|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Biogasanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Gängige Arten von Biogasanlagen Die weltweit verbreiteten Arten von Biogasanlagen werden nach den Methoden der Rohstoffbeladung, den Methoden der Biogassammlung, den für ihren Bau verwendeten Materialien, dem Einsatz zusätzlicher Geräte, der horizontalen oder vertikalen Lage des Reaktors, unterirdisch oder klassifiziert oberirdische Bauwerke. Methoden herunterladen Je nach Art der Rohstoffbeschickung lassen sich zwei verschiedene Arten von Biogasanlagen unterscheiden:
Methoden zur Gewinnung von Biogas Das Erscheinungsbild von Biogasanlagen hängt von der gewählten Biogasgewinnungsmethode ab.
Zylinderinstallationen sind hitzebeständige Kunststoff- oder Gummibeutel (Zylinder), in denen ein Reaktor und ein Gastank kombiniert sind. Rohre zum Be- und Entladen der Rohstoffe sind direkt am Kunststoff des Reaktors befestigt. Der Gasdruck wird durch die Dehnbarkeit des Beutels und durch die zusätzliche Last, die auf den Beutel fällt, erreicht. Die Vorteile einer solchen Anlage sind niedrige Kosten, einfache Bewegung, einfache Konstruktion, hohe Fermentationstemperatur für den psychophilen Modus, einfache Reinigung des Reaktors sowie Be- und Entladen von Rohstoffen. Die Nachteile einer solchen Anlage sind eine kurze Betriebsdauer (2-5 Jahre), eine hohe Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen und eine geringe Möglichkeit zur Schaffung zusätzlicher Arbeitsplätze.
Eine Variante der Ballonanlagen sind Kanalanlagen, die meist mit Kunststoff abgedeckt und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt sind. Solche Anlagen werden häufig in entwickelten Ländern eingesetzt, insbesondere bei der Abwasserbehandlung. Der Einsatz von Softtop-Einheiten kann empfohlen werden, wenn die Gefahr einer Beschädigung des Gummimantels des Reaktors gering ist und die Umgebungstemperatur ausreichend hoch ist. Festkuppelanlagen bestehen aus einem geschlossenen Kuppelreaktor und einem Austragsbehälter, auch Ausgleichsbehälter genannt. Das Gas wird im oberen Teil des Reaktors – der Kuppel – gesammelt. Wenn die nächste Portion Rohmaterial geladen wird, wird das verarbeitete Rohmaterial in den Ausgleichsbehälter gedrückt. Mit steigendem Gasdruck steigt der Füllstand der verarbeiteten Rohstoffe im Ausgleichsbehälter. Chinesische Festkuppelinstallationen sind die häufigste Art dieser Installationen. Mehr als 12 Millionen dieser Einheiten wurden in China gebaut und sind in Betrieb. Die Verwendung von Gas in Haushaltsgeräten wird durch Änderungen des Gasdrucks erschwert. Brenner und andere Haushaltsgeräte lassen sich kaum auf optimale Leistung einstellen. Wenn ein konstanter Gasdruck erforderlich ist, empfiehlt es sich, einen Druckregler in den Reaktor einzubauen oder eine andere Anlagenkonstruktion zu wählen. Festkuppelreaktoren sind in der Regel Ziegel- oder Betontanks. Solche Anlagen werden bis zum Rand mit Erde bedeckt und mit Gas gefüllt, um den Innendruck (bis zu 0,15 bar) aufrechtzuerhalten. Aus wirtschaftlichen Gründen beträgt die empfohlene Mindestreaktorgröße 5 m3. Derartige Anlagen sind mit Reaktorvolumina bis zu 200 m3 bekannt. Der Gasbehälter ist der obere Teil der Festkuppelanlage (der Ort, an dem das Gas gesammelt wird), der abgedichtet werden muss. Mauerwerk und Beton sind nicht luftdicht, daher muss dieser Teil der Installation mit einer Schicht einer gasdichten Substanz (Latex, synthetische Farben) abgedeckt werden. Eine Möglichkeit, das Risiko von Rissen im Gastank zu verringern, ist der Bau eines Schwachrings im Reaktormauerwerk. Ein solcher Ring ist eine elastische Verbindung zwischen dem unteren (wasserdichten) und oberen (gasdichten) Teil der halbkugelförmigen Struktur der Anlage. Es verhindert die Ausbreitung von Rissen aufgrund des hydrostatischen Drucks im unteren Teil des Reaktors zum oberen Teil des Gasbehälters.
Schwimmende Kuppelanlagen bestehen in der Regel aus einem unterirdischen Reaktor und einem beweglichen Gastank. Der Gasbehälter schwimmt entweder direkt im Rohmaterial oder in einer speziellen Wassertasche. Das Gas wird im Gastank gespeichert, der je nach Gasdruck steigt oder fällt. Der Gastank wird durch einen speziellen Rahmen gegen Kentern gesichert. Wenn der Gastank in einer speziellen Wassertasche schwimmt, ist er vor dem Kentern geschützt. Die Vorteile dieser Konstruktion liegen in der Einfachheit des täglichen Betriebs und in der einfachen Bestimmung des Gasvolumens aus der Höhe, auf die der Gasbehälter gestiegen ist. Der Gasdruck ist konstant und wird durch das Gewicht des Gastanks bestimmt. Der Bau einer schwimmenden Kuppelanlage ist nicht schwierig und Konstruktionsfehler führen in der Regel nicht zu größeren Problemen bei der Gasproduktion. Die Nachteile dieser Konstruktion sind die hohen Kosten des Stahlreaktors und die hohe Korrosionsempfindlichkeit von Eisen. Daher haben schwimmende Kuppelinstallationen eine kürzere Lebensdauer als Installationen mit fester Decke. In der Vergangenheit wurden schwimmende Kuppelanlagen hauptsächlich in Indien gebaut. Solche Anlagen bestehen aus einem zylindrischen oder gewölbten Ziegel- oder Betonreaktor und einem schwimmenden Gastank. Der Gastank schwimmt in einer speziellen Wassertasche oder direkt im Rohmaterial und verfügt über einen Innen- oder Außenrahmen, der für Stabilität sorgt und den Gastank aufrecht hält. Bei der Produktion von Biogas schwebt der Gasbehälter höher, bei der Nutzung von Gas senkt er sich. Solche Anlagen werden hauptsächlich zur Verarbeitung von Gülle, organischen Abfällen und Fäkalien im konstanten Modus verwendet, d. h. täglicher Download. Am häufigsten werden sie auf mittelgroßen landwirtschaftlichen Betrieben (Reaktor: 5-15 m3) oder in großen agroindustriellen Komplexen (Reaktor: 20100 m3) gebaut. Horizontale und vertikale Installationen Die Wahl des Standorts des Anlagenreaktors hängt von der Beladungsart und der Verfügbarkeit freier Flächen auf dem Betrieb ab. Horizontale Installationen werden für eine kontinuierliche Art der Rohstoffverladung gewählt und wenn genügend Platz vorhanden ist. Vertikale Anlagen eignen sich besser für die Chargenbeladung von Rohstoffen und werden bei Bedarf eingesetzt, um den Platzbedarf des Reaktors zu reduzieren. Unterirdische und oberirdische Installationen Bei der Standortwahl einer Anlage muss die Topografie berücksichtigt und zur Optimierung der Anlagenleistung genutzt werden. Beispielsweise ist es sehr praktisch, die Anlage an einem Hang zu platzieren, damit die Zufuhröffnung niedrig genug ist und das Rohmaterial im Reaktor durch eine leichte Neigung zur Abflussöffnung bewegt wird, die sich für eine einfache Beladung in einer niedrigen Höhe befindet in Fahrzeuge. Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor bei der Auswahl einer Anlage ist die verbesserte Wärmedämmung unterirdischer Anlagen, einschließlich der geringen Auswirkung täglicher Temperaturschwankungen auf den Fermentationsprozess der Rohstoffe, da die Bodentemperatur in einer Tiefe von mehr als 1 Meter nicht zunimmt viel ändern. Metall-, Beton- und Ziegelreaktoren Anlagen können anhand der Materialien unterschieden werden, aus denen der Reaktor besteht. Betonreaktoren werden üblicherweise unterirdisch gebaut. Der Betonreaktor hat eine zylindrische Form und kleine Einheiten (bis zu 6 m3) können auf Förderbandbasis hergestellt werden. Zur Abdichtung des Reaktors sind besondere Maßnahmen erforderlich. Vorteile: Geringe Konstruktions- und Materialkosten, Massenproduktion möglich. Nachteile: Großer Verbrauch an Beton guter Qualität, Bedarf an qualifizierten Bauarbeitern und einer großen Menge Drahtgeflecht, relative Neuheit und Design, Bedarf an besonderen Maßnahmen zur Gewährleistung der Dichtheit des Gastanks.
Ziegelreaktoren werden für unterirdische Installationen mit festem oder schwimmendem Gastank gebaut und haben eine abgerundete Form. Vorteile: Geringe Anfangsinvestition und lange Lebensdauer, keine beweglichen oder rostenden Teile, kompakte Bauweise, platzsparend und gut isoliert, Bauweise schafft Arbeitsplätze vor Ort. Die unterirdische Lage ermöglicht eine Reduzierung der von der Anlage eingenommenen Fläche und schützt den Reaktor vor plötzlichen Temperaturschwankungen. Nachteile: Der gemauerte Gastank erfordert spezielle Beschichtungen, um Dichtheit und hohe Verarbeitungsqualität zu gewährleisten, es kommt häufig zu Gaslecks, der Betrieb der Anlage ist aufgrund der unterirdischen Lage schlecht kontrolliert, die Installation erfordert eine sorgfältige Berechnung der Gebäudehöhen, die Erwärmung der Rohstoffe im Reaktor ist sehr schwierig und teuer implementieren. Daher können Ziegelinstallationen nur für den Einsatz in warmen Ländern mit qualifiziertem Personal empfohlen werden. Metallreaktoren sind für alle Arten von Installationen geeignet, sie sind dicht, halten hohem Druck stand und sind einfach herzustellen. Oftmals können vorhandene Container genutzt werden. Allerdings ist Metall relativ teuer und erfordert Wartung, um Rost vorzubeugen. Zusätzliche Geräte Als Beispiel für den Einsatz zusätzlicher Geräte können wir den für Industrieländer typischen Aufbau einer Biogasanlage betrachten. Der Behälter zum Mischen von Rohstoffen kann je nach Rohstoff unterschiedliche Größen und Formen haben. Typischerweise enthält der Behälter Propeller zum Mischen oder Mahlen des Rohmaterials und eine Pumpe zum Laden des Rohmaterials in den Reaktor. Manchmal werden Vorrichtungen zum Vorheizen des Ausgangsmaterials installiert, um eine Verlangsamung des Fermentationsprozesses des Ausgangsmaterials im Reaktor zu verhindern. Der Reaktor ist in der Regel wärmeisoliert und aus Beton oder Stahl gefertigt. Um den Rohstofffluss zu optimieren, haben große Reaktoren eine längliche Form. Durch langsam laufende Rotoren oder Biogas wird der Rohstoff gemischt. Es gibt Anlagen, die aus zwei oder mehr Reaktoren bestehen. Der Gasbehälter besteht entweder aus flexiblem Material und befindet sich über dem Reaktorbehälter oder aus Stahl und befindet sich neben dem Reaktor. Der Speicher dient zur Lagerung von Biodünger im Winter und kann offen oder geschlossen sein und an einen Gasspeicher angeschlossen werden, um restliches Biogas aufzufangen. Biodünger werden gemischt, bevor sie auf die Felder ausgebracht werden. Biogasanlagen in Kirgistan Im Jahr 2010 gibt es in Kirgisistan mehr als 50 Installationen, von denen leider nur etwa 70 % funktionieren. Alle in Kirgisistan gebauten Anlagen können je nach Art der Mischung und Beladung der Rohstoffe sowie dem Vorhandensein eines Heiz- und Isoliersystems in vier Typen unterteilt werden. Allen Anlagen gemeinsam ist ein Stahlreaktor, meist ein gebrauchter Behälter zur Lagerung von Erdölprodukten oder Wasser, Eisenbahntanks. Einheiten ohne Heizung und Isolierung mit manuellem Mischen der Rohstoffe in den Regionen Naryn, Talas und Issyk-Kul verbreitet. Der Behälter zum Mischen von Rohstoffen ist in der Regel ein Fass, in dem die Rohstoffe mit Wasser verdünnt werden. Der Reaktor ist nicht isoliert und besteht aus Stahltanks. Aufgrund der fehlenden Isolierung und Heizung des Reaktors arbeiten die Anlagen in der warmen Jahreszeit im psychophilen Modus. Die Rohstoffe werden im Batch-Verfahren mit einer Häufigkeit von zwei oder mehr Malen im Jahr manuell in den Reaktor geladen.
Das Be- und Entladen von Rohstoffen ist aufgrund der schlecht durchdachten Konstruktion der Anlage mit Schwierigkeiten verbunden. Das Rohmaterial wird einmal täglich manuell mit einem im Reaktor installierten Rührer gemischt. Meist wird das Gas direkt zum Kochen verwendet. Beispiel 1: Ein Beispiel für eine solche Anlage ist die Biogasanlage von Duishenov Farhat im Dorf. Kyzyl-Charba, Region Talas in Kirgisistan (Abbildung 18.1). Die Anlage wurde 2003 mit UNDP-GEF-Zuschussmitteln gebaut, um Biogas zum Heizen und Kochen zu erzeugen und flüssige organische Düngemittel aus dem Mist von zwei Rinderfarmen sowie Schaf- und Geflügelmist von benachbarten Farmen zu gewinnen. Die Anlage besteht aus einem unbeheizten oberirdischen Reaktor mit einem Volumen von 2 m5 mit manueller Beschickung, Entladung und Mischung der Rohstoffe. Nach der Installation im Frühjahr 2003 wurde die Anlage mit 3 Tonnen Rohstoffen beladen und in den Sommermonaten im psychophilen Modus betrieben. Biogas reichte im Sommer nur zum Kochen. Das Entladen und Laden von Rohstoffen wurde seit 2003 nicht mehr durchgeführt. Zu den Konstruktionsfehlern zählen die Unvollkommenheit des manuellen Mischsystems und extreme Unannehmlichkeiten beim Be- und Entladen von Rohstoffen. Die fehlende Isolierung und Heizung des Reaktors macht die Anlage für einen ganzjährigen effizienten Betrieb ungeeignet und wirtschaftlich unrentabel.
Das Fehlen einer Sicherheitsvorrichtung am Reaktor kann aufgrund von Überdruck zum Bruch des Reaktors führen. Für die Installation liegt keine Betriebsanleitung vor und eine Schulung des Bedienpersonals wurde nicht durchgeführt. Anlagen mit Heizung und Isolierung und manuellem Mischen der Rohstoffe kommen in der Region Issyk-Kul in Kirgisistan vor. Der Behälter zum Mischen von Rohstoffen ist in der Regel ein Fass, in dem die Rohstoffe manuell mit Wasser verdünnt werden. Der Reaktor ist isoliert und wird mithilfe eines elektrischen Heizsystems, das das durch die Rohre im Reaktor zirkulierende Wasser erwärmt, auf mesophile oder thermophile Temperaturen erhitzt. Das Rohmaterial wird kontinuierlich in den Reaktor gefüllt und einmal täglich manuell mithilfe eines im Reaktor installierten Rührers gemischt. Das Gas wird in der Regel direkt zum Kochen verwendet oder in einem separaten Gastank gesammelt. Der Speicher dient der Lagerung von Dünger, bevor dieser auf die Felder ausgebracht wird. Beispiel 2: Ein Beispiel für eine solche Anlage ist die Anlage Mamunov Kamyl in Karakol, Oblast Issyk-Kul, Kirgisistan. Die Anlage besteht aus einem unterirdischen beheizten Reaktor mit einem Volumen von 5 m3 mit manueller Be- und Entladung und Mischung der Rohstoffe. Die Anlage wurde 2004 in Eigenregie zur Produktion von Biogas für Heiz- und Haushaltsgeräte sowie flüssigen organischen Düngemitteln errichtet und verarbeitet den Mist von 12 Rindern eines benachbarten Bauernhofs.
Nach der Installation im Frühjahr 2004 arbeitet das Gerät auf dem Bauernhof im thermophilen Modus. Die Anlage wurde wöchentlich beladen und das erzeugte Biogas zum Kochen genutzt. Der entladene Dünger wurde zur Düngung der erschöpften Kartoffelfläche verwendet, es wurden gute Ertragsergebnisse erzielt. Es wird empfohlen, die Gestaltung der Be- und Entladung der Rohstoffe zu verfeinern und die Gestaltung des Heizsystems so zu ändern, dass das von der Anlage erzeugte Biogas genutzt wird. Solche Anlagen sind für den ganzjährigen Betrieb unter den Bedingungen Kirgisistans geeignet. Anlagen mit Beheizung und Isolierung des Reaktors und pneumatischer Rohstoffmischung in der Region Chui in Kirgisistan verbreitet. Der Behälter zum Mischen von Rohstoffen kann je nach Rohstoff unterschiedliche Größen und Formen haben. Der Rohstoff wird mit warmem Wasser verdünnt, um eine Verlangsamung des Rohstoffverarbeitungsprozesses im Reaktor zu verhindern. Der Reaktor ist isoliert und besteht aus Stahltanks. Der Rohstoff wird pneumatisch gemischt und auf mesophile oder thermophile Temperatur erhitzt. Es gibt Anlagen, die aus zwei oder mehr Reaktoren bestehen. Das Gas wird üblicherweise in einem freistehenden Gastank gesammelt, bei dem es sich meist ebenfalls um einen Stahltank handelt. Das Gas wird zum Heizen und Kochen genutzt. Der Speicher dient zur Lagerung von Biodünger. Beispiel 3: Ein Beispiel für eine solche Installation ist die Installation von Zarya Jamaat im Dorf. Teploklyuchenka Bezirk Ak-Suu, Region Issyk-Kul in Kirgisistan Abb.21. Diese Anlage wurde 2010 im Rahmen eines Projekts der Europäischen Kommission zur Einführung von Mikrowasserkraft- und Biogastechnologien gebaut. Es besteht aus einem horizontalen (50 m3) Reaktor mit pneumatischer Beladung und Mischung sowie automatischer Auswahl des produzierten Biogases. Die Anlage verarbeitet den Mist von 70–90 Stück Rindern – etwa 3–3,3 Tonnen Mist pro Tag.
Neben dem Reaktor besteht die Biogasanlage aus:
Der Horizontalreaktor mit einem Volumen von 50 m3 arbeitet im mesophilen Modus. Um die optimale Temperatur aufrechtzuerhalten, ist der Stahlreaktor isoliert und unter der Erde platziert. Zur Erwärmung der verladenen Rohstoffe wird ein Verladebunker verwendet, der mit Gas beheizt wird. Bei Gaskesseln werden Infrarotbrenner für die Heizung eingesetzt. Anlagen mit Beheizung und Isolierung des Reaktors und hydraulischer Durchmischung der Rohstoffe. Zwei solcher Anlagen befinden sich in der Region Tschui in Kirgisistan, eine in der Region Osch. Der Behälter zum Mischen von Rohstoffen kann unterschiedliche Größen und Formen haben. Der Reaktor ist isoliert und besteht aus Stahltanks. Der Rohstoff wird hydraulisch gemischt und auf mesophile Temperatur erhitzt. Der Speicher dient zur Lagerung von Biodünger im Winter. Beispiel 4: Ein Beispiel für eine solche Installation ist die Installation der Geflügelfarm „2T“ in der Stadt Kant in der Region Chui in der Kirgisischen Republik. Die Anlage besteht aus drei hochgeheizten Reaktoren mit einem Volumen von jeweils 25 m3, mit hydraulischer Beschickung, Entladung und Durchmischung der Rohstoffe mittels Kreiselpumpen.
Die Bioreaktortanks sind mit einer wärmeisolierenden Schicht bedeckt. Die Erwärmung der verarbeiteten Biomasse im ersten Behälter des Reaktors erfolgt automatisch durch einen Wasserwärmegenerator und in der zweiten und dritten Kammer durch Öffnen der Verschlussklappen, um diese mit Sonnenenergie zu erwärmen. Bei kaltem Wetter schließen sich die Türen und die Wärme im Inneren der Behälter wird durch eine Hitzeschutzschicht zurückgehalten. Die Anlage wurde 2002 auf eigene Kosten der Eigentümer der Geflügelfarm gebaut und kann bis zu 5 Tonnen Rohstoffe pro Tag verarbeiten. Nach der Installation lief die Installation 3 Monate lang im mesophilen Modus, danach wurde sie ausgesetzt. Die Anlage wurde wöchentlich beladen, der abgeladene Dünger wurde ins Lager geschüttet und an die Bevölkerung verkauft. Biogas wurde nicht genutzt. Der Betrieb der Anlage wurde aufgrund der noch nicht ausgereiften Technologie zur Ausbringung von Flüssigdüngern eingestellt. Die Auslegung der Anlage sieht die Nutzung des produzierten Biogases nicht vor, die Unvollkommenheit der Rohstofffüllstandsanzeige in den Reaktoren führt zu Ungenauigkeiten bei der Rohstoffbeladung. Im Allgemeinen ist die Installation betriebsbereit. Bau einer Biogasanlage Bevor mit dem Bau einer Biogasanlage begonnen wird, müssen die Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb berücksichtigt werden. Ein Ausfall oder eine schlechte Leistung einer Biogasanlage ist meist auf Planungsfehler zurückzuführen. Die Folgen solcher Fehler können sich sofort oder erst nach mehreren Jahren Anlagenbetrieb bemerkbar machen. Um Fehler zu beseitigen, bevor sie irreparable Schäden verursachen, ist eine sorgfältige und umfassende Planung unerlässlich. Die Planung für den Bau landwirtschaftlicher Biogasanlagen sollte mit der Ermittlung des Potenzials für die Produktion von Biogas und Biodünger beginnen, basierend auf der Menge der verfügbaren Rohstoffe sowie der vom Betrieb benötigten Energiemenge. Ist die Biogasanlage in erster Linie als Energiequelle gedacht, ist der Bau nur dann zu empfehlen, wenn die Berechnungen der potenziellen Biogasproduktion ausreichen, um den Energiebedarf des landwirtschaftlichen Betriebes zu decken. Wahl der Reaktorgröße Die Größe des Reaktors wird in Kubikmetern gemessen und hängt von der Menge, Qualität und Art der Rohstoffe sowie der gewählten Temperatur und Aufschlusszeit ab. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das erforderliche Volumen des Reaktors zu bestimmen. Das Verhältnis der täglichen Beladungsdosis von Rohstoffen und der Größe des Reaktors Die tägliche Beladungsdosis der Rohstoffe wird anhand der Fermentationszeit (Umsatzzeit des Reaktors) und des gewählten Temperaturregimes bestimmt. Für den mesophilen Aufschlussmodus beträgt die Reaktorumschlagszeit 10 bis 20 Tage und die tägliche Beladungsdosis beträgt 1/20 bis 1/10 des gesamten Futtervolumens im Reaktor. Reaktorgröße zur Verarbeitung einer bestimmten Menge an Rohstoffen Zunächst wird anhand der Tierzahl die tägliche Güllemenge (DN) zur Verarbeitung in einer Biogasanlage experimentell ermittelt. Anschließend wird das Rohmaterial mit Wasser verdünnt, um einen Feuchtigkeitsgehalt von 86 % bis 92 % zu erreichen. In den meisten ländlichen Anlagen liegt das Verhältnis von Gülle und Wasser, die zur Herstellung von Rohstoffen gemischt werden, zwischen 1:3 und 2:1. Somit ist die Menge der geladenen Rohstoffe (D) die Summe aus Hausmüll (DN) und Wasser (DV), mit dem sie verdünnt werden. Für die Verarbeitung von Rohstoffen im mesophilen Modus wird empfohlen, eine tägliche Beladungsdosis D zu verwenden, die 10 % des Volumens der gesamten in die Anlage geladenen Rohstoffe (RS) entspricht. Das Gesamtvolumen der Rohstoffe in der Anlage sollte 2/3 des Reaktorvolumens nicht überschreiten. Somit wird das Reaktorvolumen (RR) nach folgender Formel berechnet: OS = 2/3 EP und OP = 1,5 OS Wo Betriebssystem = 10 CHD D = DN + DV. Beispiel: Auf dem Gehöft leben 10 Rinder, 20 Schweine und 35 Hühner. Die tägliche Menge an Mist und Urin von 1 Rind = 55 kg, von einem Schwein = 4,5 kg, von 1 Huhn = 0,17 kg. Das tägliche Abfallvolumen der DN-Farm beträgt 10 x 55 + 20 x 4,5 + 35 x 0,17 = 550 + 90 + 5,95 = 645,95 Kilogramm, also etwa 646 kg. Der Feuchtigkeitsgehalt von Rinder- und Schweinekot beträgt 86 %, der von Hühnermist 75 %. Um eine Luftfeuchtigkeit von 85 % zu erreichen, geben Sie 3,9 Liter Wasser (ca. 4 kg) zum Vogelkot. Dies bedeutet, dass die tägliche Rohmaterialdosis etwa 650 kg beträgt. Die Volllast des Reaktors OS = 10x0,65 = 6,5 Tonnen und das Volumen des Reaktors OR = 1,5x6,5 = 9,75, also etwa 10 m3. Biogasertragsberechnung Die Berechnung der Tagesproduktion von Biogas erfolgt in Abhängigkeit von der Art des Rohstoffs und dem Tagesanteil der Ladung. Tabelle 9. Berechnung des Biogasertrags für verschiedene Arten von Rohstoffen
Beispiel: Auf dem Gehöft leben 10 Rinder, 20 Schweine und 35 Hühner. Das Volumen der täglichen Kotmenge beträgt beim Rind = 55 kg, beim Schwein = 4,5 kg, beim Huhn = 0,17 kg. Das tägliche Abfallvolumen des Betriebs wird 550 Kilogramm Rinderkot (85 % Feuchtigkeitsgehalt), 90 Kilogramm Schweinekot (85 % Feuchtigkeitsgehalt) und 5,95 Kilogramm Hühnermist (75 % Feuchtigkeitsgehalt) betragen. Nachdem der Mist mit Wasser verdünnt wurde, um einen Feuchtigkeitsgehalt von 85 % zu erreichen, beträgt die Menge an Hühnerrohmaterial etwa 10 kg. Laut Tabelle beträgt die Ausbeute an Biogas aus 1 Kilogramm:
Folglich wird die
Balance zwischen Energiebedarf und Biogasertrag Der Energiebedarf für jeden einzelnen Haushalt wird aus der Summe aller gegenwärtigen und zukünftigen Verbrauchssituationen wie Kochen, Beleuchtung, Energieerzeugung ermittelt. Zu berücksichtigen ist auch der Verbrauch von Biogas zur Erwärmung der Rohstoffe im Reaktor, der unter den Bedingungen Kirgisistans je nach Jahreszeit zwischen 10 % und 25 % liegt. Wie viel Biogas ein Betrieb benötigt, lässt sich anhand der zuvor verbrauchten Energiemenge ermitteln. Beispielsweise entspricht die Verbrennung von 1 kg Brennholz der Verbrennung von 650 Litern oder 0,65 m3 Biogas, der Verbrennung von 1 kg Mist – 0,7 m3 Biogas, und der Verbrennung von 1 kg Kohle – 1,1 m3 Biogas. Anhand der täglichen Kochzeit lässt sich die benötigte Biogasmenge zum Kochen ermitteln. Die benötigte Biogasmenge zum Kochen einer Portion Essen für eine Person beträgt 0,15 – 0,3 m3 Biogas. Zum Kochen von 1 Liter Wasser werden 0,03 – 0,05 m3 Biogas benötigt. Für die Beheizung von 1 m2 Wohnfläche werden etwa 0,2 m3 Biogas pro Tag benötigt. Haushaltsbrenner verbrauchen 0,20 – 0,45 m3 pro Stunde. Beispiel: Eine 4-köpfige Familie lebt in einem 100-m3-Haus, hält 20 Kühe auf einer 100-m3-Fläche und verarbeitet Gülle in einer Biogasanlage mit einem Reaktorvolumen von 15 m3. Für drei Mahlzeiten am Tag werden für eine vierköpfige Familie 4 bis 1,8 m3,6 Biogas benötigt, und für die Beheizung eines 3 m100 großen Raums sind etwa 2 m20 Biogas pro Tag erforderlich. Für die Beheizung des Reaktors (zum Beispiel im September) werden 3 % des produzierten Biogases benötigt. Um den Reaktor einer Anlage mit einem Volumen von 15 m15 zu beheizen, müssen täglich etwa 3 m6 Biogas verbraucht werden. Für die Haltung einer Kuh werden etwa 1 Liter abgekochtes Wasser pro Tag benötigt. Um 3 Kühe zu halten, müssen daher 20 Liter Wasser abgekocht werden, wofür 60 bis 1,8 m3 Biogas pro Tag benötigt werden. Für die Beheizung der für Tiere notwendigen Räume mit einer Gesamtfläche von 3 m100 werden 2 m20 pro Tag benötigt. Somit benötigt die Tierhaltung 3 – 21,8 m23 Biogas pro Tag. Der gesamte Betrieb benötigt 3 - 49,6 m2,6 Biogas pro Tag. Auswählen eines Installationsorts Die goldene Regel für den Standort einer Biogasanlage lautet: Die Anlage gehört zum Bauernhof und nicht zur Küche. Es ist besser, wenn der Rohstoffmischtank direkt mit dem Boden des Hofes verbunden ist. Selbst wenn man mehrere Meter Rohre verlegen muss, ist das günstiger als der Transport von Rohstoffen. Das Niveau des Stallbodens sollte über dem Niveau des Behälters für die Rohstoffaufbereitung liegen, da dann der Mist und der Urin der Tiere unter dem Einfluss der Schwerkraft von selbst in diesen Behälter fallen. Wenn sich die Entladestelle der Biogasanlage über dem Niveau benachbarter Felder befindet, erleichtert dies die Verteilung von Biodüngern auf diese Felder. Auswahl des Designs einer Biogasanlage Derzeit wurden viele Designs von Biogasanlagen entwickelt, die für den Betrieb unter verschiedenen klimatischen und soziokulturellen Bedingungen geeignet sind. Die Wahl des Designs der Biogasanlage ist der wichtigste Schritt im Planungsprozess. Bevor man sich für ein Design entscheidet, muss man die grundlegenden Probleme und möglichen Optionen für eine Biogasanlage verstehen. In Gebieten mit relativ kaltem Klima wie Kirgisistan ist die Isolierung und Beheizung des Reaktors wichtig für den ganzjährigen Betrieb der Anlage. Die Menge und Art der verarbeiteten Rohstoffe beeinflusst die Größe und Art der Anlage sowie die Gestaltung der Be- und Entladesysteme für Rohstoffe. Die Wahl des Anlagendesigns hängt auch von der Verfügbarkeit der Baumaterialien ab. Kriterien für die Designauswahl Standort: Bestimmt, ob der Reaktor überwiegend unterirdisch oder oberirdisch liegt und bei oberirdischer Bauweise vertikal oder horizontal. Für die Lagerung von Biodüngern können bestehende Strukturen genutzt werden, etwa Leergruben oder Metallcontainer. Um die Kosten zu senken, ist es notwendig, bei der Planung die Verfügbarkeit vorgefertigter Teile der Anlage zu berücksichtigen. Das Vorhandensein von Rohstoffen bestimmt nicht nur die Größe und Form des Behälters zum Mischen der Rohstoffe, sondern auch das Volumen des Reaktors, der Heiz- und Mischvorrichtungen. Bei Feststoffgehalten unter 5 % ist eine Vermischung mit Biogas möglich. Mechanisches Mischen ist schwierig, wenn der Feststoffgehalt im Rohmaterial mehr als 10 % beträgt. Reaktor Das Hauptkriterium für die Auswahl eines Reaktordesigns ist die tatsächliche Möglichkeit der praktischen Anwendung und der Komfort hinsichtlich Wartung und Betrieb. Unabhängig von der Wahl der Bauform muss der Reaktor folgende Anforderungen erfüllen: Wasser-/Gasdicht – wasserdicht, um Leckagen und eine Verschlechterung der Grundwasserqualität zu verhindern, gasdicht, um die volle Menge an erzeugtem Biogas zu erhalten und eine Vermischung von Luft mit Gas im Reaktor zu verhindern, die explosiv sein kann. Die Wärmedämmung ist eine notwendige Voraussetzung für den effizienten Betrieb einer Biogasanlage unter den klimatischen Bedingungen der Kirgisischen Republik. Die minimale Oberfläche reduziert die Baukosten und verringert den Wärmeverlust durch die Reaktorwände. Die Stabilität der Reaktorkonstruktion ist notwendig, um allen Belastungen (Gasdruck, Gewicht und Druck der Rohstoffe, Gewicht der Beschichtungen, Korrosionsbeständigkeit) standzuhalten und einen langfristigen Betrieb der Anlage sicherzustellen.
Reaktorformen Aus strömungstechnischer Sicht ist die eiförmige Form des Reaktors optimal, allerdings ist seine Konstruktion aufwendig. Die zweitbeste Form ist ein Zylinder mit konischer oder halbkreisförmiger Unterseite und Oberseite. Quadratische Reaktoren aus Beton oder Ziegeln sind nicht zu empfehlen, da die Ecken durch den Druck des Rohmaterials reißen und sich Feststoffpartikel ansammeln, die den Aufschlussprozess stören. Der Reaktor kann durch interne Trennwände in mehrere Abschnitte unterteilt werden, um die Bildung einer Kruste auf der Oberfläche des Rohmaterials zu verhindern und eine vollständigere Fermentation des Rohmaterials zu gewährleisten. Materialien für den Bau von Reaktoren Reaktoren können aus folgenden Materialien gebaut werden:
Gewährleistung der Dichtheit des Reaktors Beim Bau einer Biogasanlage mit einem Beton-, Ziegel- oder Steinreaktor ist auf Gas- und Wasserdichtheit des Reaktors zu achten. Es ist notwendig, das Innere des Reaktors mit einer Schicht aus einer Substanz zu bedecken, die Temperaturen bis zu 60 °C standhält und gegen organische Säuren und Schwefelwasserstoff beständig ist. Zementbeschichtung mit Additiven. Gute Ergebnisse hinsichtlich der Wasser- und Gasundurchlässigkeit wurden durch die Zugabe wasserdichter Materialien zum Zement gezeigt. Für die Gasundurchlässigkeit ist die Zugabe der doppelten Menge an wasserundurchlässigem Stoff erforderlich. Die Zeit zwischen dem Auftragen der Beschichtungsschichten sollte einen Tag nicht überschreiten, da nach einem Tag keine weitere Schicht mehr auf die wasserdichte Oberfläche aufgetragen werden kann. Das folgende Rezept wurde in Tansania mit guten Ergebnissen verwendet:
Alle sieben Schichten müssen innerhalb eines Tages aufgetragen werden. Asphalt mit Alufolie. Asphaltbeschichtungen lassen sich leicht auftragen und bleiben lange flexibel. Auf die trockene Oberfläche des Reaktors wird eine Asphaltschicht aufgetragen. Auf die noch klebrige Asphaltschicht werden Folienstücke überlappend aufgeklebt. Anschließend wird eine zweite Asphaltschicht aufgetragen. Der Nachteil von Asphaltbelägen besteht in der Entflammbarkeit ihrer Bestandteile und darin, dass sie nicht auf nassen Oberflächen aufgetragen werden können. Das Trocknen eines Beton-, Ziegel- oder Steinreaktors dauert mehrere Wochen, es sei denn, es werden spezielle Werkzeuge wie ein tragbarer Ofen verwendet. Darüber hinaus kann die Asphaltdecke abplatzen, wenn sich die Beschickung durch den Reaktor bewegt. Paraffin. Paraffin, verdünnt mit 2–5 % Kerosin oder neuem Motoröl, wird auf eine Temperatur von 100–150 °C erhitzt und auf die vom Brenner erhitzte Oberfläche des Reaktors aufgetragen. Paraffin dringt in die Beschichtung ein und bildet eine tief eindringende Schutzschicht. Steht kein Paraffin zur Verfügung, kann Kerzenwachs verwendet werden. Standort des Reaktors Der Standort der Installation hängt von mehreren Faktoren ab: Verfügbarkeit von Freiraum, Entfernung von Wohngebäuden, Mülldeponien, Standort der Tierhaltung usw. Abhängig von der Tiefe des Grundwassers und der Bequemlichkeit des Be- und Entladens von Rohstoffen kann der Reaktor eine Boden-, teilweise oder vollständig vergrabene Position haben. Der Reaktor kann über dem Boden auf einem Fundament platziert, im Boden vergraben oder in einem Raum installiert werden, in dem Tiere gehalten werden. Der Reaktor muss über eine Luke verfügen, die für die Durchführung regelmäßiger Wartungs- und Reparaturarbeiten im Reaktorinneren erforderlich ist. Zwischen Gehäuse und Deckel muss eine Dichtung aus Gummi oder einer speziellen Dichtmasse vorhanden sein. Wenn möglich, wird eine unterirdische Platzierung empfohlen, da dadurch die Kapitalinvestitionen reduziert werden und der Einsatz zusätzlicher Geräte zum Verladen von Rohstoffen entfällt. Die Qualität der Wärmedämmung wird deutlich verbessert und ermöglicht auch den Einsatz kostengünstiger wärmedämmender Materialien – Lehm und Stroh. Materialien zur Wärmedämmung Die meisten Biogasanlagen in Kirgisistan wurden ohne Reaktorwärmedämmung gebaut. Aufgrund der fehlenden Wärmedämmung kann die Anlage nur in der warmen Jahreszeit betrieben werden, und wenn kaltes Wetter einsetzt, besteht die Gefahr des Einfrierens des Rohmaterials im Reaktor und des anschließenden Bruchs des Reaktors. Wärmedämmstoffe sollen gute Dämmeigenschaften haben, günstig und verfügbar sein. Geeignete Materialien für Anlagen mit unterirdischem oder halbunterirdischem Reaktor sind Stroh, Ton, Schlacke, Trockenmist. Der Reaktor ist schichtweise isoliert. Beispielsweise wird bei einem unterirdischen Reaktor nach der Vorbereitung der Grube zunächst eine Schicht Polyethylenfolie verlegt, um den Kontakt der Wärmedämmung mit dem Boden zu verhindern, dann wird eine Schicht Stroh gegossen und dann wird Ton auf den Boden der Grube gelegt. Danach wird der Reaktor installiert. Anschließend werden in den verbleibenden Raum zwischen Reaktor und Erdreich erneut Dämmstoffschichten bis zum oberen Teil des Reaktors aufgefüllt und anschließend mindestens 300 mm dicker Ton mit Schlacke zugegeben. Instrumentierung Zu den an den Reaktoren installierten Kontroll- und Messgeräten gehören: Kontrolle des Rohstoffniveaus im Reaktor, Kontrolle von Temperatur und Druck im Reaktor. Die Kontrolle des Rohstofffüllstands kann über verschiedene Schwimmergeräte, elektronische Geräte usw. erfolgen. Temperaturkontrolle durch ein gewöhnliches Thermometer oder elektronisches Gerät mit einer Messskala von 0 s bis 70 s und Druckkontrolle durch Manometer. Be- und Entladesysteme für Rohstoffe Der Betrieb der Biogasanlage im kontinuierlichen Lademodus, der im Hinblick auf die Gewinnung der größten Menge an Biogas und Biodünger sowie die Stabilität der Anlage optimal ist, erfordert das tägliche Laden von Rohstoffen und das Entladen von fermentierte Masse. Vorratstank für Rohstoffe Frischer Mist wird normalerweise in einem Futtertank gesammelt, bevor er in den Reaktor gefüllt wird. Je nach Anlagentyp sollte die Tankgröße der täglichen oder doppelten Tagesmenge des Rohmaterials entsprechen. Der Behälter wird auch verwendet, um die gewünschte Homogenität und den Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials zu erreichen, manchmal unter Verwendung mechanischer Rührwerke. Standort des Tanks Die Lage des Behälters auf der Sonnenseite kann das Vorwärmen des Futters erleichtern, so dass der Fermentationsprozess sofort beginnen kann, nachdem eine neue Portion des Futters in den Reaktor geladen wurde. Bei Anlagen, die direkt an den Hof angeschlossen sind, ist es notwendig, einen Behälter zu bauen, damit die Rohstoffe unter dem Einfluss der Schwerkraft dorthin fließen. Aus hygienischen Gründen sollten Toiletten direkt an die Zuleitung angeschlossen werden. Be- und Entladeöffnungen Die Be- und Entladeöffnungen führen direkt zum Reaktor und befinden sich in der Regel an gegenüberliegenden Enden des Reaktors, um eine gleichmäßige Verteilung des frischen Einsatzmaterials über das gesamte Reaktorvolumen und eine effiziente Entfernung des verarbeiteten Schlamms zu gewährleisten. Der Einbau der Be- und Entladeöffnungen erfolgt vor der Aufstellung des Reaktors auf dem Fundament und den Wärmedämmarbeiten. Bei Anlagen mit erdverlegten Reaktoren und manueller Rohstoffbeschickung führen die Be- und Entladeöffnungen in einem spitzen Winkel in den Reaktor. Um die Dichtheit des Reaktors beim Be- und Entladen zu gewährleisten, sind die Einlass- und Auslassöffnungen zur vertikalen Achse geneigt, sodass das untere Ende des Rohrs unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt. Dadurch entsteht eine hydraulische Dichtung, die verhindert, dass Luft in den Reaktor eindringt. Manuelles Be- und Entladen von Rohstoffen Die einfachste Methode zum Be- und Entladen ist die Überlaufmethode, die darin besteht, dass beim Beladen mit frischem Mist der Schlammspiegel im Reaktor ansteigt und die gleiche Menge über das daran angeschlossene Überlaufrohr in einen Behälter zum Sammeln von Biodüngern entladen wird . Die Futtermasse kann feste Partikel ausreichend großer Größe, wie Einstreumaterial (Stroh, Sägemehl), Pflanzenstängel sowie Fremdkörper enthalten. Damit die Rohre nicht verstopfen, muss ihr Durchmesser mindestens 200 - 300 cm betragen. Das Verladerohr ist an einen Bunker oder Vorklärbehälter angeschlossen. An den Rohrleitungen zur Zu- und Ableitung von Rohstoffen aus dem Reaktor sind Schrauben- oder Halbdrehventile installiert. Be- und Entladen mit Pumpen Pumpen werden zu einem notwendigen Bestandteil eines Biogassystems, wenn die Menge des Ausgangsmaterials schnell geladen werden muss und die Schwerkraft aufgrund der Topographie oder Eigenschaften des Ausgangsmaterials nicht genutzt werden kann. Zur Überbrückung des Höhenunterschieds zwischen der Einspeiseebene der Rohstoffe und der Biogasanlage werden Pumpen benötigt. Pumpenmotoren unterliegen einem Verschleiß, sind teuer, verbrauchen Energie und können ausfallen. Daher wird empfohlen, andere Methoden zum Laden von Rohstoffen zu verwenden. Lässt sich der Einsatz von Pumpen nicht vermeiden, erfolgt der Einbau auf zwei Arten: Trockenaufstellung: Die Pumpe wird zusammen mit dem Rohr installiert. Der Rohstoff fließt frei zur Pumpe und wird von dieser beschleunigt. Nassaufstellung: Die Pumpe wird zusammen mit dem Motor im Rohmaterial eingebaut. Der Motor ist in einem undurchlässigen Behälter untergebracht. Oder die Pumpe wird über die Welle vom Motor außerhalb des Rohmaterials angetrieben. Pneumatisches Be- und Entladen von Rohstoffen Die beste Art, Rohstoffe zuzuführen und zu mischen, ist pneumatisch. Diese Methode wird in allen Einrichtungen des Verbandes „Fluid“ OF „Farmer“ angewendet. Die pneumatische Ladevorrichtung verwendet einen Rohstoffzufuhrtrichter (Mischbehälter), für den Stahlbehälter von 0,5 bis 1 m3 verwendet werden, die einem Druck von bis zu 5 kgf/cm2 standhalten, und Rohrleitungen mit einem Durchmesser von mindestens 100 mm mit einem Ventil. Über einen Kompressor wird das Rohmaterial in den Bunker und aus dem Bunker in den Reaktor geladen. Kolbenkompressoren der Marke IF-56 werden für kleine und mittlere Biogasanlagen mit einem Reaktorvolumen von bis zu 40 m3 eingesetzt. Bei Großanlagen ab einem Reaktorvolumen von 50 m3 kommt der FU-12-Kompressor zum Einsatz, der gleichzeitig zum Abpumpen des produzierten Biogases dient. Biogassammelsysteme Das Biogassammelsystem besteht aus einer Gasverteilungsleitung mit Absperrventilen, einem Kondensatsammler, einem Sicherheitsventil, einem Kompressor, einem Empfänger, einem Gastank und Biogasverbrauchern (Öfen, Warmwasserbereiter, Verbrennungsmotoren usw.). Die Anlage wird erst installiert, wenn der Biogasreaktor in Arbeitsstellung ist. Die Öffnung zur Entnahme von Biogas aus dem Reaktor sollte sich im oberen Teil befinden. Nach dem Kondensatsammler ist ein Sicherheitsventil sowie eine Wasserdichtung in Form eines Behälters mit Wasser installiert, der den Gasdurchgang nur in eine Richtung gewährleistet. Wasserschleusen Das im Reaktor einer Biogasanlage erzeugte Biogas enthält große Mengen Wasserdampf, der an den Wänden der Rohrleitungen kondensieren und zu Verstopfungen führen kann. Idealerweise sollte das Gassystem so platziert werden, dass kondensierte Feuchtigkeit direkt in den Reaktor abfließen kann. Ist dies nicht möglich, sollten Wassersperren an tiefliegenden Punkten im System installiert werden. Manuelle Wasserventile sind einfach zu bedienen, aber wenn sie nicht regelmäßig geleert werden, blockiert das System aufgrund eines zu hohen Wasserstands. Gas-Pipeline Das Gassystem verbindet die Biogasanlage über Rohre mit Gasgeräten. Dieses System muss sicher und wirtschaftlich sein und für jedes Gerät die erforderliche Gasmenge bereitstellen. Die am häufigsten verwendeten Rohre sind verzinkte Stahlrohre oder Kunststoffrohre. Es ist sehr wichtig, dass das Gassystem gasdicht ist und über den gesamten Lebenszyklus der Biogasanlage funktioniert. Rohrleitungen zur Biogasversorgung von der Anlage zu den Verbrauchern müssen vor Beschädigungen geschützt werden. Gaslecks können mit einer Seifenlösung überprüft werden, die auf Rohrverbindungen aufgetragen wird. Die Gasleitung muss außerdem mit einem Sicherheitsventil ausgestattet sein, das Biogas in die Atmosphäre abgibt, wenn der Druck über 0,5 kgf/s m2 steigt. Besser ist es, überschüssiges Biogas in Fackelbrennern zu verbrennen. Gasleitungen Es ist wichtig, das Gasleitungssystem ordnungsgemäß zu installieren. Die Anforderungen an das Rohrleitungssystem für Biogas weichen nicht von den allgemeinen Normen ab. Sie können Kunststoffrohre verwenden, die gegen ultraviolettes Sonnenlicht beständig sind. Stahlrohre Für kleine und mittlere Biogasanlagen eignen sich Rohre mit einem Durchmesser von 1,2 – 1,8 cm und einer Länge von weniger als 30 Metern. Für größere Installationen, längere Rohre und niedrigere Drücke sind spezielle Rohrdimensionierungen erforderlich. Bei der Installation von Gasleitungen ist besonders auf Folgendes zu achten:
Verzinkte Stahlrohre sind eine zuverlässige und langlebige Alternative zu Kunststoffrohren. Sie können bei Bedarf demontiert und wiederverwendet werden. Sie sind stoßfest, aber teuer und können nur von qualifiziertem Personal installiert werden. Daher werden sie nur an Orten empfohlen, an denen Kunststoffrohre nicht installiert werden können. Kunststoffrohre Kunststoffrohre (PVC) sind günstig und einfach zu installieren, reagieren jedoch auf Sonneneinstrahlung und können leicht brechen. Daher wird empfohlen, sie unter der Erde zu verlegen. Rohrdurchmesser Der benötigte Rohrdurchmesser ist abhängig vom Biogasverbrauch der Gasgeräte und vom Abstand zwischen Gastank und den Geräten, die Biogas nutzen. Längere Distanzen senken den Biogasdruck in der Leitung. Je länger die Distanz und je größer der Gasfluss, desto größer ist der Reibungsverlust. Ecken und Formstücke erhöhen die Druckverluste. Der Druckverlust in Kunststoffrohren ist geringer als in verzinkten Stahlrohren. Tabelle 10 enthält Rohrdurchmesser und Biogasdurchflussmengen sowie Rohrlängen für Druckverluste unter 5 mbar. Tabelle 10. Geeigneter Rohrdurchmesser für unterschiedliche Rohrlängen und unterschiedliche Gasdurchflussraten
Aus der Tabelle geht hervor, dass für einen Gasdurchfluss von 1,5 m3/h und einer Rohrlänge bis zu 100 t Meter Kunststoffrohre mit einem Durchmesser von 1,8 cm am besten geeignet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Durchmesser von 2,4 cm zu wählen Hauptrohr und einem Durchmesser von 1,2 siehe für alle anderen Rohre im System. Lage des Rohrleitungssystems Kunststoffrohre können für unterirdische Systeme oder Systeme verwendet werden, die vor Sonne und mechanischen Stößen geschützt sind. In allen anderen Fällen werden verzinkte Stahlrohre verwendet. Für die direkte Gasableitung aus der Biogasanlage wird der Einsatz von verzinkten Stahlrohren empfohlen. Kunststoffrohre sollten mindestens 25 cm unter der Erde liegen und von Sand oder weicher Erde umgeben sein. Anschließend wird der Graben sorgfältig mit normaler Erde abgedeckt, nachdem das Rohrleitungssystem auf Dichtheit überprüft wurde. Bei der Dichtheitsprüfung wird Luft in ein leeres Rohrleitungssystem gepumpt, wobei der Druck dem 2,5-fachen des maximal zu erwartenden Gasdrucks entspricht. Wenn nach einigen Stunden ein Luftverlust erkennbar ist (der Druck sinkt), werden alle Verbindungen durch Übergießen mit Seifenlauge überprüft (bei Gaslecks bilden sich Blasen auf der Oberfläche der Rohre). Hähne und Armaturen Die zuverlässigsten Wasserhähne sind verchromte Kugelhähne. Ventile, die normalerweise für Wassersysteme verwendet werden, sind nicht für den Einsatz in Gassystemen geeignet. Das Hauptgasventil sollte in der Nähe des Reaktors installiert werden. Bei allen Gasgeräten müssen Kugelhähne als Sicherheitseinrichtungen eingebaut sein. Mit richtig ausgewählten und installierten Wasserhähnen und Armaturen können Sie Gasgeräte reparieren und reinigen, ohne den Hauptgashahn zu schließen. Gashalter Die optimale Art der Biogasspeicherung hängt vom Verwendungszweck des Biogases ab. Wenn bei Kesselbrennern und Verbrennungsmotoren eine direkte Verbrennung vorgesehen ist, sind keine großen Gasbehälter erforderlich. In solchen Fällen werden Gasspeicher eingesetzt, um eine ungleichmäßige Gasabgabe auszugleichen und die Bedingungen für die anschließende Verbrennung zu verbessern. Unter den Bedingungen kleiner Biogasanlagen können große Auto- oder Traktorkammern als Gastanks verwendet werden, am häufigsten werden jedoch Gastanks aus Kunststoff oder Stahl verwendet. Wahl der Gastankgröße Die Größe des Gastanks, also sein Volumen, hängt von der Produktionsmenge und der Verbrauchsmenge des Biogases ab. Idealerweise sollte der Gastank so dimensioniert sein, dass er die täglich produzierte Biogasmenge aufnehmen kann. Abhängig von der Art des Gasbehälters und dem Druck, dem er standhalten kann, beträgt das Volumen des Gasbehälters 1/5 bis 1/3 des Reaktorvolumens. Gasbehälter aus Kunststoff Gasbehälter aus Kunststoff oder Gummi werden in entwickelten Ländern zum Sammeln von Biogas in kombinierten Anlagen verwendet, bei denen ein offener Behälter, der als Reaktor dient, mit Kunststoff abgedeckt wird. Eine weitere Option ist ein separater Gasbehälter aus Kunststoff. Gasbehälter aus Stahl Gasbehälter aus Stahl können in zwei Typen unterteilt werden:
Instrumentierung Zu den an Gastanks installierten Kontroll- und Messgeräten gehören: eine Wasserdichtung, ein Sicherheitsventil, ein Manometer und ein Druckminderer. Stahlgastanks müssen geerdet sein. Mischsysteme Ziele mischen Das Mischen der fermentierten Masse im Reaktor erhöht die Effizienz von Biogasanlagen und sorgt für:
Mischmethoden Das Mischen der Rohstoffe kann im Wesentlichen auf folgende Weise erfolgen: mechanische Mischer, Biogas, das durch die Dicke der Rohstoffe geleitet wird, und Pumpen der Rohstoffe von der oberen Zone des Reaktors in die untere. Die Arbeitskörper mechanischer Mischer sind Schnecken, Schaufeln und Lamellen. Sie können manuell oder motorisch betrieben werden. Mechanisches Rühren Die mechanische Durchmischung mittels Paddelrotoren wird am häufigsten in horizontalen Stahlreaktoren eingesetzt. Die horizontale Achse verläuft über die gesamte Länge des Reaktors. Daran werden zu Schlaufen gebogene Klingen oder Rohre befestigt. Beim Drehen der Achse wird das Rohmaterial vermischt, die Kruste bricht auf und das Sediment strömt zum Auslass.
Mechanische Mischer mit Handantrieb sind am einfachsten herzustellen und zu bedienen. Sie werden in Reaktoren kleiner Anlagen mit geringer Biogasleistung eingesetzt. Konstruktiv stellen sie einen horizontal oder vertikal eingebauten Schacht im Inneren des Reaktors parallel zur Mittelachse dar. Auf der Welle sind Schaufeln oder andere Elemente mit spiralförmiger Oberfläche befestigt, die die Bewegung der mit Methanbakterien angereicherten Masse in Richtung von der Entladestelle zur Ladestelle gewährleisten. Dadurch können Sie die Geschwindigkeit der Methanbildung erhöhen und die Verweilzeit des Einsatzmaterials im Reaktor verkürzen. Hydraulisches Mischen Mit Hilfe der Pumpe ist eine vollständige Durchmischung der Rohstoffe bei gleichzeitigem Be- und Entladen der Rohstoffe möglich. Solche Pumpen werden häufig in der Mitte des Reaktors platziert, um zusätzliche Funktionen zu erfüllen. Pneumatisches Rühren Das pneumatische Rühren durch Einspritzen des erzeugten Biogases zurück in den Reaktor erfolgt durch die Montage eines Rohrleitungssystems am Boden des Reaktors und sorgt für eine schonende Bewegung des Einsatzmaterials. Das Hauptproblem bei solchen Systemen ist das Eindringen von Rohstoffen in das Gassystem. Dies kann durch den Einbau eines Ventilsystems verhindert werden. Das Mischen durch Durchleiten von Biogas durch die Dicke des Rohmaterials führt nur dann zu guten Ergebnissen, wenn die fermentierte Masse stark verflüssigt ist und auf der freien Oberfläche keine Kruste bildet. Andernfalls sollten schwebende Partikel ständig entfernt oder große Partikel vor dem Einfüllen in den Reaktor abgetrennt werden. Mischhäufigkeit von Rohstoffen Das Rühren kann je nach Betriebsweise des Reaktors kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. Der optimale Mischmodus verkürzt die Fermentationszeit des Rohstoffs deutlich und verhindert die Bildung einer Kruste. Obwohl es aufgrund der Freisetzung von Biogas aus dem Ausgangsmaterial zu einer teilweisen Vermischung aufgrund von Temperaturschwankungen und Bewegungen aufgrund des Zustroms von frischem Ausgangsmaterial kommt, reicht eine solche Vermischung nicht aus. Es sollte regelmäßig umgerührt werden. Eine zu geringe Durchmischung des Rohmaterials führt zu einer Schichtung der Rohmasse und zur Bildung einer Kruste, wodurch die Effizienz der Gaserzeugung verringert wird. Ein gut gemischter Rohstoff kann bis zu 50 % mehr Biogas liefern. Zu häufiges Rühren kann die Fermentationsprozesse im Reaktor schädigen – die Bakterien haben keine Zeit zum „Fressen“. Darüber hinaus kann es zum Abladen unvollständig verarbeiteter Rohstoffe kommen. Ideal ist sanftes, aber kräftiges Rühren alle 4–6 Stunden. Heizsysteme für Rohstoffe Viele kleine Biogasanlagen in Kirgisistan wurden ohne Heizsysteme und ohne Wärmedämmung gebaut. Das Fehlen eines Heizsystems ermöglicht es der Anlage, nur im psychophilen Modus zu arbeiten und eine geringere Menge an Biogas und Biodünger aufzunehmen als im mesophilen und thermophilen Modus. Um eine höhere Produktion von Biogas und Biodünger sowie eine bessere Desinfektion der Rohstoffe zu gewährleisten, werden zwei Erhitzungsmethoden verwendet: direkte Erhitzung in Form von Dampf oder heißem Wasser, das mit dem Rohstoff gemischt wird, und indirekte Erhitzung durch einen Wärmetauscher, bei dem die Heizmaterial, meist heißes Wasser, erhitzt den Rohstoff, ohne sich mit ihm zu vermischen. direkte Heizung Die direkte Dampfheizung hat einen gravierenden Nachteil: Die Anlage benötigt ein Dampferzeugungssystem, einschließlich der Wasserreinigung von Salzen, und bei der Dampfheizung kann es zu einer Überhitzung des Rohmaterials kommen. Die hohen Kosten eines solchen Heizsystems machen es nur beim Einsatz in großen Kläranlagen wirtschaftlich. Die Zugabe von heißem Wasser erhöht den Feuchtigkeitsgehalt des Untergrundes und sollte nur bei Bedarf eingesetzt werden. indirekte Heizung Die indirekte Beheizung erfolgt über Wärmetauscher, die sich innerhalb oder außerhalb des Reaktors befinden, abhängig von der Form des Reaktors, der Art des Einsatzmaterials und der Betriebsweise der Anlage.
Die Bodenheizung zeigte keine guten Ergebnisse, da sich am Boden des Reaktors ansammelnde Sedimente bilden, die das Erhitzen des Rohmaterials erschweren. Eine Innenheizung ist eine gute Lösung, wenn der Wärmetauscher stark genug ist, um nicht zu brechen, wenn sich die Beschickung durch den Reaktor bewegt. Je größer die Wärmetauscherfläche, desto gleichmäßiger werden die Rohstoffe erhitzt und der Fermentationsprozess verläuft besser (siehe Abb. 26). Eine externe Beheizung mittels eines Wärmetauschers mit wärmeleitenden Elementen an der Oberfläche der Wände des Reaktors einer Biogasanlage ist aufgrund des Wärmeverlusts von der Oberfläche der Wände weniger effektiv. Andererseits kann die gesamte Wand des Reaktors zum Heizen genutzt werden und nichts im Inneren des Reaktors behindert die Bewegung der Rohstoffe. Die Wiedererwärmung des Einsatzmaterials erfolgt üblicherweise im Einfülltrichter und bietet den Vorteil einer leichteren Zugänglichkeit für die Reinigung und Reparatur des Reaktors. Interne und externe Heizsysteme Um eine maximale Effizienz der Biogaserzeugung zu erreichen, benötigt die anaerobe Verarbeitung bestimmte Umgebungstemperaturbedingungen, vorzugsweise nahe beieinander, um einen optimalen Prozess zu erreichen. In Kirgisistan ist das Heizsystem und die Isolierung des Reaktors notwendig, um die gewünschte Prozesstemperatur zu erreichen und Energieverluste zu vermeiden. Um den Reaktor mit Hilfe von Strom auf die mesophile Temperatur zu erhitzen, sind durchschnittlich 330 W pro 1 m3 Reaktorvolumen erforderlich. Das gebräuchlichste Rohstoffheizsystem ist ein externes Heizsystem mit einem Warmwasserkessel, der mit Biogas, Strom oder Festbrennstoffen betrieben wird. Sie können auch Solarwarmwasserbereiter verwenden. Als Heizelemente werden Wärmetauscher in Form von Rohrschlangen, Heizkörperabschnitten und parallel geschweißten Rohren eingesetzt, wobei als Wärmeträger heißes Wasser mit einer Temperatur von etwa 60 °C dient. Höhere Temperaturen erhöhen das Risiko Anhaften von Schwebeteilchen an der Oberfläche des Wärmetauschers. Es wird empfohlen, Wärmetauscher im Wirkungsbereich der Mischvorrichtung anzuordnen, um die Ablagerung fester Partikel auf ihrer Oberfläche zu vermeiden. Installation der Heizungsanlage Bei der Installation einer Heizungsanlage ist es wichtig, die notwendigen Bedingungen für die natürliche Flüssigkeitsbewegung in dieser Anlage zu schaffen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Zufuhr von heißem Wasser zum oberen Punkt des Systems und die Rückführung von gekühltem Wasser zum unteren Punkt sicherzustellen. An den Heizungsleitungen müssen Ventile installiert werden, um die Luft an hochgelegenen Punkten abzulassen, und das Heizungssystem muss mit einem Ausdehnungsgefäß zur Änderung der Wassermenge ausgestattet sein. Um die Temperatur im Reaktor der Biogasanlage zu kontrollieren, muss ein Thermometer installiert werden. Arten von Installationen, die für die Implementierung in Kirgisistan empfohlen werden Unter Berücksichtigung der klimatischen und sonstigen Bedingungen in Kirgisistan wird die Einführung der folgenden Arten von Biogasanlagen empfohlen. Biogasanlage mit manueller Beschickung ohne Mischen und ohne Erhitzen des Rohstoffs im Reaktor Die einfachste Biogasanlage (Abb. 29) ist für kleine landwirtschaftliche Betriebe konzipiert. Das Volumen des Reaktors der Anlage beträgt 1 bis 10 m3 und ist für die Verarbeitung von 50 bis 200 kg Gülle pro Tag ausgelegt. Die Anlage enthält ein Minimum an Komponenten, um den Prozess der Gülleverarbeitung und die Produktion von Biodüngern und Biogas sicherzustellen: einen Reaktor, einen Bunker zum Laden frischer Rohstoffe, eine Vorrichtung zur Auswahl und Verwendung von Biogas, eine Vorrichtung zum Entladen fermentierter Rohstoffe . Die Biogasanlage kann in den südlichen Regionen Kirgisistans ohne Erhitzen und Mischen eingesetzt werden und ist für den Betrieb in einem psychophilen Temperaturbereich von 5 °C bis 20 °C ausgelegt. Das erzeugte Biogas wird direkt der Nutzung in Haushaltsgeräten zugeführt. Die verarbeitete Masse wird zum Zeitpunkt der Beladung mit der nächsten Rohmaterialportion oder aufgrund des Biogasdrucks im Reaktor der Anlage über das Auslassrohr aus dem Reaktor entfernt. Die entladene fermentierte Masse gelangt in einen Zwischenlagertank, der nicht kleiner als das Volumen des Reaktors sein sollte.
Die einfachste Biogasanlage kann jeder Landwirt selbst bauen. Die Tabelle enthält eine Spezifikation und einen Kostenvoranschlag für die Materialien, die für den Bau benötigt werden. Tabelle 11. Spezifikation und Kostenvoranschlag für die Herstellung der einfachsten Biogasanlage mit manueller Beladung ohne Mischen und ohne Erhitzen des Rohstoffs
Der Arbeitsablauf zum Bau der einfachsten Biogasanlage Beim Bau der einfachsten Biogasanlage in Eigenregie empfiehlt es sich, wie folgt vorzugehen: Nachdem Sie die täglich auf dem Bauernhof anfallende Güllemenge für die Verarbeitung in einer Biogasanlage ermittelt und das erforderliche Reaktorvolumen ausgewählt haben, müssen Sie den Standort auswählen des Reaktors und bereiten Materialien für den Reaktor der Biogasanlage vor. Anschließend werden die Be- und Entladeleitungen verlegt und die Grube für die Biogasanlage vorbereitet. Nachdem der Reaktor in der Grube installiert ist, werden ein Ladetrichter und ein Gasauslass installiert. Anschließend wird ein Schachtdeckel installiert, der für die Wartung und Reparatur des Reaktors verwendet wird. Anschließend wird der Reaktor auf Dichtheit, Lackierung und Wärmedämmung der Anlage überprüft. Die Anlage ist zur Inbetriebnahme bereit! Biogasanlage mit manueller Beschickung und Mischung der Rohstoffe. Auch der Bau einer Biogasanlage mit manueller Beschickung und Mischung der Rohstoffe (Abb. 30) erfordert keinen großen finanziellen Aufwand.
Es ist für kleine landwirtschaftliche Betriebe gedacht. Das Volumen des Reaktors der Anlage beträgt 1 bis 10 m3, er ist für die Verarbeitung von S0 - 200 kg Gülle pro Tag ausgelegt. Um die Effizienz der Biogasanlage zu steigern, wurde eine Vorrichtung zum manuellen Mischen der Rohstoffe installiert. Biogasanlage mit manueller Beschickung, Mischung und Erwärmung der Rohstoffe im Reaktor Für einen intensiveren und stabileren Aufschlussprozess wurde eine Reaktorheizung installiert (Abb. 31).
Das Gerät kann im mesophilen und thermophilen Modus betrieben werden. Der Reaktor der Biogasanlage wird durch einen Warmwasserkessel beheizt, der mit dem produzierten Biogas betrieben wird. Der Rest des Biogases wird direkt in Haushaltsgeräten verwendet. Der verarbeitete Rohstoff wird in einem speziellen Behälter gelagert, bis er auf den Boden aufgetragen wird. Biogasanlage mit manueller Beladung, Gastank, pneumatischer Rohstoffmischung, mit Rohstofferwärmung im Reaktor Eine einfache Anlage mit manueller Beschickung des Reaktors mit Rohstoffen ist mit einer automatischen Pumpvorrichtung für das erzeugte Biogas und einem Gasbehälter für dessen Lagerung ausgestattet (Abb. 32).
Die Rohstoffvermischung im Reaktor erfolgt pneumatisch mit Biogas. Eine solche Biogasanlage kann in allen Temperaturbereichen der Vergärung betrieben werden. Biogasanlage mit Gastank, manueller Aufbereitung und pneumatischer Beschickung und Mischung der Rohstoffe, mit Erhitzung der Rohstoffe im Reaktor Die Anlage (Abb. 33) ist für mittlere und große landwirtschaftliche Betriebe konzipiert und kann 0,3 bis 30 oder mehr Tonnen Rohstoffe pro Tag verarbeiten. Reaktorvolumen – von S bis 300 m3 und mehr.
Die Aufbereitung, Beladung und Mischung der Rohstoffe erfolgt mechanisiert und erfolgt über ein pneumatisches System. Die Rohstofferwärmung erfolgt im Reaktor der Biogasanlage über einen Wärmetauscher mit einem mit Biogas betriebenen Warmwasserkessel. Die Pipeline zum Entladen von Rohstoffen verfügt über eine Abzweigung zum Sammeln von Biodüngern im Lager und zum Verladen in Fahrzeuge zum Abtransport auf das Feld. Die Vorrichtung dieser Biogasanlage (Abb. 32) sorgt für die manuelle Aufbereitung und pneumatische Beschickung des Reaktors mit Rohstoffen, ein Teil des erzeugten Biogases wird zur Erwärmung der Rohstoffe im Reaktor verwendet. Die Vermischung erfolgt mit Biogas. Die Auswahl des Biogases erfolgt automatisch. Biogas wird in einem Gastank gespeichert. Das Gerät kann in jedem Temperaturregime für die Fermentation von Rohstoffen betrieben werden. Biogasanlage mit Gastank, mechanischer Aufbereitung, pneumatischer Beschickung und Mischung der Rohstoffe, mit Erhitzung der Rohstoffe im Reaktor Eine Besonderheit dieser Biogasanlage (Abb. 34), die für mittlere und große landwirtschaftliche Betriebe konzipiert ist, ist das Vorhandensein eines speziellen Tanks für die Aufbereitung der Rohstoffe, von wo aus sie über einen Kompressor dem Ladetrichter zugeführt und dann mittels komprimiertem Biogas, zum Reaktor der Anlage. Ein Teil des erzeugten Biogases wird für den Betrieb der Heizungsanlage verwendet. Die Anlage ist mit einer automatischen Biogasgewinnung und einem Gasspeicher zur Speicherung ausgestattet. Das Vorhandensein einer Heizungsanlage ermöglicht den Betrieb einer Biogasanlage in allen Vergärungsmodi.
Tabelle 12. Spezifikation für Ausrüstung und Materialien für eine landwirtschaftliche Biogasanlage mit Gasspeicher, mechanischer Aufbereitung, pneumatischer Beschickung und Mischung der Rohstoffe, mit Erhitzung der Rohstoffe im Reaktor (siehe Abb. 12 und 13)
Tabelle 13. Kostenvoranschlag für die Herstellung einer landwirtschaftlichen Biogasanlage mit Gastank, mechanischer Aufbereitung, pneumatischer Beschickung und Mischung der Rohstoffe, mit Erhitzung der Rohstoffe im Reaktor (siehe Abb. 12 und 13).
* In dieser Schätzung sind Transportkosten, allgemeine Baukosten und Steuerabzüge nicht enthalten. Betrieb von Biogasanlagen Der stabile Tagesbetrieb einer Biogasanlage erfordert vom Betriebspersonal ein hohes Maß an Disziplin, um hohe Mengen an Biogas und Biodünger sowie eine lange Lebensdauer der Anlage zu erzielen. Viele Probleme entstehen durch Fehler im Betrieb. Oft können solche Probleme minimiert werden durch:
Vorbereitungen für den Start Die Vorbereitungsphase umfasst die Überprüfung der Dichtheit des Reaktors und des Gassystems. Dazu wird ein Wasserdruckmesser an das Gassystem angeschlossen, alle Hähne geschlossen, so dass der Luftüberdruck im Reaktor mit einem Manometer gemessen werden kann. Dazu wird der Reaktor bis zum Arbeitsniveau mit Wasser gefüllt. Überschüssige Luft wird durch das Überdruckventil ausgestoßen. Danach werden die Manometerwerte aufgezeichnet und der mit Wasser gefüllte Reaktor einen Tag lang stehen gelassen. Wenn sich der Manometerwert nach einem Tag nicht oder nur geringfügig verändert hat, kann davon ausgegangen werden, dass das Gassystem und der Reaktor ausreichend dicht sind. Bei Druckverlust im Reaktor und Gassystem ist es notwendig, das Leck zu finden und zu beseitigen. Mit der Inbetriebnahme einer Biogasanlage kann erst dann begonnen werden, wenn die Anlage als Ganzes und ihre Bestandteile als betriebsfähig anerkannt sind und die Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb erfüllen. Inbetriebnahmephase Die Erstbefüllung einer neuen Biogasanlage sollte nach Möglichkeit aus Abfallstoffen einer anderen Anlage (ca. 10 %) oder frischem Rindermist bestehen, da für den erfolgreichen Betrieb Stämme methanproduzierender Mikroorganismen erforderlich sind, die in Frischvieh in großer Zahl vorkommen düngen. Alter und Menge der Ausgangsrohstoffe haben einen starken Einfluss auf den gesamten Gärverlauf. Es wird empfohlen, bereits vor Abschluss des Anlagenbaus für eine ausreichende Menge an Rohstoffen zu sorgen. Bei der ersten Beladung ist es möglich, die nicht ausreichende Menge an Rohmaterial mit mehr Wasser als üblich zu verdünnen, um den Reaktor auf 2/3 des Volumens zu füllen. Arten von Rohstoffen Abhängig von der Art des verwendeten Rohstoffs kann es mehrere Tage bis mehrere Wochen dauern, bis die Biogasanlage einen stabilen Betrieb erreicht. Nachdem das Rohmaterial verdünnt wurde, bis eine homogene Masse mit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt erreicht ist, wird es in den Reaktor gefüllt, der mit nicht mehr als 2/3 des Innenvolumens gefüllt ist. Das verbleibende Volumen des Reaktors wird zur Anreicherung von Biogas genutzt. Das in den Reaktor geladene Ausgangsmaterial sollte nicht kalt sein – seine Temperatur sollte sich der gewählten optimalen Fermentationstemperatur annähern. Inbetriebnahmeoptimierung Um den Verdauungsprozess zu optimieren, können einige bekannte Startmethoden verwendet werden:
Um ein nachhaltiges Wachstum der Mikroorganismen während der Anlaufphase zu gewährleisten, sollte die Erwärmung des geladenen Rohmaterials schrittweise erhöht werden, nicht mehr als 2 °C pro Tag, bis eine Temperatur von 35–37 °C erreicht ist. Während des Erhitzungsprozesses sollte auf eine intensive Durchmischung der Rohstoffe geachtet werden. Nach 7-8 Tagen beginnt das aktive Leben der Mikroorganismen im Reaktor und die Freisetzung von Biogas. Merkmale der Inbetriebnahmephase Der Zeitraum der Inbetriebnahme einer Biogasanlage wird als Inbetriebnahmezeitraum bezeichnet und ist gekennzeichnet durch:
Prozessstabilisierung Der Übergang in die Betriebsweise erfolgt schneller, wenn die Rohstoffe häufig und intensiv gemischt werden. Sollte sich die Stabilisierung des Faulprozesses bei der Inbetriebnahme verzögern, sollte zur Wiederherstellung des pH-Gleichgewichts eine kleine Menge Rindermist in den Reaktor gegeben werden. Unmittelbar nachdem sich der Vergärungsprozess stabilisiert hat, wird aus einer großen Menge unverdauter Rohstoffe eine große Menge Biogas erzeugt. Sobald die Menge an erzeugtem Biogas auf das erwartete Niveau gesunken ist, kann mit der regulären Beschickung mit Rohstoffen begonnen werden. Gastank vorbereiten Die Vorbereitung eines Gastanks zum Befüllen mit Gas als Teil eines Moduls kann nur nach Abnahme und Prüfung gemäß den technischen Spezifikationen und nach Prüfung durch die Behörden von Gosgortekhnadzor erfolgen. Um die Bildung eines explosionsfähigen Gemisches zu vermeiden, muss vor dem Befüllen des Gastanks mit Gas die Luft aus dem gesamten System, auch aus Gasleitungen, ausgestoßen werden. Luft wird durch Wasser verdrängt, gefolgt von der Wasserverdrängung durch Druckgas oder nicht brennbare Gase. Die Luftverdrängung gilt als abgeschlossen, wenn der Sauerstoffgehalt in der dem Gastank entnommenen Gasprobe 5 % nicht überschreitet. Bei einer externen Inspektion soll der Zustand der zum Gastank gehörenden Kontroll- und Messgeräte (Rückschlag- und Sicherheitsventile, Manometer, Druckminderer) überprüft werden. Die Zuverlässigkeit der Erdung und des Blitzschutzes des Gastanks wird mit einem Erdungsmessgerät überprüft. Der Erdungswiderstand darf 4 Ohm nicht überschreiten. Gasqualität Während der Zeit, in der die Biogasanlage in den Betriebsmodus übergeht, ist die Qualität des Biogases gering. Aus diesem Grund und auch um eine explosionsartige Situation durch in Gasbehältern enthaltenen Restsauerstoff zu verhindern, müssen die ersten beiden Tagesmengen Biogas in die Luft abgegeben werden. Sobald das Biogas brennbar ist, kann es für die vorgesehenen Zwecke verwendet werden. Tagesgeschäft Dosisbeladung von Rohstoffen Für den optimalen Betrieb von Biogasanlagen sind die tägliche Frischmistdosis und die Häufigkeit ihrer Ausbringung von großer Bedeutung. Die Beladungsdosis ist ein variabler Wert und hängt von der Art des Rohstoffs, der Fermentationstemperatur und der Trockensubstanzkonzentration im Rohstoff ab. Bei niedrigen täglichen Rohstoffdosen, die 1–5 % des Reaktorvolumens pro Tag nicht überschreiten, wird weniger Biogas freigesetzt als bei hohen Dosen von 10–20 %. Bei hohen Dosierungen der täglichen Belastung verringert sich jedoch der Methangehalt im Biogas und der Kohlendioxidgehalt steigt. Aus Sicht der Biogasqualität kann die optimale tägliche Beladungsdosis für Anlagen mit mesophiler Fermentationstemperatur als 6–10 % des Gesamtvolumens der beladenen Rohstoffe bei einer Fermentationsdauer von 10–20 Tagen angesehen werden. Die optimale Beladungsdosis für das thermophile Regime kann als 1S-2S7 mit einer Fermentationsdauer von 4 bis 8 Tagen angesehen werden. Bei Verwendung der psychophilen Fermentationsart wird empfohlen, durch die tägliche Zugabe neuer Rohstoffe nicht mehr als 2 % zu beladen. Wenn die Chargenbeladungsmethode verwendet wird, wird der Reaktor sofort zu 2/3 beladen und das Rohmaterial wird ohne Zugabe von frischem Mist für 40 oder mehr Tage verarbeitet. Lade- und Mischfrequenz Die Tagesdosis sollte nicht vollständig, sondern schrittweise in gleichen Portionen in regelmäßigen Abständen 4-6 mal täglich in den Reaktor eingebracht werden. Nach dem Laden der nächsten Portion empfiehlt es sich, die Rohstoffe zu mischen. Der Zustand und die Funktion der Rührwerke sollten täglich überprüft werden. Steuerung des Fermentationsprozesses durch die Farbe der fermentierten Masse Wie der Prozess der Rohstoffvergärung im Reaktor abläuft, lässt sich anhand der Intensität der Biogasfreisetzung sowie der Farbe der fermentierten Masse am Ausgang des Reaktors beurteilen. Das Fehlen von Biogas oder dessen schwache Bildung weist auf eine geringe Aktivität der Mikroorganismen hin und ist an der grauen Farbe der fermentierten Masse erkennbar. Der Grund dafür kann auch der Mangel an Mikroorganismen sein, der zum Verfall des Fermentationsprozesses führt, dessen Wiederaufnahme die Einführung von Nährlösungen mit einer guten Konzentration an Mikroorganismen und damit der Möglichkeit einer guten Begasung erfordert. Bei einem Nährstoffüberschuss sind Säurebildung und eine Abnahme der Aktivität von Mikroorganismen möglich. Die Farbe des fermentierten Rohstoffs ändert sich in diesem Fall in schwarz und es kann sich auf seiner Oberfläche ein weißer Film bilden. Säuren können durch Zugabe von Pflanzenasche oder Kalkwasser neutralisiert werden. Wenn die fermentierte Masse eine dunkelbraune Farbe hat und sich gleichzeitig Schaum an ihrer Oberfläche bildet, können wir davon ausgehen, dass ein normaler Fermentationsprozess im Gange ist. Kontrolle des Rohstoffniveaus Ein besonderes Problem bei kleinen Anlagen ist die Verstopfung der Reaktoröffnungen. Dies kann zu einem zu hohen Druck im Reaktor und einer Verstopfung der Gasleitung führen. Um dies zu verhindern, ist es notwendig, täglich den Füllstand der Rohstoffe und den Zustand der Öffnungen der Anlage zu überprüfen. Wöchentliche und monatliche Transaktionen
Jährliche Operationen
Sicherheitstechnik Achten Sie beim Betrieb einer Biogasanlage auf Folgendes:
Gosgortekhnadzor-Anforderungen Die Einrichtung, der Betrieb und die Wartung von Biogasanlagen müssen den Anforderungen der „Regeln für die Konstruktion und den sicheren Betrieb von Druckbehältern“ des Gosgortekhnadzor der Kirgisischen Republik entsprechen, wenn Biogasanlagen Folgendes umfassen:
Personen, die nicht jünger als 18 Jahre sind und über eine Erlaubnis des Gosgortekhnadzor der Kirgisischen Republik in Form einer Bescheinigung der festgelegten Form für das Recht zur Wartung von Biogasanlagen und zur Durchführung gasgefährdender Arbeiten verfügen, dürfen die Wartung und Durchführung von Arbeiten an Biogasanlagen durchführen Gasgefährliche Arbeiten ausschließen. Wartung, Überwachung und Reparatur Die Wartung der Biogasanlage umfasst die Arbeiten, die für den effizienten und langen Betrieb der Anlage notwendig sind, und die Reparatur erfolgt bei Störungen der Biogasanlage. Tägliche Wartung Tabelle 14 Tägliche Wartung
Monatliche Wartung
Tabelle 15. Verstärkungskontrolle
Jährlicher Dienst
Überwachung Die Überwachung umfasst die Sammlung von Daten über den Betrieb der Anlage für:
Folgende Daten sollten erhoben werden:
Beheben Störungen, die in einer laufenden Biogasanlage auftreten können, sind in der folgenden Tabelle beschrieben. Der häufigste Grund zur Sorge ist der Rückgang der Biogasproduktion. Tabelle 16. Häufige Ausfallursachen und deren Beseitigung
Reparaturarbeiten werden sowohl im Störungsfall als auch im laufenden Betrieb der Anlagen durchgeführt. Reparaturen, die über die oben genannten hinausgehen, müssen von Fachkräften durchgeführt werden, da der Eigentümer der Anlage in der Regel über keine technische Ausbildung verfügt. In jedem Fall muss eine jährliche Inspektion der Anlage durch geschulte Techniker durchgeführt werden. Dokumentation Um den normalen Betrieb, die Wartung und die Reparatur sicherzustellen, muss die Anlage über die folgende Dokumentation verfügen:
Autoren: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.
Eine neue Möglichkeit, optische Signale zu steuern und zu manipulieren
05.05.2024 Primium Seneca-Tastatur
05.05.2024 Das höchste astronomische Observatorium der Welt wurde eröffnet
04.05.2024
▪ Serienmäßiges Elektroauto Volkswagen ID.3 ▪ Kohlendioxid zu Raketentreibstoff verarbeiten ▪ Zeitinvertierte optische Wellen ▪ Laptops der Dell Latitude 13 Education-Serie
▪ Abschnitt der Website Firmware. Artikelauswahl ▪ Artikel Galimatya. Populärer Ausdruck ▪ Artikel Wie hängen Schach, Reis und Ruin zusammen? Ausführliche Antwort ▪ Hausmeister Artikel. Standardanweisung zum Arbeitsschutz ▪ Artikel Getinaks und Glasfaserfolie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik ▪ Artikel über Antennen der neuen Generation. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Kommentare zum Artikel: Svetlana Ein dringend benötigter und benötigter Artikel. Wie kann ich dich erreichen? luskazah@mail.ru Sergei Ein sehr notwendiger Artikel Es bleibt nur noch, einen Kreis im Arbeitsamt für die Ausbildung zu schaffen.
Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen
www.diagramm.com.ua | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Siehe andere Artikel Abschnitt 
Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:
Alle Sprachen dieser Seite