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無線電子工学および電気工学の百科事典 バイオガスプラント。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
バイオガスプラントの一般的なタイプ 世界中で一般的なバイオガスプラントの種類は、原料の積み込み方法、バイオガスの収集方法、建設に使用される材料、追加の装置の使用、反応器の水平または垂直の位置、地下か地上かによって分類されます。地面のデザイン。 ダウンロード方法 原料の投入方法に基づいて、XNUMX つの異なるタイプのバイオガス プラントを区別できます。
バイオガスの収集方法 バイオガスプラントの外観は、選択したバイオガス収集方法によって異なります。
ボンベ装置は、耐熱性のプラスチックまたはゴムの袋（ボンベ）に反応器とガスホルダーを組み合わせたものです。 原料の積み下ろし用のパイプは反応器のプラスチックに直接取り付けられています。 ガス圧は、バッグの拡張性とバッグにかかる追加の負荷によって発生します。 このような設備の利点は、低コスト、移動の容易さ、設計の単純さ、好精神性モードのための高い発酵温度、反応器の洗浄の容易さ、原材料の積み下ろしの容易さです。 このような設備の欠点は、運用期間が短いこと（2 ～ 5 年）、外部の影響を受けやすいこと、追加の雇用が創出される可能性が低いことです。
バルーン設置のバリエーションとしてチャンネル型設置があり、通常はプラスチックで覆われ、直射日光から保護されています。 このようなプラントは先進国で、特に廃水処理によく使用されます。 反応器のゴム製ケーシングが損傷する可能性がほとんどなく、周囲温度が十分に高い場合には、ソフトトップユニットの使用が推奨される場合があります。 固定ドームプラントは、密閉されたドーム型反応器と、補償タンクとも呼ばれる排出タンクで構成されます。 ガスは反応器の上部、つまりドームに集まります。 次の原材料が投入されると、処理された原材料が補償タンクに押し込まれます。 ガス圧力が増加すると、補償タンク内の処理された原材料のレベルが増加します。 中国の固定ドーム設置は、そのような設置の中で最も一般的なタイプです。 これらのユニットのうち 12 万台以上が中国で製造され、稼働しています。 家庭用電化製品でのガスの使用は、ガス圧力の変化により複雑になります。 バーナーやその他の器具を最適なパフォーマンスに調整することはほぼ不可能です。 一定のガス圧力が必要な場合は、反応器に圧力調整器を設置するか、別の設置設計を選択することをお勧めします。 固定ドームプラントの反応器は通常、レンガまたはコンクリートのタンクです。 このような設備は上部まで土で覆われ、内部圧力（最大0,15バール）を抑えるためにガスが充填されています。 経済的な理由から、推奨される最小反応器サイズは 5 m3 です。 このような設備は、反応器容積が２００ｍ ３ までのものとして知られている。 ガスホルダーは、固定ドーム (ガスが集まる場所) を備えた設備の上部であり、密閉する必要があります。 レンガやコンクリートは気密性がないため、設置のこの部分はガスを通過させない物質の層（ラテックス、合成塗料）で覆う必要があります。 ガスタンクの亀裂のリスクを軽減するには、原子炉の石積みに弱いリングを構築することが考えられます。 このようなリングは、設備の半球構造の下部 (防水) と上部 (気密) の間の弾性接続です。 静水圧により反応器下部に発生した亀裂がガスタンク上部に移動するのを防ぎます。
浮遊ドームプラントは通常、地下反応炉と可動ガスタンクで構成されます。 ガスホルダーは原料内に直接浮くか、特別なウォーターポケット内に浮遊します。 ガスはガスホルダーに溜まり、ガス圧力に応じて上昇または下降します。 ガスホルダーは特殊なフレームで支えられており、転倒を防ぎます。 ガスホルダーが特別なウォーターポケット内に浮かんでいる場合、転覆から保護されます。 この設計の利点は、日常の操作が容易であること、ガスタンクの上昇高さによってガス量を決定することが容易であることです。 ガス圧力は一定であり、ガスタンクの重量によって決まります。 フローティングドームプラントの建設は難しくなく、通常、設計上のエラーがガスの入手に大きな問題を引き起こすことはありません。 この設計の欠点は、鋼製反応器のコストが高いことと、鉄が腐食しやすいことです。 したがって、フローティングドームユニットは固定トップユニットよりも寿命が短くなります。 これまで、水上ドームプラントは主にインドで建設されていました。 このような設備は、円筒形またはドーム形のレンガまたはコンクリート反応器と浮遊ガスホルダーで構成されます。 ガスホルダーは特別なウォーターポケット内、または原材料内に直接浮き、安定性を提供してガスホルダーを直立位置に保つ内部または外部フレームを備えています。 バイオガスを生成するときはガスホルダーが上昇し、ガスを使用するとガスホルダーは下がります。 このような設備は、主に肥料、有機廃棄物、糞便を連続モードで処理するために使用されます。 毎日のダウンロード。 ほとんどの場合、それらは中規模の農場（反応炉：5〜15 m3）または大規模な農産業複合体（反応炉：20100 m3）に建設されます。 水平および垂直設置 原子炉設置場所の選択は、装填方法と農場に空き領域があるかどうかによって決まります。 水平設置は、原材料を連続的に積み込む方法で、十分なスペースがある場合に選択されます。 垂直設置は原料のバッチローディングに適しており、必要に応じて反応器が占有するスペースを削減するために使用されます。 地下および地上設備 設置場所を選択するときは、地形を考慮し、設置の操作を最適化するために使用する必要があります。 たとえば、装填穴が十分に低いように傾斜面に設置することは非常に便利です。反応器内の原料は、装填しやすいように低い高さにある排出穴までのわずかな傾斜により移動します。車両に。 設備を選択する際に考慮する必要があるもう 1 つの要素は、地下設備の断熱性の向上です。これには、XNUMX 度を超える深さの土壌温度が原料の発酵プロセスに与える日々の温度変化の影響が弱いことが含まれます。メーターはほとんど変わりません。 金属、コンクリート、レンガの原子炉 設備は反応器の材質によって区別できます。 コンクリート製原子炉は通常、地下に建設されます。 コンクリート製リアクターは円筒形で、小型ユニット（最大6m3）をコンベアベースで製造できます。 反応器を密閉するには特別な措置が必要です。 メリット：建設費や材料費が安く、大量生産が可能。 短所：高品質のコンクリートの大量消費、資格のある建設業者と大量のワイヤーメッシュの必要性、比較的斬新な設計、ガスタンクの気密性を確保するための特別な措置の必要性。
レンガ反応器は、固定または浮遊ガスホルダーを備えた地下設置用に構築されており、丸い形状をしています。 利点: 初期投資が低く、寿命が長く、可動部品や錆びる部品がなく、設計がコンパクトで省スペースで断熱性が高く、建設により地元の雇用が創出されます。 地下に設置することにより、設置面積を小さくすることができ、原子炉を急激な温度変化から保護することができる。 短所: レンガ造りのガスホルダーは気密性と高度な職人技を確保するために特別なコーティングが必要である、ガス漏れが頻繁に発生する、地下にあるため設備の動作管理が不十分である、設置には建物のレベルを慎重に計算する必要がある、室内で原材料を加熱する必要があるリアクターは非常に複雑で、実装には費用がかかります。 したがって、レンガの設置は、資格のある担当者がいる暖かい国でのみ使用することをお勧めします。 金属リアクターはあらゆるタイプの設備に適しており、密閉されており、高圧に耐えることができ、製造が簡単です。 多くの場合、既存のコンテナを使用できます。 ただし、金属は比較的高価であり、錆びないようにメンテナンスが必要です。 追加のデバイス 追加のデバイスの使用例として、先進国に典型的なバイオガス プラントの設計を考えることができます。 原料を混合する容器は、原料に応じてさまざまなサイズや形状があります。 通常、コンテナには、原料を混合または粉砕するためのプロペラと、原料を反応器に充填するためのポンプが含まれています。 場合によっては、反応器内での原料の発酵プロセスの速度低下を防ぐために、原料を予熱する装置が設置されることがあります。 反応器は通常断熱されており、コンクリートまたは鋼で作られています。 原料の流れを最適化するために、大型の反応器は細長い形状をしています。 原料はゆっくりと動くローターやバイオガスによって混合されます。 XNUMX つ以上の原子炉から構成される設備もあります。 ガスホルダーは、柔軟な材料で作られて反応器タンクの上に配置されるか、または鋼鉄で作られて反応器の隣に配置されます。 貯蔵施設は冬にバイオ肥料を保管するために使用され、開閉可能で、残留バイオガスを収集するためにガスホルダーに接続できます。 バイオ肥料は畑に散布される前に混合されます。 キルギスタンのバイオガスプラント キルギスタンには、2010 年の時点で 50 か所以上の施設がありますが、残念ながらそのうち約 70% しか稼働していません。 キルギスで建設されるすべての設備は、原材料の混合と投入方法、暖房システムと断熱材の有無に応じて4つのタイプに分類できます。 すべての設備に共通する特徴は、鋼製反応器であり、通常は石油製品や水を貯蔵するための使用済みタンク、鉄道タンクです。 原材料の手動混合による加熱および断熱のないユニット ナルイン、タラス、イシククル地域に分布。 原料を混合する容器は通常樽であり、その中で原料を水で希釈します。 反応器は断熱されておらず、鋼製タンクでできています。 原子炉の断熱と加熱が不足しているため、施設は暖かい季節には精神異常モードで動作します。 原料はバッチ方式で反応器に投入され、年に 2 回以上の頻度で手動で投入されます。
プラントの設計が適切でないため、原材料の積み下ろしには困難が伴います。 原料はXNUMX日XNUMX回、反応器に設置された撹拌機を用いて手動で混合されます。 ガスは通常、調理に直接使用されます。 例 1: このような設備の例は、村にある Duyshenov Farkhat のバイオガス設備です。 キルギスのタラス地方、キジル・チャルバ(図18.1)。 この施設は、暖房および調理用のバイオガスを生成し、2003 つの牛舎の糞尿、近隣の農場の羊および鶏の糞尿から液体有機肥料を生産することを目的として、2 年に UNDP GEF 助成金で建設されました。 この設備は、体積 5 m3 の地上非加熱反応器 XNUMX 台で構成されており、原材料の投入、取り出し、混合は手動で行われます。 2003 年の春に設置された後、プラントには 3 トンの原材料が積み込まれ、夏の間は精神異常モードで運転されました。 夏には、バイオガスは調理にのみ十分でした。 2003年以降、原材料の荷揚げ・積み込みは行っておりません。 設計上の欠陥としては、手動混合システムの欠陥や、原材料の積み降ろしが非常に不便であることが挙げられます。 反応器の断熱と加熱が不足しているため、この設備は年間を通じて効率的に運転するには不向きであり、経済的にも採算が合わない。
反応器に安全装置がないと、過圧により反応器が破裂する可能性があります。 設置に関する操作マニュアルはなく、操作担当者に対するトレーニングも提供されていません。 加熱と断熱、原材料の手動混合を備えたプラント キルギスのイシククル地方で発見されました。 原料を混合するための容器は通常バレルであり、原料は手動で水で希釈されます。 反応器は断熱され、反応器内のパイプを循環する水を加熱する電気加熱システムを使用して中温または好熱温度に加熱されます。 原料は連続的に反応器に供給され、反応器に設置されたスターラーを使用して XNUMX 日 XNUMX 回手動で混合されます。 ガスは通常、調理に直接使用されるか、別のガスタンクに集められます。 貯蔵施設は、畑に散布する前の肥料を保管するために使用されます。 例 2: このような施設の例は、キルギスタンのイシククル地方のカラコル市にあるマムノフ・カミル施設です。 この設備は、容積 5 m3 の 2004 つの地下加熱反応器で構成されており、原材料の投入、取り出し、混合は手動で行われます。 この施設は、暖房や家電製品、液体有機肥料用のバイオガスを生成し、近隣の農場からの 12 頭の牛の糞尿を処理するために、XNUMX 年に自費で建設されました。
2004 年の春に設置された後、この施設は農場で好熱性モードで動作しています。 設備には毎週負荷がかかり、生成されたバイオガスは調理に使用されました。 搬出された肥料は荒廃したジャガイモ用の土地を肥やすために使用され、良好な収量の結果が得られました。 原材料の積み下ろしの設計を改良し、設備によって生成されるバイオガスを使用するように加熱システムの設計を変更することをお勧めします。 このような設備は、キルギスタンの条件下で年間を通じて稼働できるように適応されています。 反応器の加熱と断熱、および原料の空気混合を備えた設備 キルギスのチュイ地方に分布。 原料を混合する容器は、原料に応じてさまざまなサイズや形状があります。 反応器内での原料の処理プロセスの遅延を防ぐために、原料は温水で希釈されます。 反応器は断熱されており、鋼製タンクで作られています。 原料は空気圧で混合され、中温または好熱温度まで加熱されます。 XNUMX つ以上の原子炉から構成される設備もあります。 ガスは通常、自立型ガスタンクに収集されますが、これも通常はスチール製の容器です。 ガスは部屋の暖房や調理に使用されます。 保管施設はバイオ肥料を保管するために使用されます。 例 3: このような設置の例は、村での Zarya jamaat の設置です。 キルギスのイシククル地方アクスー地区の熱スイッチ 図21． この施設は、マイクロ水力発電所とバイオガス技術の導入を目的とした欧州委員会プロジェクトの一環として 2010 年に建設されました。 これは、空気圧による充填と混合、生成されたバイオガスの自動選択を備えた 50 つの水平 (3 m70) 反応器で構成されています。 この設備は 90 ～ 3 頭の牛の糞尿を処理します。これは 3,3 日あたり約 XNUMX ～ XNUMX トンの糞尿になります。
リアクターに加えて、バイオガスプラントは次のもので構成されています。
容積 50 m3 の横型反応器は中温モードで動作します。 最適な温度を維持するために、鋼製反応器は断熱され、地下に設置されています。 投入された原料を加熱するには、ガスによって加熱される投入ホッパーが使用されます。 ガスボイラーでは、加熱システムに赤外線バーナーが使用されます。 反応器の加熱と断熱、および原料の油圧混合を備えた設備。 このような施設はキルギスタンのチュイ地域に XNUMX か所、オシュ地域に XNUMX か所あります。 原料を混合するための容器は、さまざまなサイズや形状にすることができます。 反応器は断熱されており、鋼製タンクで作られています。 原料は水力で混合され、中温温度まで加熱されます。 貯蔵施設は冬季にバイオ肥料を保管するために使用されます。 例 4: このような設備の例は、キルギス共和国のチュイ地域のカント市にある「2T」養鶏場の設置です。 この設備は、それぞれ容積が 25 m3 の XNUMX つの地上加熱反応器で構成されており、遠心ポンプを使用して原料の油圧による装填、取り出し、混合が行われます。
