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 |
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 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 |
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 Отличительной особенностью данной биогазовой установки является использование для обработки навоза шести железнодорожных цистерн емкостью до 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 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 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 – Режим обработки – 550С Способ перемешивания – гидравлический Выход биогаза – 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; |
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. |
Предлагаемые инвестиции 35 млн. руб. |
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. |
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 |
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.)