Конструкции метантенков биогазовой установки

Основным элементом БГУ является метантенк (биореактор). Именно от эффективности работы биореактора в конечном счете зависит эффективность работы БГУ в целом.Биореактор — основа любой БГУ, и к его конструкции предъявляются достаточно жесткие требо­вания. Так, корпус биореактора должен быть достаточно про­чен при абсолютной герметичности его стенок. Обязательны хорошая теплоизоляция стенок и их способность надежно противостоять коррозии. При этом необходимо предусмотреть возможность загрузки и опорожнения реактора, а также доступ к его внутреннему пространству для обслуживания.

Если, исходя из характера процесса брожения и его технологии к реакторам предъявляют в основном требования:

1) абсолютной герметичности стенок, препятствующей газообмену;

2) непроницаемости для жидкостей;

3) сохранения прочности в статическом состоянии при воздействии собственной силы тяжести и массы загружаемого субстрата;

4) совершенной теплоизоляции;

5) коррозионной стойкости;

6) надежности загрузки и опорожнения;

7) доступности внутреннего пространства для обслуживания, то для выбора формы, размеров и конструкции реактора решающую роль играют такие факторы, как:

8) массовый расход субстрата при заполнении;

9) заданный выход газа или степень сбраживания субстрата как функция от концентрации сухих веществ, загрузки рабочего пространства, времени цикла сбраживания и интенсивности перемешивания;

10)  применяемая система производства;

11)  уровень механизации.

Эти факторы определяются условиями производства и целями технологического процесса. С точки зрения статической прочности, создания условий для перемещения жидкого субстрата (затрат энергии на перемешивание), отвода осадков и разрушения плавающей корки предпочтительным представляется использование яйцеобразного резервуара.

Формы реакторов весьма разнообразны. Наиболее распространённые типы резервуаров биореакторов показаны на рис. 5. C точки зрения создания наиболее благоприятных условий для пе­ремешивания жидкого субстрата, накапливания газа, отво­да осадков и разрушения образующейся корки целесообраз­но использование резервуара, формой напоминающего яйцо (рис. 4а). Крупные реакторы такой формы обычно сооружают из бетона, поэтому для них характерна высокая стоимость изготовления, что существенно ограничивает их применение. Зато подсобные реакторы меньших объемов достаточно нес­ложно выполнить из стеклопластика, то есть из полиэфир­ной смолы, армированной стекловолокном, и обходятся они не так уж и дорого.

 

Рис. 5. Наиболее распространённые типы резервуаров биореактора:
а - в виде яйца; б - цилиндрический с конусными верхней и нижней частями;      в- цилиндрический, г- цилиндрический с перегородкой; д - в виде параллелепипеда (с перегородкой); е - цилиндрический (наклонно расположенный); ж - траншея в грунте (с крышкой)

Для цилиндрического резервуара с конусными верхней и нижней частями (рис. 5б), как и для яйцеобразного, характерны не­большое пространство для накопления газа, ограниченный объем плавающей корки, а также хороший отвод шлама. Од­нако в подобных реакторах создаются менее благоприятные условия для перемещения жидкого субстрата. Резервуары большого объема такой формы, используемые в комму­нальных установках для очистки и разложения стоков, как и реакторы в форме яйца, изготовляют из бетона. Однако «ци­линдрические» реакторы несколько дешевле. В индивиду­альных хозяйствах реакторы вышеуказанной формы, но, естественно, меньшей вместимости, делают из стали или из стеклопластика. Кстати, в реакторах из стеклопластика легче достичь лучших условий перемещения субстрата.

    Цилиндрические резервуары (рис. 5 в-ж) относительно просты в изготовлении, что объясняется обширным опытом строитель­ства емкостей для сельскохозяйственных целей (стальные, бетонные, стеклопластиковые цистерны-бункера для сило­са и других кормов). Однако по сравнению с резервуарами предыдущих форм в цилиндрическом резервуаре невозможно организовать достаточно хорошие условия для переме­щения субстрата, при этом приходится считаться с более высокими затратами на удаление осадка и разрушение пла­вающей корки, что связано с увеличением расхода энергии на перемешивание массы.

