Энергетика. Газообразное топливо

Биогаз

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

3. Технологические схемы биогазовых установок

3.2.  Компоненты установки

3.2.1.  Биореактор

Если, исходя из характера процесса брожения и его технологии, к реакторам предъявляют в основном требования:

—        абсолютной герметичности стенок, препятствующей газообмену;

—        непроницаемости для жидкостей;

—        сохранения прочности в статическом состоянии при воздействии собственной силы тяжести и массы загружаемого субстрата;

—        совершенной теплоизоляции;

—        коррозионной стойкости;

—        надежности загрузки и опорожнения;

—        доступности внутреннего пространства для обслуживания,

то для выбора формы, размеров и конструкции реактора   решающую   роль   играют   такие   факторы,   как:

—        массовый расход субстрата при заполнении;

—        заданный выход газа или степень сбраживания субстрата как функция от концентрации сухих веществ, загрузки рабочего пространства, времени цикла сбраживания и интенсивности перемешивания;

—        применяемая система производства;

—        уровень механизации.

Эти факторы определяются условиями производства и целями технологического процесса.

Форма реактора и применяемые строительные материалы

С точки зрения статической прочности, создания условий для перемещения жидкого субстрата (затрат энергии на перемешивание), отвода осадков и разрушения плавающей корки предпочтительным представляется использование яйцеобразного резервуара.

Однако в крупных установках его делают только из бетона. Поэтому высокая стоимость изготовления таких резервуаров существенно ограничивает их применение.

В то же время для меньших объемов (около 30 м3) можно изготовлять реакторы такой формы из полиэфирной смолы, армированной стекловолокном (стеклопластика). Весьма возможно, что в будущем резервуары такого типа найдут широкое применение в сельскохозяйственных биогазовых установках.

Цилиндрический резервуар с конусной верхней или нижней частью, как и яйцеобразный, обладает тем преимуществом, что для него характерны не-

чаемых к применению в сельском хозяйстве реакторов

меньшей вместимости предпочтительнее с точки зрения

затрат стальные конструкции. При изготовлении   их   из

стеклопластика  можно достигнуть лучших  результатов

в отношении условий перемещения субстрата.

Цилиндрический  резервуар по сравне-

нию с резервуарами обеих описанных выше форм соз- ,

дает худшие условия для перемещения субстрата, а так-

же  из-за   большой   поверхности   контакта сред требует

более высоких затрат на удаление осадка и разрушение

плавающей корки, что связано с увеличением расхода

энергии на перемешивание. К его преимуществам можно

отнести относительно простую технологию изготовления,

которая опирается на обширный опыт строительства ем-

костей для сельскохозяйственных целей (стальные, бе-

тонные, стеклопластиковые силосы для консервирования

кормов, зерно- и навозохранилища).

Если цилиндрический резервуар разделить попереч--

ной перегородкой на две камеры, то по сравнению с за-

тратами, необходимыми для изготовления двух отдель-

ных резервуаров  (система с попеременным использова-

нием реакторов —    или проточная система — получим экономию.

При такой компоновке не только отпадает необходи

мость в теплоизоляции наружных стенок резервуара, но

и улучшается теплопередача  между обеими  камерами

через   перегородку,   выполненную   из   теплопроводного

материала. Встраивание в эту перегородку нагреватель-

ного устройства дает дополнительные конструктивные и

энергетические преимущества

В простых, большей частью небольших установках»

возводимых собственными силами, можно делать бро-

дильную  камеру  кубической   формы   (в  виде  бассейна

или ямы с крышкой)

 Такой реактор можно тоже разделить на две части: главную бродильную камеру и камеру для окончательного этапа сбраживания и осаждения шлама. Установки этого типа не позволяют получить высокую степень разложения субстрата, так как в них не обеспечивается ни равномерное перемешивание массы, ни управление загрузкой рабочего объема камеры и временем пребывания массы в реакторе, что необходимо для получения максимального выхода газа. Разрушение плавающей корки и осадка связано с большими затратами. В горизонтальном резервуаре субстрат перемещается в продольном направлении, причем для небольших установок можно применять цилиндрические реакторы, сделанные из стали или стеклопластика. Наклонное расположение продольной оси резервуара облегчает стеканне шлама по направлению к выгрузному отверстию. Такая конструкция удобна для размещения простейшего перемешивающего механизма. Бродильная камера в виде вырытой в грунте траншеи позволяет обрабатывать большие количества субстрата. В качестве строительного материала используют, как правило, бетон. В настоящее время принцип сбраживания в траншее с наклонным дном и плавающей крышкой получил дальнейшее развитие в США

Из соображений экономии затрат и создания лучших условий  для   разрушения   плавающей   корки   реакторы более крупных проточных установок оснащаются большей     частью     жесткими крышками, т. е. не имеют подвижного газового колпака (газосборника). Более целесообразно регулировать объем пространства для накопления газа в соответствии с его выходом и необходимым давлением в более дешевом специальном газгольдере.

При эксплуатации установок с попеременным использованием реакторов с жестким газосборником, а также аналогичных установок с газгольдерами следует предусмотреть, чтобы освобождающийся при опорожнении реактора объем был обязательно заполнен газом, поступающим в обратном направлении из газгольдера. Такая схема требует соответственно увеличения вместимости газгольдера. В обеих технологических схемах нужно в каждом отдельном случае решать вопрос о рациональности выбора жесткой или плавающей конструкции газосборника с учетом размеров установки, условий ее эксплуатации и затрат на изготовление.

Особое положение занимают эластичные реакторы, используемые в странах Восточной Азии. Они состоят из плотной прорезиненной или пластмассовой оболочки, усиленной тканевыми прослойками и имеющей форму пузыря, которая для восприятия статических нагрузок либо заглублена  в  полусферическую  выемку  в  грунте