливих домішок. Рекомендована схема обв'язки показана на рисунку. Ця схема виконана двокільцевою: котел — теплообмінник (велике кільце); триходовий клапан — насос — теплообмінник (мале кільце).
Схема обв'язки виконана з байпасною лінією і двома контурами циркуляції — малим і великим. У разі, коли температура нагрівника і середовища стає більшою за необхідне, триходовий клапан дозволяє підмішувати зворотну воду у подачу. Коли температура поверхні нагрівника і субстрату починає падати — клапан працює на прямоток. Для спуску води за потреби відключення системи послуговують спусковики. Для запобігання утворенню повітряних пробок встановлено автоматичний повітроспусковик. У разі поломки котла для запобігання замерзанню теплоносія у контурі циркуляції і зупинці реактора триходовий клапан працює у режимі малого контуру циркуляції теплоносія, підтримуючи температуру вище замерзання. Відстеження аварійних ситуацій з котлом відбувається за допомогою датчика, що встановлено на поверхні теплообмінника 3 в біореакторі. Коли температура на ньому знижується до 10—15 °С, подається сигнал на закривання сервоприводом 10 клапана.
Для циркуляції теплоносія та субстрату рекомендуються сучасні насоси фірм WILO та GRUNDFOS, енергоспоживання яких мінімальне і не перевищує сотень ват.
Таким чином, комплексне поєднання ефективної ізоляції та оптимальної форми реактора, теплового насоса і якісного регулювання теплопостачання на базі енергоощадних насосів дозволить підвищити коефіцієнт корисної дії установки по виробництву біогазу.

ENERGY-SAVING OPTIONS FOR BIOGAS GENERATION SYSTEMS

Ratushnyak G. S., Djedjula V. V., Vinnitsa National Technical University, Vinnitsa, Ukraine

The paper describes the technological cycle of biogas generation and recommends a suite of energy-saving measures. In order to maximize the system efficiency, it is recommended to use a number of special arrangements, including heater manifold, reactor alignment, thermal pump and modern insulation materials.

Главная страница

Сведения об авторах

Ратушняк Георгій Сергійович, канд. техн. наук, проф., зав. кафедрою теплогазопостачання, Інститут будівництва, теплоенергетики та газопостачання Вінницького національного технічного університету, вул. Воїнів-інтернаціоналістів, 7, Вінниця, 21021, Україна. Тел. (0432) 46-52-04. E-mail
Джеджула В'ячеслав Васильович, аспірант, кафедра теплогазопостачання, Інститут будівництва, теплоенергетики та газопостачання Вінницького національного технічного університету, вул. Воїнів-інтернаціоналістів, 7, Вінниця, 21021, Україна. Тел. (0432) 50-91-07. E-mail

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 10.07.07