Биоэнергетические установки в сельском хозяйстве

ФГБОУ ВПО

«Государственный аграрный университет Северного Зауралья»

Институт дистанционного обучения

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине:

                                 Эксплуатация электроустановок

 

 

                                                                                         Выполнил: 

Студент   курса    группы

Направление  «________________________________________________________________»

 

№ зачет.книжки: 

Подпись:_________________________

 

Руководитель: 

(Фамилия И.О.)

Оценка: __________________________

Дата: ____________________________

Подпись:_________________________

Проверил:_______________________

Рег. № _________________________

Тюмень- 2014

 

 

Вопрос 1.                         

                   Биоэнергетические установки в  сельском хозяйстве.       

                                       Общие сведенья.                                    

Биоэнергетическая установка используется для переработки всевозможных отходов сельскохозяйственной деятельности и пищевого производства для выработки экологически безопасных органических удобрений естественного состава, выработки энергии, выработки кормовых добавок, утилизации продуктов производства и жизнедеятельности для сохранения и защиты окружающей среды в агропромышленных зонах. Все эти задачи в свою очередь являются хорошими аргументами в пользу установки экологически безопасных замкнутых циклов активного сельскохозяйственного производств

Биоэнергетические установки работают на базе процесса метанового сбраживания. В последнее время используются новые методы работы с этим процессом, обусловленные появлением современных технических разработок. Это и усовершенствованная конструкция биореактора, и устройство устойчивого давления газа без газгольдера. А также использование модифицированной закваски, произведённой за счёт работы культур метановых бактерий. Кроме того, стали появляться особые катализаторы процесса, полученные российскими микробиологами из Пермского института экологии и генетики микроорганизмов. Это позволило существенно ускорить процесс и повысить эффективность технологии преобразования органических продуктов производства и жизнедеятельности. Именно большая степень преобразования органического вещества в этих продуктах дает в итоге высокую отдачу биогаза и жидкий шлам, которому присущи и вовсе уникальные характеристики.

Исходя из свойств первоначального сырья, шлам может употребляться как готовое к немедленному использованию удобрение (преобразование навоза или помёта) или высококачественные кормовые добавки (продукты переработки пищевой промышленности, пивоварен и пивных заводов).

Данная технология существенно отличается от иных как по рабочим параметрам, так и по экологической безопасности.

 

 

 

 

 

Вопрос 2.

                              Метод получения биогаза.

             Принципиальные схемы  биогазовых  установок.

. Биоэнергетические  установки (БЭУ) предназначены для  переработки отходов в горючий  газ, тепловую и электрическую  энергию. Влажность предназначенного  для переработки стока составляет 85-92%. На собственные нужды установки  расходуется не более 20% вырабатываемого  биогаза. Таким образом, биоэнергетические  установки не только энерго  независимы, но и могут покрыть  значительную часть энергопотребления  основного производства. В биоэнергетической  установке осуществляется биохимическое  и микробиологическое разложение  содержащихся в отходах органических  веществ. При этом происходят  процессы, сопровождающиеся выделением  биогаза (метан с примесью углекислого  газа) и минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих  соединений. Процесс обеспечивает  органическую стабилизацию отходов, полное уничтожение патогенной  микрофлоры, яиц гельминтов, семян  сорняков, специфических запахов. Это  позволяет использовать переработанный  сток в качестве жидких экологически  чистых удобрений или исходного  сырья для производства белково-витаминных  кормовых добавок. Отходы при  переработке в соответствии с "Федеральным классификационным  каталогом отходов" (приказ МПР  РФ от 02.12.2002 N 786 в ред. от 30.07.2003).преобразуются  из отходов III-го (умеренно опасные) и IV-го (малоопасные) классов опасности  в V-й (практически неопасные).

Применение технологии переработки навоза в реакторах биоэнергетических установках сдерживалось определенными обстоятельствами в частности большими капвложениями, когда специалисты относили данную технологию только к способам получения биогаза. Однако в процессе анаэробной переработки навоза стали получать не только новый энергоноситель, но и экологически чистое органическое биоудобрение по своим свойствам более высокого качества, чем исходная масса. В процессе биологической, термофильной, метангенерирующей обработки органических отходов образуются экологически чистые, жидкие, высокоэффективные органические удобрения.

Эти удобрения содержат минерализованный азот в виде солей аммония (наиболее легко усваиваемая форма азота), минерализованные фосфор, калий и другие необходимые для растения биогенные макро- и микроэлементы, биологически активные вещества, витамины, аминокислоты, гуминоподобные соединения, структурирующие почву. Одна тонна таких удобрений по своему эффекту на растение эквивалентна 80-100 т исходного навоза или других органических веществ.

В результате анаэробного сбраживания органических отходов ускоряется процесс их разложения по сравнению с обычным перегреванием в буртах, при этом гибнут семена сорных растений, гельминты, устраняется запах. Основное преимущество анаэробного сбраживания заключается в сохранении практически всего азота и перехода значительной части его в легкоусвояемую растениями форму. Применение сброженной массы позволяет повысить урожайность полевых культур на 40-100 %. По данным ряда специалистов, если эффективность процесса разделить на энергетическую (от использования биогаза) и экологическую (охрана окружающей среды), то последняя составляет 78 %, а первая 22 %.

Анаэробная биоконверсия (метановое брожение) происходит в герметичных ёмкостях в три этапа.

На первом этапе происходит гидролитическое расщепление высокомолекулярных соединений (полисахаридов, жиров, белков) до низкомолекулярных органических веществ (сахаров, глицерина, жирных кислот, аминокислот).

На втором этапе при участии кислотообразующих бактерий низкомолекулярные соединения преобразуются в органические кислоты (масляную, пропионовую, молочную) и их соли. При этом образуются так же спирты, углекислый газ, водород, а затем сероуглерод и аммиак.

Метановое брожение осуществляется непосредственно на третьем этапе, в ходе которого метановые бактерии образуют углекислый газ и метан.

Эти реакции протекают в питательной среде (органические отходы) одновременно, причем метанообразуюшие бактерии предъявляют к условиям своего существования значительно более высокие требования, чем кислотообразующие. Они нуждаются в строго анаэробной среде, плохо переносят колебания температуры.

Важно отметить, что в ходе метанового брожения сохраняется до 83% энергии сбраживаемой глюкозы. Столь высокий процент свидетельствует о том, что метаногенез является самым выгодным в энергетическом отношении путем трансформации энергии органических веществ в топливо.

Газ, получаемый в результате деятельности живых организмов (растений, микроорганизмов) называют биогазом. 1 м3 биогаза эквивалентен 0,6 м3 природного газа, 0,7 литра мазута, 0,4 л бензина, 3,5 кг дров, 12 кг навозных брикетов.

При производстве биогаза достоинства органических отходов, как удобрения, сохраняются в осадке ( биошлам или биоудобрения), который оказывается более ценным и эффективным удобрением, чем сами отходы.

Работа метанообразующих бактерий происходит при температуре порядка +54С, болезнетворные микроорганизмы, при этой температуре, ослабляются и легко уничтожаются метанообразующими. Сами же, метанобразующие бактерии, вынесенные переработанным субстратом из реактора, гибнут в присутствии кислорода воздуха. Таким образом, в переработанном субстрате навоза или сточных водах полностью отсутствуют какие либо живые организмы, включая семена сорных растений.

При метановом брожении разложению подвергается около 30% органических веществ. В первую очередь распадаются нестабильные органические соединения, поэтому осветленная вода и биошлам, образуемые в результате метанового брожения, лишены запаха, свойственного навозу или сточным водам.

Известно, что из 1-го кг. сух. органического вещества при брожении получается 0,3 кг . -биошлама, 0,2 кг . -осветленной воды, 0,2- 0,6 м3 . -биогаза.

В зависимости от состава отходов можно получать различное количество биогаза.

8.4. Краткое  описание предлагаемого технологического  процесса

Основной частью БЭПУ, является реактор. Он может изготавливаться объемом от 2.5 м 3 до 3500 м 3 . Реакторы объемом 3500 м 3 могут собираться в модуль и перерабатывать требуемое количество отходов.

Найдены решения, позволяющие ускорить процесс переработки в несколько раз. Что, в свою очередь позволило сократить объем рабочего оборудования и дало возможность применить поточный способ непрерывной переработки отходов.

Их суть заключается в следующем:

1. Освобождение  органических отходов от ингибиторов (NH 3 , H 2 S и др.), замедляющих процесс  протекания биохимических реакций. Удаление ингибиторов производится  путем вакуумного выпаривания  их из отходов в подготовительной  камере;

Применение вновь разработанного оборудования, позволяющего измельчать вещества присутствующие в отходах до молекулярного уровня. Процесс измельчения твердых частиц отходов происходит во вращающемся электромагнитном поле;

2. В БЭПУ повышена  производительность реактора за  счет осуществления управления  процесса переработки органических  отходов, имеющих вид жидкого  субстрата, производят в анаэробных  условиях в растянутом непрерывном  потоке перемешивая субстрат  и активизируя на всех участках  его потока работу метанообразующих  бактерий, отделяя от них продукты  их жизнедеятельности в виде  микропузырьков метана, плавнопульсирующим  манометрическим давлением в  реакторе, одновременно восполняя  потери отмирающих бактерий и  унесенных потоком субстрата  свежими бактериями, воспроизводство  которых осуществляется в равномерно  расположенных вдоль потока субстрата  инкубационных зонах, поддерживающих  оптимальные условия для жизнедеятельности  бактерий.

3. Очистку субстрата  от взвесей и различных примесей  после его переработки производят  самоочищающимся биофильтром из  мелкопористого упругого материала, перекрывая выход переработанному  субстрату так, что бы его поток  поступал в биофильтр с низу  и, при засорении пор фильтра, скапливающийся от жизнедеятельности  бактерий газ давил на закупорившееся  нижнее основание фильтра, сжимая  при этом упругий пористый  материал, являющийся неотъемлемой  конструктивной частью фильтра, выжимая из пор находящиеся  в них газ, органику и жидкость  промывая тем самым каналы  пор и выдавливая из них  образовавшиеся пробки, при этом, в случае сбоев в работе, реактора, отсутствия или больших перерывов  в подаче на переработку сырья, устанавливают резервный механизм  очистки биофильтра.

4. Материалоемкость  установки так же снижается  в несколько раз. В результате  БЭУ промышленного типа ( БЭУ, для  переработки большого количества  отходов, например, от поселков, крупных  предприятий, животноводческих ферм) по конструкции, материалоемкости  и режиму работы значительно  отличаются от известных, а БЭУ  для индивидуальных подворий, к  тому же удалось значительно  упростить в изготовлении и  обслуживании.

5. Затраты на  строительство и изготовление  технологического оборудования  БЭПУ соответствуют годовой прибыли  от ее деятельности.

6. Принципиально  БПЭУ промышленного типа представляет  собой короб любого сечения  в поперечнике, от квадратного  до круглого, разделенного на  несколько секций - модулей (Рис.2). Общий  объем короба равняется 3 объемам  суточного объема поступающих  на переработку отходов.

7. Предусмотрена  очистка получаемой из отходов  воды до питьевой, и очистка  биогаза от примесей (сера, силоксаны, влага и пр.) вредных для работы  силовых или отопительных устройств.

8. Использование  метода поточной подачи сырья  позволяет использовать БЭПУ  на очистных сооружениях объектов  ЖКХ.

9. Невысокая стоимость  установки 

Рис. 4. Принципиальная схема прямоточной БЭУ.

1-реактор, 2-аппарат  для бескомпрессорной закачки  биогаза баллоны высокого давления, 3-самоочищающийся биофильтр, 4-газгольдер, 5-барогенератор, 6-колодец, 7-гранулятор  биошлама, 8-дизельгенератор, 9-теплообменник, 10-накопительная емкость, 11-аэратор, 12-аппарат для изготовления аммиачной  селитры, 13-аппарат для приготовления  удобрений из биошлама, 14-система  обогрева БЭУ, 15-питающая камера, 16-подготовительная камера.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

В результате переработки органических отходов (навоз, бытовые стоки) получается:

Чистая теплая, с температурой 54°С, обеззараженная вода, которая пригодна для вторичного использования- питья, что подтверждается лабораторными испытаниями, проведенными лабораторией НИО «Гея НИИ» (ДП ОАО «Кубаньводпроект»). - Биошлам, используется как высококачественное удобрение и подкормка для животных, птицы и рыб. По качеству содержит до 51 % растительного белка, все витамины группы В, 1 тонна биошлама заменяет 80-100 тонн навоза. - Биогаз – газообразное топливо, состоящее из метана с примесями, причем по желанию заказчика, примеси могут удаляться, применяется в котельных установках, двигателях. Качественные характеристики: горит синим пламенем, при этом, не выделяются вредные и опасные вещества, в связи с чем, может использоваться в газовых плитках для приготовления пищи. Из биогаза можно получить этиловый спирт, клеи, ацетон, фенолы. Из примесей биогаза и ингибиторов из отходов, выхлопных или дымовых газов получается мочевина или аммиачная вода, благоприятная в качестве удобрения.