р— конструкции, величины, эксплуатационных характеристик (например, частоты вращения) и расположения мешалки.

Предварительный расчет затрат энергии пока еще не представляется возможным из-за отсутствия универсальных количественных рекомендаций по режимам работы перемешивающих устройств в условиях эксплуатации сельскохозяйственных биогазовых установок. С другой стороны, данные, базирующиеся на измерениях или практическом опыте, имеют лишь ограниченное применение, так как опираются на конкретные условия, которые в большинстве случаев недостаточно точно определены.

Более надежные данные о потребности энергии на перемешивание имеются для установок биологической очистки коммунальных стоков. Для реакторов вместимостью до 500 м^ принимают потребность в электрической мощности, равную 30...60 Bт/м^ при времени включения не менее 4 ч и паузами между рабочими циклами не более 7 ч [62].

4.2,2. Насосы

К важнейшим факторам, определяющим потребность в энергии для привода насосов, относятся:

—вязкость субстрата;

—необходимая в каждом конкретном случае объемная подача;

—конструкция насоса;

—сечение, а также число и кривизна колен в трубопроводах.

Так как насосы для перекачки жидкого навоза достигли высокого технического уровня, мы располагаем необходимым производственным опытом и данными о по-требности в энергии для различных условий эксплуатации, характерных для биогазовых установок. Это относится также к насосам, которые снабжены устройством для измельчения волокнистых и соломистых частиц.

4.3. Покрытие потребности в энергии 4.3.1. Газ

Наиболее целесообразно использовать биогаз в качестве источника получения теплоты. Его можно, например, применять непосредственно для подогрева воды, которая

В этом случае пропускается через теплообменник; тогда потери энергии минимальны. Вторая возможность —использование газа в двигателе внутреннего сгорания (например, для привода электрогенератора), причем вода из системы охлаждения двигателя поступает в теплообменники. Теплоту выпускных газов двигателя можно дополнительно использовать для работы водонагревателя, Хватит ли отбросной теплоты газового двигателя на то, чтобы в любое время года покрыть потребность уста.нов-ки в теплоте, сказать с уверенностью еще нельзя. Для ответа на этот вопрос необходимо также выяснить возможность вторичного использования отбросной теплоты перебродившей массы.

4.3.2. Вторичное использование теплоты

Теплота, содержащаяся в удаляе.мом из реактора шламе, представляет собой дополнительный резерв энергии, ко» торый следует по возможности использовать для подогрева загружаемого субстрата и компенсации тепловых потерь в реакторе. Простейшая возможность такой утилизации энергии — непосредственный перенос теплоты, когда поступающий в реактор жидкий субстрат подогревается в теплообменнике, где теплоносителем служит удаляемая из реактора жидкая масса, которая пропус-

мавоз /

^=4

Рис. 17. Подогрев свежего субстрата за счет отбросной теплоты удаляемой из реактора массы по шведскому предложению [143]:

— насос; 2 —накопитель шлама; 3 —реактор; 4 — пространство для накопления газа; 5 — слой теплоизоляции; б — открытый шиек.

кается через трубки аппарата или омывает их. Хорошо

исиользовать отбросную тсилоту удается в том случае, если удаляемая жидкая .масса не подается в про.межу-точкый накопитель, а поступает непосредствеино в теплообменник (например, противоточного типа [111]) и там отдает свою теплоту, причем температура массы падает до температуры загружаемого субстрата. Правда, такие схемы, в которых первичный жидкий субстрат проходит через накопитель шлама, имеют более простое конструктивное решение (рис. 17), однако в этих случаях вторично используется сравнительно небольшая часть энергии вследствие теплопотерь в накопителе шлама.

Опосредствованный перенос теплоты с помощью теплового насоса связан с относительно высокими первоначальными затратами. Однако эта система утилизации теплоты представляет собой очень хороший способ использования энергии, в особенности там, где тепловой насос работает в сочетании с газовым двигателем (с использованием отбросной теплоты, см. ч II, раздел 7.2) и испаритель (или конденсатор) находится в непосредственном контакте со сбраживаемой массой (рис. 18).

