Выбор размера реактора для биогазовой установки

Размер реактора измеряется в кубических метрах и зависит от количества, качества и типа сырья, а также выбранной температуры и времени сбраживания. Есть несколько способов определения необходимо­го объема реактора.

Отношение суточной дозы загрузки сырья и размера реактора

Суточная доза загрузки сырья определяется, исходя из времени сбраживания (время оборота реакто­ра) и выбранного температурного режима. Для мезофильного режима сбраживания, время оборота реактора составляет от 10 до 20 суток, а суточная доза загрузки - от 1/20 до 1/10 от общего объема сырья в реакторе.

Размер реактора для переработки определенного количества сырья

Сначала, исходя из количества животных, опытным путем определяется суточное количество навоза (ДН) для переработки в биогазовой установке. Затем, сырье разбавляется водой для достижения 86% - 92% влажности.

В большинстве сельских установок, соотношение навоза и воды, смешиваемых для получения сырья колеблется от 1:3 до 2:1. Таким образом, количество загружаемого сырья (Д) - это сумма отходов хозяйства (ДН) и воды (ДВ), которой они разбавляются.

Для переработки сырья при мезофильном режиме рекомендуется использовать дозу суточной загрузки Д, равную 10% от объема общего загруженного в установку сырья (ОС). Общий объем сырья в установке не должен превышать 2/3 объема реактора.

Таким образом, объем реактора (ОР) рассчитывается по следующей формуле:

ОС = 2/3 ОР, а ОР = 1,5 ОС

Где: ОС = 10ЧД; Д = ДН + ДВ.

Пример: Приусадебное хозяйство содержит 10 КРС, 20 свиней и 35 кур. Суточный объем навоза и мочи от 1 КРС = 55 кг, от одной свиньи = 4,5 кг, от 1 курицы = 0,17 кг. Объем суточных отходов хозяйства ДН будет равен 10Ч55 + 20Ч4,5 + 3540,17 = 550 + 90 + 5,95 = 645,95 килограмм, примерно 646 кг. Влажность экскре­ментов КРС и свиней составляет 86%, а куриного помета - 75%. Для достижения 85% влажности необходи­мо добавить к птичьему помету 3,9 литра воды (около 4 кг).

Значит, суточная доза загрузки сырья составит около 650 кг. Полная загрузка реактора ОС = 10Ч0,65 = 6,5 тонн, и объем реактора ОР = 1,5Ч6,5 = 9,75, или примерно 10 м³.

Расчет выхода биогаза

Расчет суточного выхода биогаза подсчитывается в зависимости от типа сырья и суточной порции загрузки.

Пример: Приусадебное хозяйство содержит 10 КРС, 20 свиней и 35 кур. Объем суточного количества экскрементов от КРС = 55 кг, от свиньи = 4,5 кг, от курицы = 0,17 кг. Объем суточных отходов хозяйства будет равен 550 килограмм экскрементов КРС (влажность 85%) , 90 килограммам свиных экскрементов (влажность 85%) и 5,95 килограммам куриного помета (влажность 75%). После разбавления помета водой для достижения 85% влажности, количество сырья от кур будет составлять около 10 кг.

Согласно таблице, выход биогаза с 1 килограмма:

• навоза КРС при влажности 85% примерно равен 0,04 -0,05 м³ биогаза
• свиного навоза при влажности 85% примерно равен 0,05 - 0,09 м³ биогаза
• куриного помета при влажности 85% примерно равен 0,05 - 0,09 м³ биогаза.

Следовательно,

• выход биогаза с 550 килограмм навоза КРС будет равен 22 - 27,5 м³ биогаза
• выход биогаза с 90 килограмм свиного навоза будет равен 4,5 - 8,1 м³ биогаза
• выход биогаза с 10 килограмм куриного навоза будет равен 0,5 - 0,9 м³ биогаза,
• и общий выход биогаза будет 27 - 36,5 м³ биогаза в сутки.

Баланс между потребностью в энергии и выходом биогаза

Необходимость в энергии для каждого индивидуального хозяйства определяется исходя из суммы всех настоящих и будущих потребительских ситуаций, таких какприготовление пищи, свет, производство энер­гии. Необходимо также учитывать потребление биогаза на подогрев сырья в реакторе, которое в условиях Кыргызстана составляет от 10% до 25%, в зависимости от времени года.

Количество биогаза, необходимое хозяйству, можно определить по количеству энергии, потребляемой ранее. Например, сжигание 1 кг дров аналогично сжиганию 650 литров или 0,65 м³ биогаза, сжигание 1 кило­грамма кизяка - 0,7 м³ биогаза, а 1 кг угля - 1,1 м³ биогаза.

Необходимый объем биогаза для приготовления пищи может быть определен на основании времени, ежедневно затрачиваемого на приготовление пищи. Необходимое количество биогаза для приготовления одной порции пищи для одного человека составляет 0,15 - 0,3 м³ биогаза. Для кипячения 1 литра воды необходимо 0,03 - 0,05 м³ биогаза. Для отопления 1 м² жилой площади необходимо около 0,2 м³ биогаза в сутки. Бытовые горелки потребляют 0,20 - 0,45 м³ в час.

Пример: Семья из 4 человек живет в доме площадью 100 м³, содержит 20 коров на площади 100 м³ и перерабатывает навоз в биогазовой установке с объемом реактора 15 м³.

Трехразовое приготовление пищи для семьи из 4 человек потребует от 1,8 до 3,6 м³ биогаза, а отопле­ние помещения площадью 100 м² потребует около 20 м³ биогаза в сутки. На обогрев реактора (например, в сентябре) необходимо 15% вырабатываемого биогаза. Для подогрева реактора установки объемом 15 м³ нужно будет тратить около 6 м³биогаза ежедневно.

На содержание 1 коровы необходимо около 3 литров кипяченой воды в день, следовательно, для содержания 20 коров - необходимо вскипятить 60 литров воды, на что уйдет 1,8 - 3 м³ биогаза в день. На отопление необходимых для животных помещений общей площадью 100 м² необходимо 20 м³ в сутки. Таким образом, на содержание животных необходимо 21,8 - 23 м³ биогаза в сутки. На все хозяйство необходимо 49,6 - 52,6 м³ биогаза в сутки.