Наши биогазовые установки — введение

Итак, по конкретным установкам. У нас нет строго фиксированного модельного ряда. На сайте я привел некие базовые варианты, причем в таком базовом виде мы сами не рекомендуем эти установки пользователю.

Поэтому я начну с немного другой базы — двухреакторной установки на 6 куб.м суммарного объема реакторов. Она оборудована подготовительной емкостью на 300 литров, заправка сырья самотеком. В подготовительной емкости установлен электрический миксер. Два реактора утеплены по нашей технологии, система обогрева — электрическая. Перемешивание осуществляется погружным миксером, который закручивает струю по восходящей спирали. Слив — через водяной затвор. В каждом реакторе — кран аварийного слива.

Блок автоматики имеет программируемые контроллер температуры (2 канала) и таймер. Термоконтроллер включает нагреватели и синхронно мешалки. Таймер включает мешалки. Также есть ручное включение мешалок и миксера в подготовительной емкости. Газовая система имеет жидкостный предохранительный клапан, легко настраиваемый в широком диапазоне, жидкостный обратный клапан, ручной сброс газа, охладители газа, устроенные таким образом, чтобы конденсат сливался в реакторы. Газгольдер сухой на 1 куб.м рабочего объема. Мех газгольдера — сменный материал, легко заменяется в случае износа, стоит около 100$.

Нагревателей три на каждый реактор, по одной фазе на каждый. В случае выхода из строя даже 2 нагревателей, реактор не замерзнет и температура не упадет.

Максимальный темп охлаждения реакторов — 0,2 градуса в час. Соответственно — максимальный темп нагрева составляет 1 градус в час. Мощность нагревателей одного реактора составляет 4 кВт. Максимальное время работы в сутки — 4 часа. Отсюда максимальные затраты на нагрев — 4*4*2*0,71=22,72 грн в сутки. Еще будет расход на мешалки и автоматику, но он на порядок меньше, хотя и не зависит от времени года. Расход на нагрев указан в период морозов, это максимум 3 месяца из 12.

Установка рассчитана, в основном на навоз. Поэтому цикл брожения выбирается в диапазоне 16-20 суток. Выход жидких биоудобрений составит 240-300 л в сутки. Выход биогаза 10-20 куб.м в сутки. Этого как раз хватит на отопление дома и нагрев воды для составления смеси для реакторов.
Такую установку мы готовы продавать с монтажом за 7000$. Цена может быть заметно снижена в случае выпуска малой серии.

Экономическая эффективность может быть достигнута прежде всего за счет грамотного использования биоудобрений. При таких количествах ни о каких продажах удобрений речь не идет. Необходимо использовать их в собственном или соседских хозяйствах. Большой эффект даст применение на огородных культурах. За год будет произведено 87600 л жидких биоудобрений. При норме внесения около 1000 л на гектар, с учетом потерь их хватит на 8 га. Прирост урожайности овощных культур составляет до 200%. Простейший пример, уже проверенный нами — картофель. Мало того, что он получается в 2 раза крупнее, так еще и ускоряется рост. Таким образом, в климатических условиях Украины было собрано 2 урожая за лето. Первый урожай собрали в июле, сделали вторую посадку и собрали урожай в конце сентября.
При обычной урожайности 16 тонн с гектара в нашем случает суммарный прирост урожайности будет как минимум столько же. Какова будет цена за килограмм в следующем году? Полагаю, что 4 грн. — запросто. Итого — 64000 грн. Примерно столько и стоит установка. А еще есть газ, который тоже в чем-то может помочь.

Предыдущие посты были присказкой для частников с тремя коровами, которые хотят иметь «биогазовых технологий», а теперь начинается сказка:

Гораздо более перспективный рынок в Украине состоит из хозяйств, где есть 200-300 свиней, 20-40 коров, или еще какие-то кони-овцы. Короче говоря, навоза всякого собирается до тонны в сутки. Для таких бедолаг мы предлагаем установки среднего размера.

Подготовительная емкость около 4 кубов, два реактора по 40 кубов. И то и другое изготовлено по одной технологии. Полипропиленовые заказные емкости, наше фирменное утепление, пластиковые трубы водяного обогрева. В подготовительной емкости миксер, на выходе достаточно мощный насос. В реакторах — мешалки. Подогрев реакторов 50 кВт котлом украинского производства, управление каждой из трех веток подогрева включением-выключением соответствующего насоса. КПД котла — 89%.
Сухой газгольдер на 2 куба рабочего объема.
Блок автоматики на микроконтроллерах, который всем этим управляет.
Достаточно раз в сутки забросить говно в подготовительную емкость и залить 1500 л воды. Получится смесь с влажностью 86% объемом примерно 3,2 куба. Дальше работает автоматика.
Газа выйдет от 100 кубов и выше. Зависит от сырья. Удобрений выйдет около 3 кубов.
Стоимость установки — 45000-50000 USD. Колебания могут быть от того, что у клиента уже что-то есть, или, наоборот, нет.

Конструкция позволяет использовать как [мезофильный|мезофильный температурный режим определяется температурами от 25°С до 40°С, оптимально 34 — 37°С; колебания ± 1°С в час], так и [термофильный|термофильный температурный режим определяется температурами свыше 40°С, оптимально 52 — 54°С; колебания ± 0,5°С в час] режим.

Популярно о биогазовых установках — 2

<< Начало

Значит, ключевые моменты для проектирования малой биогазовой установки определены: удешевить и упростить изготовление всех емкостей, разработать дешевую, но эффективную автоматику, сочинить нагрев и перемешивание из недорогих стандартных узлов, применить эффективное утепление, разработать простой, легко ремонтируемый газгольдер, максимально использовать различные физические законы для минимизации количества движущихся деталей.

Возможность создавать по разумной цене небольшие биогазовые установки появилась сейчас прежде всего из-за того, что широкое распространение получили современные материалы для утепления домов, нарастила мощности выпуска полимеров химическая промышленность, микропроцессорные системы подешевели настолько, что их втыкают даже в детские игрушки. Главное при создании малой биогазовой установки – не сильно оглядываться назад и изучать конструкции китайских ям тысячелетней давности. Свежий взгляд со стороны – вот главное не только в этом деле, но и во многих других инженерных вопросах.

Емкости для реакторов, подготовительные мы применили из пластика. Благо сейчас на рынке есть предложения готовых до 15 куб.м объемом. Это сразу частично решило вопрос термоизоляции, коррозии и долговечности, веса, простоты транспортировки и монтажа. Если нам нужны емкости больших объемов, нам их делают на заказ по приемлемой цене и с приемлемой скоростью. Полиэтилен, а лучше полипропилен, работает в необходимом диапазоне температур, пластичен, легко обрабатывается, сваривается и т.д.

Более, чем один реактор могут быть нужны по нескольким причинам. Одна из причин — разделение фаз брожения. Чаще всего отделяют первую фазу — окисление. При этом газ от первой фазы можно не использовать, поскольку там получается, в основном, углекислый газ, зато биогаз от следующих фаз будет с большим содержанием метана, чем при однореакторной схеме.
Вторая причина — сохранение качества удобрений и их экологической безопасности при непрерывном цикле работы биогазовой установки. Если добавлять свежее сырье в один реактор понемногу, то понемногу же придется и сливать сырье из реактора, ведь он не резиновый. Сырье же в реакторе перемешивается. Значит, в сливаемом шламе будет 1/n часть практически не бродившего сырья, где n — длительность цикла. И таких частей с различной степенью переброженности будет в сливаемом сырье n.
С точки зрения КПД установки эффект должны сгладить сами бактерии, которые в первую очередь будут съедать свежее сырье, наиболее богатое для них питательными веществами. А с точки зрения экологии — труба! На выход могут попасть и яйца глистов, и семена сорняков, которые не успели сдохнуть и быть съеденными анаэробными бактериями.
Разделение реактора хотя бы на два существенно уменьшит попадание в шлам неперебродившего сырья.

Утепление делаем так, чтобы защищать нет только от конвекционных, но и от лучевых потерь. Выходит неплохо и по разумной цене, благо различных материалов на рынке хватает.

Уменьшение габаритов биогазовой установки позволяет избавить от некоторых, почти неотъемлемых в большой установке узлов. Если в день надо загрузить в установку 50-200 кг сырья, то не проще ли это сделать тачкой, а не специальным насосом за штуку евро? Подготовительную емкость засунуть на платформу выше реакторов, от платформы спустить вниз пандус для тачки. Одно неудобство – заливка сырья в реактор только в присутствии человека, а значит – один раз в день (или сколько раз не лень). Для установки среднего размера можно раскошелиться и на насос. Кстати, если разыскать украинский насос, выйдет дешевле раз в 5.

Дальнейшее продвижение сырья по цепочке – только самотеком по закону сообщающихся сосудов. Слив – через гидрозатвор. Трубы – стандартные пластиковые канализационные. Уже можно подсчитать экономию…

Поддержание температуры

Поддержание температуры в реакторе по классике делается горячей водой от когенерационной установки или газового котла.
Для малых биогазовых установок потребность применения когенерационной установки даже не рассматривается, для средних – вопрос подлежит обсуждению. Газовый котел, даже бытовой, стоит денег. Автоматика регулировки температуры в реакторе в таком случае должна в качестве исполнительного устройства содержать насос для прокачки горячей воды по трубам. Это все деньги, деньги…

Поэтому для малых биогазовых установок экономически выгодно обогревать реактор электричеством. Отпадают котел, насос, трубы.

Я уже написал, что термоизоляция у нас отличная. Так что даже в мороз много электроэнергии не уйдет. А летом вообще еще придется реактор ограждать от перегрева. Это, кстати, тоже предусмотрено в конструкции нашего утепления, т.е. наш термос работает в двух направлениях.

А уж если и ставить обогрев биогазом, то украинские котлы, пластиковые трубы обеспечат дешевизну и долговечность установки. Трубы из нержавейки не подходят не только по причине дороговизны, но и по технологическим соображениям (пластик гораздо удобнее монтировать, надо просто намотать больше витков). К газовому котлу так же, как и к когенерационной установке подход должен быть комплексным: ее нельзя рассматривать в отрыве от потребителей энергии в хозяйстве. По-хорошему, это роскошь – применять котлы только для обогрева реакторов. Они должны еще давать тепло и горячую воду для потребителя. Но это определяется уже под конкретные условия, т.е. для стандартных расчетов окупаемости приходится рассматривать голый газовый котел без инфраструктуры.

Еще есть одна больная тема – обогрев емкости для подготовки сырья. Летом или в Китае-Индии вопрос не стоит, а в мороз -20 это очень актуально. Нельзя холодное сырье в размере 1/5-1/20 объема первого реактора загонять туда. Процесс конкретно тормознется. Поэтому для обогрева емкости для подготовки электричество еще более предпочтительно, чем вода. Емкость для подготовки длительное время может стоять пустой, поэтому трубы могут замерзнуть. Альтернативное решение проблемы – загрузка сырья раз в день, разбавление сырья горячей водой от уже имеющегося котла, т.е. привязка к конкретным условиям.

Газгольдер

Газгольдер – больной вопрос для небольших биогазовых установок. Биогаз от больших установок обычно идет к когенерационной установке. Потребление достаточно равномерное. Скачки давления должны выравниваться редуктором. Поднять давление до необходимого уровня можно компрессором, энергия для этого есть. Поэтому резинового купола над реактором в качестве газгольдера будет достаточно.
Потребление биогаза у малых установок обычно непредсказуемо. Давление на выходе должно соответствовать стандартному давлению для газовых сетей низкого давления, чтобы нормально работали все бытовые газовые приборы. Обычно применяли «мокрый газгольдер» в виде колокола. Минусов – куча! Если колокол плавает прямо в реакторе, то стоит вопрос коррозии материала колокола. Давление в газовых сетях низкого давления соответствует примерно 0,015 атм, или 150 кг/кв.м. У всего реактора площадь верхушки может быть и 3 и 10 кв.м. Прикиньте вес колокола? А устойчивость? Надо или вешать груз на колокол снизу, или обеспечивать надежные направляющие, с надежными подшипниками и т.д. Если колокол заклинит – мало не покажется!

А отдельный «мокрый» газгольдер требует подогрева во время морозов. Поэтому стоимость «мокрого» газгольдера может составить до половины стоимости биогазовой установки.
Мы на эти грабли наступили и предлагаем «сухой» газгольдер. Фото его есть на нашем сайте. Он небольшой, всего на 1 куб.м рабочего объема, но для большинства малых и средних установок его хватит, потому что газ – это не самоцель!

Эта фраза приведена здесь не для красоты. В ней — суть биогазовой технологии и ее отличие от других технологий альтернативной энергетики. Биогазовая установка вырабатывает два продукта. Биогазовая технология — это безотходное производство! Остается только оценить какой продукт принесет больше пользы.

По нашим многократным прикидкам, биоудобрения (шлам биогазовой установки) представляют намного большую ценность, чем сам биогаз. 80% окупаемости могут дать биоудобрения, и только 20% — биогаз.
Цифры спорные, поскольку официальных данных по применению биоудобрений крайне мало. Все крупные западные производители в основном ориентируются на газ. Их можно понять, глупые буржуи дают офигенные льготы «альтернативщикам». Т.е., западные компании — производители биогазовых установок двигались по пути наименьшего сопротивления.

Украина — не западная страна, сколько бы мы не «двигались в Европу». Никакое правительство реальных льгот никому не даст просто потому, что нет денег, «все уже украдено до нас».
Поэтому мы считаем все с точки зрения простого фермера, которого мало чешут проблемы «партии и правительства».

Продолжение >>

Популярно о биогазовых установках — 1

Чем, собственно, небольшие биогазовые установки отличаются от крупных? В каждой биогазовой установке можно выделить составляющие, стоимость которых пропоционально или в какой-то дробной степени (площадь, объем) зависит от пропускной способности установки. А есть такие составляющие, величина которых фиксирована или меняется ступенчато в зависимости от объемов установки. Поэтому и возникает вопрос о рентабельнсти малых биогазовых установок. Изменение объема реакторов установки влечет за собой нелинейное изменение конечной стоимости.

Если бы все потенциальные пользователи биогазовых установок были богатыми, или хотя бы смелыми и с хорошей кредитной историей, вопрос с малыми биогазовыми установками поднимался бы только с точки зрения научных исследований.

Но мы живем в Украине, где большая половина населения — нищие, где климат недостаточно теплый, но где есть черноземы и много-много халявных органических отходов (пока халявных). Поэтому при разработке конструкции малых и средних биогазовых установок для Украины встает классическая инженерная задача: «Сделать из говна — конфетку!»

Если подойти к вопросу так, как его до сих пор решали в мире, то все останется на уровне любительских игрушек. Установки ямного типа с [психофильным режимом| идет при температуре 8…20 °С (оптимальная – 23 °С); Процесс ферментации очень чувствителен к изменениям температуры, поэтому эти изменения допустимы в пределах: ± 2°С в час;] хороши в теплом климате. У нас полгода такая установка работать не будет, причем именно тогда, когда как раз и нужен биогаз.

Установки из металлических цистерн имеют два возможных недостатка: либо это цистерны б/у, доставшие на шару, и поэтому на такое нельзя рассчитывать даже в самой малой серии, либо изготовленные металлические емкости стоят диких денег, имеют дикий вес, и служит очень недолго из-за коррозии.
Вот такие данные и присутствовали у нас в начале проектирования…

Преимущества

Какие могут быть потенциальные преимущества у малых биогазовых установок перед крупными?

  • Доступная цена для покупателя.
  • Быстрота монтажа и ввода в эксплуатацию.
  • Малые габариты и вес, а, следовательно, возможность транспортировать их в полуготовом виде на дальние расстояния.

Малая биогазовая установка может не быть капитальным строением, откуда выплывают следующие преимущества: отсутствие необходимости в выполнении проекта и кормлении оравы чиновников, возможность выступать в качестве залогового имущества при кредите или лизинге.

Биогазовая установка – это, прежде всего, живой организм. Как всякий живой организм, он может быть достаточно гибким и приспосабливающимся. Можно ведь держать всего одну корову и пасти ее на лужайке, а можно иметь полностью автоматизированную ферму, где коровы за всю жизнь топчут копытами бетонный пол и соломенную подстилку.

Анаэробные бактерии могут прощать многие мелкие неточности и даже ошибки, в отличие от какого-нибудь механизма. Поэтому автоматика выдерживания режима работы биогазовой установки может быть как полноценной, с использованием промышленных контроллеров и компьютеров, так и любительской, с китайскими автоматическими нагревателями или самопальными термостатами. Результат не будет отличаться коренным образом.

Тепловые потери реактора зависят от площади его стенок, а в абсолютном выражении – от соотношения объема и площади стенок. Понятно, что с увеличением объема реактора, затраты на утепление стенок можно уменьшать. Т.е., удельные расходы энергии на поддержание температуры реакции (а значит и КПД установки) сильно зависят от абсолютных размеров реакторов.

Системы перекачки и перемешивания теоретически могут менять цену в зависимости от размеров и мощности, но на практике стандартные насосы и мешалки для биогазовых установок выпускаются только в крупном исполнении под большие установки. Для малых установок приходится мудрить, приспосабливать что-то стандарное или пытаться изготовить самостоятельно. Для этого же нужен станочный парк для работы по металлу (нержавейка, бронза), сам металл и соответствующий опыт создания таких механизмов.

Короче говоря, если с разбегу ткнуться мордой во все вышеописанное, то простой инженер махнет рукой и скажет, что решение задачи смысла не имеет. Неграмотный инженер-энтузиаст кинется воплощать в металле описанные в Интернете и гуляющие от сайта к сайту некоторые проекты, применит в качестве реакторов какие-нибудь морские контейнеры или еще какую-то бросовую лабуду, даже может получить патент (сколько есть бредовых СНГшных патентов в области биогаза!). Только такая любительская конструкция так и останется в одном-двух экземплярах, и через годик-другой тихо «почиет в бозе».

Продолжение >>