Во избежание теплопотерь в этом случае необходимо промежуточное хранение теплой, отработавшей в реакторе жидкости в отдельном, хорошо изолированном резервуаре, объем которого определяется испарительной

Биогаз

Жидлий на баз

■ . . .-Ш.лал/

Рис. 18. Использование отбросной теплоты удаляемого из реактора шлама с помощью теплового насоса [124]:

а — навозоприемник с перемешивающим устройством; 6 — реактор; в—конденсатор; е — компрессор; б — испаритель; е — промежуточный накопитель шлама с теплоизоляцией; ж — накопитель шлама.

способностью и массовым расходом удаляемого из реактора жидкого субстрата. Наличие крупных частиц, а также взвешенных в первичном субстрате и удаляемой массе твердых веществ предъявляет особые требования к конструкции теплообменника.

4.3.3. Прочие источники энергии

Некоторую экономию внешней энергии и биогаза можно получить за счет использования дополнительных источников энергии, которые имеются в отдельных случаях.

Теплота животноводческих помещений

Можно достичь существенного снижения энергетических затрат, если эскременты животных на пути к реактору будут терять по возможности меньше своей естественной теплоты. Поэтому надо стремиться к максимальному уменьшению расстояния между животными и реактором и обеспечению хорошей теплоизоляции трубопроводов, прокладываемых за пределами животноводческих помещений. И наконец, если разместить реактор внутри этих помещений, потери теплоты еще более сократятся [20, 29].

Теплота окисления

При аэробном разложении органических веществ высвобождается такое количество теплоты, что в благоприятных условиях температура субстрата может достигать 70°С [4]. Так как эта тепловая энергия образуется теми же веществами, которые выделяют биогаз, двухступенчатый процесс брожения, состоящий из первой, аэробной фазы, имеющей целью получение теплоты, и второй, анаэробной, служащей для производства газа, всегда связан с меньшим выходом газа." Кроме того, следует учитывать тот факт, что аэробное брожение (компостирование) без дополнительной затраты энергии (не считая подготовки) возможно лишь при наличии твердого и влажного органического материала, который обладает благоприятной для газообмена пористой структурой. Жидкие субстраты, напротив, требуют для внесения в них воздуха с одновременным интенсивным перемешиванием больших затрат энергии,- которые неблагоприятно сказыва-

ются на общем энер1Гети-1еском балансе. ДоцЬлнительные затраты денежных средств в этом случае также относительно велики.

Окончательное суждение о возможности использования теплоты окисления в сочетании с производством биогаза можно будет вынести только тогда, когда станут известны результаты еще незаконченных исследований по использованию теплоты биогенного происхождения.

Солнечная энергия

Если для покрытия тепловых потребностей биогазовых установок использовать солнечную энергию, это потребовало бы строительства дорогостоящих теплоаккумуля-торов, поскольку количество теплоты, поступающей на землю с солнечным излучением, резко колеблется в течение суток, года, а также в зависимости от местных климатических условий. Другой недостаток состоит в том, что в течение года потребность в теплоте и количество теплоты, поступающей с солнечным излучением, не равны между собой. Поэтому в наших широтах в отличие от регионов с интенсивным и равномерным солнечным излучением использование гелиотехники в биогазовых установках имеет второстепенное значение.

Часть П

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА

Э. ДОНЕ И М. БРЕНИДЕРФЕР

5. Аккумулирование газа

Чтобы рационально использовать биогаз в сельскохозяйственном" производстве, необходимо предусмотреть аккумулирование газа в определенном объеме, поскольку производство газа и его потребление не соответствуют одно другому.

5.1. Технические возможности

Аккумулирование газа в коммунальных сетях газоснаб-л<ения служит с давних пор для выравнивания колебаний потребления и его пиков, различий в качестве газа, отклонений от расчетной производительности газовых установок (временные нарушения, аварии и т. п.).

Все это, разумеется, справедливо и для биогазовых установок. Объединение в систему неприменимо к биога-зовым установкам, которые служат для обеспечения только собственных нужд хозяйства, однако при проектировании крупных установок для снабжения нескольких потребителей (в определенной местности) эту возможность следует иметь в виду. Хотя непрерывная подача газа и добавление в общую систему резервных объемов, характерное для коммунальной газовой сети, позволяли бы эксплуатировать крупные биогазовые установки без дорогих индивидуальных аккумуляторов газа, такая технология вряд ли может быть реализована из-за различного состава газа и нестабильности его качественных показателей. Регулирование производства газа в соответствии с его потреблением возможно лишь в ограниченных размерах.

Пики в потреблении газа могут возникать: