Энергетика. Газообразное топливо

Биогаз

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

3. Технологические схемы биогазовых установок

3.2.  Компоненты установки

3.2.2. Нагревательные устройства

Чтобы получить необходимую для процесса брожения температуру и по возможности поддерживать ее на постоянном уровне, следует прежде всего подогреть подаваемый в реактор субстрат до нужной температуры; дополнительный же подвод теплоты необходим для компенсации тепловых потерь. В принципе теплоту можно подводить к субстрату в рабочем пространстве реактора или в питающем его устройстве. Поскольку перепады температуры отрицательно влияют на ход биологического процесса, необходимо по возможности сочетать подвод теплоты с интенсивным перемешиванием. Кроме того, в системе подвода теплоты необходимо предусмотреть, чтобы на поверхностях теплопередачи не могли откладываться взвешенные в субстрате твердые частицы (поэтому рекомендуются, например, высокие скорости движения субстрата относительно поверхностей теплопередачи) или чтобы эти поверхности легко очищались. И наконец, на работу теплообменника не должно влиять присутствие в субстрате твердых материалов (например, стеблей соломы, перьев, шерсти).

Подогрев в рабочем пространстве

Для небольших реакторов с перемешивающими устройствами вполне подходят теплообменные нагревательные агрегаты (например, шланги, цилиндрические или плоские теплообменники), через которые прокачивается горячая вода (60°C) и которые можно вынимать из реактора при его очистке.

Нагреватели, встроенные в стенки реактора, целесообразно применять с точки зрения их КПД лишь в том случае, если они могут передавать теплоту субстрату с обеих сторон стенки, как это происходит в двухкамерном реакторе с внутренней перегородкой

Кроме того, подогрев субстрата можно осуществлять непосредственно, подавая в него горячую воду или пар. Поскольку вода служит одновременно для разбавления и турбулизации субстрата, который при загрузке содержит еще очень большое количество твердых частиц, этот метод может оказаться эффективным.

Подогрев субстрата путем введения пара под давлением ведет к повышению содержания влаги в газе, для устранения которой при подготовке газа к использованию требуются дополнительные меры. В крупных установках, в особенности в коммунальных установках для очистки стоков, этим недостатком пренебрегают, имея в виду более высокий энергетический КПД теплопередачи.

Подогрев подаваемого в реактор субстрата

Равномерную передачу теплоты субстрату можно обеспечить с помощью теплообменников, расположенных вне реактора. Однако их следует применять только в сочетании с системой принудительной циркуляции субстрата, что влечет за собой соответствующее повышение затрат, но позволяет надежно регулировать температуру брожения. Эта система подогрева имеет преимущество в том, что благодаря одновременному подогреву и перемешиванию свежего и циркулирующего субстрата разница между температурами поступающего в камеру и уже имеющегося там субстрата будет незначительной. Кроме того, надежно поддерживается скорость перемещения субстрата,  необходимая  для  предотвращения  выпадения твердого осадка на поверхностях теплообменника. И, наконец, расположение теплообменников вне рабочего пространства реактора значительно облегчает доступ к ним для обслуживания и ремонта.

В качестве нагревательных агрегатов применяют большей частью трубчатые теплообменники, где теплоносителем служит вода, нагретая до температуры 60°С. Более высокая температура, которую необходимо было бы поддерживать, в частности в установках с термофильными бактериями, повышает риск налипания взвешенных твердых частиц на поверхность теплообменника. Пока что мы еще не обладаем достаточно большим практическим опытом эксплуатации установок с термофильными бактериями. Равным образом нуждаются в дальнейших исследованиях теплообменники, предназначенные для подогрева загружаемой в реактор массы путем вторичного использования запасенной отводимым субстратом теплоты. Это можно было бы осуществить либо путем прямой теплопередачи с помощью помещенного в шлам теплообменника, либо посредством теплового насоса, оснащенного конденсатором или испарителем, конструкция которого в каждом конкретном случае должна определяться свойствами субстрата