    Если резервуар цилиндрической формы разделить по­перечной вертикальной перегородкой на две камеры, то мож­но организовать систему получения биогаза с поочередным использованием камер резервуара. Двухкамерная биогазовая установка проточного типа показана на рис. 6.       

Строительство резервуара с перегородкой обойдется дешевле, чем соору­жение двух отдельных резервуаров. Кроме того, что при такой компоновке уменьшается значение теплоизоляции на­ружных стенок резервуара, а в перегородку, выполняемую из достаточно теплопроводного материала, не очень сложно встроить какое-либо нагревательное устройство, что прида­ет установке дополнительные конструктивные выгоды.              

       В простых, большей частью небольших, биогазовых ус­тановках, сооружаемых собственными силами, обычно бро­дильная камера имеет форму параллелепипеда (бассейн или яма с крышкой).

Рис. 6. Двухкамерная биогазовая установка проточного типа:

1-насос; 2-приёмная камера; 3-бродильная камера; 4-перемешивающее устройство; 5-нагреватель; 6-камера дображивания; 7-сборник сброженной массы; 8-шнек

 

Для повышения эффективности такой реак­тор перегораживают вертикальной стенкой, создавая глав­ную бродильную камеру и камеру для окончательного сбраживания и осаждения шлама. Правда, установки подобного типа не позволяют достичь высокой степени разложения суб­страта, так как в них практически невозможно обеспечить ни равномерное перемешивание массы, ни управление загруз­кой рабочего объема камеры, ни соблюдение времени пре­бывания массы в реакторе, что необходимо для получения максимального количества газа. Да и разрушение плаваю­щей корки и осадка связано здесь с большими затратами.

В горизонтально расположенном резервуаре субстрат перемешивается в продольном направлении. Здесь для не­больших установок пригодны цилиндрические реакторы из стали или стеклопластика. Горизонтальные резервуары зна­чительной вместимости имеют форму параллелепипеда, и выполняют их из бетона. Наклонное расположение таких резервуаров облегчает отекание шлама к выгрузочному отверстию. Такая конструк­ция удобна для размещения простейшего перемешивающего механизма.

Все большее распространение получают траншейные БГУ. Возьмем, например, траншейную ус­тановку из ФРГ. Здесь прямо из помещения, где содержат животных, навоз, разведенный водой, идет в биореактор, в котором сбраживается. В установке предусмотрены механи­ческое перемешивание субстрата и грейфер для погрузки сброженного навоза.

В другой траншейной установке (США) свежий жидкий навоз поступает в бродильную камеру сверху, а подогретая вода — снизу. Газосборник установки эластичный, а на по­верхности сбраживаемого субстрата для теплоизоляции рас­положены пенопластовые плиты. Резервуар в виде вырытой в грунте траншеи позволяет обрабатывать большие количества субстрата. Существует несколько типов таких установок. В качестве строительного материала для стенок реактора используют, как правило, бетон. Траншейная биогазовая установка (1 тип) приведена на рис. 6.

Рис. 7. Траншейная биогазовая установка (1 тип):
1-помещение для животных; 2-биореактор; 3-мешалка; 4-грейфер; 5-хранилище для сброженного навоза; 6-газгольдер.

   Теперь более подробно рассмотрим устройство неко­торых видов БГУ, уже применяющихся в практике. Сейчас на основе резервуара в форме параллеле­пипеда с перегородкой разработана и надежно действует двухкамерная БГУ проточного типа, где субстрат направляется сначала в одну часть резервуара (бро­дильную камеру), а затем самотеком поступает в другую часть (камеру дображивания). Для повышения эффективности ра­боты такая установка снабжена перемешивающим устрой­ством в бродильной камере, нагревателем, шнеком для уда­ления крупных включений в осадке (рис. 8).

Рис.8. Траншейная биогазовая установка (2 тип):                                                                    1-эластический сборник; 2-плиты из пенопласта; 3-бродильная камера;                            4-нагреватель (бойлер).

        Существуют также эластичные реакторы, обычно используемые в странах Юго-Восточной Азии (рис.9).

Рис. 9. Траншейная биогазовая установка (тип 3).

   Подобные реакторы (емкости) делают из плотной прорезинен­ной ткани или из синтетической пленки. Для организации работы таких биореакторов их приходится либо заглублять в грунт, либо помещать внутри достаточно прочного «кругового» ограждения.