У статті встановлено основні аспекти, які необхідно враховувати при проектуванні біогазової установки для переробки відходів тваринництва і переробної промисловості АПК Сибіру, ​​зокрема Красноярського краю. Визначено основні схеми технічного забезпечення технологічного процесу отримання біогазу і, як побічний продукт, органічних добрив. Вибраний майданчик для розміщення дослідно-промислової установки, проведена прив'язка до місцевості, проведені роботи з проектування приміщення для дослідно-промислової установки.

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Баранова М.П., ​​Екатерінчев В.М., Абашев Н.Л..


The Problems of Designing and Creating a Pilot Plant Producting Biogas from Animal Waste APK Siberia

The paper establishes the basic aspects that must be taken into consideration in designing the biogas setting to process the animal breeding wastes and processing industry of Siberian agroindustrial complex in particular Krasnoyarsk region. The basic schemes of technical support were determined for biogas production technological process and organic fertilizers as a byproduct. The experimental site for pilot plant placing was chosen, the locality binding and the pilot plant's laboratories designing was made.


Область наук:

  • промислові біотехнології

  • Рік видавництва: 2017


    Журнал

    Журнал Сибірського федерального університету. техніка і технології


    Наукова стаття на тему 'Проблеми проектування і створення дослідно-промислової установки отримання біогазу з відходів тваринництва АПК Сибіру '

    Текст наукової роботи на тему «Проблеми проектування і створення дослідно-промислової установки отримання біогазу з відходів тваринництва АПК Сибіру»

    ?Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 2017, 10 (1), 106-112

    УДК 620.9

    The Problems of Designing and Creating a Pilot Plant Producting Biogas from Animal Waste APK Siberia

    Marina P. Baranovaa *, Valentin M. Ekaterinchev "and Nikita L. Abashevb

    aKrasnoyarsk State Agrarian University 90 Mira, Krasnoyarsk, 660049, Russia bSiberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041, Russia

    Received 02.09.2016, received in revised form 24.11.2016, accepted 02.01.2017

    The paper establishes the basic aspects that must be taken into consideration in designing the biogas setting to process the animal breeding wastes and processing industry of Siberian agro-industrial complex in particular Krasnoyarsk region. The basic schemes of technical support were determined for biogas production technological process and organic fertilizers as a byproduct. The experimental site for pilot plant placing was chosen, the locality binding and the pilot plant's laboratories designing was made.

    Keywords: biogas setting, animal breeding wastes, organic fertilizers.

    Citation: Baranova M.P., Ekaterinchev V.M., Abashev N.L. The problems of designing and creating a pilot plant producting biogas from animal waste APK Siberia, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol. 2017, 10 (1), 106-112. DOI: 10.17516 / 1999-494X-2017-10-1-106-112.

    © Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Проблеми проектування та створення дослідно-промислової установки отримання біогазу

    з відходів тваринництва АПК Сибіру

    М.П. Баранова3, В.М. Екатерінчева, Н.Л. Абашевб

    аКрасноярскій державний аграрний університет Росія, 660049, Красноярськ, пр. Миру, 90 бСібірскій федеральний університет Росія, 660041, Красноярськ, пр. Вільний, 79

    У статті встановлено основні аспекти, які необхідно враховувати при проектуванні біогазової установки для переробки відходів тваринництва та переробної промисловості АПК Сибіру, ​​зокрема Красноярського краю. Визначено основні схеми технічного забезпечення технологічного процесу отримання біогазу і, як побічний продукт, органічних добрив. Вибраний майданчик для розміщення дослідно-промислової установки, проведена прив'язка до місцевості, проведені роботи з проектування приміщення для дослідно-промислової установки.

    Ключові слова: біогазова установка, відходи тваринництва, органічні добрива.

    Вступ

    В даний час існує необхідність такого підходу до організації виробництва в сільському господарстві, коли воно повинно працювати по автономному циклу або по замкнутій системі. Це необхідно і можливо тому, що практично всі відходи мають органічне походження і складаються з вуглеводнів, які, в свою чергу, є вихідним матеріалом для отримання енергії і ряду речовин.

    У Красноярському краї досить гостро стоїть проблема утилізації відходів тваринництва, особливо відходів великих свинарських комплексів.

    Метою роботи була оцінка можливості проектування і створення дослідно-промислової біогазової установки для відпрацювання технології переробки відходів тваринницьких господарств для кліматичних умов Східного Сибіру.

    Саме по собі використання біогазової станції, особливо на території Красноярського краю, абсолютна інновація. Саме тому часто зустрічається необгрунтоване думка про те, що ця технологія складна і витратна. Все це призводить до необхідності адаптування технології отримання біогазу з відходів для умов Сибіру, ​​що може вирішити завдання:

    1) енергопостачання або зниження витрат на енергопостачання для виробництва теплової та електричної енергії для потреб господарства;

    2) отримання практично безкоштовного органічного добрива, готового для внесення в

    грунт. Причому це добриво безпечно як з хімічної, так і з біологічної точок

    зору.

    У деяких випадках переробка відходів з отриманням добрива є цільовою.

    Експлуатація установки дозволить визначити технологічні та технічні особливості, можливості спрощення або здешевлення процесу. Необхідність створення дослідно-промислової установки в краї обумовлена ​​ще й тим, що виробники представляють лише загальну інформацію про технологічний процес. Власні ноу-хау виробники тримають в строгому секреті, що пояснюється жорсткими умовами конкуренції на ринку біогазової енергетики. До того ж край, володіючи високими можливостями виробляти необхідне обладнання на місці, може знизити витрати на капітальні витрати по створенню і тиражування установок будь-якої продуктивності.

    Економічний ефект від впровадження технології біоконверсії комплексний. Застосування органічних добрив із залишку збільшує врожайність сільськогосподарських культур. За деякими експериментальними даними, внесення в грунт органовмісних залишку після анаеробної ферментації забезпечує додатковий приріст врожайності на 15-25% на кожну тонну сухого залишку. Крім того, біогаз можна конвертувати в теплову енергію, електроенергію (когенерація) і використовувати безпосередньо як паливо для заправки транспорту [1].

    Екологічні аспекти:

    | Мінімізація забруднення повітряного басейну близько агропромислового комплексу;

    | Відсутність забруднення ґрунту та ґрунтових вод органічними сполуками;

    | Зниження використання мінеральних добрив;

    | Скорочення санітарно-захисної зони агропромислових підприємств (наприклад, рекомендована СЗЗ свиноферми на 100 000 голів - 12 км, після будівництва біогазової станції - 300 м);

    | Отримання «органічних» продуктів;

    | Знезараження органічних відходів тваринництва і птахоферм [2].

    Проблеми проектування дослідно-промислової установки

    Біогазова станція - це комплекс інженерних споруд, що складається з пристроїв підготовки сировини, виробництва біогазу і добрив, очищення і зберігання біогазу, виробництва електроенергії та тепла, автоматизованої системи управління біогазової станцією і інших установок.

    Технологія має всі ознаки індивідуальності - в кожному окремому випадку можливо і часом необхідно виконувати індивідуальний проект.

    Процес проектування та створення дослідно-промислової установки викликає складності вже на найпершому етапі. Це обумовлено цілим рядом питань, що виникають при адаптації технології до кліматичних умов, а саме:

    • вибір технології зброджування. Залежно від вимог і бажання споживача на установці може здійснюватися мезофільні або термофільний режим, який дозволяє отримати добрива з практично стерильними характеристиками;

    • застосування або незастосування внесених штамів, що можливо при мезофільному режимі. При використанні термофільного режиму періодичне внесення штамів необхідно;

    • ступінь однорідності подається сировини. Початковою сировиною може бути і гній, і пташиний послід, і мулові залишки очисних споруд, і подрібнені відходи органічної маси (тварин). Відповідно, чим дрібніше частинки, тим ефективніше йде процес ферментації і процес виділення метану прискорюється і збільшується;

    • спосіб і періоди перемішування залежать від продуктивності установки, складу вихідної сировини, технічних можливостей забезпечення технологічного процесу;

    • тимчасові періоди внесення вихідного матеріалу і відведення продуктів впливають на кількість і швидкість виділення біогазу та до того ж визначаються якістю і кількістю штамів - суміші ензимів, пробіотиків і мікроелементів;

    • вологість вихідного матеріалу;

    • спосіб обігріву метантенка. Найпростіше використовувати підігріту воду. У літературі відсутня інформація про можливість застосування в якості теплоносія для системи підтримки температури в реакторі нагрітого повітря або інших газів;

    • розподіл теплових полів всередині реактора і пов'язані з цим процеси ефективної роботи мікроорганізмів;

    • вибір обсягу метантенка дослідно-промислової установки для того, щоб отримані на ньому дані можна було масштабувати як в сторону зменшення обсягу (для невеликих фермерських господарств), так і в бік збільшення (для промислових агрокомплексов);

    • вибір матеріалу, з якого зроблений реактор, оскільки це впливає на продуктивність по газу, на обігрів, що може знизити спожите тепло на власні потреби і не повинно впливати на якість середовища проживання мікроорганізмів або виникнення вторинних реакцій;

    • вибір перемішують (мішалки заглибні з певною швидкістю импеллера, рамкові мішалки або барботаж);

    • вибір дробильного, насосного обладнання, запірно-регулюючої та запобіжної арматури;

    • визначення схеми подачі вихідної сировини і відведення отриманого продукту.

    Пропоновані схеми біогазових установок для ТОВ «Омелянівське»

    В ході роботи визначено майданчик для розміщення дослідно-промислової установки, проведена прив'язка до місцевості, здійснено проектування приміщення для дослідно-промислової установки. Залежно від технологічних особливостей процесу переробки відходів тваринництва можливий різний технічне забезпечення і, відповідно, ціна. Від цього залежить і визначення схеми подачі вихідної сировини і відведення отриманого продукту.

    Після проведеного аналізу для розміщення дослідно-промислової установки по отриманню біогазу і органічних добрив обрано ТОВ «Омелянівське», яке розташоване в 26 км від м Красноярська. Були розглянуті дві технологічні схеми отримання біогазу

    а)

    б)

    Мал. Технологічні схеми дослідно-промислової біогазової установки: а - із застосуванням механічних мішалок; б - із застосуванням барботажа

    (Рис. А, б). При оцінці продуктивності установки, економічності і з урахуванням якості вихідної сировини (в основному гній ВРХ) визначена компонування обладнання, відповідна схемі б. Обсяг реактора 20 м3. Відповідно, кількість одержуваного біогазу ~ 24 м3, обігрів власним газом (32-44% витрата газу на власні потреби в холодну пору). Компримування газу не передбачено. Отриманий газ спалюється для покриття теплових навантажень на власні потреби (опалення, вентиляція, ГВС).

    Визначено умови ефективної роботи біогазової станції, які полягають в наступному:

    | Постійна температура в біореакторі від 35 до 72 ° С в залежності від обраного режиму;

    | Робота установки здійснюється в автоматичному режимі;

    | Кількість технічного персоналу 3 -5 осіб;

    | Автоматична лінія завантаження сировини;

    | Використання когенераційної установки, що дозволяє досягати ККД до 95%.

    Слід зазначити, що в ході створення та експлуатації біогазової установки будуть внесені деякі зміни в технологічну схему і схему розміщення обладнання.

    Установка не може працювати на відкритому повітрі, оскільки кліматичні умови Красноярського краю цього не дозволяють. Для розміщення обладнання заплановано будівництво приміщення. В якості огороджувальних конструкцій визначені сендвіч-панелі. Для заміни або установки додаткового обладнання як мінімум одна стіна повинна бути розбірний. Саме неможливість внесення обладнання до існуючого приміщення стала однією з причин відмови від ряду можливих майданчиків.

    висновок

    В результаті проведеної роботи встановлено основні аспекти, які необхідно враховувати при проектуванні біогазової установки для переробки відходів тваринництва та переробної промисловості АПК Сибіру, ​​зокрема Красноярського краю. Визначено основні схеми технічного забезпечення технологічного процесу отримання біогазу і, як побічний продукт, органічних добрив. Вибраний майданчик для розміщення дослідно-промислової установки, проведена прив'язка до місцевості, проведені роботи з проектування приміщення для дослідно-промислової установки.

    Список літератури

    [1] Росбіогаз. Передумови до розвитку біогазових технологій в Росії [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.rosbiogas.ru/predposilki-k-razvitiyu-biogazovix-texnologij-v-rossii.html - Назва з екрану. [Rusbiogas. Background to the development of biogas technologies in Russia [Electronic resourse] - Access: http://www.rosbiogas.ru/predposilki-k-razvitiyu-biogazovix-texnologij-v-rossii.html

    [2] Росбіогаз. Керівництво по біогазовим технологій [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.rosbiogas.ru/literatura/rukovodstvo-po-biogazovim-texnologiyam/ - Назва з екрану. [Rusbiogas. Biogas Guide [Electronic resource] - Access: http://www.rosbiogas.ru/literatura/ rukovodstvo -po -biogazovim-texnologiyam / _

    [3] Баадер В. Біогаз: теорія і практика; пер. з нім. М.І. срібного; М .: Світ, 1992. 148 с. [Baader V. Biogas: theory and practice. Transl. from Ger. By M.I. Serebraniy; Moscow, Mir, 1992, 148 p. (In Russian)]


    Ключові слова: БІОГАЗОВА ВСТАНОВЛЕННЯ /BIOGAS SETTING /ВІДХОДИ ТВАРИННИЦТВА /ANIMAL BREEDING WASTES /Органічні добрива /ORGANIC FERTILIZERS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити