Биогазовая установка для частного дома: рекомендации по обустройству самоделки

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к газгольдеру, без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте  в этом материале.

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

Как получают биологический газ?

Для получения газа годится как сухая, так и влажная (содержание сухого сырья — менее 15 %) биомасса. В фермерских хозяйствах наибольшее распространение получили устройства, использующие влажную биомассу: такие биореакторы проще в изготовлении, эксплуатации, цена на них ниже, а сырье буквально валяется под ногами (навоз, пищевые отходы и т. д.).

Процесс производства довольно прост. На первом этапе сбраживания сложные органические вещества разлагаются до более простых органических соединений и газон, а на втором метанобразующие бактерии способствуют превращению полученных соединений в метан, углекислый газ и воду.

У биогазовых установок имеется еще один существенный плюс. Они не только производят необходимый для энергетики газ, но и перерабатывают отходы таким образом, что в остатке сохраняется достаточно питательных веществ и его можно использовать в качестве удобрения. Иначе говоря, биогазовая установка позволяет организовать такое производство, в котором даже отходы служат сырьем для получения нужных в хозяйстве ресурсов: электрической и тепловой энергии, удобрений.

Биогазовый генератор, ничем не отличается от обычного газового генератора, ведь у биогаза и природного газа состав аналогичный. Разница лишь в том, что биогазовая установка способна обеспечить загородному домовладению полную автономию, так как исходное сырье для получения электрической или тепловой энергии (газ) производится прямо в хозяйстве, а не покупается и доставляется извне.

Несомненным преимуществом биогаза является то, что благодаря ему можно обеспечить не только наличие электроэнергии, но и теплоснабжение, а также топливо для кухонной плиты.

Если применять газ по комбинированной схеме (получение электрической и тепловой энергий), то общий КПД системы достигает 90 %. При этом для выработки тепловой энергии используется отработанный горячий газ, который и служит для подогрева воды в отопительной системе и системе горячего водоснабжения.

Однако прежде, чем организовывать на своем участке производство биологического газа, нужно подсчитать: какое количество биогаза требуется для вашего хозяйства, какой должна быть мощность биогазовой установки и сколько потребуется сырья, чтобы обеспечить необходимое количество биогаза.

Следует отметить, что во многих случаях биогазовое энергоснабжение фермерских хозяйств не в состоянии полностью покрыть потребность в электрической и тепловой энергии: не хватает сырья для получения нужного количества биогаза. В этой ситуации возможны два варианта: либо сырье покупается (это возможно, если поблизости находится его источник, к примеру крупный животноводческий комплекс, деревообрабатывающее производство и т. д.), либо биогазовый генератор используется наряду с другими устройствами как часть общей системы энергоснабжения (например, вместе с ветрогенератором, солнечными батареями и т. д.).

Регулирование пламени в конфорках плиты

Отладить нормальную работу конфорки необходимо в случаях, когда пламя теряет свою эффективность и качества. Настройкой газовой плиты также должен заниматься специалист. Но понимание алгоритма этого процесса будет полезным для любого пользователя.

Для начала стоит уяснить, как выглядит правильно горящее пламя плиты. Огонь должен быть голубого цвета. Интенсивное ярко-голубое свечение – верный признак того, что плита работает корректно и не нуждается в отладке. Желтое, оранжевое или красное пламя свидетельствует о неправильном составе горючей смеси. В этом случае явно не хватает воздуха, его приток необходимо увеличить.

Искры и отрыв пламени – еще один признак недостаточного количества воздуха в горюче смеси для конфорки. Коррекция состава проходит путем работы со специальным винтом

Для изменения газо-воздушной смеси, поступающей в конфорку, необходимо отрегулировать работу воздушных заслонок, которые обычно находятся возле каждой горелки.

Непосредственная настройка проходит так:

• после отключения плиты от газовой системы необходимо получить доступ к регулировочным механизмам под специальной перегородкой или в ручке-регуляторе газа;
• плита вновь подключается к магистрали, осуществляется поочередная подача газа к каждой конфорке;
• объем воздуха, поступающего в смеситель, корректируется с помощью поворота специального винта;
• как только пламя в каждой конфорке приобретает правильный цвет, можно вновь отключать плиту, проводить ее обратную сборку и подсоединение к магистрали.

При настройке плиты может потребоваться работа с клапаном контроля газа и его термопарой. Если пламя регулярно гаснет при минимальном уровне подачи топлива, возможно, проблема таится именно в газ-контроле. Принцип работы этой опции базируется на специальном датчике, который реагирует на энергию, выделяющуюся в процессе горения. Если пламя неожиданно угасает, сенсор термопары остывает, что служит сигналом к прекращению подачи газа.

Простая работа маленького датчика может предотвратить ужасные последствия. Поэтому рабочую поверхность плиты и ее детали необходимо поддерживать в чистоте

Однако окислительные процессы и снижение чувствительности датчика из-за попадания жидкостей или образования налета из пищевых отложений могут спровоцировать некорректное перекрытие газа вне аварийной ситуации. Поэтому и плиту, и этот блок стоит поддерживать в чистоте, при необходимости вызывать мастера для зачистки.

Если же вы столкнулись с непривычно шумной работой конфорки, рекомендуем выяснить причину шума конфорки и способами устранения.

Типы биореакторов

Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.

По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.

В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.

Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.

• баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
• Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
• При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.

Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.

Как построить биореактор (установку) своими руками

Биогазовые установки, которые добывают газ из навоза, можно легко собрать своими руками на собственном участке. Прежде чем собирать биореактор для переработки навоза, стоит нарисовать чертежи и тщательно изучить все нюансы, т.к. емкость, содержащая большое количество взрывоопасного газа, может быть источником большой опасности при неправильной ее эксплуатации или наличии ошибок в конструкции установки.

Схема получения биогаза

Объем емкости биореактора рассчитывается исходя из количества сырья, которое используется, чтобы получить метан. Для того чтобы условия работы были оптимальны, емкость реактора заполняют отходами не менее чем на две трети. Для этих целей используют яму большой глубины. Чтобы герметичность была высокой, стенки ямы армируют бетоном или укрепляют пластиком, иногда устанавливают в яму бетонные кольца. Поверхность стен обрабатывают влагоизолирующими растворами. Герметичность – необходимое условие для эффективной работы установки. Чем лучше изолирована емкость, тем выше качество и количество образующегося газа. К тому же, продукты распада отходов ядовиты и, в случае утечки, могут навредить здоровью.

В тару для отходов устанавливают мешалку. Она отвечает за перемешивание отходов при брожении, препятствуя неравномерному распределению сырья и образованию корки. Вслед за мешалкой в газогенератор на навозе монтируется дренажная конструкция, которая облегчает отвод газа в емкость для хранения и предотвращает утечку. Выводить газ нужно из соображений безопасности, а также для повышения качества удобрений, остающихся в реакторе по завершении переработки. В нижней части реактора делают отверстие для выхода отработанного сырья. Отверстие оснащают плотной крышкой, чтобы оборудование оставалось герметичным.

Расчет рентабельности установки

В качестве сырья для производства биогаза обычно используют коровий навоз. Одна взрослая корова может дать его столько, чтобы обеспечить 1.5 м.куб. топлива; свинья – 0.2 м.куб.; курица или кроль (в зависимости от массы тела) – 0.01-0.02 м.куб. Чтобы понять, много это или мало, можно сравнить с более привычными видами ресурсов.

Галерея изображений

Фото из

Иногда системы устанавливают в подсобных помещениях. Это удобно с точки зрения осмотров и обслуживания, но небезопасно, т.к. биометан может взорваться

Поэтому следует уделить особое внимание вопросам безопасности

Транспортировка сырья – отдельный вопрос, который следует обдумать в процессе проектирования биогазовой установки. Для перевозки по участку лучше использовать специальную технику или прицепы. Если нужна доставка на большие расстояния, следует просчитать расходы на топливо и определить, окупятся ли они

При покупке контейнеров биогазовой установки и тем более при изготовлении своими руками придется уделить внимание их качеству. Также в процессе эксплуатации системы нужны регулярные проверки состояния и ремонты

Биогазовая установка может стать настоящим спасением для фермерского хозяйства. Она позволяет сэкономить на топливе для обогрева и/или освещения коровников. Также это отличный вариант безвредной утилизации отходов. Однако в первые годы вряд ли приходится рассчитывать на полноценную отдачу

Устройство биореактора из утепленной пластиковой емкости

Удобный транспорт для перевозки субстрата

Компактная установка промышленного производства

Биогазовая установка на молочной ферме

1 м.куб. биогаза обеспечивает такое же количество тепловой энергии, как:

• дрова – 3.5 кг;
• уголь – 1-2 кг;
• электричество – 9-10 кВт/ч.

Если знать примерный вес сельскохозяйственных отходов, которые будут доступны в течение ближайших лет, и количество необходимой энергии, можно просчитать рентабельность биогазовой установки.

Один из главных недостатков добычи биогаза – запах. Возможность использования небольших компостных куч – это большой плюс, но придется терпеть неудобства и тщательно контролировать процесс, чтобы не спровоцировать распространение болезнетворных микроорганизмов (+)

Для закладки в биореактор готовят субстрат, в который входят несколько компонентов в таких пропорциях:

• навоз (лучше всего коровий или свиной) – 1.5 т;
• органические отходы (это могут быть перегнившие листья или другие компоненты растительного происхождения) – 3.5 т;
• подогретая до 35 градусов вода (количество теплой воды рассчитывают так, чтобы ее масса составляла 65-75% от общего количества органики).

Расчет субстрата сделан для одной закладки на полгода, если исходить из умеренного потребления газа. Примерно через 10-15 дней процесс ферментации даст первые результаты: газ появится в небольших количествах и начнет заполнять хранилище. Через 30 дней можно ожидать полноценной выработки топлива.

Оборудование для производства биогаза пока еще не особенно распространено в нашей стране. Во многом это связано с плохой информированностью людей о преимуществах и особенностях работы биогазовых систем. В Китае и Индии многие небольшие фермерские хозяйства оборудованы кустарными установками для получения дополнительного чистого топлива

Если установка работает правильно, объем биогаза постепенно будет увеличиваться, пока субстрат не перегниет. Производительность конструкции напрямую зависит от скорости брожения биомассы, которая в свою очередь связана с температурой и влажностью субстрата.

Использование биогаза

Высокое содержание метана (около 70%) делает биологический газ горючим. Отходы, которые остаются после переработки сырья, можно использовать для удобрения – они обладают отличными характеристиками и совершенно безопасны в биологическом смысле.

Возможности применения биогаза чрезвычайно широки. Посредством специальных когенерационных установок его можно превращать в электричество и источник тепловой энергии, при этом электро-ресурс подавать в общую сеть, а тепло использовать для обогрева:

• Зданий производственного назначения;
• Жилых домов;
• Помещений, где содержатся сельскохозяйственные животные.

Биологический газ в мировой энергетике

Статистика утверждает, что в мировой энергетике доля биологического газа, полученного из отходов сельскохозяйственного производства, составляет почти 12%, хотя изначально идея его производства и использования не имела целью получение значительной коммерческой выгоды.

И по сей день большой объем биологического сырья, которое используется для получения энергии, не относится к категории коммерческих продуктов и официальной статистикой совсем не учитывается.

Если говорить о странах Евросоюза, то доля биоматериалов в энергетике в общем доходит до 3%, при этом:

• Австрия — это 12% от объема национальной энергетической индустрии;
• Швеция — до 18%;
• Финляндия – около 23%.

Как увеличить выход

Поскольку производителями метана являются метаногены, то чтобы увеличить выход газа, необходимо создать максимально комфортные условия для этих микроорганизмов.

Этого можно достичь лишь комплексно, влияя на все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отработанного материала и способов очистки газа.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/помет, а также другие органические вещества, такие как подстилка, скошенная трава и прочие необходимо максимально измельчать.

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями

Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому навоз или помет обязательно разводят водой до определенной консистенции

Должен быть соблюден баланс между метаногенами и бактериями, разлагающими органику на простые составляющие, в особенности расщепляющими жиры.

Если же будет избыток бактерий, разлагающих органику, то доля углекислого газа в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта будет заметно меньше.

В неподвижном состоянии содержимое биореактора расслаивается по плотности, из-за чего лишь часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому необходимо периодически перемешивать помет/навоз в биореакторе.

Образующийся в итоге ил обладает более высокой плотностью, чем водный раствор навоза, поэтому оседает на дно, откуда его необходимо удалять, чтобы освободить место для новой партии экскрементов.

Принцип работы установки фотобиореактора

Фотобиореактор – установка для выращивания водорослевой биомассы в закрытых резервуарах.

Производство является экологически чистым и не производит вредных отходов. В нормальном промышленном режиме вода используется в ре цикле. Единственный побочный продукт производства – кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза.

Комплекс емкостных реакторов состоит из рядов установок. Каждый ряд представляет собой цепочку сообщающихся сосудов. В начале каждого ряда находится технологическая емкость.

Осветительная конструкция выполнена таким образом, что за счет правильного расположения ламп внутри закрытых резервуаров и подбора спектров освещения достигается максимальная эффективность использования освещения на процессы фотосинтеза. Импульсный режим освещения так же способствует экономии электроэнергии. Срок службы данной конструкции без замены ламп – более 10 лет.

Приготовление культуральной жидкости происходит в технологической емкости путем добавления питательных веществ через дозатор. При прохождении воды через технологическую емкость происходит растворение питательных веществ и перемешивание среды с помощью циркуляционного насоса.

Затем культуральная жидкость заполняет фотобиореакторы, представляющие собой, в данном случае, систему сообщающихся емкостей.

Трубы на входе и выходе каждого емкостного реактора снабжены клапанами и системой обратного продува для предотвращения засорения труб.

Насыщение культуральной жидкости СО2 происходит путем подачи СО2 в каждую емкость. Подвод СО2 производится к каждой емкости. На дне каждой емкости находится сатуратор. Таким образом, мелкие пузырьки газа растворяются, проходя через культуральную жидкость.

После заполнения всего ряда сообщающихся емкостей производится загрузка водорослевого материала.

Разгрузка емкостей при снятии урожая производится автоматически по запрограммированному графику.

Сбор урожая производится при достижении максимального прироста, который вычисляется по параметрам роста и рассчитывается исходя из графика загрузки

При сборе урожая культуральная среда направляется на линию фильтрации. Она представляет собой набор гидроциклонов (4 по 1 на установку), в котором происходит первичное отделение биомассы микроводорослей от жидкости. Свободная от водорослей культуральная жидкость возвращается насосом в технологическую емкость для приготовления питательного раствора. Из технологической емкости вода возвращается в установку.

Биомасса проходит линию отжима (дезинтегратор и сепаратор), после чего масло направляется на биодизельную установку, а жмых – на сушку.

Система управления и контроля полуавтоматическая. В процессе выращивания биомассы регуляция условий (температура, СО2, освещения) автоматическая.

Загрузка водорослевого материала на выращивание, подготовка воды, сбор урожая – процессы полуавтоматические и программируются операторам исходя из начальных параметров (начальное количество биомассы и др.) Линия съема урожая так же программируется оператором и при стабильных параметрах работает автоматически.

Производство является экологически чистым и не производит вредных отходов. В нормальном промышленном режиме вода используется в ре цикле.… Комплекс емкостных реакторов состоит из рядов установок. Каждый ряд… Осветительная конструкция выполнена таким образом, что за счет правильного расположения ламп внутри закрытых…

Блок-схема производства

Помещение

Для монтажа оборудования необходимо ориентировочно закрытое производственное помещением размером 800 – 1000 м2.

Несколько рекомендаций

Еще одна немаловажная вещь. На фото видно, как шланг от третьей бочки находится в воде. Дело в том, что первую неделю с компоста будет выделяться только углекислый газ. В системе он не нужен, поэтому он будет выходить в воду. Кстати, некоторые фермеры пускают углекислый газ в теплицы, для лучшего роста растений.

Что бы понять, что пора подсоединить бочку к системе нужно вытащить шланг и поднести к нему зажигалку. Беспокоиться не стоит. Так как биогаз не находится под высоким давлением никакого взрыва не случится. К тому же в конечном продукте все равно будет содержаться до 50% углекислоты, которая не горит. Если от зажигалки с трубки начнет выступать пламя, значит биогаз уже начал вырабатываться и можно подключаться.

Еще один нюанс. Биогаз быстрее вырабатывается от продуктов животноводства. Соответственно шланг в воде можно проверять уже через неделю. Если биогаз будет производиться из растительных продуктов, то процесс выработки метана может затянуться и на месяц.

Принцип работы биореактора

Принципиальная схема биогазовой установки Биореактор работает на органических отходах, поэтому для непрерывной его работы необходимо постоянное наличие навоза и других отходов сельского хозяйства. Вырабатываемый установкой биогаз является биологически чистым топливом, а по своим показателям он похож на природный газ.

Работа биореактора состоит в переработке органических отходов на газ и удобрение. Для этого они загружаются в резервуар биореактора, где анаэробные бактерии перерабатывают биомассу. Для получения правильного брожения недопустимо попадания воздуха в резервуар. Время переработки зависит от объема загруженных отходов. Выделяемый газ состоит из метана 60%, и углекислого газа – 35%. Другие примеси составляют 5%. Полученный газ идет на очистку и после этого готов к использованию в бытовых приборах.

Похожие записи:

Поделки из металла Мясо в банке в духовке с картошкой Как построить будку для собаки своими руками Зимовье в тайге: особенности и правила строительства своими руками Заправка автомобиля с гбо: как правильно и безопасно заправляться газом? Стробоскопия