Системи завантаження і вивантаження сировини
З точки зору отримання найбільшої кількості біогазу та біодо — брив, а також стабільності роботи установки оптимальною є робота БГУ в режимі безперервного завантаження, що припускає щоденне завантаження сировини і вивантаження збродженої маси.
Ємність для подачі сировини. Перед завантаження в реактор, зазвичай, свіжа біомаса збирається в ємність для подачі сировини. Розмір ємності повинен дорівнювати добовому або подвійному добовому обсягу сировини в залежності від типу у становки. Для досягнення потрібної однорідності та вологості сировини, іноді використовується ємність із застосуванням механічних перемішуючих пристроїв.
Місце розташування ємності. Якщо ємність розташувати на сонячній стороні, це може сприяти попередньому підігріву сировини для того, щоб процес зброджування міг розпочатися відразу після завантаження нової порції сировини в реактор. На фермерських
124
установках, потрібно будувати ємність так, щоб сировина стікала туди піл дією гравітації.
Завантажувальний і вивантажувальний отвори. Для рівномірного розподілу свіжої сировини по всьому об’єму реактора та ефективності видалення переробленого шламу, завантажувальний і вивантажувальний отвори ведуть прямо в реактор і розташовуються, як правило, на протилежних кінцях реактора. До установки реактора на фундамент, виконується монтаж завантажувального і вивантажувального отворів.
Для установок з ручним завантаженням сировини і заглибленими реакторами, завантажувальний і вивантажувальний отвори ведуть в реактор під гострим кутом.
Вхідний і вихідний отвори розташовуються під нахилом до вертикальної осі таким чином, щоб нижній кінець груби був розташований нижче рівня рідини, щоб забезпечити герметичність реактора в процесі завантаження і вивантаження. Через це, перешкодою проникнення повітря в реактор є гідравлічний затвор.
Ручне завантаження та вивантаження сировини. Спосіб переливу є найпростішим способом завантаження і вивантаження, суть якого полягає в тому, що при завантаженні свіжої біомаси рівень шламу в реакторі піднімається, і через сполучену з ним переливну грубу така ж кількість вивантажується в ємність для збору біодобрив.
Такі тверді частинки великого розміру, як стебла рослин, підстилковий матеріал (солома, тирса) та інші сторонні предмети, можуть містити в собі завантажувальна маса. Діаметр труб повинен бути не меншим 20…ЗО см. Якщо розмір труб не буде відповідати нормі, вони можуть забитися. Труба, в яку завантажу ють масу повинна з’єднуватися з бункером або ємністю попередньої підготовки сировини.
На трубопроводах подачі і зливу сировини з реактора встановлюються гвинтові або напівперевернуті засувки.
Завантаження і вивантаження за допомогою насосів. Коли кількість сировини вимагає швидкого завантаження і рельєф місцевості не дозволяє проводити завантаження самопливом, необхідними стають насоси. Насосом можна перекрити різницю у висоті між біогазовою установкою і рівнем закачування сировини. Якщо використання насосів не можливо уникнути, користуються такими способами:
— Якщо насос встановлюється разом з трубою і сировина вільно протікає до насоса, який прискорює її рух — це суха установка.
— Технологія вологої установки полягає в тому, що насос і мотор укладений в непроникний контейнер, встановлюються всередині сировини. Або насос може працювати за допомогою валу від мотора зовні сировини.
Пневматичне завантаження і вивантаження сировини. Пневматичний спосіб подачі і перемішування сировини є найопти- мальнішим. На всіх установках ВАТ «Флюїд» асоціації «Фермер» використовують саме цей спосіб. Бункер подачі сировини (бак — змішувач), використовується пневматичним завантажувальним пристроєм, для якого використовуються трубопроводи діаметром не менше 100 мм з засувкою і сталеві ємності від 0,5 до 1 м3, що витримують тиск до 5 кгс/см2. Спочатку сировина потрапляє в бункер, а із бункера вивантажується за допомогою компресора в реактор. Поршневі компресори марки ІФ-56 застосовуються для малих і середніх біогазових установок об’єм реакторів, яких складає до 40 м. Компресори ФУ-12 використовуються для великих установок з об’ємом реакторів від 50 м3. Задачею компресора одночасно може бути відкачування біогазу, що виробляється.
До складу системи збору біогазу входять наступні деталі:
— розподільчатий газовий трубопровід із запірною арматурою;
— збірник конденсату;
— запобіжний клапан;
— компресор;
— ресивер;
— газгольдер;
Монтаж системи здійснюється тільки після установки біогазо — вого реактора в робоче положення.
