WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаОрганізація виробництва, Трудове право України, Cоцзахист → Світові тенденції розвитку біогазових установок - Реферат

Світові тенденції розвитку біогазових установок - Реферат

Реферат на тему:

Світові тенденції розвитку біогазових установок

Більшість сучасних екологічних проблем виникає через локальне нагромадження органічних відходів, кількість яких дуже велика для природного потенціалу біодеградації. Такі відходи мають підлягати утилізації. Одним із шляхів утилізації сільськогосподарських відходів є біогазова технологія, яка дає змогу разом із розв'язанням екологічної проблеми отримувати високоефективні органічні добрива та енергію у вигляді біогазу. Останнім часом цей напрям дістав дальшого розвитку, особливо в країнах Західної Європи. Про це свідчать матеріали міжнародних спеціалізованих сільськогосподарських виставок, які щороку проводять в польському місті Познані, чеському місті Брно і німецькому місті Ганновері. Широкий інтерес до розробки та реалізації біогазових установок у західних країнах зумовлений, насамперед, дієвим екологічним законодавством і державним дотуванням впровадження нетрадиційних відновлювальних джерел енергії, а також введенням світових квот на забруднення навколишнього середовища метаном. Аналіз експедицій згаданих виставок, а також інших доступних інформаційних матеріалів свідчить, що розвиток біогазових установок йде у двох напрямах. Перший — це раціональне спрощення, а відповідно, і здешевлення тих установок, під час використання яких отримання біогазу не є головною метою порівняно з вимогами екологічної безпеки довкілля та отримання високоефективних органічних добрив. Ці розробки, зазвичай, пропонують для використання в невеликих фермерських господарствах. Другий напрям — це створення сучасних високопродуктивних повнокомплектних біогазових установок на основі новітніх удосконалених конструкцій біореакторів, сучасних автоматизованих систем керування технологічним процесом, високоефективного теплотехнічного, електротехнічного і технологічного обладнання. Характерними зразками біогазових установок першого напряму є установки, розроблені німецькими фірмами "ІТТ Флюгт Пумпен ГмбХ" і "У.Т.С. Умвелт-Технік-Сид ГмбХ". Така установка оснащена двома послідовно з'єднаними мікробіологічними реакторами, що являють собою закриті зверху стандартні ємності для зберігання гною та обладнані пропелерними мішалками-гомогенізаторами. Подання рідкого гною в реактори здійснюється за допомогою насоса-подрібнювача. Біогаз із реакторів надходить безпосередньо в модульну теплоелектроустановку, де перетворюється на теплову та електричну енергію. При створенні цих біогазових установок використано лише серійне обладнання для переробки гною, що виготовляють безпосередньо зазначені фірми. Перевагою такої системи є простота, порівняна дешевизна і можливість швидкого переобладнання вже існуючих систем нагромадження і переробки гною в біогазові установки. Усі складові цієї системи утилізації гною взаємозв'язані, у тому числі система видалення гною і мобільні засоби внесення органічних добрив. Фірма "У.Т.С. Умвелт-Технік-Сид ГмбХ" розробила також біогазову установку більшої продуктивності, яку введено в дію в містечку Небелшітц (Німеччина). До складу установки (рис. 1) входять гноєзбірник, два ферментери, один з яких має пристрій для розведення гною, ємність для інших органічних відходів, відстійник збродженої маси, насосно-розподільча станція, газгольдер і модульна теплоелектроустановка. У гноєзбірнику встановлено пропелерну мішалку і насос-подрібнювач, який подає гнойову масу до насосно-розподільчої станції, де, залежно від технологічних потреб, гній спрямовують або до реакторів та ємкості для змішування гною з іншими органічними відходами, або у відстійник. Об'єм гноєзбірника становить 115 м3. Біореактори (ферментери) з робочим об'ємом 883 м3 кожний виготовлені з бетону і мають термоізоляцію. Реактор із пристроєм для розведення відходів має дві пропелерні мішалки, другий реактор — одну. Зброджена маса надходить на насосно-розподільчу станцію і за допомогою шиберних засувок, а за потреби — й насоса, подається у відстійник, де зберігається до використання для удобрення сільськогосподарських культур. Відстійник обладнаний пропелерною мішалкою для гомогенізації збродженої маси та насосом для завантаження мобільних засобів для внесення рідких органічних добрив. Біогаз із біореакторів акумулюється в газгольдері місткістю 300 м3, а звідти надходить до модульної теплоелектроустановки, де перетворюється на теплову та електричну енергію. Теплоелектроустановка складається з двох енергоустановок електричною потужністю 75 кВт, передбачено також резервне місце для третьої енергоустановки. За допомогою теплої води від енергоустановок у біореакторах підтримується температура бродіння на рівні 40°С. Надлишок теплової та електричної енергії використовується на інші господарські потреби. Продуктивність такої біогазової установки становить: за біогазом — 1100—1400 м3/добу, за електроенергією — 2000—2500 кВт.год/добу, за теплом — 3300—4200 кВт.год/добу. Вартість установки такого типу становить пересічно DM 625 на 1м3 об'єму реактора. Німецька фірма "Фарматік Біотех Енергі АГ" розробила і збудувала понад 20 біогазових установок різної продуктивності для утилізації рідкого гною та інших органічних відходів, які експлуатуються не тільки в Німеччині, а й в інших країнах Західної Європи та Азії. Загальну технологічну схему, за якою працює більшість із цих установок, наведено на рис. 2. Однією з останніх розробок фірми є біогазова установка для двоступеневої мезофільної коферментації рідкого гною та органічних відходів, яку введено в дію у 2000 році в містечку Нойбуков (Німеччина). Розрахункова річна продуктивність цієї установки за переробленими відходами становить 80000 т, вартість — DM 9,8 млн. Установка складається з двох ферментерів об'ємом по 2300 м3 кожний, двох гідролізерів об'ємом по 550 м3, змішувального резервуара, місткістю 550 м3, газгольдера місткістю 1000 м3, сховища на 5000 м3 збродженої біомаси та модульної теплоелектроустановки. Технологічний процес переробки відходів відбувається за наведеною вище схемою. Санітарна обробка відходів здійснюється витримуванням їх за температури 70°С упродовж 1 год (у разі потреби відходи можна витримувати за температури 90°С). Теплоелектроустановка складається з двох модулів, причому один із них може працювати як на біогазі, так і на пропані. Електрична потужність одного модуля становить 469 кВт, теплова — 619 кВт. Для покриття пікового навантаження передбачено котел тепловою потужністю 230 кВт. Керування технологічним процесом здійснюється за допомогою системи автоматичного керування ЕОМ. Оригінальні технологічні процеси переробки органічних відходів у добрива та біогаз і технологічне обладнання для цього розробила данська фірма "Біоскан А/С". Технологія "Біорек" дає змогу переробляти рідкий гній тваринницьких ферм і рідкі органічні відходи (стічні води та осад стічних вод) в очищену воду, добриво та енергію. Зброджений стік із біореактора надходить на ультрафільтраційну установку, яка пропускає тільки воду з розчиненими в ній речовинами, а бактерії і нерозчинені залишки органічних речовин повертає на повторну переробку назад до біореактора. Відфільтрований стік надходить на аміачну установку, де відбувається виділення наявного в стоці азоту у формі аміачного концентрату, а потім на установку зворотного осмосу, де стік розділяється на очищену воду і калійно-фосфорне добриво. Для переробки твердих і пастоподібних органічних відходів розроблено технологію "Бабрек". У ній передбачено додатково технологічні операції гомогенізації, гідролізу і санітарної обробки вихідної біомаси. Отриманий у результаті утилізації відходів біогаз після біологічного знесірчення використовується на модульній теплоелектроустановці для отримання тепла та електроенергії. Повністю автоматизовану біогазову установку модульного збирання розробила німецька фірма "ТЕВЕ-Електронік ГмбХ і КоКГ" разом із фірмою "Ліпп ГмбХ" (рис. 3). Установка дає змогу переробляти різні види органічної сировини в добрива і енергію. Рідкий гній із гноєсховищ, рідка консервована біомаса кормових культур зі сховища та інша попередньо зволожена і подрібнена біомаса надходять до вагодозувального пристрою, де змішуються і подаються до підігрівача субстрату. Попередньо підігріта до 70°С біомаса надходить до реактора. По зброджуванні маса подається до сховища і використовується для удобрення сільськогосподарських культур. Виділений під час бродіння біогаз спалюється в модульній теплоелектроустановці з отриманням гарячої води та електроенергії, які використовуються для підтримання технологічного процесу та господарські потреби. Особливістю цієї технологічної схеми є використання попереднього нагрівання біомаси перед зброджуванням. Підігрівач субстрату являє собою ємкість із високоякісної сталі зі знімною теплоізоляцією габаритними розмірами 4,0х2,0х2,1 м (без ізоляції) і масою 1000 кг. У середині ємкості розміщено циліндричний резервуар-нагромаджувач біомаси місткістю 2000 л із мішалкою потужністю 1,5 кВт і змійовик, по якому біомаса надходить до нагромаджувача. Субстрат підігрівається гарячою водою (90...95°С), яка подається в ємкість від модульної теплоенергетичної установки. Конструкція підігрівача дає змогу регулювати температуру вихідного субстрату. Використання в складі біогазової установки цього пристрою дає такі істотні переваги: значна стерилізація субстрату; більш високий вихід біогазу завдяки розкладанню субстрату; поліпшення умов діяльності метанобактерій; поліпшення якості біогазу; значна дезодорація кінцевих матеріалів по зброджуванні; безпосереднє нагрівання біореактора підігрітим субстратом; економічність, незначні втрати тепла. До складу цієї біогазової установки входить метантенк (біореактор) із вбудованим газгольдером "КомБіо-Реактор" розробки фірми "Ліпп ГмбХ". Об'єм метантенку може становити від 100 до 800 м3 залежно від кількості біомаси, що підлягає переробці. Система перемішування з використанням запатентованої механічної мішалки "Ліпп" дає змогу водночас горизонтально і вертикально перемішувати біомасу й запобігає утворенню кірки та осаду. Високоефективна система опалення в поєднанні з великою площею теплообмінника і високою теплопровідністю використаних матеріалів сприяють оптимальному рівномірному розподілу температури в бродильній камері, що підвищує ступінь розкладу біомаси й, відповідно, збільшує виробництво газу. Використання такого біореактора сприяє зменшенню кількості технологічних трубопроводів і виробничої площі для розташування установки, а також знижує капіталовкладення в будівництво. Метантенки з вбудованим газгольдером використовують також і в біогазових установках німецьких фірм "ЕнвіТекМалл ГмбХ", "БІОГАЗ весер-емс ГмбХ і КоКГ", "Хенце Харвесторе ГмбХ". Оригінальну конструкцію біореактора вертикального типу розробила австрійська фірма "Ентек ГмбХ". Біореактор "БІМАферментер" (рис. 4) має дві камери — головну бродильну камеру і камеру дозброджування, які розділені проміжною перегородкою. Між собою камери з'єднуються за допомогою вертикальної центральної труби зі змішуючими лопатями знизу і змішуючої шахти, розташованої біля бічної стінки біореактора, а також газового ковпака з автоматичним клапаном. Реактор має також завантажувальний трубопровід, з'єднаний із центральною трубою, а також зливний і газовідвідний трубопроводи, з'єднані з камерою дозброджування. Процес змішування біомаси в такому реакторі відбувається завдяки перетіканню рідини при відборі біогазу. Так, при відведенні газу з-під проміжної перегородки через газовий ковпак із клапаном одна частина рідини з камери дозброджування перетікає через центральну трубу в головну камеру, створюючи тиск на змішуючі лопаті, яким надають руху і створюють у нижній частині реактора турбулентний рух рідини. Друга частина рідини тече з камери дозброджування через змішувальну шахту, створюючи у верхній частині головної камери горизонтальний рух рідини. Біореактори такої конструкції об'ємом від 750 до 1700 м3 успішно експлуатуються в складі біогазових установок у Нідерландах та Австрії. Залежно від виду відходів (комунальні стоки, суміш відходів тваринницьких ферм з органічними промисловими відходами, рідкі відходи переробної галузі) навантаження цих біореакторів становить від 2,0 до 6,5 кг сухої органічної речовини на 1 м3 об'єму реактора за добу при експозиції зброджування від 6,5 до 30 діб. Деякі фірми ("Новатех ГмбХ", "Шмак Біогаз ГмбХ", "Борсіг Енергі") застосовують у біогазових установках реактори горизонтального типу (як металеві, так і з бетону) з механічним перемішуванням біомаси; до того ж, деякі з них обладнані похилими шнековими транспортерами для вилучення шламу. Зазначимо, що в описаних конструкціях біогазових установок переважно використовуються стандартні ємкості для приймання, нагромадження та витримування відходів і зберігання продуктів переробки, або ці ємкості певного об'єму збираються з відповідних елементів металевих конструкцій. Це стосується часто і конструкцій біореакторів. Аналізуючи технологічні й технічні рішення сучасних біогазових установок за кордоном, можна відзначити такі основні тенденції їх розвитку: q спрощення конструкцій прифермських біогазових установок завдяки переведенню їх на психрофільний режим і компонування серійним обладнанням (стандартні суцільні або збірні металеві ємкості, насоси-подрібнювачі, пропелерні мішалки); q розробка високопродуктивних промислових повнокомплектних повністю автоматизованих біогазових установок для переробки різних видів органічних відходів та їхніх сумішей з утилізацією біогазу та отриманням теплової та електричної енергії, органічних добрив, а іноді й очищеної води; q розробка і широке впровадження при створенні біогазових установок нових технологічних рішень, спрямованих на підвищення ефективності цієї технології, а саме: післяферментаційне витримування біомаси в додаткових ємкостях, коферментація (ферментація сумішей різних видів органічних відходів), попереднє перегрівання вихідної біомаси (до 79°С) з дальшим термостатуванням у біореакторі, часткове продування повітрям і деякі інші; q дальше вдосконалення конструкцій біореакторів, спрямоване на зниження енергоємності процесу перемішування субстрату і створення оптимальних умов для нагромадження активної біомаси; q широке застосування біореакторів із вбудованим газгольдером, що знижує потреби в технологічних трубопроводах і виробничій площі; q виготовлення ємкостей різного призначення, що входять до складу біогазових установок, у тому числі й біореакторів, зі збірних елементів, виготовлених із листового або гофрованого металу з високоякісним антикорозійним покриттям; q зменшення частки біореакторів горизонтального типу в загальній кількості розроблених і збудованих біогазових установок. Слід також зазначити, що відбувається постійне підвищення ефективності й надійності біогазових установок завдяки використанню високоякісних конструкційних матеріалів, антикорозійних і захисних покриттів та впровадження високоефективного теплотехнічного та електричного обладнання та надійних систем автоматичного керування на базі сучасного комп'ютерного обладнання. Стрімкий розвиток біотехнологій і постійний прогрес у конструюванні та створенні новітньої техніки надають впевненості, що в найближчому майбутньому впровадження біогазових установок стане цілком рентабельним і широкомасштабним, і це, певною мірою, сприятиме розв'язанню екологічної, продовольчої та енергетичної проблем.

Loading...

 
 

Цікаве