Альтернативное отопление — биогазовая установка


Среди альтернативных источников энергии биогаз выделяется тем, что для его производства нужны не столько природные ресурсы, сколько отходы различного вида производства. Это делает биогаз контролируемым человеком источником энергии. Ему не страшны ни безветрие, ни облачность. Объем необходимого для производства биогаза сырья всегда можно рассчитать заранее.

Биогазовая установка: принцип работы

Биогазовая станция перерабатывает органические отходы и производит биогаз и биомассу. Происходит это следующим образом. Когда сырье попадает в реактор, на него начинают воздействовать специальные виды бактерий — метанообразующие, кислотообразующие и гидролизные. Органическое сырье начинает бродить и разлагаться. В результате этих процессов выделяется биогаз. Под биогазом подразумевается смесь углекислого газа с метаном с небольшими вкраплениями азота, сероводорода, аммиака.

Принцип работы биогазовой установки

Работает биогазовый агрегат следующим образом:


  1. Накопительные емкости заполняются сырьем (это органические отходы производства, например, навоз или опилки).
  2. При необходимости сырье измельчается и перемещается в переходную емкость, где его подогревают.
  3. После этого сырьевая масса пригодна для обработки в герметичном реакторе. Там она также подогревается до 40 градусов, а также регулярно перемешивается.
  4. Далее сырьевая масса преобразуется в биоудобрение и биогаз. Время сырьевой обработки в реакторе зависит от типа сырья.
  5. Биоудобрения собираются в самом реакторе, а извлекаются только после полного завершения процесса переработки. Далее они поступают в накопительную емкость, где разделяются на твердые и жидкие. После чего их можно использовать по назначению.
  6. Биогаз под низким давлением собирается в газгольдере, затем проходит очистку, после которой либо готов к использованию, либо идет на переработку для получения тепловой либо электрической энергии.

Отопление биогазом — история

Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в теплый сезон года, возник еще у наших далеких предков — передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом свыше 3 тысячелетий назад. В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны заметили, что выделяемый на болотах газ отлично горит — они использовали его в отоплении своих хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах. Швабы считали биогаз «дыханием драконов», которые, по их мнению, жили в болотах.


Спустя века и тысячелетия, биогаз пережил второе свое открытие — в 17-18 веках сразу два европейских ученых обратили на него внимание. Известный химик своего времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный физик и химик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между количеством биомассы, в которой идут процессы разложения, и количеством выделяемого биогаза. В 1804 году английский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позже англичанин Гемфри Дэви обнаружил его в составе болотного газа.Интерес к практическому применению биогаза возник с развитием газового освещения улиц — в конце 19-го века улицы одного района английского города Эксетера освещались газом, полученным из коллектора со сточными водами.

В 20-м веке потребность в энергоносителях, вызванная Второй мировой войной, вынудила европейцев искать альтернативные источники энергии. Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Германии и Франции, частично в Восточной Европе. Однако после победы стран антигитлеровской коалиции о биогазе забыли — электроэнергия, природный газ и нефтепродукты полностью покрыли потребности производств и населения.


Сегодня отношение к альтернативным источникам энергии резко изменилось — они стали интересны, поскольку стоимость привычных энергоносителей возрастает год от года. По своей сути биогаз — реальный способ уйти от тарифов и расходов на классические энергоносители, получить свой собственный источник топлива, причем на любые цели и в достаточном количестве.

Наибольшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, объем производимого метана — около 27 млрд. м3 за год.

Биогаз — что это

Это газовая смесь, состоящая в основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Биогаз производят команда из трех видов бактерий, питающихся биомассой — гидролизные бактерии, производящие пищу для кислотообразующих бактерий, которые в свою очередь снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз.

Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и называется анаэробной. Другой продукт такой ферментации, называемый компостным перегноем, хорошо известен сельским жителям, применяющим его для удобрения полей и огородов, а вот производимые в компостных кучах биогаз и тепловая энергия обычно не используются — и напрасно!

От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана


Прежде всего — от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью. По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативной топливо, потребует теплоизоляцию биореактора и введение теплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды — до 90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в ее составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков. Биогаз можно получить из практически любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т.д.

Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8-8,0 — большая кислотность замедлит формирование биогаза, т.к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.

Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 — в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.


Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32-35 °С, при более низких и более высоких значениях температуры в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает. Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, эффективны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, работающие в режиме от +54 до +56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.

Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе. Ее минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большим сроком полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т.к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.

Подъем и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдет за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны. Отрицательные характеристики: смена температурного режима на 2 градуса за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие — значительные затраты энергоносителей.


Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо ее устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.В биореакторах непрерывного цикла работы наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию и загрузке объема новой органики в количестве, равном выгружаемому объему. В биореакторы небольшого объема из тех, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки требуется извлечь и ввести органики в объеме, примерно равном 5% от внутреннего объема камеры ферментации.

Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):

  1.  навоз конский дает 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57% ;
  2. навоз КРС (крупного рогатого скота) дает 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
  3. свежий навоз КРС дает 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
  4. куриный помет — 0,5 м3, содержание метана в нем составит 60%;
  5. свиной навоз — 0,57 м3, доля метана составит 70%;
  6. овечий навоз — 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
  7. солома пшеницы — 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
  8. солома кукурузы — 0,45 м3, содержание метана 58%;
  9. трава — 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
  10. древесная листва — 0,27 м3, доля метана 58%;
  11. жир — 1,3 м3, содержание метана 88%.

Биогазовые установки

Эти устройства состоят из следующих основных элементов — реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.

По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:

  • без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
  • без обогрева, но с промешиванием органической массы;
  • с обогревом и промешиванием;
  • с обогревом, с промешиванием и с приборам, позволяющими контролировать и управлять процесс ферментации.

Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объем биореактора 1-10 м3 (переработка 50-200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится — сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам. Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5-20 °С.

Удаление ферментированной (сброженной) органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в емкость, объем которой должен быть равным или больше внутреннего объема биореактора. Содержимое емкости храниться в ней до введения в удобряемую почву. Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, ее производительность несколько выше биогазовых установок первого типа — в ее оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.


Третий тип биогазовых установок оснащен помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котел при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.

Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котел, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трех температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.


/>Масштабирование малых биогазовых установок
Примерные цены
Условия, необходимые для функционирования малой биогазовой установки
Как заказать малую биогазовую установку
Коммерческие предложения и виды сотрудничества

Мы проанализировали все конструкции биогазовых установок, которые применяются в мире. После этого мы разработали основные принципы, по которым можно создавать биогазовые установки для небольших хозяйств небогатых стран, таких, как страны СНГ. Конструкция наших установок базируется на максимальном использовании стандартных деталей и узлов, производящихся практически в любой стране мира. Мы выбрали для нашей конструкции детали из современных синтетических материалов, которые обеспечивают химическую стойкость, малый вес, хорошую термоизоляцию. По размеру реакторов установок нашей конструкции, они относятся к малым установкам. Но благодаря возможности простого масштабирования, на базе нашей конструкции можно собирать даже средние установки, причем наращивать объемы и мощности постепенно, по мере накопления средств.


Альтернативное отопление — биогазовая установка

Комплектность наших малых биогазовых установок

Подготовительная емкость (опционально) с встроенным миксером (опционально).

Она предназначена для приготовления субстрата для загрузки в реактор биогазовой установки. От качества приготовления субстрата зависит не только эффективность но и вообще возможность работы биогазовой установки. Однако, поскольку речь идет об установках небольших размеров, то с целью уменьшения стоимости Вы можете отказаться от подготовительной емкости и использовать для приготовления субстрата любую, имеющуюся у Вас, емкость подходящего размера, где Вы будете размешивать сырье с теплой водой. Затем Вы можете осуществить заправку установки ведрами, поднимаясь по стремянке.

Простой вариант подготовительной емкости, который мы предлагаем, располагается выше реактора. Сама емкость представляет собой полимерный бочонок, не поддающийся коррозии. Субстрат подготавливается в ней, а затем самотеком заливается в реактор. Навоз или измельченные органические отходы доставляются к емкости подготовки по пандусу, вода подается через шланг.
Перед закладкой сырья в подготовительную емкость оно обязательно фильтруется для удаления камней, стекла и любых других крупных фрагментов, которые могут засорить стоки.
Самый автоматизированный и дорогой вариант — это подготовительная емкость с встроенным миксером для приготовления субстрата и встроенным насосом подачи субстрата в реактор.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

Насос для загрузки реактора (опционально).

Он предназначен для автоматизированной (по расписанию) загрузки порций сырья в реактор. Экономически оправдан только для установок с объемом реактора от 15 куб.м и выше.
Для закачки сырья в реактор применяется погружной фекальный насос, желательно с режущими ножами. Он сам по себе стоит немалых денег. Кроме того, его применение накладывает условия по утеплению и обогреву самой подготовительной емкости. Поэтому рещение о его применении принимается в каждом случае индивидуально.

Платформа для размещения подготовительной емкости (опционально).

Она нужна для заправки реактора самотеком. Ее можем изготовить для Вас мы, ее Вы можете изготовить самостоятельно, или использовать уже имеющиеся у Вас строения или возвышения для размещения подготовительной емкости. Сырье Вы заносите на платформу вручную, а воду либо подаете по шлангу, либо тоже заносите вручную.

Альтернативное отопление — биогазовая установка

Утепленный реактор из полимеров (один или более).

В качестве реактора (метантенка) используется промышленно выпускаемая полиэтиленовая бочка соответствующих размеров. Она покрывается специальным многослойным покрытием, защищающим от всех 3 типов теплопотерь. Реактор оборудован системой заливки и системой слива, работающих одновременно по принципу сообщающихся сосудов, а также аварийным сливом. Постоянную температуру субстрата 37-380C в реакторе обеспечивают электрическая или водяная системы обогрева, управляемые блоком автоматики. Периодическое перемешивание субстрата в реакторе обеспечивает миксер, управляемый блоком автоматики.

В реакторе имеется люк, через который производится монтаж оборудования, а также выполняется капитальный ремонт.

В идеале реактор должен представлять собой термос, то есть иметь внешнюю и внутреннюю стенку и вакуум между ними. В реальных условиях сделать такой реактор невозможно, но система утепления реактора должна строиться по подобному принципу.

Реактор должен устанавливаться на достаточно твердую, но с хорошей термоизоляцией, подставку. Простейшим материалом для такой подставки является древесина.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

Верхняя часть реактора автоматически утеплена слоем газа, который находится в ней. Тем не менее, верх реактора необходимо утеплить точно так же, как и стенки, поскольку основные теплопотери идут в верхнем направлении.

Таким образом, мы получаем, что утепление реактора должно представлять собой воздушный слой или слой из пористого материала и внешнюю стенку, отражающую тепло внутрь и обеспечивающую герметичность воздушного слоя.

Базовым типом обогрева реактора является электрический, осуществляемый при помощи ТЭНов или термоленты. Для обогрева одного куб. м объема реактора нужен обогреватель мощностью до 0,6 кВт. При такой мощности обогреватели находятся во включенном состоянии примерно четверть всего времени. Исходя из этого, Вы можете посчитать затраты электроэнергии. Летом нагреватели почти не включаются.

При применении водяной системы обогрева реактора вода в системе отопления нагревается обычным отопительным газовым котлом, работающим на вырабатываемом самой установкой биогазе. Понятно, что это значительно удорожает установку. Также это не освобождает от необходимости иметь электрическую систему обогрева, которая в таком случае служит для начального запуска реактора.

Электрическая система обогрева реактора.

Она представляет собой ТЭНы, вмонтированные в нижней части боковых стенок реактора. Особый способ монтажа, хорошая теплопроводность субстрата и постоянный контроль температуры автоматикой исключают возможность расплавления ТЭНами полимерных стенок реактора. Такой способ монтажа электрической системы подогрева является самым дешевым и обеспечивает самый высокий КПД. Для обеспечения равномерности нагрева субстрата ТЭНы включаются синхронно с устройством перемешивания.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

Водяная система отопления реактора (опционально).

В случае газовой системы отопления трубы от газового котла входят в реактор. Внутри реактора смонтированы нагревательные элементы (спираль из трубы вдоль вертикальных стенок реактора), по которым протекает горячая вода из газового котла. Применяются полипропиленовые или металлопластиковые трубы. Несмотря не несколько худшие показатели теплоотдачи, чем у металлических труб, полимерные трубы нормально справляются со своей задачей и абсолютно не подвержены коррозии.

Альтернативное отопление — биогазовая установка

Система перемешивания субстрата в реакторе.

Система перемешивания представляет собой электродвигатель, предназначенный для работы в химически активных жидкостях, и пропеллер с необходимым диаметром и шагом. Эта система устанавливается внутри реактора таким образом, чтобы обеспечить движение всей массы сырья, находящегося в реакторе.

Внутреннее расположение двигателя в реакторе облегчает задачу регулировки направления струи перемешивания оптимальным образом, чтобы струя закручивалась по восходящей спирали вдоль вертикальных стенок реактора.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

Блок автоматики.

Идеальный вариант блока автоматики — это компьютер с платами ввода аналоговой информации и вывода управляющих сигналов. Это решение самое гибкое, но и самое дорогое, учитывая цены на платы, датчики, исполнительные устройства и программное обеспечение промышленной автоматики.

Для малых и средних установок мы применяем набор стандартных недорогих контроллеров: таймер, термоконтроллер и т.п. В результате блок автоматики получается недорогим и простым в управлении, что важно для неквалифицированного обслуживающего персонала.

Блок автоматики выполнен из современных промышленных контроллеров управления техпроцессами. Он обеспечивает возможность перепрограммирования техпроцесса для подбора самых оптимальных параметров анаэробного брожения.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

Газовая система трубопроводов с обратным клапаном.

Газовая система — это не только выходящая из реактора газовая труба. Поток газа проходит через охладитель для конденсации и удаления влаги, тройник с выходом на газгольдер, манометр, обратный клапан, счетчик газа. В зависимости от типа сырья и способов применения газа может быть добавлен еще фильтр сероводорода.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

Газгольдер — регулятор выходного давления биогаза.

На фотографиях представлены варианты «мокрого» и «сухого» газгольдеров. «Мокрый» газгольдер — это колокол калиброванного веса, плавающий в воде. «Сухой» газгольдер — это эластичная емкость, накрытая сверху калиброванным грузом.

«Мокрый» газгольдер получается дороже в изготовлении и сложнее в эксплуатации, чем «сухой». Жидкость в «мокром» газгольдере не должна замерзать на морозе. Колокол должен скользить по направляющим во избежание перекоса и заклинивания.

Альтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установкаАльтернативное отопление — биогазовая установка

«Сухой» газгольдер дешевле и проще в изготовлении. Эластичная, но нерастяжимая емкость сухого газгольдера — легко заменяемый в случае износа недорогой узел.

Газгольдер выполнен по принципу кузнечных мехов. Основная его функция — обеспечение стабильного заданного выходного давления биогаза, а также буферизация небольших нестабильностей в выработке и потреблении биогаза.

Газовый котел отопительный с автоматикой и насосом принудительной циркуляции (опционально).

Биогазовые увстановки с объемом реактора от 8 куб.м и более целесообразно подогревать собственным биогазом. Для этого применяется обычный бытовой газовый котел с автоматикой и принудительной циркуляцией. Сейчас некоторые украинские заводы производят современные газовые отопительные котлы с европейской автоматикой, но по очень конкурентоспособным ценам. Но даже в таком случае экономически выгодно применять котел одновременно не только для подогрева реактора, но и для параллельного обогрева помещений.

В случае применения газового котла автоматика биогазовой установки управляет не включением/выключением ТЭНов, а включением/выключением циркуляционного насоса, либо электромагнитного клапана, перекрывающего поток теплоносителя в цепи обогрева реактора.

Функциональное назначение наших малых биогазовых установок

  1. Производство жидких биоудобрений в суточных объемах примерно равных суточным объемам загрузки подготовленного сырья.
  2. Производство биогаза (65-75% метана).

Основным продуктом малой биогазовой установки по своей ценности является биоудобрение. Оно является основой для ведения «экологического» земледелия. Продукция, выращенная только с использованием биоудобрений, является экологически чистой и имеет рыночную стоимость существенно выше продукции, выращенной с использованием различных искусственных химических удобрений и пестицидов. Урожайность выращиваемых культур с применением биоудобрений выше на 20-200%, чем без них, и на 5-20% выше, чем с использованием минеральных удобрений.

Побочным продуктом малой биогазовой установки является биогаз. В связи с меньшим содержанием метана, чем в природном газе, биогаз имеет пропорционально меньшую теплотворную способность. Поскольку в малых биогазовых установках в сутки вырабатывается достаточно мало биогаза, то реальных способов его применения немного. Это обогрев помещений или теплиц и приготовление пищи. Обычные бытовые газовые приборы без существенных переделок нормально функционируют на биогазе. Может потребоваться изменение диаметра форсунок в некоторых газовых горелках, где производится смешивание газа и воздуха перед сгоранием. Поскольку в биогазе метана меньше, чем в природном газе, то форсунки меняются так, чтобы пропорционально уменьшить количество подмешиваемого воздуха, либо увеличить количество подмешиваемого биогаза.

Типы исходного сырья для наших малых биогазовых установок

  1. Навоз КРС, свиней, овец, лошадей и других животных.
  2. Птичий помет (с ограничениями).
  3. Стоки туалета (с ограничениями).
  4. Пищевые отходы кухни (с ограничениями).
  5. Растительная масса (с ограничениями).
  6. Отходы бойни (кроме костей).

Основным ограничением для всех типов сырья является размер фрагментов сырья. Они не должны превышать в линейных размерах 1-2 см. При более крупных размерах будет происходить засорение трубопроводов и заклинивание миксера перемешивания. Поэтому все отходы должны быть измельчены перед загрузкой в биогазовую установку.

Высокопитательные отходы, такие как птичий помет, зеленая растительная масса (клевер, силос) должны загружаться в смеси с навозом КРС. Применения таких типов сырья в чистом виде требует другого техпроцесса и другой конструкции биогазовой установки.


Использованные источники

  1. altenergiya.ru/bio/biogazovaja-ustanovka.html
  2. konin-ss.livejournal.com/94623.html
  3. mainstro.ru/alternativnoe-otoplenie-biogazovaya-ustanovka/
  4. teplo-faq.net/katalog/88-biogaz/6388-texnologiya-izgotovleniya-malyx-biogazovyx-ustanovok

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.