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无线电电子与电气工程百科全书 沼气技术基础。 无线电电子电气工程百科全书
什么是沼气厂？ 一般来说，沼气厂是一个密封的容器，在一定温度下，废物、废水等有机物质在其中发酵。 随着沼气的生产。 所有沼气厂的操作原理都是相同的：收集和准备原材料后，将其放入特殊容器中达到所需的水分含量，然后将其送入反应器，在反应器中创造条件以优化原材料的加工。 从原料中获得沼气和生物肥料的过程称为发酵或发酵。 原料的发酵是由于特殊细菌的生命活动而进行的。 发酵过程中，原料表面会出现结皮，必须通过混合原料来破坏结皮。 混合是手动进行的，或者借助反应器内的特殊装置进行，并促进原料中产生的沼气的释放。 产生的沼气经过清洁后被收集并储存在气罐中直至使用。 从储气罐到家用或其他器具的使用场所，沼气是通过燃气管道进行的。 在沼气厂反应器中处理后的原料，变成生物肥料，通过卸料口卸出，施入土壤或用作动物的饲料添加剂。
原材料加工优化 除了遵守无氧条件外，在沼气厂反应器内处理有机废物所需的条件还包括：
沼气厂的类型 沼气厂有许多不同的设计。 它们的区别在于原材料的装载方法、外观、结构的组成部分以及建造它们的材料。 根据装载原料的方式，分为间歇式和连续式装载装置，其区别在于发酵时间和装载原料的规律性。 就沼气生产和生物肥料生产而言，最高效的是连续装料厂。 就外观而言，装置根据沼气的积累和储存方法而有所不同。 气体可以收集在反应器的上部固体部分中，在柔性圆顶下，或者在与反应器分开浮动或站立的特殊储气罐中。 使用沼气技术的好处 运作良好的沼气厂可以为其所有者、社会和环境带来许多好处： 节省金钱：
获得额外资金的机会：
安装回报快：
节省时间、空间和女性劳动力：
环境效益：
更多关于沼气 沼气是有机物质在厌氧（没有空气进入）条件下分解过程中由细菌形成的，是甲烷和其他气体按以下比例组成的混合物： 表 1. 沼气的组成
一立方米沼气的热值，根据甲烷含量不同，为20-2S MJ/m3，相当于燃烧0,6-0,8升汽油； 1,3 - 1,7 公斤木柴或使用 5 - 7 千瓦电力'3。 生物发酵工艺 在沼气厂发酵原料的过程中，产甲烷细菌分解有机物，并将分解产物以沼气和其他成分的形式返回到环境中。 了解消化过程对于沼气厂的设计、建造和运营至关重要。 原料和沼气生产的组成 原则上，所有有机物质都会经历发酵和分解过程。 然而，在简单的沼气厂中，最好仅处理均质的液体有机废物：牲畜、猪和鸟类的粪便和尿液、人类粪便。 在更复杂的沼气厂中，可以处理其他类型的有机废物 - 植物残留物和固体废物。 产生的沼气量取决于所用原料的类型和消化过程的温度。 沼气的使用
沼气可用于任何燃气器具，就像使用天然气一样。 沼气最有效的用途是用于烹饪、空间供暖、发电和车辆燃料。 关于生物肥料 在吉尔吉斯斯坦，与许多其他发展中国家一样，化肥问题与土地退化以及由于对木柴的大量需求而导致的森林砍伐问题之间存在直接联系。 在农村地区，干燥的粪便（粪便）和有机废物经常被燃烧用于做饭和为住宅取暖。 这种有机废物的使用会导致植物养分的大量损失，而农业需要大量的植物养分来维持土壤肥力。 沼气技术的使用将确保最大限度地利用农村人口可用的资源：沼气生产后剩余的生物污泥是一种有效的肥料，可以改善土地的整体质量并提高生产力。 生物肥料的特点 生物肥料含有多种有机物质，有助于增加土壤的渗透性和吸湿性，同时防止侵蚀并改善一般土壤状况。 有机物也是微生物发育的基础，微生物将营养物质转化为易于被植物吸收的形式。 实践表明，施用生物肥料后植物产量显着提高。 沼气技术发展史 从公元前3,5世纪开始，中国、印度、亚述和波斯就有使用原始沼气技术的个案。 然而，对沼气的系统科学研究直到公元XNUMX世纪才开始，距今已有近XNUMX年。
1764年，本杰明·富兰克林在给约瑟夫·普里斯特利的信中描述了一项实验，他在美国新泽西州的一个浅沼泽湖的表面放火。 亚历山大·沃尔塔 (Alexander Volta) 于 1776 年首次对沼泽和湖泊沉积物中形成易燃气体提出了科学依据，证实了沼泽气体中存在甲烷。 1804年道尔顿发现甲烷的化学式后，欧洲科学家迈出了沼气实际应用研究的第一步。 俄罗斯科学家也为沼气形成的研究做出了贡献。 Popov于1875年研究了温度对气体释放量的影响。 他发现河流沉积物在 6°C 左右的温度下开始释放沼气。 随着温度升高到50℃，释放的气体量显着增加，但成分没有变化——65%甲烷、30%二氧化碳、1%硫化氢和少量氮气、氧气、氢气和一氧化碳。 V.L. 奥梅良斯基详细研究了厌氧发酵的性质以及参与其中的细菌。 此后不久，1881 年，欧洲科学家开始尝试使用沼气进行空间供暖和街道照明。 从 1895 年开始，埃克塞特一个地区的路灯开始使用天然气，这些天然气是通过污水发酵获得的，并收集在密闭容器中。 两年后，有一份关于孟买沼气生产的报告，沼气被收集在收集器中并用作各种发动机的发动机燃料。 1914世纪初，通过提高发酵温度来增加沼气量的研究仍在继续。 德国科学家伊姆霍夫和布兰克于 1921-XNUMX 年。 获得了多项创新专利，其中包括引入容器的持续加热。 第一次世界大战期间，由于燃料短缺，沼气厂开始在欧洲推广。 拥有此类设施的农场处于更有利的条件，尽管设施仍然不完善，并且它们使用的模式远非最佳。 沼气技术发展史上最重要的科学步骤之一是巴斯韦尔在二十世纪三十年代将各类有机废物与粪便作为原料进行的成功实验。 第一个大型沼气厂于 1911 年在英国伯明翰市建成，用于对该市的污水污泥进行消毒。 产生的沼气用于发电。 因此，英国科学家是新技术实际应用的先驱。 到 1920 年，他们已经开发了几种类型的污水处理厂。 第一座 10 立方米固体废物沼气厂由 Isman 和 Ducelier 设计，于 3 年在阿尔及尔建成。 第二次世界大战期间，能源资源严重匮乏，德国和法国重点关注从农业废弃物（主要是动物粪便）中获取沼气。 在法国，到 40 世纪 2 年代中期，大约有 XNUMX 个用于粪便处理的沼气厂投入运营。 很自然地，这种经验传播到了周边国家。 匈牙利有生产沼气的工厂。 苏联军队的士兵（大部分来自苏联农村地区）注意到了这一点，他们将匈牙利从德国军队手中解放出来，他们惊讶地发现，在农民农场中，牛粪并没有堆放，而是被装入封闭的容器中，从容器中获取可燃气体。 欧洲战前的设施无法承受战后廉价能源（液体燃料、天然气、电力）的竞争，因此被拆除。 上世纪70年代的能源危机为它们在新的基础上发展提供了新的动力，当时东南亚国家开始自发引进沼气厂。 高人口密度和对所有适合农作物种植的土地的集约利用，以及在不人工加热原材料的情况下以最简单的方式使用沼气厂所需的足够温暖的气候，构成了各种国家和国际引进沼气技术计划的基础。 如今，沼气技术已成为废水处理以及农业和固体废物加工的标准，并在世界上大多数国家得到应用。 发达国家 在大多数发达国家，沼气厂对有机废物的处理更多地用于生产热能和电力。 以这种方式产生的能源约占欧洲国家消耗的所有能源的3-4%。 在国家层面鼓励使用生物质能源的芬兰、瑞典和奥地利，生物质能源占全部能源消耗的比例达到15-20%。 欧洲生物质厌氧加工产生的电力和热能的利用主要集中在奥地利、芬兰、德国、丹麦和英国。 德国目前约有2000座大型厌氧消化厂。 目前，奥地利反应堆容量超过 2000 立方米的沼气厂数量超过 3 座，其中约 120 座正在规划和建设中。 图4显示了里伯镇的一个工业工厂，每年处理164万吨生物质，生产5.5万立方米沼气，出售给邻近城镇的热电联产厂用于供暖和发电。 粪肥每天由农民根据合同提供，他们有兴趣以生物肥料的形式接收已加工的粪肥。 沼气技术的市场高度发展体现在城市废水处理、工业废水处理和农业废物处理领域。 在瑞典，生物质能提供了所需热能的50%。 在英国，第一个工业沼气反应堆的故乡，早在1990年就借助沼气，就可以覆盖农业的所有能源成本。 伦敦拥有世界上最大的生活污水处理厂之一。
30世纪1939年代，欧洲的经验被转移到美国。 用于处理牲畜粪便的沼气厂建于 30 年，已成功运营 1954 多年。 175 年，第一座用于处理城市垃圾并生产沼气的工厂在美国爱荷华州道奇堡建成。 沼气被输入内燃机，通过 XNUMX kW 的发电机发电。 美国现在有数百家大型沼气厂处理动物粪便，还有数千家利用城市废水的工厂。 沼气主要用于发电、房屋供暖和温室。 温室气体排放量增加、用水量和污染增加、土地肥力下降、废物管理效率低下以及森林砍伐问题日益严重，这些都是世界各地不可持续的自然资源利用体系的一部分。 沼气技术是解决上述问题的一系列措施的重要组成部分之一。 预计到 23,8 年，生物质作为全球可再生能源的贡献将达到能源消费总量的 2040%，而欧盟国家计划到 2010 年将这一贡献提高到 12%。
发展中国家 在发展中国家，来自生物质的能源约占所有能源消耗的 30-40%，在一些国家（主要是非洲）达到 90%24。 在发展中国家，通过小型沼气厂处理废物来生产能源和热能是很常见的。 全球约有 16 万家庭使用沼气厂产生的能源用于照明、取暖和烹饪。 其中包括中国的12万户、印度的3,7万户和尼泊尔的140万户。 在中国农村，目前有超过50万人使用沼气作为燃料。 典型的沼气厂的反应器容积约为 6-8 立方米，每年生产 3 立方米沼气，每年运行 300 至 3 个月，成本约为 3-8 美元，具体取决于省份。 大多数工厂都非常简单，经过一些培训后，农民自己建造和操作工厂。 自200年以来，中国政府每年提供约250亿美元支持沼气厂建设。 每次安装的补贴约为平均成本的2002%。 因此，政府已实现沼气厂数量每年增加至200万座。 中国已有数千个大中型装置在工业基础上运行，并计划增加其数量。 在印度，为农村宅基地开发简单沼气厂始于 50 世纪 3,7 年代。 迄今为止，印度约有 1980 万个沼气厂在运营。 印度非常规能源部自 XNUMX 世纪 XNUMX 年代以来一直在建设沼气厂，并为沼气厂的建设和运营、农民培训以及服务中心的开设和运营提供补贴和资金。 在许多发展中国家，沼气厂的气化和热能生产是一个不断发展的行业。 在菲律宾，自 1980 世纪 XNUMX 年代以来，沼气厂一直在生产天然气，为碾米和灌溉的发动机提供动力。 印度、印度尼西亚、斯里兰卡的小型商业公司使用沼气（例如，用于纺织工业或用于干燥香料、砖块、橡胶）在不到一个季节的时间内就获得了回报。 苏联、独联体和吉尔吉斯斯坦 在苏联，自 40 世纪 XNUMX 年代以来一直在研究甲烷发酵的科学基础。 在苏联存续期间，科学院系统的研究所参与了理论研究，而应用研究则在公用事业科学院进行。 潘菲洛夫和农业研究和设计机构，例如：全联盟农业电气化研究所（VIESH）、乌克兰农工综合体研究设计院（UkrNIIgiproselkhoz）等。 扎波罗热农业工程设计技术研究所 (KTISM) 是国内沼气厂（以及其他农业废物处理机械）设计开发的主要中心。 科学家收集的数据构成了创建多个实验室和试点装置的基础，然而，只有一种设计，KOBOS-1，被允许进行国家验收测试。 KOBOS-1 装置在实验奶牛场实验室的基础上成功进行了测试，并获准在库尔干地区（北乌拉尔）舒米哈市的一家工厂进行批量生产。 它是根据掌握厌氧废物处理技术的计划建造的，作为中型畜牧场系列化装置的变体——饲养400头奶牛的奶牛场或饲养4000头猪的中型养猪场。 该工厂生产了10套设备，但在苏联解体后，资金停止了。 生产的10台中，1台销往乌克兰和白俄罗斯，50台发往中亚（其中3台发往吉尔吉斯斯坦），400台发往俄罗斯。 但只引进了其中一种——白俄罗斯布列斯特州卡梅涅茨基区的一个养牛场。 该工厂处理 500 立方米。 每天产生 3...XNUMX 立方米沼气。
其中一套设备于 4000 年运抵吉尔吉斯斯坦，由农民协会 Fluid PF 重新装备，安装在 Chui 地区 Lebedinovka 村 BEKPR OsOO 养猪场的基础上，该养猪场可容纳 2003 头猪；另一套设备则用作奥什地区私营部门的集水器。 作者：Vedenev A.G.、Vedenev T.A.
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