バイオリアクターのタンクは断熱層で覆われています。 処理済みバイオマスの加熱は、第一反応槽では水熱発生装置によって自動的に行われ、第二反応槽と第三反応槽ではドアを開けて太陽エネルギーで加熱する。 寒い季節にはドアが閉まり、コンテナ内の熱は断熱層によって保持されます。 この施設は養鶏場の所有者の自費で 2002 年に建設され、5 日あたり最大 3 トンの原材料を処理できます。 設置後、設置は中温モードで XNUMX か月間動作し、その後停止されました。 設備は毎週積み込まれ、積み降ろされた肥料は貯蔵庫に注がれて住民に販売されました。 バイオガスは使用されていません。 液体肥料を散布する技術が未開発のため、施設の稼働は中断された。 設備の設計は、生成されたバイオガスの使用を考慮していないため、反応器内の原料レベルインジケーターが不完全であるため、原料を装填する際に不正確さが生じます。 一般に、インストールは機能します。 バイオガスプラントの建設 バイオガスプラントの建設を開始する前に、その効果的な運用に必要な条件を考慮する必要があります。 バイオガスプラントの故障やパフォーマンスの低下は、通常、計画ミスの結果です。 このようなエラーの影響は、すぐに現れる場合もあれば、数年間の設置運用後に顕著になる場合もあります。 修復不可能な損害を引き起こす前にエラーを排除するには、慎重かつ包括的な計画が不可欠です。 農業用バイオガス プラントの建設計画は、利用可能な原材料の量と農場で必要なエネルギー量に基づいて、バイオガスとバイオ肥料の生産の可能性を判断することから始める必要があります。 バイオガスプラントが主にエネルギー源として意図されている場合、推定される潜在的なバイオガス生産量が農場のエネルギー需要を満たすのに十分な場合にのみ建設が推奨されます。 反応器サイズの選択 リアクターのサイズは立方メートルで測定され、原材料の量、品質、種類、選択した温度と発酵時間によって決まります。 必要なリアクター容積を決定するにはいくつかの方法があります。 原材料負荷のXNUMX日量と反応器のサイズの比率 原料負荷の 10 日あたりの投与量は、発酵時間 (反応器の回転時間) と選択した温度レジームに基づいて決定されます。 中温発酵モードの場合、リアクターの回転時間は 20 ～ 1 日で、20 日あたりの装填量はリアクター内の原料の総量の 1/10 ～ XNUMX/XNUMX です。 一定量の原料を処理するための反応器サイズ まず、動物の数に基づいて、バイオガス プラントで処理するための 86 日の肥料量 (DN) が実験的に決定されます。 次に、原料を水で希釈して湿度 92% ～ XNUMX% にします。 ほとんどの田舎の施設では、原料を生産するために混合される肥料と水の比率は 1:3 から 2:1 の範囲です。 したがって、投入原料量（D）は、農場廃棄物（DN）とそれらを希釈した水（DV）の合計となります。 中温モードで原材料を処理する場合、設備に投入される総原材料 (RS) の体積の 10% に等しい 2 日あたりの投入量 D を使用することが推奨されます。 設備内の原材料の総量は、反応器容積の 3/XNUMX を超えてはなりません。 したがって、反応器の容積 (RR) は、次の式を使用して計算されます。 OS = 2/3 EP および OP = 1,5 OS どこ OS = 10CHD D = DN+DV。 例: 家庭用農場には、10 頭の牛、20 頭の豚、35 羽の鶏がいます。 牛 1 頭からの 55 日あたりの肥料と尿の量 = 4,5 kg、豚 1 頭から = 0,17 kg、鶏 10 羽から = 55 kg。 DN 農場からの 20 日あたりの廃棄物の量は、4,5H35 + 0,17H550 + 90H5,95 = 645,95 + 646 + 86 = 75 キログラム、つまり約 85 kg になります。 牛や豚のふんの水分含有量は3,9％、鶏ふんの水分含有量は4％です。 湿度をXNUMX%にするには、鳥の糞にXNUMXリットル（約XNUMXkg）の水を加える必要があります。 これは、650 日あたりの原材料の積載量が約 10 kg になることを意味します。 反応器の全負荷 OS = 0,65×6,5 = 1,5 トン、反応器容積 OR = 6,5×9,75 = 10、つまり約 3 mXNUMX。 バイオガス収量の計算 XNUMX 日あたりのバイオガス収量の計算は、原料の種類と XNUMX 日あたりの負荷量に応じて計算されます。 表 9. さまざまな種類の原材料のバイオガス収率の計算
例: 家庭用農場には、10 頭の牛、20 頭の豚、35 羽の鶏がいます。 55 日あたりの排泄物の量は、牛 = 4,5 kg、豚 = 0,17 kg、鶏 = 550 kg。 農場の 85 日あたりの廃棄物の量は、牛の排泄物 (湿度 90%) 85 キログラム、豚の排泄物 (湿度 5,95%) 75 キログラム、鶏糞 (湿度 85%) 10 キログラムに相当します。 肥料を水で希釈して湿度XNUMX％にすると、鶏から得られる原料の量は約XNUMXkgになります。 表によると、1キログラムからのバイオガスの収量：
その結果、
エネルギー需要とバイオガス生産量のバランス 各家庭のエネルギー必要量は、調理、光、エネルギー生産など、現在および将来のすべての消費状況の合計に基づいて決定されます。 反応器内で原料を加熱するためのバイオガスの消費量も考慮する必要があり、キルギスタンの状況では時期に応じて 10% から 25% の範囲にあります。 農場に必要なバイオガスの量は、以前に消費されたエネルギーの量によって決まります。 たとえば、1 kg の薪を燃やすことは 650 リットルまたは 0,65 m3 のバイオガスを燃やすことと同じであり、1 kg の糞を燃やすと 0,7 m3 のバイオガスが発生し、1 kg の石炭は 1,1 m3 のバイオガスになります。 調理に必要なバイオガスの量は、毎日の調理に費やす時間に基づいて決定できます。 一人分の食事を準備するのに必要なバイオガスの量は、0,15 ～ 0,3 m3 のバイオガスです。 1 リットルの水を沸騰させるには、0,03 ～ 0,05 m3 のバイオガスが必要です。 居住空間 1 m2 を暖房するには、0,2 日あたり約 3 m0,20 のバイオガスが必要です。 家庭用バーナーは 0,45 時間あたり 3 ～ XNUMX mXNUMX を消費します。 例: 4 人家族が面積 100 m3 の家に住んでおり、面積 20 m100 に 3 頭の牛を飼い、反応器容積 15 m3 のバイオガスプラントでふん尿を処理しています。 4人家族で1,8日3,6回食事を調理するには3～100立方メートルのバイオガスが必要となり、面積2平方メートルの部屋を暖房するには20日あたり約3立方メートルのバイオガスが必要となります。 反応器の加熱（たとえば 15 月）には、生成されたバイオガスの 15% が必要です。 3 m6 の容量を持つ施設の反応器を加熱するには、毎日約 3 mXNUMX のバイオガスを消費する必要があります。 1 頭の牛を維持するには 3 日あたり約 20 リットルの沸騰した水が必要です。したがって、60 頭の牛を維持するには 1,8 リットルの水を沸騰させる必要があり、3 日あたり 3 ～ 100 m2 のバイオガスが必要になります。 総面積20 m3の動物に必要な施設を暖房するには、21,8日あたり23 m3が必要です。 したがって、動物を維持するには 49,6 日あたり 2,6 ～ 3 mXNUMX のバイオガスが必要です。 農場全体では XNUMX 日あたり XNUMX ～ SXNUMX mXNUMX のバイオガスが必要です。 設置場所の選択 バイオガスプラントの設置場所に関する黄金律は、プラントがキッチンではなく農場に属することです。 原料を混合する容器は農場の床に直結した方が良いです。 たとえ数メートルのパイプを敷設するとしても、原材料を輸送するよりも安価です。 農場の床のレベルは、原料を準備するためのコンテナのレベルよりも上に配置する必要があります。そうすれば、動物の糞尿と尿は重力の影響下で独立してこのコンテナに落下します。 バイオガスプラントの荷降ろしユニットが近くの畑の高さより上に位置している場合、これらの畑全体にバイオ肥料を容易に分配できます。 バイオガスプラントの設計の選択 現在、さまざまな気候条件や社会文化条件での運転に適したバイオガスプラントの多くの設計が開発されています。 バイオガス プラントの設計の選択は、計画プロセスにおける重要なステップです。 設計を選択する前に、基本的な問題とバイオガス プラントで可能な選択肢について理解する必要があります。 キルギスタンなどの比較的寒い気候の地域では、原子炉の断熱と加熱がプラントの年間稼働のために重要です。 処理される原材料の量と種類は、設備のサイズと種類、および原材料の積み下ろしシステムの設計に影響します。 設置設計の選択は、建築材料の入手可能性にも依存します。 デザイン選択の基準 位置: 原子炉が主に地下に建設されるか地上に建設されるか、また地上構造の場合は垂直か水平かが決定されます。 空のピットや金属容器など、既存の構造物をバイオ肥料の保管に使用できます。 コストを削減するには、計画時に既製のプラント部品の入手可能性を考慮する必要があります。 原材料の入手可能性によって、原材料を混合するための容器のサイズと形状だけでなく、反応器、加熱および混合装置の容積も決まります。 固体含有量が 5% 未満であれば、バイオガスとの混合が可能です。 原料に固形分が 10% を超える場合、機械的な混合は困難に直面します。 原子炉 原子炉の設計を選択する際の主な基準は、実際の実用化の可能性と、保守と運用の観点からの利便性です。 設計の選択に関係なく、リアクターは次の要件を満たす必要があります。 水/気密性 - 水密性は地下水の漏洩や水質の悪化を防ぐために必要であり、気密性 - 生成されるバイオガスの全量を保存し、爆発性の可能性がある反応器内の空気とガスの混合を防ぐために必要です。 断熱は、キルギス共和国の気候条件においてバイオガスプラントを効率的に稼働させるために必要な条件です。 表面積が最小限に抑えられることで、建設コストが削減され、反応器壁からの熱損失が減少します。 設備の長期稼働を保証するには、あらゆる負荷（ガス圧力、原料の重量と圧力、コーティングの重量、耐食性）に耐える反応器設計の安定性が必要です。
リアクターモールド 流体力学の観点からは、卵型反応器が最適ですが、その構造は高価です。 XNUMX 番目に最適な形状は、円錐形または半円形の底部と上部を備えた円柱です。 コンクリートやレンガで作られた角型反応器は、原料の圧力により隅に亀裂が生じ、固形粒子も溜まって発酵プロセスが中断されるため、使用はお勧めできません。 反応器は内部隔壁を使用していくつかのセクションに分割することができ、原料の表面にクラストが現れるのを防ぎ、原料のより完全な発酵を保証します。 原子炉の建設のための材料 原子炉は、次の材料から構築できます。
反応器の気密性の確保 コンクリート、レンガ、または石の反応器を備えたバイオガス プラントを建設する場合、反応器が気密かつ水密であることを確認する必要があります。 反応器の内側を、60℃までの温度に耐え、有機酸や硫化水素に耐性のある物質の層で覆う必要があります。 添加剤によるセメントコーティング。 セメントに防水材を添加すると、水やガスの不透過性において良好な結果が得られました。 気密性を確保するにはXNUMX倍の量の防水剤を添加する必要があります。 XNUMX日経過すると防水面に別の層を貼り付けることが不可能になるため、コーティング層を塗布する間隔はXNUMX日を超えてはいけません。 次のレシピはタンザニアで使用され、良い結果が得られています。
XNUMX 回のコートはすべて XNUMX 日以内に塗布する必要があります。 アルミホイルとアスファルト。 アスファルトコーティングは施工が簡単で、時間が経っても柔軟性が維持されます。 アスファルトの層が反応器の乾燥した表面に塗布されます。 ホイルの断片がまだ粘着性のあるアスファルトの層に接着され、互いに重なり合います。 次に、アスファルトのXNUMX層目を塗布します。 アスファルトコーティングの欠点は、そのようなコーティングの成分が可燃性であることと、濡れた表面には塗布できないことです。 コンクリート、レンガ、または石積みの反応器の乾燥には、携帯用ストーブなどの特別な装置を使用しない限り、数週間かかります。 さらに、アスファルトコーティングは、原料が反応器内を移動するときに剥がれる可能性があります。 パラフィン。 2～5%の灯油または新しいモーターオイルで希釈したパラフィンを100～150℃の温度に加熱し、バーナーで加熱した反応器の表面に塗布します。 パラフィンはコーティングに浸透し、深く浸透する保護層を形成します。 パラフィンがない場合は、キャンドルワックスを使用できます。 原子炉の場所 設置場所は、空きスペースの有無、住宅敷地からの距離、廃棄物保管場所、動物飼育場所の場所など、いくつかの要因によって決まります。 地下水の深さ、原材料の積み下ろしの利便性に応じて、反応器は地上に設置することも、部分的にまたは完全に埋設することもできます。 反応器は、基礎上の地上に設置することも、地面に埋めて設置することも、動物を飼育する室内に設置することもできます。 原子炉には、原子炉内部の定期保守や修理作業に必要なハッチが設けられていなければならない。 本体と蓋の間にはゴム製ガスケットまたは特殊なシール剤が必要です。 可能であれば、設備投資を削減し、原材料を積み込むための追加の機器の使用を排除できるため、地下に設置することをお勧めします。 熱制御の品質が大幅に向上し、粘土やわらなどの安価な断熱材の使用も可能になります。 断熱材 キルギスタンのバイオガスプラントのほとんどは、反応炉に断熱材を提供せずに建設されました。 断熱材が不足しているため、この施設は暖かい季節にのみ稼働でき、寒さが始まると、反応器内の原料が凍結し、その後反応器が破裂する危険があります。 断熱材は優れた断熱特性を備え、安価で入手可能でなければなりません。 地下または半地下反応炉の設置に適した材料は、わら、粘土、スラグ、および乾燥肥料です。 反応器は層状に断熱されています。 たとえば、地下原子炉の場合、ピットを準備した後、まず断熱材が土壌と接触するのを防ぐためにプラスチックフィルムの層を敷き、次にわらの層を追加し、次にピットの底に粘土を追加します。リアクターが設置されています。 次に、反応器と土壌の間の残りの空間を再び反応器の上部まで断熱材の層で満たし、その後、少なくとも300 mmの厚さの粘土とスラグを追加します。 計装 反応器に設置される計器には、反応器内の原材料のレベルの監視、反応器内の温度と圧力の監視が含まれます。 各種フロート装置や電子機器等により原料のレベルを制御します。 温度制御は通常の温度計または0秒から70秒までの測定目盛りが付いた電子温度計で、圧力は圧力計で行います。 原材料の積み下ろしシステム 連続装填モードでのバイオガスプラントの運転は、バイオガスとバイオ肥料を最大限に取得するという観点、および設備の安定性の観点から最適であり、毎日の原料の装填と発酵塊の降ろしが含まれます。 。 原材料供給タンク 新鮮な肥料は通常、消化釜に投入される前にフィードタンクに収集されます。 設置のタイプに応じて、コンテナのサイズは、原材料の XNUMX 日量または XNUMX 倍の量と同じである必要があります。 容器は、場合によっては機械的な混合装置を使用して、原料の望ましい均質性と水分含有量を達成するためにも使用されます。 タンクの場所 コンテナを日当たりの良い側に置くと、原料の予熱が容易になり、原料の新しい部分をリアクターにロードした直後に発酵プロセスを開始できます。 農場に直接接続された設備の場合、原料が重力の影響でそこに流れるように容器を構築する必要があります。 衛生上の理由から、トイレは給水管に直接接続する必要があります。 荷積みと荷降ろしの開口部 装填開口部と搬出開口部は反応器に直接通じており、反応器の全容積全体に新鮮な原料を均一に分配し、処理済みスラッジを効率的に除去するために、原則として反応器の両端に配置されています。 搬入出口の設置は、リアクターを基礎に設置し、断熱工事を行う前に行います。 埋設反応器を備え、原材料を手動で装填する設備の場合、装填開口部と取降ろし開口部は鋭角で反応器に通じています。 ロードおよびアンロード中の反応器の気密性を確保するために、パイプの下端が液面より下に位置するように、入口開口部と出口開口部は垂直軸に対して斜めに配置されています。 これにより、空気が反応器に入るのを防ぐ油圧シールが形成されます。 原材料の手動ロードおよびアンロード 最も簡単な積み下ろし方法はオーバーフロー方式です。これは、新鮮な肥料を積み込むと、反応器内の汚泥のレベルが上昇し、それに接続されたオーバーフローパイプを介して同量が汚泥用の容器に排出されます。バイオ肥料を集めています。 積載された塊には、敷料 (わら、おがくず)、植物の茎、異物など、かなり大きなサイズの固体粒子が含まれる場合があります。 パイプの詰まりを防ぐため、パイプの直径は少なくとも 200 ～ 300 cm 必要であり、投入パイプはホッパーまたは原料を準備するためのコンテナに接続されます。 反応器への原料の供給および排出のためのパイプラインには、スクリューまたは半回転バルブが取り付けられています。 ポンプによる積み降ろし 原料の量を急速に積み込む必要があり、地形や原料の特性により重力を使用できない場合、ポンプはバイオガス システムの必須の部分になります。 ポンプは、原料の注入レベルとバイオガスプラントの間の高低差をカバーするために必要です。 ポンプモーターは摩耗し、高価で、エネルギーを消費し、壊れる可能性があります。 したがって、原材料をロードする他の方法を使用することをお勧めします。 ポンプの使用が避けられない場合は、次の XNUMX つの方法でポンプを設置します。 乾式設置：ポンプをパイプと一緒に設置します。 原料はポンプに自由に流れ、ポンプによって加速されます。 湿式設置：ポンプはモーターとともに原料内部に設置されます。 モーターは密閉容器に封入されています。 または、原料外部のモーターからのシャフトを利用してポンプが作動します。 原材料の空気圧によるロードとアンロード 原料を供給して混合する最適な方法は空気圧です。 この方法は、農民協会の流体財団のすべての施設で使用されています。 空気圧充填装置は、原料供給ホッパー（混合タンク）を使用し、0,5〜1 m3の鋼製容器が使用され、最大5 kgf/cm2の圧力に耐え、バルブ付きの直径100 mm以上のパイプラインが使用されます。 原料はホッパーに投入され、コンプレッサーを使用してホッパーから反応器に投入されます。 IF-56 ブランドのピストン コンプレッサーは、反応器容積が 40 m3 までの中小規模のバイオガス プラントに使用されます。 反応器容積が 50 m3 以上の大型設備の場合、FU-12 コンプレッサーが使用され、同時に生成されたバイオガスをポンプで排出します。 バイオガス収集システム バイオガス収集システムは、遮断弁付きのガス分配パイプライン、凝縮水コレクター、安全弁、コンプレッサー、レシーバー、ガスタンク、バイオガス消費者（調理用コンロ、給湯器、内燃機関など）で構成されています。システムは、バイオガス反応器を動作位置に設置した後にのみ設置されます。 反応器からバイオガスを抽出するための穴は、反応器の上部に位置する必要があります。 凝縮水コレクターの後には、水の入った容器の形で作られた安全弁と水シールが取り付けられており、ガスの一方向のみの通過を保証します。 ウォーターロック バイオガス プラントの反応器で生成されるバイオガスには大量の水蒸気が含まれており、パイプラインの壁に水蒸気が凝縮して詰まりを引き起こす可能性があります。 理想的には、ガス システムは、凝縮した水分が反応器に直接排出されるように配置する必要があります。 これが不可能な場合は、システムの低い領域にウォーターシールを取り付ける必要があります。 手動給水バルブは操作が簡単ですが、定期的に水を空にしないと、バルブ内の水位が高くなりすぎてシステムが詰まります。 ガスパイプライン ガス システムは、パイプを使用してバイオガス プラントとガス機器を接続します。 このシステムは安全で経済的であり、各機器に必要な量のガスを供給する必要があります。 最も一般的に使用されるパイプは、亜鉛メッキ鋼管またはプラスチックパイプです。 ガスシステムが気密であり、バイオガスプラントの稼働期間全体を通じて持続することが非常に重要です。 施設から消費者にバイオガスを供給するパイプラインは損傷から保護されなければなりません。 ガス漏れは配管接続部に石鹸液を塗布することで確認できます。 ガスパイプラインには、圧力が 0,5 kgf/s m2 を超えたときにバイオガスを大気中に放出する安全リリーフバルブも装備する必要があります。 余分なバイオガスをフレアバーナーで燃焼させることがより好ましい。 ガス管 ガスパイプラインシステムを正しく設置することが重要です。 バイオガスパイプラインシステムの要件は一般的な基準と変わりません。 紫外線に強いプラスチックパイプを使用できます。 鋼管 直径 1,2 ～ 1,8 cm、長さ 30 メートル未満のパイプは、中小規模のバイオガスプラントに適しています。 大規模な設置、より長いパイプ長、より低い圧力の場合は、特別なパイプ サイズが必要です。 ガス管を設置するときは、次の点に特別な注意を払う必要があります。
亜鉛メッキ鋼管は、プラスチック管に代わる信頼性と耐久性の高いパイプです。 必要に応じて分解して再使用できます。 耐衝撃性はありますが、高価であり、設置は資格のある専門家のみが行うことができるため、プラスチックパイプを設置できない場所にのみ推奨されます。 プラスチックパイプ プラスチック（PVC）パイプは安価で設置が簡単ですが、日射に反応し破損しやすいため、地下に設置することをお勧めします。 パイプ径 必要なパイプ径は、ガス器具のバイオガス消費量と、ガスホルダーとバイオガスを使用する器具との距離によって異なります。 距離が長くなると、パイプ内のバイオガスの圧力が低下します。 距離が長くなり、ガス流量が増えるほど、摩擦による損失は大きくなります。 コーナーやフィッティングにより圧力損失が増加します。 プラスチックパイプの圧力損失は亜鉛メッキ鋼管よりも小さくなります。 表 10 には、パイプの直径とバイオガス流量、および圧力損失が 5 mbar 未満のパイプの長さが含まれています。 表 10. さまざまなパイプ長およびさまざまなガス流量に適したパイプ直径
表から、ガス流量が 1,5 m3/h でパイプの長さが 100 メートルまでの場合、直径 1,8 cm のプラスチック パイプが最適であることがわかります。また、直径が 2,4 cm のメイン パイプを選択することも可能です。システムの他のすべてのパイプの直径は 1,2 cm、直径は XNUMX cm です。 配管システムの場所 プラスチックパイプは、地下システムや太陽光や機械的衝撃から保護されたシステムに使用できます。 他のすべての場合には、亜鉛メッキ鋼管が使用されます。 バイオガスプラントからガスを直接除去するには、亜鉛メッキ鋼管を使用することをお勧めします。 プラスチックパイプは地下25cm以上に設置し、砂または柔らかい土で囲む必要があります。 次に、パイプラインシステムに漏れがないか確認した後、溝を通常の土で慎重に埋めます。 漏れテストは、予想される最大ガス圧力の 2,5 倍で空の配管システムに空気を注入することによって実行されます。 数時間後に空気の損失が明らかな場合、つまり圧力が低下した場合は、石鹸水を注いですべての接続をチェックします（ガスが漏れると、パイプの表面に泡が形成されます）。 タップと継手 最も信頼性の高いバルブはクロムメッキのボールバルブです。 通常、水道システムに使用されるバルブは、ガスシステムでの使用には適していません。 ガスの主弁は反応器の近くに設置する必要があります。 すべてのガス器具には安全装置としてボールバルブの取り付けが義務付けられています。 蛇口と付属品を適切に選択して取り付ければ、ガスの元栓を閉めずにガス機器の修理や掃除を行うことができます。 ガスホルダー バイオガスの最適な蓄積方法は、バイオガスの使用目的によって異なります。 ボイラーバーナーや内燃機関で直接燃焼が行われる場合、大きなガスタンクは必要ありません。 このような場合、ガスホルダーを使用してガスの放出むらを平準化し、その後の燃焼条件を改善します。 小規模なバイオガス プラントでは、大型の自動車またはトラクターのチャンバーをガス ホルダーとして使用できますが、プラスチックまたはスチール製のガス ホルダーが最もよく使用されます。 ガスタンクサイズの選択 ガスタンクのサイズ、つまりその容積は、バイオガスの生産と消費のレベルによって異なります。 理想的には、ガスタンクは、毎日生成されるバイオガスの量に対応できるように設計される必要があります。 ガスホルダーの種類と耐えられる圧力に応じて、ガスホルダーの容積は反応器容積の1/5から1/3の範囲になります。 プラスチック製ガスホルダー 先進国では、開いた容器がプラスチックで覆われ反応器として機能する複合設備でバイオガスを収集するために、プラスチックまたはゴム製のガスタンクが使用されています。 別のオプションは、別個のプラスチック製ガスタンクです。 スチール製ガスホルダー スチール製ガスホルダーは、次の XNUMX つのタイプに分けることができます。
計装 ガスタンクに設置される制御・計測機器には、ウォーターシール、安全弁、圧力計、減圧器などがあります。 スチール製ガスタンクは接地する必要があります。 ミキシングシステム 混合目標 反応器内で発酵塊を混合すると、バイオガスプラントの効率が向上し、以下が保証されます。
混合方法 原料の混合は、機械式ミキサー、原料の厚さを通過するバイオガス、反応器の上部ゾーンから下部ゾーンへの原料のポンプ輸送という主な方法で実行できます。 機械式ミキサーの作動体は、スクリュー、ブレード、バーです。 これらは手動またはエンジンによってアクティブ化できます。 機械的攪拌 ブレード付きローターを使用した機械的混合は、横型鋼製反応器で最もよく使用されます。 水平軸は反応器の全長に沿って伸びています。 ループ状に曲げられたブレードまたはチューブが取り付けられています。 軸を回転させると、原料が混合され、クラストが破壊され、沈殿物が出口に勢いよく流れ込みます。
手動駆動のメカニカルスターラーは、製造と操作が最も簡単です。 これらは、バイオガス出力が微々たる小規模施設の反応器で使用されます。 構造的には、反応器内に中心軸に平行に水平または垂直に設置されたシャフトを表します。 らせん状の表面を備えたブレードまたはその他の要素がシャフトに取り付けられており、メタンバクテリアが豊富な塊が荷降ろし場所から荷積み場所への方向に確実に移動します。 これにより、メタン生成速度が増加し、反応器内での原料の滞留時間を短縮できます。 油圧混合 ポンプを使用することで、原料の投入・排出を同時に行いながら原料を完全に混合することができます。 このようなポンプは、追加の機能を実行するために反応器の中心に配置されることがよくあります。 空気混合 放出されたバイオガスを反応器に注入する空気混合は、反応器の底部に配管システムを設置することによって実行され、原料の穏やかな混合が保証されます。 このようなシステムの主な問題は、原材料がガス システムに浸透することです。 これはバルブシステムを設置することで防止できます。 原料の厚さ全体にバイオガスを通すことによる混合は、発酵塊が高度に液化されており、自由表面にクラストを形成しない場合にのみ良好な結果をもたらします。 それ以外の場合は、浮遊粒子を継続的に除去するか、反応器に装入する前に大きな粒子を分離する必要があります。 原材料の混合頻度 撹拌は、反応器の動作モードに応じて、連続的または定期的に行うことができます。 最適な混合モードにより、原料の発酵時間が大幅に短縮され、クラストの形成が防止されます。 原料からのバイオガスの放出により部分的な混合が発生しますが、温度の変化や新鮮な原料の流入による移動により、このような混合は十分ではありません。 撹拌は定期的に行う必要があります。 原料の混合が少なすぎると、原料塊の分離やクラストの形成が生じ、ガス生成の効率が低下します。 原料をよく混合すると、50% 多くのバイオガスを生成できます。 頻繁にかき混ぜすぎると、リアクター内の発酵プロセスに損傷を与える可能性があります。バクテリアには「食べる」時間がありません。 さらに、これにより、処理が不完全な原材料が搬出される可能性があります。 4 ～ 6 時間ごとに穏やかに、しかし激しく撹拌するのが理想的です。 原材料加熱システム キルギスタンの多くの小規模バイオガスプラントは、暖房システムや断熱材を備えずに建設されました。 加熱システムがないため、設備は好熱性モードでのみ動作することができ、中温性および好熱性モードよりも生成されるバイオガスとバイオ肥料の量が少なくなります。 バイオガスとバイオ肥料のより高い生産と原料のより良い消毒を確保するために、XNUMX つの加熱方法が使用されます。原料と混合した蒸気または熱水の形での直接加熱と、加熱材料が熱交換器を介して間接的に加熱する方法です。 、通常は熱湯で、原料を混ぜずに加熱します。 直接加熱 直接蒸気加熱には重大な欠点があります。設置には塩から水の精製を含む蒸気発生システムが必要であり、蒸気加熱を使用すると原材料の過熱が発生する可能性があります。 このような加熱システムはコストが高いため、大規模な廃水処理プラントで使用する場合にのみ経済的に実行可能になります。 熱湯を加えると基材の湿度が上昇するため、必要な場合にのみ使用してください。 間接加熱 間接加熱は、反応器の形状、原料の種類、プラントの運転方法に応じて、反応器の内部または外部に配置された熱交換器によって実行されます。
床暖房は、反応器の底に堆積物が蓄積して原料を加熱するのが困難になるため、良好な結果を示さなかった。 熱交換器が原料が反応器内を移動するときに壊れないほど十分に強い場合、内部加熱は良い解決策です。 熱交換器の面積が大きいほど、原料はより均一に加熱され、発酵プロセスがよりよく進みます（図26を参照）。 バイオガスプラントの反応器壁の表面に熱伝導要素を備えた熱交換器を使用した外部加熱は、壁の表面からの熱損失のため効果が低くなります。 一方、反応器壁全体を加熱に使用でき、反応器内には原料の移動を妨げるものは何もありません。 原料の中間加熱は通常、供給ホッパー内で行われ、反応器の洗浄や修理が容易になるという利点があります。 内部および外部暖房システム 最大のバイオガス生産効率を達成するには、嫌気性消化には特定の環境温度条件が必要であり、できればプロセスの最適化に近い温度条件が必要です。 キルギスでは、所望のプロセス温度を達成し、エネルギー損失を防ぐために、加熱システムと反応器断熱が必要です。 電気を使用して反応器を中温温度まで加熱するには、反応器容積 330 m1 あたり平均 3 W が必要です。 最も一般的な原料加熱システムは、バイオガス、電気、または固体燃料で動作する水加熱ボイラーを備えた外部加熱システムです。 太陽熱温水器も使用できます。 コイル、ラジエーターセクション、および平行に溶接されたパイプの形の熱交換器が発熱体として使用され、冷却剤は約60℃の温水です。温度が高くなるとリスクが増加します。 熱交換器表面への浮遊粒子の付着。 熱交換器を混合装置の影響範囲に配置することをお勧めします。これにより、熱交換器の表面への固体粒子の堆積を避けることができます。 暖房設備の設置 加熱システムを設置する場合、このシステム内の流体の自然な動きに必要な条件を提供することが重要です。 この目的のために、システムの上部への熱水の供給と、下部への冷却された水の戻りを確保する必要があります。 最高点から空気を放出するには加熱パイプラインにバルブを設置する必要があり、加熱システムには水の体積を変更するための膨張タンクを装備する必要があります。 バイオガスプラントの反応器内の温度を管理するには、温度計を設置する必要があります。 キルギスタンでの実施が推奨される設備の種類 キルギスの気候条件等を考慮すると、以下の種類のバイオガスプラントの導入が推奨される。 反応器内の原材料を撹拌せず、加熱せずに手動で装填するバイオガス プラント 最も単純なバイオガス プラント (図 29) は小規模農場向けです。 施設の反応器の容積は 1 ～ 10 m3 で、50 日あたり 200 ～ XNUMX kg の肥料を処理するように設計されています。 この設備には、肥料を処理し、バイオ肥料とバイオガスを得るプロセスを確実にするための最小限のコンポーネントが含まれています。反応器、新鮮な原料を投入するためのホッパー、バイオガスを選択して使用するための装置、発酵原料を降ろすための装置です。 このバイオガスプラントはキルギスの南部地域で加熱や混合を行わずに使用でき、5℃から20℃の精神異常温度範囲で動作するように設計されています。 生成されたバイオガスはすぐに家電製品に使用されます。 処理された塊は、原料の次の部分を装填するとき、または施設の反応器内のバイオガスの圧力により、アンローディングパイプを通って反応器から除去されます。 降ろされた発酵塊は一時保管容器に入れられますが、その容積は反応器の容積以上でなければなりません。
農家なら誰でも簡単なバイオガスプラントを自分で建設できます。 表は、その建設に必要な材料の仕様と見積もりを示しています。 表 11. 原料を撹拌せず、加熱せずに手動で装填する最も単純なバイオガス プラントの製造の仕様と見積もり
最も単純なバイオガスプラントの建設のための一連の作業 簡単なバイオガス プラントを自分で作成する場合は、次の順序に従うことをお勧めします。バイオガス プラントで処理するために農場に蓄積される XNUMX 日あたりの肥料の量を決定し、必要なリアクター容量を選択した後、リアクターの場所を選択する必要があります。反応器を作成し、バイオガスプラントの反応器用の材料を準備します。 次に、積み込みおよび積み下ろしのパイプを設置し、バイオガスプラント用のピットを準備します。 反応器をピットに設置した後、ローディングホッパーとガス出口を設置し、その後、反応器の保守と修理に使用するハッチカバーを取り付けます。 次に、反応器の漏れ、塗装、設備の断熱が検査されます。 インストールを実行する準備ができました。 原材料の手動ローディングと混合を備えたバイオガスプラント。 原材料の手作業による装填と混合を伴うバイオガスプラントの建設（図 30）にも、多額の経済的コストは必要ありません。
小規模農場向けです。 施設の反応器の容積は 1 ～ 10 m3 で、0 日あたり S200 ～ XNUMX kg の肥料を処理するように設計されています。 バイオガスプラントの効率を高めるために、原料を手動で混合する装置が設置されました。 反応器内で原料を手動で投入、混合、加熱するバイオガス プラント より集中的で安定した発酵プロセスを実現するために、リアクター加熱システムが設置されました (図 31)。
設備は中温モードと好熱モードで動作できます。 バイオガスプラントの反応器は、生成されたバイオガスで稼働する温水ボイラーを使用して加熱されます。 残りのバイオガスは、家電製品に直接使用されます。 加工された原料は土壌に散布されるまで専用の容器に保管されます。 手動ローディング、ガスホルダー、原料の空気圧混合、リアクター内の原料の加熱を備えたバイオガスプラント 原料を手動で反応器に投入する簡単な設備には、生成されたバイオガス用の自動ポンプ装置とその貯蔵用のガスホルダーが装備されています（図32）。
反応器内の原料の混合は、バイオガスを使用して空気圧で行われます。 このようなバイオガス プラントは、あらゆる発酵温度条件で稼働できます。 ガスホルダーを備えたバイオガスプラント、手作業での準備、空気圧による原料の充填と混合、リアクター内の原料の加熱 この設備 (図 33) は、0,3 日あたり 30 トンから 300 トン以上の原材料を処理できる中規模および大規模農場を対象としています。 反応器の容積は S ～ 3 mXNUMX 以上の範囲にあります。
原料の準備、投入、混合は機械化され、空気圧システムを使用して実行されます。 バイオガスプラントの反応器内の原料の加熱は、バイオガスで稼働する水加熱ボイラーを備えた熱交換器を使用して実行されます。 原料荷降ろしパイプラインには、保管庫にバイオ肥料を収集し、現場に運ぶために車両に積み込むための分岐があります。 このバイオガス プラントの設計 (図 32) では、手動による準備と反応器への原料の空気圧による装填が可能であり、生成されたバイオガスの一部は反応器内の原料の加熱に使用されます。 混合はバイオガスで行われます。 バイオガスは自動的に選択されます。 バイオガスはガスタンクに貯蔵されます。 この設備は、原料の発酵のためのあらゆる温度領域で動作できます。 ガスホルダーを備えたバイオガスプラント、機械的準備、空気圧による原料の充填と混合、リアクター内の原料の加熱 中大規模の農民農場を対象としたこのバイオガスプラント（図 34）の特徴は、原料を準備するための特別なタンクがあり、そこからコンプレッサーを使用してローディングホッパーに供給され、その後、圧縮されたバイオガスを植物反応器に送ります。 生成されたバイオガスの一部は暖房システムの作動に使用されます。 この設備には、自動バイオガス選択とその貯蔵用のガスホルダーが装備されています。 加熱システムの存在により、バイオガスプラントをすべての発酵モードで稼働させることができます。
表 12. ガスホルダー、機械的準備、空気圧による原料の充填および混合、反応器内での原料の加熱を備えた農場バイオガスプラントの機器および材料の仕様 (図 12 および 13 を参照)
表 13. ガスホルダー、機械的準備、空気圧による原料の充填および混合、反応器内での原料の加熱を備えた農場バイオガスプラントの生産の見積もり (図 12 および 13 を参照)。
※この見積りには交通費、土木工事費、税金控除等は含まれておりません。 バイオガスプラントの運用 バイオガスプラントを毎日安定して稼働させるには、大量のバイオガスとバイオ肥料を入手し、プラントの耐用年数を長くするために、稼働担当者の高度な規律が必要です。 操作ミスによるトラブルも多く発生します。 多くの場合、このような問題は次の方法で最小限に抑えることができます。