В верхній частині повинен розташовуватися отвір для відбору біогазу з реактору. Наступним, після збірника конденсату, встановлюється запобіжний клапан, а також водяний затвор, який викону-
ють у вигляді ємності з водою, який забезпечує пропускання газу тільки в одному напрямку.
Водяні затвори. Ьіогаз, що утворюється в реакторі біогазової установки, містить велику кількість водяної пари, що може конденсувати на сгінках трубопроводів і приводити до їх закупорки (рисунок 3.17). В ідеалі газова система повинна розташовуватися так, щоб волога, яка конденсується, могла стікати прямо в реактор. Якщо це неможливо, на низьких ділянках системи повинні бути встановлені водяні затвори, ручні водяні затвори легкі в експлуатації, але, якщо їх регулярно не спустошувати, система буде блокуватися через занадто високий рівень води в них.
Рисунок 3.17 — Зовнішній вигляд запорної арматури для біоенергетичної установки
Газопровіт. За допомогою труб, газова система з’єднує біога — зову установку з газовими приладами. Така система має бути економічною, безпечною й надавати для кожного приладу, необхідну’ кількість газу. Найширше застосування мають труби із пластика або з гальванізованої сталі. Важливим фактором є те, що газова система повинна бути газонепроникною, а терміну її використання повинно вистачати під час всього експлуатаційного періоду біогазової установки.
Трубопроводи, через які здійснюється подача біогазу від установки до споживачів, необхідно захищати від пошкодження. За допомогою мильного розчину, що наноситься на місця з’єднання труб, можна перевірити витік газу. Запобіжно-скидним клапаном повинен бути оснащений і газопровід також, він випускає біогаз в атмосферу при підвищенні тиску понад 0,5 кг/см2. Зайву кількість біогазу необхідно спалювати у факельних пальниках.
Газові труби. Мінімальна кількість непрацюючих біогазових установок, які відносяться до установок, що не працюють через дефекти в газопровідній системі становить 60 %. Тому правильна установка газопровідної системи дуже важлива. Для всієї системи рекомендовано використовувати труби, клапани і деталі однакового розміру. Вимоги до трубопровідної системи для біоіазу не відрізняються від загальних стандартів. Використовувати можна стійкі до дії ультрафіолетових сонячних променів, пластикові труби.
Сталеві труби. Для установок малих або середніх розмірів найкраще підходять труби довжиною менше ЗО метрів і діаметром
1,2.. . 1,8 см. Особливий розрахунок розміру труб необхідний для великих установок. При установці газових труб особливу увагу повинні приділяти:
— захисту від механічних пошкоджень;
— газонепроникним сполукам;
— водяному затвору на найнижчій ділянці труб для збору вологи;
Заміною з довготривалим терміном служби пластиковим трубам являються гальванізовані сталеві труби. їх можна демонтувати і при необхідності використовувати знову. Вони витримують удари, проте являються дорогими і установка їх можлива при наявності кваліфікованих фахівців, тому рекомендуються встановлювати такі труби тільки в тих місцях, де не можна встановити пластикові труби.
Пластикові труби. Пластикові (ПВХ — полівінілхлорідні) труби рекомендується встановлювати під землею, через те, що вони чутливі до дії сонячного випромінювання і можуть легко зламатися, проте вони дешеві і легкі в установці.
Діаметр труб. В залежності від витрати біогазу газовими приладами і відстанню між газгольдером і приладами, в яких використовується біогаз, встановлюється необхідний діаметр труб. Зниження тиску здійснюється за рахунок великих проміжків. Чим більша витрата газу і довша відстань, тим більші втрати за рахунок тертя. Втрати тиску збільшують за рахунок кутів і арматури. Кількість витраченого тиску в пластикових трубах менше, ніж в гальванізованих. Таблиця 3.3 містить відомості про діаметри труб і витрати біогазу, а також про довжину труб для втрат тиску менше ніж 5 мбар (0,005 кг/см2).
|
Таблиця 3.3 — Підходящий діаметр труб для різних довжин труб і різної витрати газу [8] __________________________________________________
|
В ходячи з даних таблиці, найоптимальніше підходять пластикові груби діаметром 1,8 см для пропуску, витрати газу 1,5 м3/год. і довжині труб до 100 метрів. Ще одна необхідність полягає у виборі для головної труби діаметра 2,4 см і діаметра 1,2 см для всіх інших труб системи.
Розташування трубопровідної системи. Для підземних систем або систем, захищених від сонця і механічних ударів можуть бути використані труби із пластику. У всіх інших випадках використовуються гальванізовані сталеві труби. Щоб відвести від біога — зової установки газ, рекомендованими являються труби із гальванізованої сталі діаметром 2,4 см.
Труби із пластику мають бути розташованими під землею на глибині не менше 25 см і бути оточені піском або м’якою землею. Потім канава акуратно засипається звичайною землею, після перевірки трубопровідної системи на герметичність. За допомогою закачування повітря в порожню трубопровідну систему під тиском в
2,5 рази більше максимального очікуваного газового тиску здійснюється перевірка на герметичність. Тиск знижується за рахунок витрати повітря через декілька годин, тоді всі з’єднання перевіряються шляхом поливу їх мильною водою (при витоках газу на поверхні труб будуть утворюватися бульбашки).
Крани та арматура. Найбільш надійними кранами являються хромовані кульові клапани. Клапани, які зазвичай використовують для водних систем не можуть бути використаними в газовій системі. Поруч з реактором має бути установлений головний кран. В якості запобіжних приладів на всіх газових приладах повинні бути встановлені шарові крани. Ремонт та чищення газових приладів без відключення головного газового крану заборонено.
Газгольдери. Оптимальний спосіб накопичення біогазу залежить від того, для яких цілей буде використаний біогаз. Великі газгольдери не потрібні в тому випадку, якщо передбачено пряме спалювання в пальниках котлів та двигунах внутрішнього згорання. У цих випадках газгольдери використовуються для рівномірного газовиділення та покращення умов подальшого горіння.
Найчастіше використовуються пластикові або сталеві газгольдери, хоча також можуть бути використані великі автомобільні або гракторні камери в умовах невеликих БГУ.
Вибір розміру газгольдера. Розмір газгольдера, тобто його обсяг, залежить від рівня виробництва і рівня споживання біогазу. В ідеалі газгольдер повинен бути розрахований для того, щоб вміщати добовий обсяг виробляємого біогазу. У залежності від типу газгольдера і витримуємого їм тиску, обсяг газгольдера становить від 1/5 до 1/3 від об’єму реактора. Сучасний вигляд газгольдера приведена на рисунку 3.18.
|
|
|
Рисунок 3.18 — Зовнішній вигляд газгольдера біоенергетичної установки |
Пластикові газгольдери. Пластикові або гумові газгольдери використовуються для збору біогазу в суміщених установках, де пластиком покривається відкрита ємність, яка служить в якості реактора. Різновидом є окремий пластиковий газгольдер.
Сталеві газгольдери. Серед сталевих газгольдерів можна виділити два типи:
— сухі і мокрі, газгольдери з низьким тиском, (0,01. . 0,05 кг/см2). Альтернативою таким газгольдерам можуть стати пластикові газгольдери, так як газгольдери низького тиску коштують більше і можуть бути використані тільки у разі великої відстані (мінімум 50…. 100 м) від установки до приладів, які використовують біогаз. Також такі газгольдери використовуються для зменшення різниці між щоденним виробництвом і використанням газу;
— газгольдери середнього (8… 10 кг/см2) і високого (200 кг/см2) тиску (рис. 3.19, рис. 3.20). В такі газгольдери газ подають за допомогою компресора. В Україні газгольдери середнього тиску використовуються на середніх і крупних біогазових установках. Для заправки автомашин і балонів використовуються газгольдери високого тиску.
|
|
Рисунок 3.19 — Сталеві газгольдери середнього тиску в с. Петрівка
|
Рисунок 3.20 — Сталеві газгольдери високого тиску в с. Петрівка |
Контрольно-вимірювальні прилади. До контрольно- вимірювальних приладів, які встановлюються на газгольдери відносяться: запобіжний клапан, манометр і редуктор тиску водяний затвор. Сталеві газгольдери повинні бути заземлені.
3.9 Системи перемішування
Перемішування маси, що зброджується в реакторі підвищує, ефективність роботи біогазових установок і забезпечує:
— запобігання появи ділянок різної температури всередині реактора;
— запобігання формування пустот і скупчень, шо зменшують робочу нлоіцу реактора;
— запобігання формуванню кірки і осаду;
— рівномірний розподіл популяції бактерій;
— вивільнення біогазу. шо утворюється;
— перемішування свіжого субстрату і популяції бактерій.
Методи перемішування. Перемішування сировини може відбуватися за допомогою таких основних способів: біогазом, що пропускається через товщу сировини, механічними мішалками і пере-
132
 |
 |
качуванням сировини з верхньої зони реактора в нижню (рисунок 3.21). Робочими комплектуючими механічних мішалок є лопаті, шнеки, планки. Працювати вони можуть вручну або за допомогою двигуна.
а, б — механічна мішалка; в. г — за допомогою насосу; д — біогазом і рідиною; е — біогазом
Рисунок 3.21 — Системи перемішування сировини для вертикальних реакторів