4.3 Джерела вер

П ід вторинними енергоресурсами (ВЕР) мається на увазі енергетичний потенціал відходів або побічних продуктів, який може бути частково або повністю направлений на енергопостачання споживачів. Установки, що сприяють енергопостачанню ВЕР: ТО, ТН, ТЕГ.

У Англії, Франції, Австралії і інших розвинених країнах солому брикетують і спалюють в котельних установках.

Установки для перетворення вер

Теплообмінники (то)

Найпростіші трубчасті ТО бувають прямо плинні і зворотно плинні (Рис. 4.6)

4.4 Біопаливо

Те, з чого складаються рослини і тварини, прийнято називати біомасою. Основа біомаси (БМ) є органічні сполуки вуглеводів, які в процесі з'єднання з киснем (за допомогою згоряння або внаслідок природного метаболізму) виділяють тепло.

За допомогою хімічних або біохімічних процесів БМ може бути перетворена в такі види палива як газоподібний метан - СН4, рідкий метанол - СН₃ОН (метиловий спирт - 23 МДж/кг), етанол - С₂Н₅ОН (етиловий спирт - 24 МДж/кг), тверде деревне вугілля.

Спочатку біомаса рослинного походження утворюється внаслідок фотосинтезу під дією сонячного випромінювання.

Способи отримання енергії з біомаси.

1. Пряме спалення (теплотворність від 10 МДж/кг (сира деревина) до 40 МДж/кг (жири), теплотворність сухої біомаси - 20 МДж/кг).

2. ККД використання енергії на відкритому багатті становить 5%.

2) Піроліз (суха перегонка). Початкова сировина (деревина, відходи БМ, міське сміття і, звичайно, вугілля) зазнає сильного нагріву або часткового спалення без доступу повітря. Продуктами піролізу є горючі гази, рідкий конденсат у вигляді смол і масел, деревне вугілля і зола.

3) Газифікація - це піроліз, пристосований для максимального отримання газоподібного палива, яке більш екологічне, зручне для транспортування і подальшого спалення.

4) Гідрогенізація. Подрібнену, або переварену БМ, що розіклалася, нагрівають в атмосфері водню до t=600^оС при Р=5МПа(50атм).

Отримують горючі гази, які переважно містять метан.

5) Отримання метанолу (СН₃ОН) і етанолу (С₂Н₅ОН).

Використання етанолу як палива для ДВЗ. Можна використати прямо 95%-й етанол, а можна у вигляді добавки до бензину (1:10) збезводненого 100%-го етанолу.

Бензин з водою не змішується, а етанол поглинає воду, що негативно позначається на ДВЗ. Тому практичніше використати добавки 100%-го етанолу в бензин, які підвищують потужність двигуна і підвищують детонаційну стійкість бензину. Добавки етанолу більш бажані ніж добавки з тетраетилсвинцю, що викликають серйозні забруднення атмосфери.

Суміш бензину із 20% збезводненого етанолу (газохол) використовують в Бразилії (етанол там отримують з цукрової тростини) і в США (етанол з кукурудзи). Ціна етанолу в цих країнах сумірна з ціною бензину (1984 р.).

4.5 Отримання біогазу шляхом анаеробного зброджування

Біогаз отримують метановим бродінням різних органічних речовин рослинного і тваринного походження в біогазових установках (БГУ)

З 1 т (по сухій речовині) органічного бродильного матеріалу утворюється 350-400 м3 біогазу з теплотворністю 23… 25 МДж/м3 тобто 1 м3 біогазу по теплоті еквівалентний 4 кВт год. електроенергії або 1,5 кг. кам'яного вугілля.

В Індії і Китаї використовуються мільйони сімейних БГУ.

Метанове бродіння - бактерійний процес що протікає в анаеробних умовах при t=30-40^оС. Цей процес не вимагає стерильних умов, технологічно нескладний і може бути відтворений в будь-якому господарстві.

Час бродіння 5…10 діб при t=55^оС (термофільний режим) або 10…15 діб при t=30-40^оС (мезофільний режим), більш тривалий час при t≈20^оС ( псикрофільний режим).

Метанове бродіння здійснюється в реакторах-метантенках (рис. 5.1), виготовлених з металу або залізобетону, об'ємом від 1 до декількох тис. м³. Для збору газу під тиском звичайно використовують “мокрий” газгольдер.

В Україні роботи з анаеробного зброджування проводилися ще в 50-х роках ХХ ст. Так, на о. Хортиця в 1959 р. була споруджена біогазова установка, розрахована на переробку гною від 150 корів і 20 свиноматок з поросятами.

Біогаз - це суміш СН₄ і СО₂, що утворюється в спеціальних пристроях - біогазогенераторах (метантенках), влаштованих і керованих таким чином, щоб забезпечити максимальне виділення метану. Енергія, що отримується при спаленні біогазу, може досягати 60…90% від вихідної, якою володіє сухий початковий матеріал.

Інше і дуже важливе значення процесу - отримання цінного органічного добрива, в якому міститься значно менше хвороботворних організмів, ніж в початковому матеріалі. Проте, зазначимо, що не всі паразити і патогенні мікроорганізми гинуть в процесі анаеробного зброджування.

Отримання біогазу стає економічно виправданим, коли відповідний біогазогенератор працює на переробці існуючого потоку відходів. Прикладами подібних потоків можуть служити стоки каналізаційних систем, свиноферм, скотобоєнь і т.п. Економічність в цьому випадку пов'язана з тим, що немає потреби в попередньому зборі відходів, в організації і управлінні процесом їх подачі. Відомо, скільки і коли поступить відходів, і залишається лише переробити їх в біогаз і добриво.

Отримання біогазу можливе в установках самих різних масштабів. Воно особливо ефективне на агропромислових комплексах, де доцільно домагатися реалізації повного екологічного циклу. У таких комплексах гній піддають анаеробному зброджуванню з подальшою аеробною обробкою у відкритих басейнах. Біогаз використовують для опалення, для освітлення, в ДВЗ транспорту, електрогенераторів і т.д. У басейнах можна вирощувати водорості, що йдуть на корм худобі. Після аеробної ферментації повністю оброблені відходи, до того, як бути використаними у вигляді добрива, можуть подаватися в рибні садки і ставки для розведення водоплавної птиці. Успіх реалізації подібних схем прямо залежить від якості системного опрацювання всього проекту, міри стандартизації конструкцій, регулярності обслуговування тощо.

В Китаї широко розповсюджена БГУ “Габор”, яка розміщена під землею. Камера зброджування і газгольдер урівноважені між собою. Процес бродіння протікає стихійно, безконтрольно і без перемішування.