打ち上げの準備 準備段階には、反応器とガス システムの気密性のチェックが含まれます。 これを行うには、水圧計をガスシステムに接続し、すべての蛇口を閉じて、反応器内の過剰な空気圧を圧力計で測定できるようにします。 これを行うために、原子炉は動作レベルまで水で満たされます。 余分な空気は安全弁を通って排出されます。 この後、圧力計の測定値を記録し、反応器を水で満たして XNUMX 日放置します。 XNUMX 時間経過しても圧力計の測定値が変化しないか、わずかに変化している場合は、ガス システムと反応器に十分な気密性があると考えられます。 反応器およびガスシステム内の圧力損失が発生した場合は、漏れを見つけて取り除く必要があります。 バイオガスプラントの立ち上げ作業は、プラント全体とその要素が運転に適していると判断され、安全な運転の要件を満たしている場合にのみ開始できます。 試運転段階 新しいバイオガスプラントの初期投入物は、可能であれば、別のプラントからの廃棄原料（約 10%）または新鮮な牛の糞尿で構成する必要があります。これは、運転を成功させるにはメタン生成微生物株が必要であり、その微生物の多くは新鮮な牛に含まれているためです。肥料。 原料の最初の部分の年齢と量は、発酵過程全体に強い影響を与えます。 インストールが完了する前に、十分な量の原材料があることを確認することをお勧めします。 初めて装填するときは、不十分な量の原料を通常より多くの水で希釈して、反応器の体積の 2/3 まで満たすことができます。 原材料の種類 使用する原料の種類によっては、バイオガスプラントが安定した稼働レベルに達するまでに数日から数週間かかる場合があります。 必要な湿度の均一な塊が得られるまで原料を希釈した後、反応器に装填され、内部容積の 2/3 以下まで満たされます。 反応器の残りの容積は、バイオガスを蓄積するために使用されます。 反応器に投入される原料は冷たくしてはなりません。その温度は、選択した最適な発酵温度に近い必要があります。 試運転の最適化 発酵プロセスを最適化するために、いくつかのよく知られた開始方法を使用できます。
始動期間中の微生物の持続可能な増殖を確実にするために、投入された原材料の加熱は、2 日あたり 35°C を超えずに徐々に増加し、37 ～ 7°C に達する必要があります。 加熱プロセス中は、原材料を確実に集中的に混合する必要があります。 8〜XNUMX日後、反応器内の微生物の活動が始まり、バイオガスの放出が始まります。 試運転段階の特徴 バイオガスプラントを運転モードに入れる期間は試運転期間と呼ばれ、次の特徴があります。
プロセスの安定化 原料を頻繁かつ集中的に混合すると、動作モードへの移行が早くなります。 試運転プロセス中に発酵プロセスの安定化が遅れる場合は、pH バランスを回復するために少量の牛の糞尿をリアクターに追加する必要があります。 発酵プロセスが安定した直後は、大量の未発酵原料から大量のバイオガスが生成されます。 生成されるバイオガスのレベルが予想されるレベルに低下すると、原材料の定期的な装入を開始できます。 ガスタンクの準備 ガスタンクは、技術仕様に従って受け入れおよびテストし、ゴスゴルテクナゾル当局による検査を行った後にのみ、モジュールの一部としてガスを充填する準備ができます。 爆発性混合物の形成を避けるために、ガスタンクをガスで満たす前に、ガスパイプラインを含むシステム全体から空気を排除する必要があります。 空気が水に置き換えられ、続いて水が加圧ガスまたは不燃性ガスに置き換えられます。 ガスタンクから採取されたガスサンプル中の酸素含有量が 5% を超えない場合、空気置換は完了したと見なされます。 外部検査では、ガスタンクに含まれる制御機器および測定機器（逆止弁、安全弁、圧力計、減圧弁）の状態を確認する必要があります。 ガソリンタンクの接地と避雷の信頼性は接地計を使用してチェックされます。 接地抵抗は 4 オームを超えてはなりません。 ガス品質 バイオガスプラントが運転モードに達すると、バイオガスの品質は低くなります。 この理由から、またガスタンクに含まれる残留酸素に関連する爆発状況を防ぐために、XNUMX 日あたり最初の XNUMX 量のバイオガスを大気中に放出する必要があります。 バイオガスが可燃性になると、本来の目的に使用できるようになります。 日常業務 原材料の用量負荷 バイオガスプラントを最適に運用するには、新鮮な肥料の XNUMX 日あたりの投与量とその施用頻度が非常に重要です。 負荷量は一定の値ではなく、原料の種類、発酵温度、原料中の乾物濃度によって異なります。 1 日当たりの反応器容積の 5 ～ 10% を超えない少量の原料装填では、20 ～ XNUMX% という大量の用量よりも放出されるバイオガスが少なくなります。 しかし、毎日の負荷量が多いと、バイオガス中のメタン含有量が減少し、二酸化炭素含有量が増加します。 バイオガスの品質の観点から、中温発酵温度の設備に最適な 6 日の負荷量は、発酵期間が 10 ～ 10 日の場合、負荷される原材料の総量の 20 ～ 1% と考えられます。 好熱性モードの最適な負荷量は、発酵期間が 2 ～ 7 日間の 4S ～ 8S2 と考えることができます。 サイコフィリック発酵モードを使用する場合、毎日新しい原料を追加する場合は 2% 以下をロードすることをお勧めします。 バッチローディング方式を使用する場合、リアクターの 3/40 まで即座にローディングし、原料は XNUMX 日間以上新鮮な肥料を追加せずに処理されます。 負荷および混合頻度 4 日量を完全に反応器に導入するのではなく、6 日 XNUMX ～ XNUMX 回、一定の間隔で均等に徐々に導入する必要があります。 次の部分を投入した後、原材料を混合することをお勧めします。 混合装置の状態と動作は毎日確認する必要があります。 発酵塊の色による発酵プロセスの制御 反応器内で原料の発酵プロセスがどのように進行するかは、バイオガスの放出の強さ、および反応器の出口の発酵塊の色によって判断できます。 バイオガスが存在しない、またはその生成が弱い場合は、微生物の活動が低いことを示しており、発酵塊の灰色によって検出できます。 この理由は、微生物の不足も考えられ、発酵プロセスの衰弱につながります。発酵プロセスを再開するには、適切な濃度の微生物を含む、したがって良好なガス形成の可能性を伴う栄養溶液の導入が必要です。 栄養素が過剰になると酸が生成され、微生物の活動が低下する可能性があります。 この場合、発酵原料の色が黒色に変化し、表面に白い膜が形成されることがあります。 酸は植物灰または石灰水を導入することで中和できます。 発酵塊が暗褐色で、表面に泡が形成されている場合は、正常な発酵プロセスが進行していると考えられます。 原料レベル制御 小規模な設備における特に問題となるのは、反応器の開口部の詰まりです。 これにより、反応器内の圧力が高くなりすぎてガスパイプが詰まる可能性があります。 これを防ぐためには、原材料のレベルや取り付け穴の状態を毎日確認する必要があります。 毎週および毎月のトランザクション
年間運用
事故防止 バイオガスプラントを運営するときは、次の点に注意してください。
ゴスゴルテクナゾールの要件 バイオガスプラントに以下が含まれる場合、バイオガスプラントの設計、運転および保守は、キルギス共和国国家鉱業技術監督局の「圧力容器の設計および安全運転に関する規則」の要件に準拠する必要があります。
キルギス共和国国家鉱業・技術監督局から、バイオガスプラントの保守およびガス危険作業を行う権利に関する標準証明書の形で許可を得ている18歳以上の人は、バイオガス施設の保守およびガス危険作業を行うことが許可される場合があります。ガスの危険な作業を行う。 メンテナンス、監視、修理 バイオガスプラントのメンテナンスは、プラントを効率的かつ長期的に運転するために必要な作業であり、バイオガスプラントが故障した場合には修理が行われます。 日常のメンテナンス 表14日常のメンテナンス
毎月のメンテナンス
表 15. 強化制御
年間サービス
監視 監視には、以下のインストールの操作に関するデータの収集が含まれます。
次のデータを収集する必要があります。
修理 稼働中のバイオガス プラントで発生する可能性のある障害を以下の表に示します。 最も一般的な懸念の原因は、バイオガス生産の減少です。 表16.故障の一般的な原因とその除去
修理作業は、故障の場合と設備の通常の動作中に行われます。 設置の所有者は通常技術教育を受けていないため、上記以外の修理は専門家が行う必要があります。 いずれの場合も、設備の年次検査は訓練を受けた技術者によって実行される必要があります。 Документация 正常な運用、メンテナンス、修理を保証するには、施設には次の文書が必要です。
著者: Vedenev A.G.、Vedeneva T.A.
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