ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.

Наименование инновационного проекта

«Биогазовые установки модульного типа БГУ МТ ВИЭСХ. Технология утилизации отходов животноводства с получением биогаза».

Рекомендуемая область пременения

Животноводческие и птицеводческие фермы
- получение биогаза и органических удобрений;
- повышение эффективности оборудования;
- создание безотходного производства;
- создание эффективных биогазовых установок, способных обеспечить переработку отходов для животноводческих ферм любой мощности и направления.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – вовлечение в энергобаланс страны энергии биомассы – отходов животноводства и птицеводства путем создания и внедрения в сельскохозяйственное производство высокоэффективных биогазовых установок.

  Обострение экологических проблем, а также рост цен на традиционные энергоресурсы обусловили значительный интерес к технологии биоконверсии органических отходов (биомассы) для получения энергии. Тот факт, что животные плохо усваивают энергию растительных кормов и что более половины уходит в навоз, позволяет рассматривать органические отходы не только как ценное сырье для удобрений, но и как мощный возобновляемый источник энергии.

Следует, однако, подчеркнуть, что причины возникновения интереса к анаэробной ферментации выходят за рамки, ограниченные исключительно энергетическими целями. Переход животноводства на индустриальную основу и связанная с этим концентрация животных на крупных фермах и комплексах приводят к резкому увеличению навозных отходов и стоков. Практикующийся сброс животноводческих отходов на неиспользуемые в сельском хозяйстве земли в современных условиях недопустим – навоз и навозные стоки становятся серьезными источниками загрязнения окружающей среды.

   Один из путей рационального использования навоза и навозных стоков животноводческих ферм – их анаэробное сбраживание, метаногенез, который оказался хорошим способом обезвреживания жидкого навоза и сохранения его как удобрения при одновременном получении локального энергоносителя – биогаза.

Анаэробное сбраживание навоза с получением биогаза можно осуществить по многим технологическим вариантам, начиная с конструктивно нетребовательных, непрофессионально изготовленных установок, кончая технологически совершенными установками непрерывного действия, в которых использованы самые прогрессивные регулирующие и автоматизированные элементы.

Технологический процесс осуществляется следующим образом. Навоз из животноводческого помещения поступает в накопительную емкость, далее фекальным насосом его загружают в метантенк, где и осуществляется анаэробное сбраживание. Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер и далее к потребителю. Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник, через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле. Сброженный навоз выгружают в навозохранилище и далее используют в качестве удобрения на полях.

Рис.1. Технологическая схема биогазовой установки

для переработки жидкого навоза:

1- животноводческое помещение; 2- навозопреемник; 3- насос;

4- метантенк; 5- газгольдер; 6- теплообменник; 7- котел;

8- навозохранилище.

Физические свойства биогаза, приведенные в таблице 1, позволяют судить о возможностях его использования. Объемная теплота сгорания, температура воспламенения и предел воспламеняемости определяется в основном содержанием СН4, поскольку незначительное количество Н2 и Н2S на этот показатель почти не влияет.

                                      Физические свойства биогаза.

Таблица 1.

Биогаз успешно применяется как топливо. Его можно сжигать в горелках отопительных установок, водогрейных котлов, газовых плит, использовать в холодильных установках абсорбционного типа, в инфракрасных излучениях, в автотракторных двигателях, в газовом цикле Отто (с искровым зажиганием) и газодизельном цикле (с впрыскиванием небольшой дозы запального дизельного топлива). Карбюраторные двигатели легко переводятся на газ: достаточно лишь заменить карбюратор на смеситель.   

Одновременно с получением биогаза, метановое сбраживание навоза обеспечивает его дезодорацию, дегельминтизацию, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями минеральную форму. При этом питательные (для растений) вещества – азот, фосфор и калий – практически не теряются.  

    Главным звеном биогазовой установки является реактор для сбраживания навоза, потребный объем которого определяется суточным выходом навоза из животноводческой фермы, температурой и продолжительностью обработки.

    В свою очередь, суточный выход навоза зависит от вида и поголовья животных или птицы и в соответствии с принятыми нормами СНиП может составить от 2 до 200 т. в сутки для ферм от 50 до 5000 усл. гол. КРС.

    Это обстоятельство при проектировании и строительстве биогазовой установки требует индивидуального определения объемов реакторов для каждой конкретной фермы, что неэффективно. Попытка решить эту проблему путем применения ОСТа - указывающего типоразмерный ряд биогазовых установок на основе объема реакторов также оказалась неэффективной. Слишком много типоразмеров ферм,  а желанное поголовье скота на них принято условно. Поэтому вплоть до настоящего времени разрабатываются биогазовые установки для конкретных задач и условий ферм. С целью повышения эффективности и скорейшего внедрения биогазовых установок предлагается строить биогазовые установки модульного типа. В качестве основного модуля принять биогазовый реактор с заданным объемом. Потребный объем для конкретной фермы может быть составлен из суммы объемов принятого реактора. Для такого реактора уже решены главные задачи его эффективного функционирования: тепло и массообмена, перемешивание, термостатирования, загрузки и выгрузки сырья и утилизации биогаза. Это очень сложные задачи и решать их для индивидуального проектирования реакторов нецелесообразно и невыгодно.

    Что касается других задач по подготовке сырья с анаэробной обработкой, утилизация продуктов брожения (биогаз и удобрения), то они решаются один раз – при выборе параметров модуля. Таким образом, ответ на п.7 заключается во внедрении биогазовой установки модульного типа с задачами создания систем подготовки сырья к сбраживанию и утилизации продуктов брожения.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Техническая реализация процесса анаэробной обработки отходов животноводства с получением биогаза связана с необходимостью строительства емкостного оборудования сравнительно больших размеров.

         Так для наиболее распространенного в России типа фермы КРС на 400 голов потребуется строительство в сельской местности герметичных емкостей с общим объемом от 300 до 600 м3. Такие объемы обусловлены условиями метаногенеза (продолжительность обработки не менее 20 суток) и общим объемом отходов подаваемых на обработку – от 20 до 30 м3 в сутки.

         Строительство реактора с таким объемом в сельской местности практически невозможно – нужна специальная техника, высококлассные монтажники и строители, большой объем строительных и вспомогательных работ. А если учесть, что в этом реакторе должны быть смонтированы специальные устройства для перемешивания субстрата, подогрева, удаления и сбора полученного биогаза, то возникают чрезвычайные трудности с их монтажом и предварительным испытаниями и достижения требуемого качества работ. В этом случае имеет место сборка и монтаж завезенного оборудования в реакторе в полевых условиях.

         Вторая проблема использования больших емкостей для анаэробной обработки отходов определяется требованиями тепло массообмена. Для достижения требуемого уровня гомогенизации субстрата обычно применяют механические или гидравлические мешалки. Для реактора с объемом 600 м3 потребуется механическая мешалка диаметром около 7 метров, что технически очень трудно реализовать и слишком дорого. Гидравлические мешалки обеспечивают лишь локальное перемешивание, что в конечном итоге ведет к нарушению режима сбраживания. Имеющийся опыт применения для этих целей острого пара (в коммунальном хозяйстве) для обработки сельскохозяйственных отходов неприемлем, из-за необходимости дополнительного строительства котельной, большого расхода воды и главное – образование корки в верхнем слое субстрата, что ведет к остановке процесса.

         Именно поэтому еще в 1983 году было принято решение о создании биогазовых установок полной заводской готовности с объемом реактора 125 м3 блочно-модульного типа. К сожалению тогда не удалось в полной мере реализовать преимущества такой технологии из-за начавшейся перестройки и недостатка знаний по осуществлению процесса.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Предлагается создать биогазовую установку блочно-модульного типа с объемом единичного реактора для обработки отходов фермы на 50 условных голов КРС. Количество 50 голов обусловлено существующей на сегодняшний день структуре фермерских хозяйств и сельскохозяйственных организаций.

    По параметрам оборудования для подготовки отходов к сбраживанию в реакторе один блок (насосная, центрифуга, гомогенизаторы) может обеспечить сырьем до 8 модульных реакторов для фермы с поголовьем 50, 100, 150, 200, 250, 300, 400 коров.

    В целях ускорения освоения производства анаэробных реакторов за базу приняты емкости – железнодорожные цистерны с объемом до 70 м3. Изготовление  таких цистерн хорошо освоено на машиностроительных заводах. Доставка реакторов по железной дороге возможна практически в любую точку страны и не составит особых трудностей. В организациях АПК остается только их смонтировать и ввести в действие. При таком подходе можно всегда гарантировать хорошее качество сборки и естественно, гарантированного обеспечения условий метаногенеза отходов. С учетом вышеизложенных требований, на основании результатов научно-исследовательских работ, ранее выполненных в ВИЭСХе, и мирового опыта по переработке навоза и помета, предложена технология их утилизации, в основу которой положен анаэробный процесс биоконверсии отходов в биогаз и удобрения. Технологическая схема показана на рис.1.

Отличительной особенностью данной биогазовой установки является использование для обработки навоза шести железнодорожных цистерн емкостью до 70 м3

Согласно представленной схемы из навоза предварительно удаляются остатки кормов и др. посторонние включения при помощи центрифуги СВД-10 - 2, а затем он поступает в навозоприемник -3. В навозоприемнике жидкий навоз перемешивается насосом НЦИ-Ф-100. Затем гомогенизированный навоз подается в метантенки для анаэробной обработки. Комплекс метантенков  состоит из шести (5-10) секций, в которых навоз сбраживается в цикличном режиме.

Метантенки -5-10 заполняются поочередно через каждые 3 дня. В этом случае после заполнения 10-го метантенка в 5-м метантенке время брожения навоза составит 18 суток – что наиболее приемлемо для обработки навоза КРС. После этого сброженный навоз сливается из метантенка –5 в накопитель –11.

После опорожнения метантенка –5, он снова заполняется жидким навозом, а через 3 дня та же процедура выполняется для 6-го метантенка и т.д.

Полученный в результате брожения навоза биологический газ собирается в газгольдере 12 последовательно от каждого из шести метантенков, а затем используется в водогрейном котле для технологических нужд фермы. Твердая фракция после центрифуги используется в качестве компоста.

Реализация представленной технологии позволяет обеспечить в реакторах наиболее эффективное условие брожения, что в конечном итоге приводит к повышению производительности на 10%. Поставка блока подготовки отходов к сбраживанию (поз.2 и 3) и реакторов-модулей с объемом 70 м3 позволяет собрать биогазовую установку в полевых условиях за срок не более 3 месяцев без дорогостоящего строительства и согласования.

Рис. 1. Технологическая схема биогазового комплекса БГУ МТ-6

1- навозоприемник; 2- центрифуга; 3- промежуточная емкость; 4- трубопровод подачи навоза;

5,6,7,8,9,10- модули биогазового комплекса; 11- хранилище сброженного навоза; 12- газгольдер.


Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

К настоящему времени технология анаэробной обработки отходов в модернизированных под реакторы железнодорожных цистернах апробирована нашим институтом в хозяйственных условиях.

          На рис. 2 показан общий вид биогазовой установки БГУ МТ-1 для обработки отходов от 50 голов КРС. Установка состоит из 1 модульного реактора 67 м3 и блока подготовки отходов к сбраживанию (на заднем плане справа).

Рис.2  Биогазовая  установка БГУ МТ-1

Применение блочно-модульных биогазовых установок позволяет:

- обеспечить качественную сборку и испытания каждого модуля в заводских условиях;

- доставить и смонтировать биогазовую установку любой мощности для заданной животноводческой фермы;

- обеспечить выполнение всех условий метаногенеза, что позволяет увеличить производительность установки на 10%;

- сократить время строительства и монтажа биогазовой установки до 3 месяцев;

- повысить надежность всей системы при попадании в отходы токсичных веществ.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Основные показатели БГУ МТ-1:

Производительность – 6,5 тонн в сутки

Объем реактора – 67 м3

Режим обработки – 550С

Способ перемешивания – гидравлический

Выход биогаза – 100 м3 в сутки

Годовой объем работ – 2372 тонн в год

Эффект от прибавки урожая – 97865 руб./год

Эффект от предотвращения заболевания животных – 25149 руб./год

Эффект от получения биогаза – 35530 руб./год

Срок окупаемости – 5,4 года

Новые потребительские свойства продукции

- Компактность;
- установка – изделие полной заводской готовности;
- надежность – в случае остановки одного из реакторов возможно резервирование.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует отраслевым стандартам.

Стадия и уровень разработки

В настоящее время имеется полный комплект технической документации на БГУ МТ-1 и БГУ МТ-6.
Биогазовая установка БГУ МТ-1 прошла хозяйственные испытания.
Биогазовые установки с подобными реакторами (БГУ-1, БГУ-1,5, БГУ-65) были построены в пяти хозяйствах страны, испытания показали хорошие результаты, как по оценке удобрительных свойств эффлюента, так и по выходу биогаза до 1,05 м3/м3 реактора.

Предлагаемые инвестиции

35 млн. руб.
На создание проекта БГУ МТ для фермы на 400 условных голов КРС

Рынки сбыта

Форма – биогазовая установка БГУ МТ полной заводской готовности. Поставляется заказчику в любой регион России. До настоящего времени в России ни на одной животноводческой или птицеводческой ферме нет полномасштабной биогазовой установки как зарубежного, так и отечественного производства.
Количество биогазовых установок определит рынок, но потребность их только для России не менее 100 тыс. комплексов. Цифра эта основана на прогнозе развития биоэнергетики в АПК, где потенциальная возможность производства биогаза составляет 3,7 млрд. м3 в год.

Возможность и эффективность импортозамещения

Россией подобные биогазовые установки пока не поставлялись. Одна из причин – снижение уровня производства животноводческой продукции в стране.

Возможность выхода на мировой рынок

Поставки БГУ МТ на зарубежные рынки пока не рассматривались. Это реально лишь после создания и испытания их в различных климатических зонах страны. Если учесть, что ВИЭСХ уже имел зарубежных заказчиков на биогазовые установки и имеет с ними опыт сотрудничества в данной области, то – да.

Срок окупаемости (в месяцах)

65

Дата поступления материала

28.03.2007

Инновации и люди

У павильонов Уральской выставки «ИННОВАЦИИ 2010» (г. Екатеринбург, 2010 г.)

Мероприятия на выставке "Инновации и инвестиции - 2008" (Югра, 2008 г.)

Открытие выставки "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)

Демонстрация разработок на выставке "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)