Для сравнения. Потребление теплоты на собственные нужды котельной составляет:
при сжигании газового топлива — 2,3 – 2,4, твердого — 2,4 – 4,9, жидкого — 3,5 – 9,7 %.
Возвращаясь к схемам возможных микробиологических путей переработки органических веществ в топливо, следует отметить, что только метаногенез имеет обратный маршрут к биомассе. Сброженный осадок метантенка представляет удобрение длительного действия, которое возвращает питательные элементы на поля и, следовательно, экономит энергию, затрачиваемую на удобрения. Обычным возражением против метаногенеза в сельском хозяйстве служит ссылка на необходимость использования навоза как органического удобрения. Эта ссылка не совсем точна, поскольку при метаногенезе происходит сокращение на ⅔ балластных органических веществ, отходящих в виде биометана и углекислоты, и соответственном сокращении транспортных расходов на вывоз удобрений на поля. Особенно выгоден термофильный вариант метаногенеза, который выполняет наиболее жесткие санитарные требования. Недостатком метаногенеза является его высокая стоимость как метода очистки органических стоков по сравнению с аэробной очисткой.
Таким образом, при самом скептическом отношении к возможностям «зеленого топлива», развитие анаэробных методов переработки органических отходов представляется беспроигрышным подходом.
Если биогазовое сырье высушить и сжечь, то теплота его сгорания составит примерно 16 МДж/кг (около 10 % потенциальной теплоты сгорания теряется в процессе сбраживания). Таким образом, КПД конверсии составляет 90 %. В то же время, материал с повышенной влажностью, будучи введен в процесс сбраживания, дает высококачественное с хорошо управляемым горением газообразное топливо, тогда как одно лишь удаление 95 % влаги из навоза требует до 40 МДж теплоты на 1 кг сухого остатка [3].
Поиски оптимальной архитектуры комбинированных биогазовых установок, способствующей уменьшению использования биометана на собственные технологические нужды при его производстве находит все более широкое отражение в трудах исследователей [4]. Так использование оборудования энергетики ВИЭ — ветроустановок, солнечных коллекторов, для поддержания рабочей температуры в биореакторе позволяет практически в 1,5 – 2 раза повысить КПД биогазовой системы. Это особенно актуально, если очищенный от СО2 биометан затем использовать в качестве моторного топлива для автотранспорта, или закачивать в существующие сети природного газа.
Вывод биогазовой отрасли на устойчивую рентабельность в весенне-летний период и до глубокой осени возможен на взгляд автора за счет поддержания в метантенк-реакторах температуры 53 – 54 ⁰С в составе комбинированной установки, разработанной в Конструкторском Бюро Альтернативной энергетики «ВоДОмёт» (г. Омск), включающей в себя также солнечный соляной пруд (рисунки 1, 2) с соответствующим запасом тепловой энергии. За счет использования солнечной энергии.
Метантенк-реактор 1 (рисунок 1) размещен на дне пруда 2, в который поступает прямое солнечное излучение 4 и отраженное от концентратора 5.
1 – метантенк-реактор, 2 – солнечный соляной пруд, 3 – корпус теплового коллектора, 4 – солнечное излучение, 5 – концентратор солнечного излучения, 6 – грунт, 14 – зазор между корпусом теплового коллектора 3 и метантенк-реактором 1.
Рисунок 1 – Схема гелиометантенк-реактора биогазовой комбинированной установки
Сырьё (растительная биомасса, отходы животноводства и т.д.) по трубопроводу 7 (рисунок 2) подается в метантенк-реактор 1, далее по тексту, в реактор 1, где перемешивается с имеющимся в нем сырьём мешалкой, за счет принудительной гидроциркуляции или по патенту А.В. Семенова [5], что обеспечивает равномерность состава и температуры сырья. Выработанный биогаз по трубопроводу 8 отводится в газгольдер (условно не показан). Образующийся в процессе переработки сырья (ферментации) шлам, равный по объему, поступившему в реактор сырью, выводится (утилизируется) из производственного технологического процесса по трубопроводу 9. В случае если в реакторе 1 отсутствует устройство отделения шлама от сырья, то вместе со шламом удаляется и часть сырья.
1 – метантенк-реактор, 2 – солнечный соляной пруд, 3 – корпус теплового коллектора, 7 – трубопровод подачи сырья в реактор, 8 – трубопровод отвода биогаза из реактора, 9 – трубопровод отвода шлама из реактора, 10, 11, 12 – вентиль запорный, 13 – заборник воздуха из атмосферы, 14 – зазор между корпусом теплового коллектора 3 и корпусом метантенк-реактора 1.
Рисунок 2 – Разрез по А — А рисунка 1
Поддержание необходимой температуры ферментации в реакторе 1, за счет использования солнечной энергии обеспечивается следующим образом.
Реактор 1 размещен внутри корпуса теплового коллектора 3 с зазором 14. При заполнении этого зазора водой (при открытых вентилях 10 и 11 и закрытом вентиле 12 поступающая через вентиль 11 вода вытесняет воздух из зазора 14 через вентиль 10 в атмосферу) поступление тепла из солнечного соляного пруда 2 к сырью в реакторе 1 максимально. Это обеспечивает, при необходимости, ускоренный нагрев сырья до наиболее эффективной температуры ферментации от 52 до 56 ⁰С. После нагрева сырья до требуемой температуры, при закрытом вентиле 11 открывают вентили 10 и 12, что обеспечивает слив воды через вентиль 12 и осушение зазора 14. В результате интенсивность поступления тепла из солнечного соляного пруда 2 через воздушный зазор 14 уменьшается в десятки-сотни раз, по сравнению с тем, когда он был заполнен водой.
Дальнейшее поддержание температуры сырья в требуемых пределах можно обеспечивать как за счет синхронного регулирования подачи «холодного» сырья по трубопроводу 7 и отвода шлама по трубопроводу 9 так и за счет создания в зазоре 14 низкого вакуума или прокачке через него воды.
Такая комбинированная установка генерации биогаза обеспечивает работу реактора 1 в термофильном режиме, без затрат вырабатываемого биометана на собственные технологические нужды. Это очень актуально, если затем биометан используется в качестве моторного топлива, для обжига кирпича, освещения, для производства асфальта, выработки пара и для других технологических процессов, где нужна температура намного превышающая 100 оС. Биометаном можно заправлять локомотивы-турбовозы.
Источник - СОЛНЕЧНАЯ БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА
