Биоэнергетические установки. Технология получения биогаза. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Ферментация, составляющая основу получения биогаза, дает в итоге окончательные продукты: метан СН₄ (55 - 65%), углекислый газ СО₂ (30 - 35%), водород Н₂ (3 - 5%), в небольшом количестве сероводород и аммиак. По существу ферментация объединяет в себе три биологических процесса: гидролиз, кислое и метановое брожение.

Выход биогаза из соломистого навоза составляет примерно 1 - 1,8 м /сутки на одну голову КРС.

Биогаз обладает средней теплотворностью 20 - 23 МДжм3.

Наряду с биогазом при анаэробном сбраживании отходов животноводства и птицеводства вырабатывается ценное экологически чистое удобрение, лишенное патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, нитритов и нитратов, специфических фекальных запахов.

Потенциальные возможности производства биогаза с использованием отходов животноводства, птицеводства и перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса, очень велики.

Получение биогаза из твердых бытовых отходов (ТБО)

Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде. В этих условиях отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению, которые вызывают в частности генерацию свалочного газа (СГ). Эмиссии СГ, поступающие в природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ. Это фактически привело к возникновению самостоятельной отрасли мировой индустрии, которая включает добычу и утилизацию свалочного газа.

Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология экстракции и утилизации СГ. Для экстракции свалочного газа на полигонах используется следующая принципиальная схема: сеть вертикальных газодренажных скважин соединяют линиями газопроводов, в которых компрессорная установка создает разрежение необходимое для транспортировки СГ до места использования (рис.5.2). Установки по сбору и утилизации монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела.

Рис.5.2. Блок-схема установки для добычи и утилизации биогаза

Для добычи СГ на полигонах ТБО применяются вертикальные скважины. Обычно они располагаются равномерно по территории свалочного тела с шагом 50 - 100 м между соседними скважинами. Их диаметр колеблется в интервале 200 - 600 мм, а глубина определяется мощностью свалочного тела и может составлять несколько десятков метров. Для проходки скважин используется как обычное буровое оборудование, так и специализированная техника, позволяющая сооружать скважины большого диаметра. При этом, выбор того или иного оборудования обусловлен экономическими причинами.

Каждая скважина осуществляет дренаж конкретного блока ТБО, условно имеющего форму цилиндра. Устойчивость работы скважины может быть обеспечена, если ее дебит не превышает объема вновь образующегося СГ. Оценка газопродуктивности существующей толщи ТБО проводится в ходе предварительных полевых газогеохимических исследований.

Сооружение газодренажной системы может осуществляться как целиком на всей территории полигона ТБО после окончания его эксплуатации, так и на отдельных участках полигона в соответствии с очередностью их загрузки. При этом надо учитывать, что для добычи СГ пригодны свалочные тела мощностью не менее 10м. Желательно также, чтобы территория полигона ТБО, на которой намечается строительство системы сбора СГ, была рекультивирована, т. е. перекрыта слоем грунта не менее 30 - 40 см.

В среднем газогенерация заканчивается в свалочном теле в течении 10 - 50 лет, при этом удельный выход газа составляет 120 - 200 куб. м на тонну ТБО. Существенное варьирование газопродуктивности и скорости процесса определяются условиями среды, сложившимися в конкретном свалочном теле. К числу параметров контролирующих биоконверсию относятся влажность, температура, рН, состав органических фракций.

Получение биогаза из отходов сточных вод (ОСВ)

В странах Западной Европы более 20 лет активно занимаются практическим решением проблемы утилизации отходов водоочистных сооружений.

Одной из распространенных технологий утилизации ОСВ является их использование в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Ее доля в общем количестве ОСВ колеблется от 10% в Греции до 58% во Франции, составляя в среднем 36,5%. Несмотря на популяризацию этого вида утилизации отходов, он теряет привлекательность, поскольку фермеры опасаются накопления на полях вредных веществ. В настоящее время в ряде стран использование отходов в сельском хозяйстве запрещено, например, в Голландии с 1995 года.

Сжигание отходов водоочистки занимает третье место по объемам утилизации ОСВ (10,8%). В соответствии с прогнозом в перспективе его доля будет возрастать до 40%, несмотря на относительную дороговизну этого способа. Сжигание осадка в котлах позволит решить экологическую проблему, связанную с его хранением, получить дополнительную энергию при его сжигании, а следовательно снизить потребность в топливно-энергетических ресурсах и инвестициях. Полужидкие отходы целесообразно использовать для получения энергии на ТЭЦ в качестве добавки к ископаемому топливу, например, углю.

Выделяют две наиболее распространенные западные технологии сжигания отходов водоочистки:

• раздельное сжигание (сжигание в жидком кипящем слое (ЖКС) и многоступенчатые топки);
• совместное сжигание (на существующих ТЭЦ, использующих уголь, или на цементных и асфальтовых заводах).

Среди способов раздельного сжигания популярным является использование технологии жидкого слоя, наиболее успешно эксплуатируются топки с ЖКС. Такие технологии позволяют обеспечить устойчивое горение топлива с большим содержанием минеральных составляющих, а также снизить содержание окислов серы в уходящих газах за счет связывания их в процессе горения известняком или щелочноземельными металлами, содержащимися в золе топлива.

Экологические аспекты использования отходов водоочистки

Сопоставление химических составов ОСВ, каменного и бурого углей, сжигаемых на ТЭЦ, показывают, что элементные составы ОСВ и бурого угля отличаются незначительно. В составе ОСВ (6,2% влаги) содержится меньше углерода на 24,5%, чем в каменном угле (12% влаги) и на 5%, чем в буром угле (39% влаги). Доля серы превышает ее удельный вес в угле лишь на 0,2% по сравнению с каменным углем и на 0,4% по сравнению с бурым. Содержание азота в ОСВ сопоставимо с каменным углем и на 2% превышает этот показатель по бурому углю. Сравнение по сухому веществу показывает, что содержание углерода в ОСВ меньше почти на 30%, серы и азота - почти не изменяется.

Химический состав и характеристики золы ОСВ позволяет использовать ее в качестве строительного дорожного материала (при диаметре частиц более 1мм), а также в качестве добавки к цементу или на отвалах в качестве заполнителя.

Возможные варианты утилизации ОСВ

Имеется шесть альтернативных вариантов утилизации осадка сточных вод, основанных как на новых нетрадиционных технологиях, разработанных на базе российского или европейского опыта и не имеющих практического использования, так и на законченных "под ключ" технологиях:

1. Сжигание в циклонной топке на основе барабанных сушильных печей очистных сооружений (российская технология - "Техэнергохимпром", г. Бердск);
2. Сжигание в циклонной топке на основе барабанных котлов очистных сооружений (российская технология - "Сибтехэнерго", Новосибирск и "Бийскэнергомаш", Барнаул);
3. Раздельное сжигание в многоступенчатой топке нового типа (за - падная технология - "NESA", Бельгия);
4. Раздельное сжигание в топке с кипящим слоем нового типа ( западная технология - "Segher" Бельгия);
5. Раздельное сжигание в новой циклонной топке (западная технология - фирмы "Steinmuller", Германия);
6. Совместное сжигание на имеющейся ТЭЦ, работающей на угле.

Получение биогаза из отходов птицефабрик и животноводческих ферм

Возобновляемые ресурсы биомассы различного происхождения накапливаются ежегодно в больших объемах или используются неэффективно.

Эффективное использование биомассы возможно при внедрении соответствующих технологий и оборудования для получения топлива в виде щепы, брикетов, газового и жидкого топлива.

В пользу широкого использования биомассы говорят накопленные экспериментальные материалы обзора:

• биомасса занимает 4-е место в мире среди различных видов топлива;
• биомасса составляет 14% первичных топливно - энергетических ресурсов, а в развивающихся странах - до 35%;
• биомасса при использовании в качестве топлива более экологична - меньше выбросы соединений серы и уровня СО₂ в атмосфере;
• срок окупаемости энергоустановок, работающих на биомассе, не превышает 2 - 4 лет.

Однако в настоящее время ведутся отдельные научно - исследовательские работы по прямому сжиганию биомассы и ее анаэробному сбраживанию.

Получение биогаза из отходов лесного и сельскохозяйственного производства

Для максимального использования в энергетике отходов лесного и сельскохозяйственного производства разработан процесс разложения, заключающийся в скоростном нагреве их без доступа кислорода (воздуха) до температур, при которых скорость выделения требуемых продуктов максимальна. Он предназначен для решения энергетических и экологических проблем.

Параметры процесса быстрого пиролиза, состав и количество выделяемых продуктов предварительно уточняются для каждого типа сырья. Установка разрабатывается для каждого вида сырья. Максимальные температуры переработки определяются температурой существования вещества в конденсированной фазе.

Высокоскоростной нагрев вещества обеспечивает: минимальные потери энергии в окружающую среду; максимальную скорость химического процесса с выделением продуктов в газовую фазу; максимальную концентрацию влаги и ее использование. Скорость нагрева вещества должна превышать скорость физико-химических процессов, протекающих в перерабатываемой массе. Выход жидкого топлива составляет 70% от органической массы сырья. Например, из 1 т. древесных опилок можно получить 700 литров жидкого топлива.

В твердой фазе остаются неорганические компоненты и продукты химической модификации (углеподобный остаток). Количество углеподобного остатка определяется содержанием лигнина и всегда ниже количества остатка, получаемого при других методах переработки.

Для получения основного компонента жидкого топлива газовая фаза конденсируется (образующиеся в процессе низкомолекулярные продукты не конденсируются). Газовая фаза после конденсации или без нее может направляться непосредственно на сжигание. Теплота сжигания (теплотворная способность) основного компонента топлива обычно больше теплотворной способности сухого топлива данного типа. Так теплотворная способность древесины составляет 4500 ккал/кг, а теплота сжигания жидкого топлива - 5500 ккал/кг. Жидкое топливо может использоваться как моторное топливо в двигателях внутреннего сгорания.

Установка работает за счет электроэнергии или за счет сжигания продуктов переработки или исходного сырья.

Преимущества процесса: высокая скорость, высокая степень превращения перерабатываемой продукции; малые габариты основного узла установки; небольшой расход энергии на единицу перерабатываемой продукции; низкая себестоимость энергии, получаемой из продуктов реакции.

Стоимость установки производительностью по перерабатываемому сырью 2 т в сутки составляет 2,5 млн. руб. При переработке опилок из 2 тонн получается 1,4 тонн жидкого топлива. Годовая производительность - 500 тонн жидкого топлива, при цене 0,1 долл/литр годовой оборот составляет 50 тыс. долл. Срок окупаемости 3 года.

Автор: Магомедов А.М.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Мобильный телефон с FM-приемником 20.09.2000 Компания Telit сообщила о разработанной новой модели мобильного телефона Gm 910 с встроенным стереофоническим FM-приемником (88-108 МГц). Кроме довольно большого количества привычных телефонных функций в "мобилке" также имеются встроенный цифровой диктофон на 8 мин и система голосового набора. Размер модели Gm 910 55x124x21 мм, масса вместе со стандартной батареей всего 100 г. Дополнительно модель может поддерживать WAP-протокол.

Другие интересные новости:

▪ Преобразование воздуха в пищу

▪ Светящийся кабель для зарядки электромобилей

▪ Выключатели Schneider Merten D-Life с дистанционным управлением смартфоном

▪ Телевизор, транслирующий запах и вкус

▪ Лингвистические способности крыс

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Жан-Франсуа Лиотар. Знаменитые афоризмы

▪ статья При исполнении чьей оперы два дирижера в разные годы умерли от инфаркта? Подробный ответ

▪ статья Шлифовальный станок. Домашняя мастерская

▪ статья Цифровые микросхемы. Типы логики, корпуса. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой FM приемник. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026