ІНФОРМАЦІЙНИЙ ЗВІТ Про результати виконання досліджень, що фінансуються за рахунок коштів державного бюджету, за перше півріччя 2015 року
| [ Викачати з сервера (199.7 Kb) ] | 29.06.2015, 17:59 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Сучасні біогазові установки підрозділяються на два види за технологією підготовки і бродіння сировини: «мокра» технологія (вологість бродильної пульпи порядку 85– 95 %) і «суха» (вологість пульпи близько 50– 60 %).. Процентний склад завантажуваних сумішей варіюється залежно від типу відходів.
В установках кожного типу може використовуватися як мезофільне (температура пульпи близько 35°С), так і термофільне (температура порядку 50 - 55°С) зброджування сировини. Установки останнього типу відрізняє хоча і дещо більш складна конструкція метантенка і можливі великі теплові втрати з нього, але зате майже на чверть менший час зброджування.
В середньому на стабілізацію температури в мезофільному процесі витрачається 15-25% утворюється біогазу, а в термофильному - 35-50%.
При переробці гною перемішування зброджуваного матеріалу є неодмінною умовою ефективної ферментації у зв'язку з тим, що відбувається вирівнювання температури в реакційному обсязі, ліквідується градієнт концентрації біомаси мікроорганізмів і завислих речовин по висоті апарату, поліпшується контакт бактерій з субстратом, інтенсифікуються масообмінні процеси.
Механічними пристроями доцільно застосовувати в метантенках невеликого обсягу (до 100 м3). У великих метантенках ефективно гідравлічне перемішування або за рахунок барботажування біогазом, нагнітається компресором з газової зони реактора, або з газгольдера. При перемішуванні біогазом виникає небезпека флотації включень та інтенсивного кіркостворювання на поверхні середовища.
Фізико-механічні властивості стоків гною залежать в основному від умов утримання тварин на фермі і способів прибирання гною (механічний, самоплавний або гідрозмивний) і змінюються в межах: вологість 76,8–98,3%, зольність 14–22%. Об’єми стоків визначаються кількістю тварин, що одночасно утримуються на фермі, і сягають 44–468 м³ на фермах ВРХ. Ємність метантенків на фермах, розрахована як величина, зворотна нормі добового завантаження з урахуванням коефіцієнта об’ємного розширення і густини стоків гною, коливається в широких межах.
 Рис.1 Блок-схема виробництва біопалива
Для ферм на 400 голів ВРХ молочного напрямку при зброджуванні в мезофільному режимі необхідно мати метантенк ємністю від 950 до 19530 м³, у термофільному - від 425 до 9765 м³. З одного метра кубічного гноївки можна отримати близько 20 м3 біогазу енергетичною цінністю 20 – 25 МДж/м3. Після виділення з біогазу двоокису вуглецю шляхом розчинення його у лужній воді, можна отримати газ з вмістом до 95% метану, тоді його енергетична цінність зросте до 36 МДж/м3. Не очищений біогаз має характерний запах ферми або болота, завдяки чому його витік можна легко відчути.
Швидкість розпаду та вихід газу залежать від наступних чинників, а саме вмістів у сировині:
Перший чинник, тобто вміст сухої органічної маси, показує кількість органічних речовин, які в процесі ферментації підлягають розкладу (табл.1).
Таблиця 1
Вміст сухої маси (с.м.) та сухої органічної маси (с.о.м.) у виділеннях тварин
Вміст вуглеводів, жирів та білків впливає на виробництво біогазу. З 1 кг сухої органічної маси в результаті анаеробної ферментації вуглеводів (С6Н10О5)n утворюється 0,8 – 0,9 м3 біогазу, з жирів – від 1,2 до 1,5 м3 і з білків - від 0,6 до 0,7 м3 біогазу (табл. 2).
Як згадувалось раніше, до найбільш розповсюдженої сировини відносяться відходи тваринництва. Отримують з них найбільшу кількість біогазу (табл. 3). Рослинні речовини, переважно целюлоза, також піддаються ферментації. Середній вміст целюлози складає у соломах: вівсяній - 36,7%, пшеничній - 37,2% і житній - 38,3 %; у стеблах кукурудзи - 33,7% та 24,0% - у сухому листі.
Таблиця 2
Етапи розпаду різних органічних компонентів
Taблиця 3
Питоме виробництво біогазу з виділень сільськогосподарських тварин
У табл. 3 представлено середнє добове виробництво біогазу, який можна отримати в процесі ферментації. Кількість виробленого біогазу залежить від фізико-хімічних властивостей сировини, що завантажують у ферментер. Звичайно рівень виробництва біогазу розраховують на один кілограм сухої маси, що міститься в сировині.
На кількість біогазу з тваринних відходів істотний вплив справляє раціон годівлі тварин, їх вік та інші чинники, що виявляються при експериментальному дослідженні процесів ферментації.
Визначено вплив раціону годівлі молочних корів на вихід біогазу з їх виділень. Найбільше метанового потенціалу має сировина від молодших за віком корів. Результати цих досліджень представлено в таблицях 4 та 5. Виявлено також, що ці корови виробляють середню кількість молока при збалансованому раціоні годівлі.
Динаміка зміни у часі продуктивності виробництва метану при різних раціонах годівлі молочних корів свідчить, що саме переробка відходів тваринницьких ферм у метантенках дозволяє істотно зменшити викиди шкідливих газів у навколишнє середовище. А раціони годівлі тварин потребують подальшого удосконалення з точки зору одержання найбільшого економічного при дозволеному рівні впливу на екологію.
Таблиця 5
Вплив раціону годівлі корів на вихід біогазу та метану
Завдяки додаванню допоміжного матеріалу з високим вмістом с.о.м., виробництво газу може значно зрости, особливо при використанні жирів, додавання яких призводить до збільшення продукції біогазу у декілька разів. Змішана ферментація, тобто одночасне бродіння різних матеріалів, затягує процес ретекції (накопичення) і потребує спорудження резервуарів великого об’єму, проте цей захід окупається завдяки збільшенню виробництва біогазу. Надто велике завантаження органічних речовин може однак порушити співвідношення і в результаті призвести до раптового зниження виробництва біогазу, і навіть до загибелі колоній бактерій, що відповідають за процес ферментації.
Таблиця 6
Затрати енергоносіїв та коштів на забезпечення технологічних процесів біогазової установки для режимів ферментації
2. Субстрат біомаси подається до резервуару 1, який зверху накритий утеплювачем 2. У 5 верхній частині резервуара 1 вмонтовано бункер завантаження біомаси 5, для подачі нової порції біомаси, перекриття якої забезпечується першою шиберною засувкою 6, а також трубу споживача біогазу 7 для відбирання біогазу із запірно-регулювальною арматурою 8, Резервуар 1 обмотано електричним нагрівальним кабелем 3 із терморегулятором 4, які забезпечують під тримання необхідної о температурного режиму бродіння, а блоком управління 26 здійснює 10 контроль температур через терморегулятор 4. При цьому відбувається вивільнення біогазу, який проходить крізь захисну газорозподільну решітку 10 до і руби споживача біогазу 7. В нижній частині резервуара І знаходяться гідравлічний перемішувач 25, який здійснює перемішування біомаси у резервуарі 1 при подачі з допомогою фекального насосу 21 трубопроводом циркуляції субстрату 22 біомаси. Також в нижній частині знаходиться 15 трубопровід відпрацьованого субстрату 24 з другою шиберною засувкою 23 для звільнення резервуара 1 від відпрацьованої біомаси. Трубопровід циркуляції субстрату 22 служить для переміщення біомаси через повітроспускник 16, бак-акумулятор 20, спускник 19 та фекальний насос 21 до гідравлічного перемішувала 25, при цьому здійснюється відбір теплової енергії з бака-акумулятора 20, необхідної для підігрівання біомаси в резервуарі 1. Трубопровід 20 циркуляції теплоносія 27, який містить манометр-барометр 18, повітроспускник 16, спускник 19, запірно-регулювальну арматуру 8 га насос 28, служить для перенесення теплової енергії від сонячного колектора 17 до бака-акумулятора 20. Сонячна батарея 12, забезпечує електричним струмом електричний нагрівальний кабель 3, з'єднана послідовно електричним кабелем 13 з контролером акумуляторної батареї 11, акумуляторною батареєю 15 та з інвертором 25 електричного струму 14. При цьому інвертор електричного струму 14 забезпечує роботу компресора 9, блока управління 26, терморегулятора 4, електричного нагрівального кабелю 3, насоса 28 та фекального насоса 21 електричним струмом.
 Рис. 2. Загальна схема конструкції біогазової установки з сонячною батареєю.
Основа конструкції терморегулятора - мікроконтролер PIC16F84A з датчик температури DS1621 володіє інтерфейс l2C. У момент включення живлення, мікроконтролер спочатку ініціалізує внутрішні регістри температурного датчика, а потім проводить його налаштування. Терморегулятор на мікроконтролері в другому випадку виконано вже на PIC16F628 з датчиком DS1820 і управляє підключеної навантаженням за допомогою контактів реле.
Рис.3. Схема терморегулятора на мікроконтролері PIC16F628 з датчиком температури DS1820
Особливість конструкції: Індикація на РК - дисплей поточної температури. Можливість управління нагрівальним елементом або іншим потужним зовнішнім приладом. Можливість роботи в режимі термостата.
Серцем схеми є мікроконтролер PIC16F628, що підтримує постійний обмін інформацією з цифровим термометром DS1820 по протоколу 1-Wire, а також обробляє і аналізує ці дані і виводить її на ЖК дисплей. У якості дисплея використовується модуль 16х2 MT16S2H фірми «МЭЛТ»
Блок живлення можна зібрати самостійно на стабілізовану напругу на 5 вольт.
Об’єкти АПК та інші сільські енергоспоживачі розосереджені на великих територіях і саме тому їхнім потребам відповідає децентралізована енергетика та її комбінація з централізованою. Забезпечення природним газом з центральної мережі газопроводів складає на сьогоднішній день лише 12– 14 % сільського населення та об’єктів АПК.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Переглядів: 785 | Завантажень: 291 | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Всього коментарів: 0 | |