Биоэнергетические установки
Биоэнергетические установки
Разложение органического вещества - непрерывный процесс в природе. Им заканчивается цикл существования биологических существ. В процессе разложения сложные органические соединения расщепляются на элементарные, доступные к применению в дальнейшем процессе обмена вещества. В ходе упомянутого расщепления выделяется газ метан, являющийся одним из газов, создающих глобальный парниковый эффект. В управляемом процессе расщепления органических веществ можно контролировать процесс образования биологических газов и использовать их на энергетические нужды.
Получение биогазов из органических отходов и биомассы популярно во всем мире. В настоящее время в Германии работают свыше 2000 биоэнергетических станций (установок). Исследуются и внедряются новые технологии по получению и использованию биогазов. В настоящее время в четырех городах Швеции биогазы, полученные из канализационных стоков используются как топливо для двигателей городских автобусов.
В современных биоэнергетических установках переработанные органические отходы от сельскохозяйственного и промышленного производства и бытовых стоков в дальнейшем их использований меньше загрязняют воздух, воду и плодородную почву. В процессе переработки в органических отходах уничтожаются вредные вирусы и бактерии, снижается количество выделяемых запахов, и одновременно используются местные энергетические ресурсы. Предприятия сельского хозяйства и пищевой промышленности вынуждены применять технологии утилизаций отходов, выполняя все более строгие требования охраны окружающей среды
Образования биогаза - сложный процесс, в прохождений которого органические вещества подвергаются воздействию разных видов бактерий В ходе процесса сложные органические соединения расщепляются на элементарные, которые метаногенными бактериями превращаются в биогаз смесь метана, диоксид углерода и др.
Для производства биогаза используются жидкие, быстро разлагающиеся органические вещества В балансе сырья наибольшую часть составляет навоз животных (скота, свиней, птиц) В странах Европейского союза она составляет 89 % биомассы, перерабатываемой в биоэнергетических установках Это обусловлено высокой концентрацией животноводства и отходов животноводства и популярностью технологий удаления сборки и складирования жидкого навоза
В последнее время все шире применяются анаэробные процессы переработки ила, органических отходов, городских стоков канализаций и отходов пищевой промышленности (бойни, кожевенной промышленности, в производстве пищевых жиров растительного происхождения, в рыбной промышленности)
В ЕС стремятся запретить в будущем утилизацию бытовых отходов на свалках. Сырье для производства биогаза оценивается по выходу биогаза (м3) от единицы органической массы (ОМ) и единицы биомассы (БМ) В таблице приведен потенциальный выход биогаза из некоторой биомассы (сырья производства биогаза).
Выход биогаза из органических отходов
|
Сырье |
OM, % |
Выход биогаза, m3/кг OM |
Выход биогаза, m3/тоны БМ |
|
Навоз крупно рогатого скота
|
5-10 |
0,20-0,30 |
10-30 |
|
Навоз свиней
|
3-8 |
0,25-0,50 |
8-40 |
|
Птичий помет
|
7-24 |
0,35-0,60 |
25-144 |
|
Отходы бойни
|
16-20 |
0,4-0,61 |
84-366 |
|
Отходы производства растительного масла
|
40 |
1,0 |
400 |
|
Отходы производства маргарина |
90 |
0,81 |
1100 |
|
Барда |
10-21 |
0,26 |
40-80 |
|
Отходы кожевенной промышленности |
17 |
0,51 |
130 |
|
Отходы переработки плодоовощей |
2,5-5 |
0,45 |
17-34 |
|
Отходы рыбной промышленности |
7-24 |
0,36-0,45 |
17-136 |
Биореактор является главным производственным узлом биоэнергетической установки (БЭУ), в котором постоянно или периодически протекают процессы гидролизации биомассы, процессы ферментации и производства метана. Биореактор должен быть герметичным, так как анаэробные бактерии чувствительны к кислороду. Кроме того, в его объеме собираются биогазы, которые в последующем хранятся в резервуарах и используются для производства энергии. Для изготовления корпуса реактора используются специально обработанная нержавеющая сталь.
В настоящее время в Европе распространены цилиндрические реакторы. Цилиндрическая форма удобна в эксплуатации. Для подогрева перерабатываемого субстрата в реакторе или вне его оборудуется теплообменник. Процесс выработки биогаза в реакторах этого типа протекает в мезофиловой или термофиловой среде.
Основными компонентами биогаза, полученного в анаэробных биореакторах, являются метан (СН4) и двуокись углерода (СО2). Состав биогаза зависит от параметров процесса, состава и сорта биомассы.
Энергоемкость биогаза напрямую зависит от концентраций метана. При наличии метана свыше 60 % биогаз считается ценным топливом. Метан - бесцветный, нетоксичный газ, легче воздуха, не имеющий запаха. Во время сжигания метана образуются диоксид углерода и водяной пар.
Сравнение биогаза с природным газом
|
Компонент |
Единица измерения |
Природный газ |
Биогаз |
|
CH4 |
% |
85 - 95 |
55 - 80 |
|
CO2 |
% |
<1,0 |
20 - 45 |
|
N2 |
% |
4 - 12 |
- |
|
O2 |
% |
<0,5 |
- |
|
H2 |
% |
- |
<1,0 |
|
H2S |
% |
<5 |
<3 |
|
NH3 |
мг/м3 |
- |
<450 |
|
Влага |
- |
Точка росы 10° |
Насыщенный |
|
Плотность |
кг/м3 |
0,82 |
1,0 - 1,2 |
|
Калорийность |
МДж/м3 |
32 - 35 |
20 - 29 |
Биогаз может быть использован для приготовления пищи, сжигания в водогрейных котлах, двигателях внутреннего сгорания, накапливается в емкостях высокого давления или поставляется в сети природного газа.
Устройство биоэнергетической установки и ее технологическая схема зависят от разных факторов: состава и сорта биомассы, способа ее доставки, величины и типа биореакторов, параметров процесса газообразования, дальнейшего использования переработанного субстрата, количества и состава выработанного биогаза, типа и состава оборудования энергетической конверсий, потребителей выработанной энергии. Классической БЭУ оборудуется; устройства сборки, подготовки и транспортировки биомассы, биореактора, хранилища выработанного биогаза, устройства для очистки и сжигания биогаза, резервуары переработанной биомассы, сепараторы, процессоры управления технологией производства, накопители данных, сети и устройства распределения тепловой и электрической энергии.
Переработанную биомассу можно использовать для удобрения почвы, изготовления концентрированных удобрений или компоста. В последнем случае субстрат сепарируется, а шлак компостируется или гранулируется. Жидкая фракция используется для орошения полей.
В БЭУ перерабатывающих несколько сортов отходов приходится их сортировать, обезвредить и перемешать перед переработкой. На это требуется дополнительные строения, оборудование и процессоры управления. БЭУ этого типа обычно строятся для переработки большего количества отходов. В них оборудуются большие хранилища (1000-10000 м3), одиночные или групповые реакторы. Для таких БЭУ требуется дополнительный обслуживающий персонал, а для перевозок биомассы - специальная техника и система логистики.
Получение биогаза из биомассы органических отходов и массы энергетических растений является экономически привлекательной деятельностью. Выработка энергии из местных восстанавливающихся ресурсов развивает местную экономику, стимулирует новые виды деятельности, увеличивает занятость. Так, например, БЭУ мощностью 1 МВт создает 2-5 рабочих места: для транспортировки переработанной биомассы, для обслуживания БЭУ и др.
Для производства биогаза используется сырья дешевое или бесплатное. С другой стороны, переработка (утилизация) отходов оплачивается дополнительно, что иногда составляет до половины доходов БЭУ. Экономическая эффективность производства биогаза зависит от капиталовложений в строительство БЭУ и величины доходов за утилизацию отходов и реализацию продуктов производства - биогаза, метана, тепловой или электрической энергии, удобрений.
12.11.2010, 2266 просмотров.
Регистрация
Платиновые спонсоры
Золотые спонсоры
Серебряные спонсоры
При поддержке
