Биогазовые установки

     Введение

     В мировой практике газоснабжения  накоплен достаточный опыт использования возобновляемых источников энергии, в том числе энергии биомассы. Наиболее перспективным газообразным топливом является биогаз, интерес к использованию которого в последние годы не только не убывает, но и продолжает возрастать. Под биогазами подразумеваются метансодержащие газы, которые образуются при анаэробном разложении органической биомассы. В зависимости от источника получения биогазы подразделяются на три основных вида:

     - газ, получаемый на городских  очистных канализационных сооружениях;

     -биогаз, получаемый в биогазовых установках при сбраживании отходов сельскохозяйственных производств (БГ СХП);

     - газ свалок, получаемый на полигонах  отходов, содержащих органические  компоненты (БГ ТБО). 

     В своей работе я рассмотрел технологии получения этих газов, их состав, методы подготовки биогаза к использованию, а именно методы очистки от балластных веществ. Биогаз обладает широким спектром использования, который я коротко рассмотрела в этой работе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Получение биогаза из сельскохозяйственных биогазовых установок

    По техническому исполнению биогазовые установки подразделяются на три системы: аккумулятивную, периодическую, непрерывную.

     В аккумулятивных системах предусматривается  сбраживание в реакторах, которые служат одновременно и местом хранения сброженного навоза (субстрата) до его выгрузки. Исходный субстрат постоянно подается в резервуар до его заполнения. Выгрузка сброженного субстрата производится один-два раза в год в период внесения удобрений в почву. При этом часть сброженного осадка специально оставляется в реакторе и служит затравочным материалом для последующего цикла сбраживания. Объем хранилища, совмещенного с биореактором, рассчитывается на полный объем удаляемого с комплекса навоза в межпосевной период. Такие системы требуют больших объемов хранилищ и применяются очень редко.

     Периодическая система производства биогаза предполагает разовую загрузку исходного субстрата в реактор, подачу туда же затравочного материала и выгрузку сброженного продукта. Такая система характеризуется довольно большой трудоемкостью, очень неравномерным выходом газа и требует наличия не менее двух реакторов, резервуара для накопления исходного навоза и хранения сброженного субстрата.

     При непрерывной схеме исходный субстрат непрерывно или через определенные промежутки времени (1-10 раз в сутки) загружается в камеру сбраживания, откуда одновременно удаляется такое же количество сброженного осадка. Для интенсификации процесса сбраживания в биореактор могут вноситься различные добавки, увеличивающие не только скорость реакции, но и выход и качество газа. Современные биогазовые установки рассчитываются, как правило, на непрерывный процесс и изготавливаются из стали, бетона, пластмасс, кирпича. Для теплоизоляции применяются стекловолокно, стекловата, ячеистый пластик.

     По  суточной производительности существующие биогазовые системы и установки можно разделить на 3 типа:

     малые - до 50 м³/сут;

     средние – до 500 м³ /сут;

     крупные – до 30 тыс. м³/сут.

     Сельскохозяйственные  биогазовые установки не имеют принципиальных отличий, за исключением используемого субстрата. Технологическая схема биогазовой сельскохозяйственной установки представлена на рис. 1.

     Согласно  этой схеме навоз из животноводческого помещения (1) поступает в на копительную емкость (2), далее фекальным насосом (3) его загружают в метантенк — емкость для анаэробного сбраживания (4). Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер (5) и далее к потребителю Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник (6), через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле (7) Сброженный навоз выгружают в навозохранилище (8). 

     Рис.1. Обобщенная схема производства биогаза (сельскохозяйственная биогазовая  установка

     Биореактор имеет тепловую изоляцию, которая должна стабильно поддерживать температурный режим сбраживания и поддаваться быстрой замене при выходе из строя. Обогрев биореактора осуществляется посредством размещения по периметру стенок теплообменников в виде спирали из труб, по которым циркулирует горячая вода с начальной температурой 60-70 °С. Такая низкая температура теплоносителя принята во избежание гибели метанообразующих микроорганизмов и налипания частичек субстрата на теплообменную поверхность, что может привести к ухудшению теплообмена.В биореакторе также имеются устройства для постоянного перемешивания навоза. Поступление навоза в метантенк регулируется так, чтобы процесс сбраживания протекал равномерно.

     Во  время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты — метан и углекислоту.

     В метантенках обеспечиваются все необходимые параметры процесса—температура(33-37є С) , концентрация органических веществ, кислотность (6,8-7,4) и др. Рост клеток метанового биоценоза также определяется соотношением C:N, и оптимальное его значение составляет 30:1. Некоторые вещества, содержащиеся в исходном субстрате, могут ингибировать метановое сбраживание (табл. 1). Например, куриный помет часто ингибирует метановое сбраживание избытком NH3.  

     Таблица 1

     Ингибиторы  метанового сбраживания

Биогазовые установки планируемые к вводу в эксплуатацию в Республики Беларусь. 

       В Беларуси за 5 лет планируется ввести в строй биогазовые установки электрической мощностью до 90 МВт. Это предусмотрено Национальной программой развития местных и возобновляемых энергоисточников на 2011-2015 годы, сообщили корреспонденту БЕЛТА в департаменте по энергоэффективности Госстандарта Беларуси.

В настоящее  время в республике функционируют 7 биогазовых комплексов, в том числе 2 электростанции на свалочном газе, 3 биогазовых комплекса на отходах сельскохозяйственного производства и 2 - на отходах промышленного производства.

Общий потенциальный объем замещения  импортируемых энергоресурсов по объектам сельскохозяйственных организаций, в  том числе предусмотренных к  строительству, за счет внедрения биогазовых комплексов составляет 635,5 тыс.тут при установленной электрической мощности когенерационных установок 269 МВт.

Программой  строительства энергоисточников, работающих на биогазе, на 2010-2012 годы предусматривается ввод в эксплуатацию 29 биогазовых комплексов суммарной электрической мощностью 28 МВт.

      В соответствии с перечнем организаций, в которых в 2013-2015 годах предусматривается строительство установок на биогазе, получаемом из отходов сельскохозяйственного производства, запланирован ввод в эксплуатацию дополнительно 32 комплексов суммарной электрической мощностью 18,6 МВт, в том числе в Брестской области - 1,2 МВт, Витебской - 1,2 МВт, Гомельской - 2,2 МВт, Гродненской - 0,6 МВт, Минской - 9,5 МВт и в Могилевской области - 3,9 МВт.

Общий потенциал потребления полученного  в качестве топлива биогаза с использованием стоков канализационно-насосных станций составляет около 66,4 млн.куб.м (53,1 тыс.тут) с расчетной установленной электрической мощностью когенерационных установок около 22 МВт.

      До 2020 года перспективными для внедрения являются 19 объектов с общим потенциалом выхода биогаза 56,2 млн.куб.м (45 тыс.тут) в год при установленной электрической мощности когенерационных установок 19 МВт.

Программой  строительства энергоисточников, работающих на биогазе, на 2010-2012 годы предусмотрено внедрение 5 биогазовых установок с использованием стоков канализационно-насосных станций суммарной электрической мощностью 4,9 МВт (общий планируемый выход биогаза - 57,4 тыс.куб.м в сутки). Определены 14 объектов, на которых целесообразно строительство энергетических установок, работающих на отходах сточных вод, их суммарная электрическая мощность составляет до 14,4 МВт.

       Потенциальная энергия, заключенная в твердых коммунальных отходах, равноценна 470 тыс.тут. При их биопереработке в целях получения газа эффективность составит 20-25%, что эквивалентно 100-120 тыс.тут. В областных городах ежегодная переработка коммунальных отходов позволяет получать биогаз в объеме, эквивалентном около 50 тыс.тут, а в Минске - до 30 тыс.тут. Кроме того, многолетние запасы таких отходов, имеющиеся во всех крупных городах, создают проблемы для окружающей среды, в том числе из-за эмиссии образующихся парниковых газов. Таким образом, эффективность этого направления оценивается не только выходом биогаза, но и экологической составляющей, которая в этом вопросе является основной.

        В Беларуси до 2015 года планируется реализация пилотных проектов по внедрению технологий получения биогаза из низкокалорийной органической части коммунальных отходов и остатков сточных вод, сбора и использования биогаза, образующегося на полигонах для захоронения коммунальных отходов.

В соответствии с программой строительства энергоисточников, работающих на биогазе, на 2010-2012 годы на трех объектах захоронения твердых коммунальных отходов планируется внедрение электрогенерирующих установок суммарной электрической мощностью 8,2 МВт. При вводе в эксплуатацию этих установок замещение природного газа может составить около 18,8 млн.куб.м (21,4 тыс.тут) в год.

        Национальной программой дополнительно предусматривается строительство 7 биогазовых комплексов суммарной электрической мощностью 3,42 МВт на объектах захоронения твердых коммунальных отходов.

        В Беларуси технически возможно установить 4 биогазовых комплекса на отходах производства пищевых продуктов суммарной мощностью 12 МВт, в том числе по одному комплексу мощностью 3 МВт в открытых акционерных обществах "Скидельский сахарный завод" - в 2013 году, "Слуцкий сахарный завод" - 2014 году, "Городейский сахарный завод" и "Жабинковский сахарный завод" - в 2015 году. Это позволит заместить 28 млн.куб.м природного газа (32 тыс.тут).

   Согласно национальной программе развития местных и возобновляемых энергоисточников за пять лет на внедрение биогазовых установок планируется направить $846,03 млн., из них $112,32 млн. в текущем году.

     Целью программы является рост объемов использования собственных энергоресурсов и развитие новых для Беларуси тенденций в области энергетики в 2011-2015 годах с доведением доли местных видов топливно-энергетических ресурсов в котельно-печном топливе страны до 30% в 2015 году. Согласно документу Беларусь намерена в 2015 году увеличить использование местных и возобновляемых источников энергии в 1,9 раза до 5,7 млн.тут, а замещение импортируемого природного газа в сравнении с 2010 годом - до 2,4 млрд.куб.м. В результате замещения органического топлива возобновляемыми источниками энергии общее потенциальное сокращение выбросов парниковых газов к 2015 году должно составить около 2710 тыс.т CО2.

        Общая сумма расходов на реализацию национальной программы, по прогнозу, составит более $3,45 млрд. Источниками финансирования станут собственные средства организаций; заемные и привлеченные средства, включая кредиты банков и небанковских кредитно-финансовых организаций, а также средства инвесторов; средства республиканского и местных бюджетов, инновационных фондов.

     Биогаз, получаемый на полигонах ТБО

    Процесс неуправляемого газообразования на полигонах бытовых и других отходов, содержащих большую долю органических компонентов, можно рассматривать как процесс получения метансодержащего газа в аккумулятивной системе, длительность процесса до полного разложения органической части здесь гораздо больше, чем в метатенках.