Сучасна біогазова установка – це комплекс пристроїв, пов’язаних між собою гідравлічними, механічними, електричними та інформаційними зв’язками. В час високих технологій управління виробленням біогазу повинно бути максимально комп’ютеризованим та автоматизованим, щоб забезпечити максимальний ККД [37]. Досягти високої продуктивності БГУ можливо при комплексному поєднанні всіх інноваційних рішень. Авторами запропоновано принципову енергозберігаючу технологічну схему з виробництва біогазу з теплообмінником (рис 4.11) та тепловим насосом (рис 4.12), які втілюють всі попередні рекомендації. На рис. 4.11 зображено:

1 - реактор установки з конусами доверху і донизу;

2 - верхній конус установки для збору біогазу;

3 - нагрівальний елемент трубчастого типу;

4 - нижній конус для збору шламу;

5 - пристрій для видалення сірки;

6 -  пристрій для видалення вуглекислого газу;

7 -  газгольдер;

8 -  трубопровід, що транспортує газ на потреби господарства;

9 -  трубопровід, що транспортує газ на потреби БГУ;

10 - сервопривод з триходовим клапаном;

11- трубопровід, що транспортує рідку фазу шламу на полив;

12 - розділювач фаз відпрацьованого субстрату;

13 - теплообмінник типу «труба в трубі» для рекуперації тепла відпрацьованого шламу;

14 - фекальний насос;

15 - резервуар – збірник органічних відходів;

16 - циркуляційний насос системи теплопостачання БГУ;

17 - поле висушування сухої частини шламу.

Згідно з технологічною схемою біогазова установка працює таким чином. Із накопиченням в резервуарі 15 (рис. 4.11) органічних відходів вони фекальним насосом 14 відкачуються в трубопровід і подаються у верхню частину реактора 1. В реакторі 1 суміш перемішується і зволожується до необхідної концентрації сухої речовини. В процесі  транспортування відпрацьований субстрат і свіжа органічна маса обмінюються теплом в теплообміннику 13. При цьому відпрацьований шлам втрачає тепло, а свіжа маса нагрівається.  Підігрів субстрату здійснює теплообмінник 3, що знаходиться в реакторі 1. Регуляція потужності теплообмінника виконується за допомогою змішувальної установки, до якої входить триходовий клапан з сервоприводом 10 та циркуляційний насос 16. Температура біогазу та його тиск контролюються манометром і термометром, що розміщені в кришці реактора.

 

       Рисунок  4.11− Технологічна схема вироблення біогазу з рекуперативним    теплообмінником

Рисунок  4.12 − Технологічна схема вироблення біогазу з тепловим насосом

 

Поступово накопичений біогаз випускають у пристрої видалення сірки 5, видалення вуглекислого газу – 6, та збирають у газгольдері 7. З газгольдера 7 газ направляють трубопроводом 9 на потреби самої БГУ, а трубопроводом   8 – на потреби господарства. 

Відпрацьований шлам має високий запас теплової енергії, яка зазвичай розсіюється у атмосфері. В літній період різниця температур між органічною масою, що надходить в реактор, і тою, що його покидає, досягає D = 20 °С. У зимовий дана різниця досить значна і може становити         D = 40…50 °С. Для максимально повної утилізації тепла рекомендується використовувати тепловий насос, який дозволить знизити витрати тепла на нагрівання вхідної сировини в декілька разів. Схема роботи БГУ з утилізатором тепла – тепловим насосом зображена на рис. 4.12.  

На рисунку 4.12 зображено:

1 - реактор установки з конусами доверху і донизу;

2 - верхній конус установки для збору біогазу;

3 - нагрівальний елемент трубчастого типу;

4 - нижній конус для збору шламу;

5 - пристрій для видалення сірки;

6 - пристрій для видалення вуглекислого газу;

7 - газгольдер;

8 - трубопровід, що транспортує газ на потреби господарства;

9 - трубопровід, що транспортує газ на потреби БГУ;

10 - сервопривод з триходовим клапаном;

11 - трубопровід, що транспортує рідку фазу шламу на полив;

12 - розділювач фаз відпрацьованого субстрату;

13 - тепловий насос для рекуперації тепла відпрацьованого шламу;

14 - фекальний насос для подачі і видалення субстрату;

15 - резервуар-збірник органічних відходів;

16 - циркуляційний насос системи теплопостачання БГУ;

17 - поле висушування сухої частини шламу;

18 - конденсатор теплового насоса;

19 - випарник теплового насоса;

20 - компресор з терморегуляційним вентилем теплового насоса.

 

Принцип роботи даної технологічної схеми аналогічний попередній. Але вона є ще енергоощаднішою за рахунок встановлення додаткового фекального насоса для видалення шламу та теплового насоса 13 для більш глибокої рекуперації тепла. На рис. 4.13 зображено схему парокомпресійного теплового насоса фірми VIESSMANN “Vitocal 100”.  Первинний контур — вода, вторинний контур — вода. Номінальна теплова потужність 6,3 – 106,8 кВт. Більш детально про використання теплових насосів – в розділі 5.

 

 

Рисунок 4.13 – Парокомпресійний тепловий насос Vitocal 100

 

Очищений від шкідливих домішок біогаз можна використовувати як паливо у плитах, двигунах, пальниках тощо. При використанні біогазу  як палива доцільно користуватися таблицею 4.2 для перерахунку кількості біогазу при заміні ним традиційних палив.

 

Таблиця 4.2 – Перевідні коефіцієнти при використанні біогазу замість традиційних палив для опалення: