Installations de biogaz. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives

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Types courants d'installations de biogaz

Les types d'installations de biogaz courants dans le monde sont classés selon les méthodes de chargement des matières premières, les méthodes de collecte du biogaz, les matériaux utilisés pour leur construction, l'utilisation de dispositifs supplémentaires, l'emplacement horizontal ou vertical du réacteur, souterrain ou au-dessus. conception du sol.

Méthodes de téléchargement

En fonction de la méthode de chargement des matières premières, on peut distinguer deux types différents d'installations de biogaz :

• Les installations de chargement par lots sont entièrement chargées de matières premières puis complètement vidées après un certain temps de traitement. Les installations de toute conception et de tout type de matière première sont adaptées à ce type de chargement, mais ces installations se caractérisent par une production de biogaz instable.
• Les usines d’alimentation continue sont chargées quotidiennement de petites portions de matières premières. Lors du chargement de nouvelles matières premières, une proportion égale de boues traitées est déchargée. Les matières premières traitées dans de telles installations doivent être liquides et homogènes. La production de gaz est stable et dépasse quantitativement le volume de biogaz produit dans les centrales discontinues. Presque toutes les installations actuellement utilisées dans les pays développés fonctionnent comme des installations de chargement continu.

Méthodes de collecte du biogaz

L'apparence des installations de biogaz dépend de la méthode de collecte de biogaz choisie.

Figure 11. Installation de cylindres au Sri Lanka. Source : Guide de référence SNV sur le changement climatique et l'énergie rurale, 2004

Figure 12. Installation de type conduit. Source : "Biomass Energy Systems", ACRE, le CRS australien pour Renewable Energy Ltd, wwwphys.murdoch.edu.au/acre/

Les installations à cylindre sont un sac en plastique ou en caoutchouc résistant à la chaleur (cylindre) dans lequel un réacteur et un gazomètre sont combinés. Les tuyaux de chargement et de déchargement des matières premières sont fixés directement sur le plastique du réacteur. La pression du gaz est obtenue grâce à l'extensibilité du sac et à la charge supplémentaire qui repose sur le sac. Les avantages d'une telle installation sont le faible coût, la facilité de déplacement, la simplicité de conception, la température de fermentation élevée pour le mode psychophile, la facilité de nettoyage du réacteur, le chargement et le déchargement des matières premières. Les inconvénients d'une telle installation sont une courte période d'exploitation (2 à 5 ans), une forte sensibilité aux influences extérieures et une faible possibilité de création d'emplois supplémentaires.

Figure 13. Installation à dôme fixe Source : AT Information : Biogaz, projet GTZ Service d'information et de conseil sur la technologie appropriée (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

Une variante des installations de ballons sont les installations de type canal, qui sont généralement recouvertes de plastique et protégées de la lumière directe du soleil. De telles installations sont souvent utilisées dans les pays développés, notamment pour le traitement des eaux usées. L'utilisation d'unités à toit souple peut être recommandée lorsqu'il y a peu de risque d'endommagement du boîtier en caoutchouc du réacteur et lorsque la température ambiante est suffisamment élevée.

Les installations à dôme fixe se composent d'un réacteur fermé en forme de dôme et d'un réservoir de décharge, également appelé réservoir de compensation. Le gaz s'accumule dans la partie supérieure du réacteur - le dôme. Lorsque la prochaine portion de matières premières est chargée, les matières premières traitées sont poussées dans le réservoir de compensation. Avec l'augmentation de la pression du gaz, le niveau de matières premières traitées dans le réservoir de compensation augmente.

Les installations chinoises à dôme fixe sont le type le plus courant de toutes ces installations. Plus de 12 millions de ces unités ont été construites et fonctionnent en Chine.

L'utilisation du gaz dans les appareils électroménagers est compliquée par les changements de pression du gaz. Les brûleurs et autres appareils sont presque impossibles à régler pour obtenir des performances optimales. Si une pression de gaz constante est requise, il est recommandé d'installer un régulateur de pression dans le réacteur ou de sélectionner une conception d'installation différente.

Les réacteurs des usines à dôme fixe sont généralement des réservoirs en brique ou en béton. De telles installations sont recouvertes de terre jusqu'en haut, remplies de gaz pour contenir la pression interne (jusqu'à 0,15 bar). Pour des raisons économiques, la taille minimale recommandée du réacteur est de 5 m3. De telles installations sont connues avec des volumes de réacteur allant jusqu'à 200 m3.

Le gazomètre est la partie supérieure de l'installation avec un dôme fixe (l'endroit où le gaz s'accumule), qui doit être scellé. La maçonnerie et le béton ne sont pas étanches à l'air, cette partie de l'installation doit donc être recouverte d'une couche de substance ne laissant pas passer les gaz (latex, peintures synthétiques). Une opportunité de réduire le risque de fissures dans le réservoir de gaz consiste à construire un anneau faible dans la maçonnerie du réacteur. Un tel anneau est une liaison élastique entre la partie inférieure (étanche) et supérieure (étanche aux gaz) de la structure hémisphérique de l'installation. Il évite que les fissures apparues du fait de la pression hydrostatique dans les parties inférieures du réacteur ne se propagent dans la partie supérieure du réservoir de gaz.

Figure 14. Installation avec un dôme flottant dans le village de Sadovoye, district de Litinsky, région de Vinnytsia, Ukraine Source : SFG "TERRA" is.svitonline.com/teppa/

Figure 15. Norme indienne pour la construction d'une usine à dôme flottant Source : AT Informations : Biogas, projet GTZ Service d'information et de conseil sur la technologie appropriée (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

Les usines à dôme flottant se composent généralement d’un réacteur souterrain et d’un réservoir de gaz mobile. Le gazomètre flotte soit directement dans les matières premières, soit dans une poche d'eau spéciale. Le gaz s'accumule dans un gazomètre, qui monte ou descend en fonction de la pression du gaz. Le gazomètre est soutenu par un cadre spécial pour l'empêcher de basculer. Si le gazomètre flotte dans une poche d'eau spéciale, il est protégé contre le chavirage.

Les avantages de cette conception sont la facilité des opérations quotidiennes, la facilité de déterminer le volume de gaz en fonction de la hauteur à laquelle le réservoir de gaz s'est élevé. La pression du gaz est constante et est déterminée par le poids du réservoir de gaz. La construction d'une usine à dôme flottant n'est pas difficile et les erreurs de conception n'entraînent généralement pas de problèmes majeurs lors de l'obtention du gaz. Les inconvénients de cette conception sont le coût élevé du réacteur en acier et la grande sensibilité du fer à la corrosion. Par conséquent, les unités à dôme flottant ont une durée de vie plus courte que les unités à toit fixe.

Dans le passé, les usines à dôme flottant étaient principalement construites en Inde. De telles installations sont constituées d'un réacteur cylindrique ou en forme de dôme en brique ou en béton et d'un gazomètre flottant.

Le gazomètre flotte dans une poche d'eau spéciale ou directement dans la matière première et possède un cadre interne ou externe qui assure la stabilité et maintient le gazomètre en position verticale. Lors de la production de biogaz, le réservoir de gaz flotte plus haut ; lorsque du gaz est utilisé, il s'abaisse. De telles installations sont principalement utilisées pour traiter le fumier, les déchets organiques et les matières fécales en mode continu, c'est-à-dire téléchargements quotidiens. Ils sont le plus souvent construits dans des exploitations de taille moyenne (réacteur : 5-15 m3) ou dans de grands complexes agro-industriels (réacteur : 20100 m3).

Installations horizontales et verticales

Le choix de l'emplacement de l'installation du réacteur dépend du mode de chargement et de la disponibilité du territoire libre sur la ferme. Les installations horizontales sont choisies pour une méthode continue de chargement des matières premières et lorsqu'il y a suffisamment d'espace. Les installations verticales sont plus adaptées au chargement par lots de matières premières et permettent, si nécessaire, de réduire l'espace occupé par le réacteur.

Installations souterraines et de surface

Lors du choix d'un emplacement d'installation, la topographie doit être prise en compte et utilisée pour optimiser le fonctionnement de l'installation. Par exemple, il est très pratique de situer l'installation sur une pente pour que le trou de chargement soit suffisamment bas ; les matières premières dans le réacteur se déplacent grâce à une légère pente vers le trou de déchargement, qui serait à faible hauteur pour faciliter le chargement. dans les véhicules.

Un autre facteur à prendre en compte lors du choix d'une installation est l'amélioration de l'isolation thermique des installations souterraines, y compris la faible influence des changements de température quotidiens sur le processus de fermentation des matières premières, puisque la température du sol à une profondeur supérieure à 1 le compteur ne change pratiquement pas.

Réacteurs en métal, en béton et en brique

Les installations se distinguent par les matériaux à partir desquels le réacteur est fabriqué. Les réacteurs en béton sont généralement construits sous terre. Le réacteur en béton a une forme cylindrique et de petites unités (jusqu'à 6 m3) peuvent être fabriquées sur convoyeur. Des mesures spéciales sont nécessaires pour sceller le réacteur. Avantages : Faibles coûts de construction et de matériaux, possibilité de production en série. Inconvénients : Grand volume de consommation de béton de bonne qualité, nécessité de constructeurs qualifiés et d'une grande quantité de treillis métallique, relative nouveauté de la conception, nécessité de mesures particulières pour assurer l'étanchéité du réservoir de gaz.

Fig.16. Usine de biogaz située sur une pente

Figure 17. Construction d'un réacteur en brique à Cuba. Source : V. Nekrasov « Conversion microbiologique anaérobie de la biomasse », non publié, 2002

Les réacteurs en brique sont construits pour des installations souterraines avec un gazomètre fixe ou flottant et ont une forme ronde. Avantages : Faible investissement initial et longue durée de vie, pas de pièces mobiles ou rouillées, conception compacte, peu encombrante et bien isolée, la construction crée des emplois locaux. L'emplacement souterrain permet de réduire la surface occupée par l'installation et protège le réacteur des changements brusques de température. Inconvénients : Un gazomètre en brique nécessite des revêtements spéciaux pour assurer l'étanchéité et une qualité de fabrication élevée, des fuites de gaz se produisent souvent, le fonctionnement de l'installation est mal contrôlé en raison de son emplacement souterrain, l'installation nécessite un calcul minutieux des niveaux de construction, un chauffage des matières premières dans le Le réacteur est très complexe et coûteux à mettre en œuvre. Ainsi, les installations en brique ne peuvent être recommandées que pour une utilisation dans les pays chauds et avec un personnel qualifié.

Les réacteurs métalliques conviennent à tous types d’installations, sont hermétiques, résistent à des pressions élevées et sont faciles à fabriquer. Vous pouvez souvent utiliser des conteneurs existants. Cependant, le métal est relativement coûteux et nécessite un entretien pour éviter la rouille.

Appareils supplémentaires

À titre d'exemple d'utilisation de dispositifs supplémentaires, nous pouvons considérer la conception d'une installation de biogaz typique des pays développés.

Le récipient pour mélanger les matières premières peut être de différentes tailles et formes, selon les matières premières. Généralement, le conteneur contient des hélices pour mélanger ou broyer les matières premières et une pompe pour charger les matières premières dans le réacteur. Parfois, des dispositifs sont installés pour préchauffer les matières premières afin d'éviter de ralentir le processus de fermentation des matières premières dans le réacteur.

Le réacteur est généralement isolé thermiquement et fabriqué en béton ou en acier. Pour optimiser le flux des matières premières, les grands réacteurs ont une forme allongée. Les matières premières sont mélangées par des rotors lents ou par biogaz. Il existe des installations composées de deux ou plusieurs réacteurs.

Le gazomètre est soit en matériau souple et situé au-dessus de la cuve du réacteur, soit en acier et situé à côté du réacteur.

L'installation de stockage est utilisée pour stocker le biofertilisant en hiver et peut être ouverte ou fermée et reliée à un gazomètre pour collecter le biogaz résiduel. Les biofertilisants sont mélangés avant d'être appliqués dans les champs.

Usines de biogaz au Kirghizistan

Au Kirghizistan, il existe en 2010 plus de 50 installations, dont malheureusement seulement 70 % environ sont opérationnelles. Toutes les installations construites au Kirghizistan peuvent être divisées en 4 types selon la méthode de mélange et de chargement des matières premières, la présence d'un système de chauffage et l'isolation.

Une caractéristique commune à toutes les installations est un réacteur en acier, généralement un réservoir utilisé pour le stockage de produits pétroliers ou d'eau, des réservoirs ferroviaires.

Installations sans chauffage ni isolation avec mélange manuel des matières premières distribué dans les régions de Naryn, Talas et Issyk-Kul. Le récipient pour mélanger les matières premières est généralement un baril dans lequel les matières premières sont diluées avec de l'eau. Le réacteur n'est pas isolé et est constitué de cuves en acier. En raison du manque d'isolation et de chauffage du réacteur, les installations fonctionnent en mode psychophile pendant la saison chaude.

Les matières premières sont chargées manuellement dans le réacteur par lots, à une fréquence de 2 fois ou plus par an.

Figure 18. Une installation de biogaz avec un réservoir de gaz doux typique des pays développés. Source : AT Information : Biogaz, projet GTZ Service d'information et de conseil sur la technologie appropriée (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

Le chargement et le déchargement des matières premières se heurtent à de nombreuses difficultés en raison de la conception mal conçue de l'usine. Les matières premières sont mélangées manuellement une fois par jour à l'aide d'un agitateur installé dans le réacteur. Le gaz est généralement utilisé directement pour la cuisson.

Exemple 1 : Un exemple d'une telle installation est l'installation de biogaz de Duyshenov Farkhat dans le village. Kyzyl-Charba, région de Talas au Kirghizistan (Figure 18.1).

L'installation a été construite grâce aux fonds de subvention du PNUD FEM en 2003 dans le but de produire du biogaz pour le chauffage et la cuisson et de produire des engrais organiques liquides à partir du fumier de 2 élevages de bovins, du fumier de mouton et de volaille des fermes voisines. L'installation est constituée d'un réacteur aérien non chauffé d'un volume de 5 m3 avec chargement, déchargement et mélange manuels des matières premières.

Après son installation au printemps 2003, l'usine était chargée de 3 tonnes de matières premières et fonctionnait en mode psychophile pendant les mois d'été. En été, le biogaz suffisait uniquement pour cuisiner. Le déchargement et le chargement des matières premières n'ont pas été effectués depuis 2003.

Les défauts de conception incluent un système de mélange manuel défectueux et des inconvénients extrêmes lors du chargement et du déchargement des matières premières. Le manque d'isolation et de chauffage du réacteur rend l'installation impropre à un fonctionnement efficace toute l'année et économiquement non rentable.

Figure 18.1. Aspect et schéma de l'usine de biogaz du village. Kyzyl-Charba. Photo : Vedeneva T., PF Trou de chargement « Fluide » ; 3 - dispositif de mélange de matières premières ; 4 - tuyau de déchargement.

L'absence de dispositif de sécurité sur le réacteur peut conduire à une rupture du réacteur par surpression. Il n’existe pas de manuel d’utilisation pour l’installation et aucune formation n’a été dispensée au personnel d’exploitation.

Installations avec chauffage et isolation et mélange manuel des matières premières trouvé dans la région d'Issyk-Kul au Kirghizistan. Le récipient pour mélanger les matières premières est généralement un baril dans lequel les matières premières sont diluées manuellement avec de l'eau. Le réacteur est isolé et chauffé à des températures mésophiles ou thermophiles à l'aide d'un système de chauffage électrique qui chauffe l'eau circulant dans les canalisations du réacteur. La matière première est introduite dans le réacteur en continu et mélangée manuellement une fois par jour à l'aide d'un agitateur installé dans le réacteur. Le gaz est généralement utilisé directement pour la cuisson ou collecté dans un réservoir de gaz séparé. L'installation de stockage sert à stocker les engrais avant de les épandre dans les champs.

Exemple 2 : Un exemple d'une telle installation est l'installation Mamunov Kamyl dans la ville de Karakol, région d'Issyk-Kul au Kirghizistan. L'installation est constituée d'un réacteur souterrain chauffé d'un volume de 5 m3 avec chargement, déchargement et mélange manuels des matières premières. L'installation a été construite en 2004 à ses frais pour produire du biogaz pour le chauffage et les appareils électroménagers ainsi que des engrais organiques liquides et traite le fumier de 12 têtes de bétail d'une ferme voisine.

Figure 19. Apparence et schéma d'une usine de biogaz à Karakol. Photo : Vedeneva T., PF « Fluide » : 1 - chaudière à eau chaude ; 2 - réacteur; 3 - trou de chargement ; 4 - soupape de sécurité ; 5 - mélangeur de gaz ; 6 - manomètre ; 7 - réservoir d'essence intermédiaire ; 8 - récepteur ; 9 - joint hydraulique ; 10 - trémie de stockage ; 11 - réservoir d'essence ; 12 - compresseur ; 13 - moyens de déchargement des matières premières.

Après son installation au printemps 2004, l'installation fonctionne dans la basse-cour en mode thermophile. L'installation était chargée chaque semaine et le biogaz produit était utilisé pour la cuisine. L'engrais déchargé a été utilisé pour fertiliser une parcelle de terre épuisée pour les pommes de terre, et de bons résultats de rendement ont été obtenus. Il est recommandé d'affiner la conception du chargement et du déchargement des matières premières, et de modifier la conception du système de chauffage pour utiliser le biogaz produit par l'installation. De telles installations sont adaptées pour fonctionner toute l'année dans les conditions du Kirghizistan.

Installations avec chauffage et isolation du réacteur et mélange pneumatique des matières premières distribué dans la région de Chui au Kirghizistan. Le récipient pour mélanger les matières premières peut être de différentes tailles et formes, selon les matières premières. Les matières premières sont diluées avec de l'eau tiède pour éviter de ralentir le processus de traitement des matières premières dans le réacteur. Le réacteur est isolé et constitué de cuves en acier. La matière première est mélangée pneumatiquement et chauffée à une température mésophile ou thermophile. Il existe des installations composées de deux ou plusieurs réacteurs. Le gaz est généralement collecté dans un réservoir de gaz autonome, qui est également généralement un conteneur en acier. Le gaz est utilisé pour chauffer les pièces et cuisiner. L'installation de stockage est utilisée pour stocker les biofertilisants.

Exemple 3 : Un exemple d'une telle installation est l'installation du Zarya jamaat dans le village. Interrupteur thermique dans le district d'Ak-Suu, région d'Issyk-Kul au Kirghizistan Fig. 21. Cette installation a été construite en 2010 dans le cadre du projet de la Commission européenne pour la mise en œuvre de microcentrales hydroélectriques et de technologies de biogaz. Il se compose d'un réacteur horizontal (50 m3) avec chargement et mélange pneumatiques, sélection automatique du biogaz produit. L'installation traite le fumier de 70 à 90 têtes de bétail, soit environ 3 à 3,3 tonnes de fumier par jour.

Figure 21. Installation du Zarya jamaat dans le village. Interrupteur thermique du district d'Ak-Suu, région d'Issyk-Kul au Kirghizistan : 1 - Bunker de stockage ; 2 - Cuve de mélange ; 3 - Réacteur ; 4 - Compresseur ; 5 - Récepteur ; 6 - Gazomètre ; 7 - Chaudière à eau

En plus du réacteur, la centrale de biogaz comprend :

• récepteur de fumier ;
• soute de chargement, volume 3 m3 ;
• séparateur d'eau;
• filtre à sulfure d'hydrogène;
• compresseur;
• réservoir de gaz, volume 10 m3 ;
• deux récepteurs ;
• armoire de commande électrique ;
• dispositif de torche pour l'excès de biogaz.

Un réacteur horizontal d'un volume de 50 m3 fonctionne en mode mésophile. Pour maintenir une température optimale, le réacteur en acier est isolé et situé sous terre. Pour chauffer les matières premières chargées, on utilise une trémie de chargement chauffée au gaz. Dans les chaudières à gaz, des brûleurs infrarouges sont utilisés pour le système de chauffage.

Installations avec chauffage et isolation du réacteur et mélange hydraulique des matières premières. Deux de ces installations sont situées dans la région de Chui au Kirghizistan, une dans la région d'Osh. Le récipient pour mélanger les matières premières peut être de différentes tailles et formes. Le réacteur est isolé et constitué de cuves en acier. La matière première est mélangée hydrauliquement et chauffée à température mésophile. L'installation de stockage est utilisée pour stocker le biofertilisant en hiver.

Exemple 4 : Un exemple d'une telle installation est l'installation de la ferme avicole « 2T » dans la ville de Kant, région de Chui de la République kirghize. L'installation est composée de trois réacteurs chauffés aériens, d'un volume chacun de 25 m3, avec chargement, déchargement et mélange hydrauliques des matières premières à l'aide de pompes centrifuges.

Fig.21a. Aspect et schéma d'une installation de biogaz à Kant. Photo : Vedeneva T., PF "Fluide". 1 - réacteurs ; 2 - trémie de chargement des matières premières ; 3 - conteneur pour la préparation des matières premières ; 4 - pompes pour pomper et mélanger les matières premières ; 5 - constipation ; 6 - conteneurs pour stocker les engrais.

Les cuves du bioréacteur sont recouvertes d'une couche d'isolation thermique. Le chauffage de la biomasse traitée dans la première cuve du réacteur est effectué automatiquement par un générateur de chaleur à eau, et dans les deuxième et troisième chambres en ouvrant les portes pour les chauffer à l'énergie solaire. Par temps froid, les portes se ferment et la chaleur à l'intérieur des conteneurs est retenue par une couche de protection thermique.

L'installation a été construite en 2002 aux frais des propriétaires d'élevages de volailles et peut traiter jusqu'à 5 tonnes de matières premières par jour. Après installation, l'installation a fonctionné pendant 3 mois en mode mésophile, après quoi elle a été arrêtée. L'installation était chargée chaque semaine, les engrais déchargés étaient stockés et vendus à la population. Aucun biogaz n'a été utilisé.

L'exploitation de l'installation a été suspendue en raison de la technologie sous-développée pour l'application d'engrais liquides. La conception de l'installation ne prévoit pas l'utilisation du biogaz produit, l'imperfection de l'indicateur de niveau de matières premières dans les réacteurs entraîne des imprécisions lors du chargement des matières premières. Dans l'ensemble, l'installation est fonctionnelle.

Construction d'une usine de biogaz

Avant de commencer la construction d’une installation de biogaz, il est nécessaire de prendre en compte les conditions nécessaires à son fonctionnement efficace. Les pannes ou les mauvaises performances d'une installation de biogaz sont généralement le résultat d'erreurs de planification. Les conséquences de telles erreurs peuvent être perceptibles immédiatement ou après plusieurs années d'exploitation de l'installation. Une planification minutieuse et complète est essentielle pour éliminer les erreurs avant qu’elles ne causent des dommages irréparables.

La planification de la construction d'usines de biogaz agricole doit commencer par déterminer le potentiel de production de biogaz et de biofertilisants en fonction de la quantité de matières premières disponible, ainsi que de la quantité d'énergie requise par l'exploitation.

Si une installation de biogaz est principalement destinée à servir de source d'énergie, sa construction n'est recommandée que si la production potentielle estimée de biogaz est suffisante pour répondre aux besoins énergétiques de l'exploitation.

Choix de la taille du réacteur

La taille du réacteur se mesure en mètres cubes et dépend de la quantité, de la qualité et du type de matières premières, ainsi que de la température et du temps de fermentation choisis. Il existe plusieurs façons de déterminer le volume requis du réacteur.

Le rapport de la dose journalière de chargement des matières premières et la taille du réacteur

La dose journalière de chargement de matières premières est déterminée en fonction du temps de fermentation (temps de rotation du réacteur) et du régime de température choisi. Pour le mode de fermentation mésophile, le temps de rotation du réacteur est de 10 à 20 jours et la dose de charge journalière est de 1/20 à 1/10 du volume total de matières premières dans le réacteur.

Taille du réacteur pour traiter une certaine quantité de matières premières

Tout d'abord, sur la base du nombre d'animaux, la quantité quotidienne de fumier (DN) à traiter dans une installation de biogaz est déterminée expérimentalement. Ensuite, la matière première est diluée avec de l’eau pour atteindre une humidité de 86 à 92 %.

Dans la plupart des installations rurales, le rapport entre le fumier et l'eau mélangés pour produire des matières premières varie de 1:3 à 2:1. Ainsi, la quantité de matières premières chargées (D) est la somme des déchets agricoles (DN) et de l'eau (DV) avec laquelle elles sont diluées.

Pour le traitement des matières premières en mode mésophile, il est recommandé d'utiliser une dose de charge journalière D égale à 10 % du volume de matières premières totales (RS) chargé dans l'installation. Le volume total de matières premières dans l'installation ne doit pas dépasser les 2/3 du volume du réacteur.

Ainsi, le volume du réacteur (RR) est calculé à l'aide de la formule suivante :

OS = 2/3 EP et OP = 1,5 OS

Où

OS = 10CHD

D = DN + VD.

Exemple : Une ferme familiale contient 10 bovins, 20 porcs et 35 poulets. Le volume quotidien de fumier et d'urine d'1 bovin = 55 kg, d'un porc = 4,5 kg, d'1 poulet = 0,17 kg. Le volume journalier de déchets de la ferme DN sera égal à 10H55 + 20H4,5 + 35H0,17 = 550 + 90 + 5,95 = 645,95 kilogrammes, soit environ 646 kg. La teneur en humidité des excréments de bovins et de porcs est de 86 % et celle des fientes de poulets est de 75 %. Pour atteindre 85 % d’humidité, il faut ajouter 3,9 litres d’eau (environ 4 kg) aux fientes d’oiseaux.

Cela signifie que la dose quotidienne de matière première sera d'environ 650 kg. Pleine charge du réacteur OS = 10×0,65 = 6,5 tonnes, et volume du réacteur OR = 1,5×6,5 = 9,75, soit environ 10 m3.

Calcul du rendement du biogaz

Le calcul du rendement journalier du biogaz est calculé en fonction du type de matière première et de la part journalière de la charge.

Tableau 9. Calcul du rendement en biogaz pour différents types de matières premières

Exemple : Une ferme familiale contient 10 bovins, 20 porcs et 35 poulets. Le volume d'excréments quotidiens des bovins = 55 kg, des porcs = 4,5 kg, des poulets = 0,17 kg. Le volume de déchets quotidiens de la ferme sera égal à 550 kilogrammes d'excréments de bovins (humidité 85%), 90 kilogrammes d'excréments de porc (humidité 85%) et 5,95 kilogrammes de fumier de poulet (humidité 75%). Après avoir dilué le fumier avec de l'eau pour atteindre 85 % d'humidité, la quantité de matière première provenant des poulets sera d'environ 10 kg.

Selon le tableau, le rendement en biogaz à partir de 1 kilogramme :

• le fumier de bovin à une teneur en humidité de 85% est approximativement égal à 0,04 -0,05 m3 de biogaz;
• le fumier de porc à une teneur en humidité de 85% est approximativement égal à 0,05 - 0,09 m3 de biogaz;
• le fumier de poulet à une teneur en humidité de 85% est approximativement égal à 0,05 - 0,09 m3 de biogaz.

Par conséquent, le

• le rendement en biogaz de 550 kilogrammes de fumier de bétail sera de 22 à 27,5 m3 de biogaz ;
• le rendement en biogaz de 90 kilogrammes de fumier de porc sera de 4,5 à 8,1 m3 de biogaz ;
• le rendement en biogaz de 10 kilogrammes de fumier de poulet sera égal à 0,5 à 0,9 m3 de biogaz ;
• la production totale de biogaz sera de 27 à 36 m3 de biogaz par jour.

Équilibre entre la demande d'énergie et le rendement du biogaz

Les besoins énergétiques de chaque foyer sont déterminés sur la base de la somme de toutes les situations de consommation présentes et futures, telles que la cuisine, l'éclairage et la production d'énergie. Il faut également prendre en compte la consommation de biogaz pour chauffer les matières premières dans le réacteur, qui dans les conditions du Kirghizistan varie de 10 % à 25 %, selon la période de l'année.

La quantité de biogaz nécessaire à une exploitation agricole peut être déterminée par la quantité d'énergie précédemment consommée. Par exemple, brûler 1 kg de bois de chauffage équivaut à brûler 650 litres ou 0,65 m3 de biogaz, brûler 1 kilogramme de fumier équivaut à 0,7 m3 de biogaz et 1 kg de charbon équivaut à 1,1 m3 de biogaz.

Le volume de biogaz requis pour la cuisson peut être déterminé en fonction du temps passé quotidiennement à cuisiner. La quantité de biogaz requise pour préparer une portion de nourriture pour une personne est de 0,15 à 0,3 m3 de biogaz. Pour faire bouillir 1 litre d’eau, il faut 0,03 à 0,05 m3 de biogaz. Pour chauffer 1 m2 de surface habitable, il faut environ 0,2 m3 de biogaz par jour. Les brûleurs domestiques consomment 0,20 à 0,45 m3 par heure.

Exemple : Une famille de 4 personnes vit dans une maison d'une superficie de 100 m3, élève 20 vaches sur une superficie de 100 m3 et traite le fumier dans une installation de biogaz d'un volume de réacteur de 15 m3.

Cuire des aliments trois fois par jour pour une famille de 4 personnes nécessitera de 1,8 à 3,6 m3 de biogaz, et chauffer une pièce d'une superficie de 100 m2 nécessitera environ 20 m3 de biogaz par jour. Le chauffage du réacteur (par exemple en septembre) nécessite 15 % du biogaz produit. Pour chauffer le réacteur de l'installation d'un volume de 15 m3, il faudra dépenser quotidiennement environ 6 m3 de biogaz.

Pour entretenir 1 vache, vous avez besoin d'environ 3 litres d'eau bouillie par jour. Par conséquent, pour entretenir 20 vaches, vous devez faire bouillir 60 litres d'eau, ce qui nécessitera 1,8 à 3 m3 de biogaz par jour. Chauffer les locaux nécessaires aux animaux d'une superficie totale de 100 m2 nécessite 20 m3 par jour. Ainsi, 21,8 à 23 m3 de biogaz par jour sont nécessaires pour entretenir les animaux. L'ensemble de l'exploitation nécessite entre 49,6 et 2,6 m3 de biogaz par jour.

Sélection d'un emplacement d'installation

La règle d’or pour l’emplacement d’une installation de biogaz est que l’installation appartient à la ferme et non à la cuisine. Il est préférable que le conteneur de mélange des matières premières soit directement relié au sol de la ferme. Même si vous devez poser plusieurs mètres de canalisations, cela revient moins cher que de transporter des matières premières.

Le niveau du sol de la ferme doit être situé au-dessus du niveau du conteneur de préparation des matières premières, puis le fumier animal et l'urine tomberont indépendamment dans ce conteneur sous l'influence des forces de gravité. Si l'unité de déchargement d'une installation de biogaz est située au-dessus du niveau des champs voisins, cela facilitera la distribution des biofertilisants dans ces champs.

Choisir la conception d'une installation de biogaz

Actuellement, de nombreux modèles d'installations de biogaz ont été développés, adaptés à un fonctionnement dans diverses conditions climatiques et socioculturelles. Le choix de la conception d'une installation de biogaz est une étape cruciale du processus de planification. Avant de choisir une conception, vous devez comprendre les problèmes fondamentaux et les choix possibles pour une usine de biogaz.

Dans les régions au climat relativement froid, comme le Kirghizistan, l'isolation et le chauffage du réacteur sont importants pour le fonctionnement de la centrale toute l'année. La quantité et le type de matières premières traitées influencent la taille et le type d'installation et la conception des systèmes de chargement et de déchargement des matières premières. Le choix de la conception de l'installation dépend également de la disponibilité des matériaux de construction.

Critères de sélection de la conception

Localisation : détermine si le réacteur sera construit principalement souterrain ou aérien et dans le cas d'une structure aérienne, vertical ou horizontal.

Les structures existantes peuvent être utilisées pour stocker des biofertilisants, comme des fosses vides ou des conteneurs métalliques. Pour réduire les coûts, la disponibilité de pièces d'installation prêtes à l'emploi doit être prise en compte lors de la planification.

La disponibilité des matières premières détermine non seulement la taille et la forme du récipient de mélange des matières premières, mais également le volume du réacteur, des dispositifs de chauffage et de mélange. Le mélange avec du biogaz est possible avec une teneur en matières solides inférieure à 5 %. Le mélange mécanique rencontre des difficultés lorsque la matière première contient plus de 10 % de solides.

Réacteur

Le principal critère lors du choix d'une conception de réacteur est la possibilité réelle d'application pratique et de commodité, en termes de maintenance et d'exploitation. Quel que soit le choix de conception, le réacteur doit répondre aux exigences suivantes :

L'étanchéité à l'eau/au gaz - l'étanchéité à l'eau est nécessaire pour éviter les fuites et la détérioration de la qualité des eaux souterraines, l'étanchéité aux gaz - pour préserver la totalité du volume de biogaz produit et pour éviter le mélange de l'air avec le gaz dans le réacteur, qui peut être explosif.

L'isolation thermique est une condition nécessaire au fonctionnement efficace d'une installation de biogaz dans les conditions climatiques de la République kirghize.

La surface minimale réduit les coûts de construction et réduit les pertes de chaleur à travers les parois du réacteur.

La stabilité de la conception du réacteur est nécessaire pour résister à toutes les charges (pression du gaz, poids et pression des matières premières, poids des revêtements, résistance à la corrosion) afin d'assurer le fonctionnement à long terme de l'installation.

Figure 23. Différentes conceptions de réacteurs et de systèmes de chargement et de déchargement : a - réacteur cylindrique à chargement par le haut ; b - réacteur cylindrique à chargement par le bas ; c - réacteur cylindrique à deux sections ; g - réacteur incliné; d - réacteur à tranchée avec revêtement flottant ; e - réacteur sectionnel horizontal.

Moules de réacteur

Du point de vue de la dynamique des fluides, un réacteur ovoïde est optimal, mais sa construction est coûteuse. La deuxième meilleure forme est un cylindre avec un fond et un sommet coniques ou semi-circulaires. L'utilisation des réacteurs carrés en béton ou en brique n'est pas recommandée, car des fissures se forment dans les coins en raison de la pression des matières premières et des particules solides s'accumulent également, ce qui perturbe le processus de fermentation.

Le réacteur peut être divisé en plusieurs sections grâce à des cloisons internes pour éviter l'apparition d'une croûte à la surface de la matière première et assurer une fermentation plus complète de la matière première.

Matériaux pour la construction de réacteurs

Les réacteurs peuvent être construits à partir des matériaux suivants :

• Les conteneurs en acier ont l’avantage d’être étanches, de résister à des pressions élevées et d’être relativement faciles à fabriquer. Le gros problème, cependant, est la sensibilité à la rouille, qu'il faut prévenir avec des revêtements appropriés. De tels réacteurs ne sont économiquement avantageux que si des conteneurs prêts à l'emploi sont utilisés. S'il existe un réservoir métallique d'un volume suffisant, il est nécessaire de vérifier les surfaces internes et externes des murs pour la présence de cavités, la qualité du soudage, la présence de trous et autres dommages qui doivent être éliminés. Ces surfaces doivent ensuite être nettoyées et peintes.
• Les récipients en plastique utilisés comme réacteurs sont souples et durs. Les conteneurs souples sont faciles à endommager et difficiles à isoler pour une utilisation toute l'année. Les conteneurs en plastique solide se caractérisent par une structure stable et ne sont pas sujets à la corrosion, ils sont donc recommandés pour une utilisation pour le traitement psychophile des déchets organiques.
• Les conteneurs en béton sont devenus de plus en plus populaires dans les pays en développement ces dernières années. L'étanchéité aux gaz requise nécessite une construction soignée et des revêtements spéciaux, et les fissures dans les coins du réacteur sont fréquentes, mais les grands avantages sont une construction peu coûteuse et une durée de vie pratiquement illimitée.
• La maçonnerie est la méthode de construction la plus couramment utilisée pour les petits réacteurs en Inde et en Chine. Seules des briques bien cuites, des blocs de béton ou des briques en pierre de bonne qualité peuvent être utilisés.

Assurer l'étanchéité du réacteur

Lors de la construction d'une installation de biogaz avec un réacteur en béton, en brique ou en pierre, il est nécessaire de s'assurer que le réacteur est étanche au gaz et à l'eau. Il est nécessaire de recouvrir l’intérieur du réacteur d’une couche d’une substance pouvant résister à des températures allant jusqu’à 60°C et résistante aux acides organiques et au sulfure d’hydrogène.

Enduit de ciment avec additifs. L’ajout de matériaux imperméables au ciment a montré de bons résultats en termes d’imperméabilité à l’eau et aux gaz. Pour l'étanchéité au gaz, il est nécessaire d'ajouter deux fois plus d'agent imperméabilisant. Le temps entre l'application des couches de revêtement ne doit pas dépasser un jour, car après un jour, il est impossible de fixer une autre couche sur une surface imperméable. La recette suivante a été utilisée en Tanzanie avec de bons résultats :

• Couche : mastic ciment-eau ;
• Couche : 1 cm ciment : sable 1 : 2,5 ;
• Couche : mastic ciment-eau ;
• Couche : ciment : chaux : sable 1 : 0,25 : 2,5 ;
• Couche : mastic ciment-eau avec matériau imperméable ;
• Couche : ciment : chaux : sable avec un mélange imperméable et sable fin 1 : 0,25 : 2,5 ;
• Couche : mastic eau-ciment avec matériau imperméable.

Les sept couches doivent être appliquées en une journée.

Asphalte avec feuille d'aluminium. Les revêtements asphaltiques sont faciles à appliquer et restent flexibles dans le temps. Une couche d'asphalte est appliquée sur la surface sèche du réacteur. Des morceaux de papier d'aluminium sont collés sur la couche d'asphalte encore collante, en se chevauchant. Ensuite, une deuxième couche d'asphalte est appliquée.

L'inconvénient du revêtement asphaltique est que les composants d'un tel revêtement sont inflammables et qu'il ne peut pas être appliqué sur des surfaces humides. Le séchage d'un réacteur en béton, en brique ou en maçonnerie prend plusieurs semaines à moins d'utiliser un équipement spécial tel qu'un poêle portable. De plus, le revêtement asphaltique peut se décoller lorsque les matières premières traversent le réacteur.

paraffine. La paraffine, diluée avec 2 à 5 % de kérosène ou d'huile moteur neuve, est chauffée à une température de 100 à 150°C et appliquée sur la surface du réacteur chauffée par le brûleur. La paraffine pénètre dans le revêtement et forme une couche protectrice profondément pénétrante. Si vous n'avez pas de paraffine, vous pouvez utiliser de la cire de bougie.

Emplacement du réacteur

L'emplacement de l'installation dépend de plusieurs facteurs - disponibilité d'espace libre, distance des locaux d'habitation, des zones de stockage des déchets, emplacement des zones d'élevage des animaux, etc. En fonction de la profondeur des eaux souterraines et de la commodité de chargement et de déchargement des matières premières, le réacteur peut avoir une position aérienne, partiellement ou complètement enterrée.

Le réacteur peut être placé au-dessus du sol sur une fondation, enterré dans le sol ou installé à l’intérieur d’une pièce dans laquelle sont gardés des animaux. Le réacteur doit disposer d'une trappe nécessaire aux travaux périodiques d'entretien et de réparation à l'intérieur du réacteur. Entre le corps et le couvercle, il doit y avoir un joint en caoutchouc ou un produit d'étanchéité spécial. Si possible, un placement souterrain est recommandé, car il réduit les investissements en capital et élimine l'utilisation d'équipements supplémentaires pour le chargement des matières premières. La qualité du contrôle thermique est considérablement améliorée et permet également d'utiliser des matériaux d'isolation thermique bon marché - argile et paille.

Matériaux d'isolation thermique

La plupart des usines de biogaz au Kirghizistan ont été construites sans isolation thermique du réacteur. Le manque d'isolation thermique permet à l'installation de fonctionner uniquement pendant la saison chaude, et lorsque le froid s'installe, il existe un risque de gel des matières premières dans le réacteur et de rupture ultérieure du réacteur.

Les matériaux d'isolation thermique doivent avoir de bonnes propriétés isolantes, être bon marché et disponibles. Les matériaux appropriés pour les installations avec réacteur souterrain ou semi-enterré sont la paille, l'argile, les scories et le fumier sec. Le réacteur est isolé en couches. Par exemple, pour un réacteur souterrain, après préparation de la fosse, poser d'abord une couche de film plastique pour éviter tout contact de l'isolant thermique avec le sol, puis ajouter une couche de paille, puis d'argile au fond de la fosse, après quoi on Le réacteur est installé. Ensuite, l'espace restant entre le réacteur et le sol est à nouveau rempli de couches de matériaux isolants jusqu'au sommet du réacteur, après quoi de l'argile et des scories d'une épaisseur d'au moins 300 mm sont ajoutées.

Instrumentation

L'instrumentation installée sur les réacteurs comprend : le contrôle du niveau de matières premières dans le réacteur, le contrôle de la température et de la pression à l'intérieur du réacteur. Le niveau des matières premières peut être contrôlé via divers dispositifs à flotteur, appareils électroniques, etc. Contrôle de la température avec un thermomètre ordinaire ou électronique avec une échelle de mesure de 0 s à 70 s, et de la pression avec des manomètres.

Systèmes de chargement et de déchargement des matières premières

Le fonctionnement de l'installation de biogaz en mode de chargement continu, optimal du point de vue de l'obtention de la plus grande quantité de biogaz et de biofertilisants, ainsi que de la stabilité de l'installation, implique un chargement quotidien des matières premières et un déchargement de la masse fermentée. .

Réservoir d'approvisionnement en matières premières

Le fumier frais est généralement collecté dans un réservoir d'alimentation avant d'être chargé dans le digesteur. Selon le type d'installation, la taille du conteneur doit être égale au volume journalier ou double du volume journalier de matières premières. Le récipient est également utilisé pour obtenir l'homogénéité et la teneur en humidité souhaitées de la matière première, parfois à l'aide de dispositifs de mélange mécanique.

Emplacement du réservoir

Placer le récipient du côté ensoleillé peut aider à préchauffer les matières premières afin que le processus de fermentation puisse commencer immédiatement après le chargement d'une nouvelle portion de matières premières dans le réacteur. Dans le cas d'installations directement reliées à l'exploitation agricole, il est nécessaire de construire un conteneur pour que les matières premières y circulent sous l'influence de la gravité. Pour des raisons d'hygiène, les toilettes doivent être raccordées directement au tuyau d'alimentation.

Ouvertures de chargement et de déchargement

Les ouvertures de chargement et de déchargement mènent directement au réacteur et sont situées, en règle générale, aux extrémités opposées du réacteur pour une répartition uniforme des matières premières fraîches dans tout le volume du réacteur et une élimination efficace des boues traitées. L'installation des ouvertures de chargement et de déchargement est réalisée avant l'installation du réacteur sur les fondations et les travaux d'isolation thermique.

Pour les installations avec réacteurs enterrés et chargement manuel des matières premières, les ouvertures de chargement et de déchargement débouchent dans le réacteur selon un angle aigu.

Pour assurer l'étanchéité du réacteur lors du chargement et du déchargement, les ouvertures d'entrée et de sortie sont situées en biais par rapport à l'axe vertical de manière à ce que l'extrémité inférieure de la canalisation soit située en dessous du niveau du liquide. Cela crée un joint hydraulique qui empêche l'air de pénétrer dans le réacteur.

Chargement et déchargement manuel des matières premières

La méthode de chargement et de déchargement la plus simple est la méthode de trop-plein, qui consiste dans le fait que lors du chargement de fumier frais, le niveau de boues dans le réacteur augmente et, par un tuyau de trop-plein qui y est connecté, la même quantité est déversée dans un conteneur pour collecter des biofertilisants.

La masse chargée peut contenir des particules solides d'assez grande taille, par exemple des matériaux de litière (paille, sciure de bois), des tiges de plantes ainsi que des corps étrangers. Pour éviter que les tuyaux ne se bouchent, leur diamètre doit être d'au moins 200 à 300 cm. Le tuyau de chargement est relié à une trémie ou à un conteneur pour la préparation préliminaire des matières premières.

Des vannes à vis ou demi-tour sont installées sur les canalisations pour l'alimentation et l'évacuation des matières premières du réacteur.

Chargement et déchargement avec des pompes

Les pompes deviennent un élément nécessaire d'un système de biogaz lorsque la quantité de matière première nécessite un chargement rapide et que la gravité ne peut pas être utilisée en raison de la topographie ou des caractéristiques de la matière première. Des pompes sont nécessaires pour couvrir la différence de hauteur entre le niveau d'injection des matières premières et l'installation de biogaz.

Les moteurs de pompe s’usent, coûtent cher, consomment de l’énergie et peuvent tomber en panne. Par conséquent, il est recommandé d’utiliser d’autres méthodes de chargement des matières premières. Si l'utilisation de pompes ne peut être évitée, elles sont installées de deux manières :

Installation à sec : la pompe est installée avec le tuyau. La matière première s'écoule librement vers la pompe et est accélérée par celle-ci.

Installation humide : la pompe est installée avec le moteur à l’intérieur de la matière première. Le moteur est enfermé dans un récipient hermétique. Soit la pompe fonctionne à l'aide d'un arbre provenant d'un moteur extérieur à la matière première.

Chargement et déchargement pneumatique des matières premières

La manière optimale d’alimenter et de mélanger les matières premières est pneumatique. Cette méthode est utilisée dans toutes les installations de la Fondation Fluide de l'Association des Agriculteurs. Le dispositif de chargement pneumatique utilise une trémie d'alimentation en matières premières (réservoir de mélange), pour laquelle sont utilisés des conteneurs en acier de 0,5 à 1 m3, résistant à une pression jusqu'à 5 kgf/cm2 et des canalisations d'un diamètre d'au moins 100 mm avec vanne. Les matières premières sont chargées dans la trémie et de la trémie vers le réacteur à l'aide d'un compresseur.

Les compresseurs à piston de marque IF-56 sont utilisés pour les installations de biogaz de petite et moyenne taille avec des volumes de réacteur allant jusqu'à 40 m3. Pour les grandes installations avec un volume de réacteur de 50 m3 ou plus, un compresseur FU-12 est utilisé, qui sert simultanément à pomper le biogaz produit.

Systèmes de collecte de biogaz

Le système de collecte du biogaz se compose d'une canalisation de distribution de gaz avec vannes d'arrêt, d'un collecteur de condensats, d'une soupape de sécurité, d'un compresseur, d'un récepteur, d'un réservoir de gaz et de consommateurs de biogaz (cuisinières, chauffe-eau, moteurs à combustion interne, etc.) Le système n'est installé qu'après avoir installé le réacteur biogaz en position de fonctionnement.

Le trou d'extraction du biogaz du réacteur doit être situé dans sa partie supérieure. Après le collecteur de condensats, une soupape de sécurité est installée, ainsi qu'un joint hydraulique, réalisé sous la forme d'un récipient contenant de l'eau, qui assure le passage du gaz dans un seul sens.

Écluses à eau

Le biogaz produit dans le réacteur d'une installation de biogaz contient une grande quantité de vapeur d'eau, qui peut se condenser sur les parois des canalisations et conduire à leur colmatage. Idéalement, le système de gaz doit être positionné de manière à ce que l’humidité condensée puisse s’écouler directement dans le réacteur. Si cela n’est pas possible, des joints hydrauliques doivent être installés dans les zones basses du système. Les vannes d'eau manuelles sont faciles à utiliser, mais si elles ne sont pas vidées régulièrement, le système se bloquera en raison d'un niveau d'eau trop élevé.

gazoduc

Le système de gaz relie l'installation de biogaz aux appareils à gaz à l'aide de conduites. Ce système doit être sécuritaire, économique et fournir la quantité de gaz requise pour chaque appareil. Les tuyaux les plus couramment utilisés sont les tuyaux en acier galvanisé ou les tuyaux en plastique. Il est très important que le système de gaz soit étanche au gaz et qu'il dure pendant toute la durée de vie de l'installation de biogaz.

Les conduites d'approvisionnement en biogaz depuis l'installation jusqu'aux consommateurs doivent être protégées contre tout dommage. Les fuites de gaz peuvent être vérifiées en appliquant une solution savonneuse sur les raccords de tuyaux. Le gazoduc doit également être équipé d'une soupape de sécurité qui libère du biogaz dans l'atmosphère lorsque la pression dépasse 0,5 kgf/s m2. Il est préférable de brûler l’excédent de biogaz dans des torchères.

conduites de gaz

Il est important d'installer correctement le système de gazoduc. Les exigences relatives au système de gazoduc ne diffèrent pas des normes générales. Vous pouvez utiliser des tuyaux en plastique résistants aux rayons ultraviolets du soleil.

Tuyaux en acier

Les tuyaux d'un diamètre de 1,2 à 1,8 cm et d'une longueur inférieure à 30 mètres conviennent aux installations de biogaz de petite et moyenne taille. Pour les installations plus grandes, les tuyaux plus longs et les pressions plus faibles, un dimensionnement spécial des tuyaux est requis. Lors de l'installation de conduites de gaz, une attention particulière doit être portée à :

• raccords étanches au gaz ;
• un joint d'eau à la section la plus basse des tuyaux pour recueillir l'humidité ;
• protection contre les dommages mécaniques.

Les tuyaux en acier galvanisé sont une alternative fiable et durable aux tuyaux en plastique. Ils peuvent être démontés et réutilisés si nécessaire. Ils sont résistants aux chocs, mais coûteux et leur installation n'est possible qu'avec des spécialistes qualifiés, ils sont donc recommandés uniquement dans les endroits où les tuyaux en plastique ne peuvent pas être installés.

Tuyaux en plastique

Les tuyaux en plastique (PVC) sont bon marché et faciles à installer, mais ils réagissent au rayonnement solaire et peuvent se briser facilement, il est donc recommandé de les installer sous terre.

Diamètre du tuyau

Le diamètre de tuyau requis dépend de la consommation de biogaz des appareils à gaz et de la distance entre le réservoir de gaz et les appareils utilisant du biogaz. Les longues distances réduisent la pression du biogaz dans la conduite. Plus la distance est longue et plus le débit de gaz est important, plus les pertes dues au frottement sont importantes. Les coins et les raccords augmentent la perte de pression. La perte de pression dans les tuyaux en plastique est inférieure à celle des tuyaux en acier galvanisé. Le tableau 10 contient les diamètres de conduites et les débits de biogaz, ainsi que les longueurs de conduites pour des pertes de charge inférieures à 5 mbar.

Tableau 10. Diamètre de tuyau approprié pour différentes longueurs de tuyau et différents débits de gaz

Il ressort du tableau que pour un débit de gaz de 1,5 m3/h et des longueurs de tuyaux allant jusqu'à 100 mètres, les tuyaux en plastique d'un diamètre de 1,8 cm sont les plus appropriés. Une autre possibilité est de choisir un tuyau principal d'un diamètre de 2,4 cm. cm et un diamètre de 1,2 cm pour tous les autres tuyaux du système.

Emplacement du système de tuyauterie

Les tuyaux en plastique peuvent être utilisés pour les systèmes souterrains ou protégés du soleil et des chocs mécaniques. Dans tous les autres cas, des tuyaux en acier galvanisé sont utilisés. Pour évacuer le gaz directement de l'installation de biogaz, il est recommandé d'utiliser des tuyaux en acier galvanisé.

Les tuyaux en plastique doivent être situés à au moins 25 cm sous terre et entourés de sable ou de terre molle. Ensuite, après avoir vérifié l'étanchéité du système de canalisations, le fossé est soigneusement rempli de terre ordinaire. Le test de fuite est effectué en pompant de l'air dans le système de tuyauterie vide à 2,5 fois la pression de gaz maximale attendue. Si après plusieurs heures la perte d'air est évidente - la pression diminue, alors tous les raccordements sont vérifiés en versant dessus de l'eau savonneuse (en cas de fuite de gaz, des bulles se formeront à la surface des tuyaux).

Robinets et raccords

Les vannes les plus fiables sont les vannes à bille chromées. Les vannes généralement utilisées pour les systèmes d'eau ne conviennent pas pour une utilisation dans un système de gaz. La vanne de gaz principale doit être installée à proximité du réacteur. Des robinets à tournant sphérique comme dispositifs de sécurité doivent être installés sur tous les appareils à gaz. Des robinets et raccords correctement sélectionnés et installés permettent d'effectuer la réparation et le nettoyage des appareils à gaz sans fermer le robinet de gaz principal.

détenteurs de gaz

La méthode optimale d’accumulation du biogaz dépend des objectifs pour lesquels le biogaz sera utilisé. Si la combustion directe est assurée dans les brûleurs des chaudières et les moteurs à combustion interne, les grands réservoirs de gaz ne sont pas nécessaires. Dans de tels cas, les gazomètres sont utilisés pour niveler les irrégularités de la libération de gaz et améliorer les conditions de combustion ultérieure.

Dans les petites usines de biogaz, de grandes chambres d'automobile ou de tracteur peuvent être utilisées comme réservoirs de gaz, mais les réservoirs de gaz en plastique ou en acier sont le plus souvent utilisés.

Choix de la taille du réservoir de gaz

La taille du réservoir de gaz, c'est-à-dire son volume, dépend du niveau de production et de consommation de biogaz. Idéalement, le réservoir de gaz devrait être conçu pour accueillir le volume quotidien de biogaz produit. Selon le type de gazomètre et la pression qu'il peut supporter, le volume du gazomètre varie de 1/5 à 1/3 du volume du réacteur.

Porte-gaz en plastique

Les réservoirs de gaz en plastique ou en caoutchouc sont utilisés dans les pays développés pour collecter le biogaz dans des installations combinées où un conteneur ouvert est recouvert de plastique et sert de réacteur. Une autre option est un réservoir d'essence en plastique séparé.

Porte-gaz en acier

Les gazomètres en acier peuvent être divisés en deux types :

• réservoirs de gaz basse pression, secs et humides (0,01-0,05 kgf/cm2). Au lieu d'installer de tels gazomètres, vous devriez envisager d'utiliser un gazomètre en plastique, car les gazomètres basse pression autonomes coûtent plus cher et ne sont justifiés que dans le cas d'une grande distance (au moins 50-100 m) de l'installation à appareils utilisant du biogaz. De tels réservoirs de gaz sont également utilisés pour atténuer la différence entre la production quotidienne de gaz et la consommation de gaz.
• réservoirs de gaz de pression moyenne (8-10 kgf/cm2) et élevée (200 kgf/cm2). Le gaz est pompé dans ces réservoirs de gaz à l'aide d'un compresseur. Au Kirghizistan, les gazomètres moyenne pression sont utilisés dans les installations de biogaz de moyenne et grande taille. Les réservoirs de gaz à haute pression sont utilisés pour ravitailler les voitures et les bouteilles.

Instrumentation

Les instruments de contrôle et de mesure installés sur les réservoirs de gaz comprennent : un joint hydraulique, une soupape de sécurité, un manomètre et un réducteur de pression. Les réservoirs de gaz en acier doivent être mis à la terre.

Systèmes de mélange

Objectifs de mixage

Le mélange de la masse fermentée dans le réacteur augmente l'efficacité des installations de biogaz et assure :

• libération du biogaz résultant ;
• mélanger le substrat frais et la population bactérienne ;
• empêcher la formation d'une croûte et de sédiments;
• empêcher l'apparition de zones de températures différentes à l'intérieur du réacteur ;
• assurer une répartition homogène de la population bactérienne ;
• empêcher la formation de vides et d'accumulations qui réduisent la zone de travail du réacteur.

Figure 24. Réservoirs de gaz en acier de moyenne pression dans le village. Petrovka. Photo : Vedeneev A.G., OF Fluid

Méthodes de mélange

Le mélange des matières premières peut être effectué de la manière principale suivante : mélangeurs mécaniques, biogaz passé à travers l'épaisseur de la matière première et pompage des matières premières de la zone supérieure du réacteur vers la zone inférieure. Les organes de travail des mélangeurs mécaniques sont des vis, des pales et des barres. Ils peuvent être activés manuellement ou par moteur.

Agitation mécanique

Le mélange mécanique utilisant des rotors à pales est le plus souvent utilisé dans les réacteurs horizontaux en acier. L'axe horizontal s'étend sur toute la longueur du réacteur. Des lames ou des tubes pliés en boucles y sont attachés. Lorsque l'axe est tourné, la matière première se mélange, la croûte se brise et les sédiments se précipitent vers la sortie.

Figure 25. Systèmes de mélange de matières premières pour réacteurs verticaux : a, b - agitateur mécanique ; c, d - à l'aide d'une pompe ; d - biogaz et liquide ; e - biogaz.

Figure 26. Dispositifs de mélange des matières premières pour réacteurs horizontaux : a - biogaz ; b - lames mécaniques ; c - mélangeurs mécaniques à moteurs électriques ; g.- à l'aide d'une pompe ; d - mélangeurs mécaniques d'une éolienne.

Les agitateurs mécaniques à entraînement manuel sont les plus faciles à fabriquer et à utiliser. Ils sont utilisés dans les réacteurs de petites installations avec une production de biogaz insignifiante. Structurellement, ils représentent un puits installé horizontalement ou verticalement à l'intérieur du réacteur parallèle à l'axe central. Des pales ou autres éléments à surface hélicoïdale sont fixés à l'arbre, assurant le mouvement d'une masse enrichie en bactéries méthane dans le sens du lieu de déchargement vers le lieu de chargement. Cela permet d'augmenter le taux de formation de méthane et de réduire le temps de séjour de la matière première dans le réacteur.

mélange hydraulique

À l’aide de la pompe, vous pouvez mélanger complètement les matières premières tout en chargeant et déchargeant simultanément les matières premières. De telles pompes sont souvent situées au centre du réacteur pour remplir des fonctions supplémentaires.

Mélange pneumatique Le mélange pneumatique par réinjection du biogaz libéré dans le réacteur est réalisé par l'installation d'un système de canalisations au fond du réacteur et assure un mélange doux des matières premières. Le principal problème de ces systèmes est la pénétration des matières premières dans le système de gaz. Cela peut être évité en installant un système de vannes.

Le mélange par passage du biogaz à travers l'épaisseur de la matière première ne donne de bons résultats que si la masse fermentée est fortement liquéfiée et ne forme pas de croûte à la surface libre. Sinon, les particules flottantes doivent être continuellement éliminées ou les grosses particules doivent être séparées avant d'être chargées dans le réacteur.

Fréquence de mélange des matières premières

L'agitation peut être continue ou périodique selon le mode de fonctionnement du réacteur. Le mode de mélange optimal réduit considérablement le temps de fermentation des matières premières et évite la formation de croûte.

Bien qu'un mélange partiel se produise en raison de la libération de biogaz de la matière première, du mouvement de la température et du mouvement dû à l'entrée de matières premières fraîches, un tel mélange n'est pas suffisant.

Il faut remuer régulièrement. Un mélange trop rare de la matière première entraînera une séparation de la masse de la matière première et la formation d'une croûte, réduisant ainsi l'efficacité de la formation de gaz. Une matière première bien mélangée peut produire 50 % de biogaz en plus.

Une agitation trop fréquente peut endommager les processus de fermentation à l'intérieur du réacteur : les bactéries n'ont pas le temps de « manger ». De plus, cela peut conduire au déchargement de matières premières incomplètement transformées. L’idéal est de remuer doucement mais vigoureusement toutes les 4 à 6 heures.

Systèmes de chauffage des matières premières

De nombreuses petites installations de biogaz au Kirghizistan ont été construites sans système de chauffage ni isolation thermique. L'absence de système de chauffage permettra à l'installation de fonctionner uniquement en mode psychophile, et produira moins de biogaz et de biofertilisant qu'en modes mésophile et thermophile. Pour assurer une production plus élevée de biogaz et de biofertilisants, ainsi qu'une meilleure désinfection des matières premières, deux méthodes de chauffage sont utilisées : le chauffage direct sous forme de vapeur ou d'eau chaude mélangée aux matières premières et le chauffage indirect via un échangeur de chaleur, où le matériau chauffant , généralement de l'eau chaude, chauffe les matières premières sans se mélanger avec elles.

chauffage direct

Le chauffage direct à la vapeur présente un sérieux inconvénient : l'installation nécessite un système de génération de vapeur, comprenant une purification de l'eau des sels, et lors de l'utilisation du chauffage à la vapeur, une surchauffe des matières premières peut se produire. Le coût élevé d'un tel système de chauffage le rend économiquement viable uniquement lorsqu'il est utilisé dans de grandes usines de traitement des eaux usées. L'ajout d'eau chaude augmente l'humidité du substrat et ne doit être utilisé qu'en cas de besoin.

chauffage indirect

Le chauffage indirect est réalisé par des échangeurs de chaleur situés à l'intérieur ou à l'extérieur du réacteur, selon la forme du réacteur, le type de matière première et le mode de fonctionnement de l'installation.

Fig.27. Dispositif de chauffage indirect des matières premières

Figure 28. Chaudière à eau pour le système de chauffage du réacteur du village. Petrovka. Photo : Vedenev A.G., PF "Fluide"

Le chauffage par le sol n'a pas donné de bons résultats, car les sédiments accumulés au fond du réacteur rendent difficile le chauffage des matières premières. Le chauffage interne est une bonne solution si l’échangeur de chaleur est suffisamment solide pour ne pas se briser lorsque la matière première traverse le réacteur. Plus la surface de l'échangeur de chaleur est grande, plus la matière première est chauffée uniformément et plus le processus de fermentation se déroule efficacement (voir Fig. 26). Le chauffage externe utilisant un échangeur de chaleur avec des éléments conducteurs de chaleur à la surface des parois du réacteur d'une installation de biogaz est moins efficace en raison des pertes de chaleur à la surface des parois. En revanche, toute la paroi du réacteur peut être utilisée pour le chauffage et rien à l’intérieur du réacteur n’empêche le mouvement des matières premières. Le chauffage intermédiaire de la matière première est généralement effectué dans la trémie d'alimentation et offre l'avantage d'un accès plus facile pour le nettoyage et la réparation du réacteur.

Systèmes de chauffage interne et externe

Pour atteindre une efficacité maximale de production de biogaz, la digestion anaérobie nécessite des conditions de température environnementales spécifiques, de préférence proches de l’optimum du processus. Au Kirghizistan, un système de chauffage et une isolation du réacteur sont nécessaires pour atteindre la température de procédé souhaitée et éviter les pertes d'énergie. Pour chauffer un réacteur à température mésophile en utilisant de l'électricité, il faut en moyenne 330 W pour 1 m3 de volume de réacteur.

Le système de chauffage des matières premières le plus courant est un système de chauffage externe avec une chaudière à eau chaude fonctionnant au biogaz, à l'électricité ou à un combustible solide. Des chauffe-eau solaires peuvent également être utilisés. Des échangeurs de chaleur sous forme de serpentins, de sections de radiateur et de tuyaux soudés parallèles sont utilisés comme éléments chauffants, où le liquide de refroidissement est de l'eau chaude avec une température d'environ 60 °C. Des températures plus élevées augmentent le risque.

adhésion de particules en suspension à la surface de l'échangeur de chaleur. Il est recommandé de placer les échangeurs de chaleur dans la zone d'influence du dispositif de mélange, ce qui permet d'éviter le dépôt de particules solides à leur surface.

Installation de système de chauffage

Lors de l'installation d'un système de chauffage, il est important de fournir les conditions nécessaires au mouvement naturel du fluide dans ce système. A cet effet, il est nécessaire d'assurer l'alimentation en eau chaude jusqu'au point haut du système et le retour de l'eau refroidie vers le point bas.

Des vannes doivent être installées sur les canalisations de chauffage pour évacuer l'air des points les plus élevés, et le système de chauffage doit être équipé d'un vase d'expansion pour modifier le volume d'eau. Pour contrôler la température à l’intérieur du réacteur d’une usine de biogaz, un thermomètre doit être installé.

Types d'installations recommandées pour la mise en œuvre au Kirghizistan

Compte tenu des conditions climatiques et autres du Kirghizistan, il est recommandé d’introduire les types d’installations de biogaz suivants.

Installation de biogaz à chargement manuel sans agitation et sans chauffage des matières premières dans le réacteur

L'installation de biogaz la plus simple (Fig. 29) est destinée aux petites exploitations. Le volume du réacteur de l'installation est de 1 à 10 m3, conçu pour traiter 50 à 200 kg de fumier par jour. L'installation contient un minimum d'éléments pour assurer le processus de transformation des fumiers et d'obtention de biofertilisants et de biogaz : un réacteur, une trémie de chargement des matières premières fraîches, un dispositif de sélection et d'utilisation du biogaz, un dispositif de déchargement des matières premières fermentées.

L'usine de biogaz peut être utilisée dans les régions du sud du Kirghizistan sans chauffage ni mélange et est conçue pour fonctionner dans une plage de température psychophile de 5°C à 20°C. Le biogaz produit est immédiatement envoyé pour être utilisé dans les appareils électroménagers.

La masse traitée est évacuée du réacteur par le tuyau de déchargement au moment du chargement de la prochaine portion de matières premières ou en raison de la pression du biogaz dans le réacteur de l'installation. La masse fermentée non chargée entre dans un conteneur de stockage temporaire, dont le volume ne doit pas être inférieur au volume du réacteur.

Figure 29. Schéma de l'installation de biogaz la plus simple avec chargement manuel sans agitation et sans chauffage des matières premières dans le réacteur : 1 - réacteur ; 2 - trémie de chargement ; 3 - trappe d'accès au réacteur ; 4 - joint hydraulique ; 5 - tuyau de déchargement ; 6 - sortie biogaz.

N’importe quel agriculteur peut construire lui-même une simple installation de biogaz. Le tableau montre les spécifications et l'estimation des matériaux qui seront nécessaires à sa construction.

Tableau 11. Spécification et devis pour la fabrication de l'installation de biogaz la plus simple avec chargement manuel sans agitation et sans chauffage des matières premières

La séquence des travaux pour la construction de l'usine de biogaz la plus simple

Lorsque vous réalisez vous-même une simple installation de biogaz, il est recommandé de respecter l'ordre suivant : après avoir déterminé le volume quotidien de fumier accumulé sur la ferme pour être traité dans une usine de biogaz et sélectionné le volume du réacteur requis, vous devez sélectionner l'emplacement de l'usine de biogaz. réacteur et préparer les matériaux pour le réacteur de l'usine de biogaz. Ensuite, les conduites de chargement et de déchargement sont installées et la fosse est préparée pour l'installation de biogaz. Après avoir installé le réacteur dans la fosse, la trémie de chargement et la sortie de gaz sont installées, après quoi le panneau d'écoutille est installé, qui servira à l'entretien et à la réparation du réacteur. Ensuite, le réacteur est vérifié pour les fuites, la peinture et l'isolation thermique de l'installation. L'installation est prête à être mise en service !

Usine de biogaz avec chargement manuel et mélange des matières premières.

La construction d'une usine de biogaz avec chargement et mélange manuels des matières premières (Fig. 30) ne nécessite pas non plus de coûts financiers importants.

Figure 30. Schéma d'une usine de biogaz avec chargement et mélange manuel des matières premières : 1 - réacteur ; 2 - trémie de chargement ; 3 - dispositif de mélange ; 4 - joint hydraulique ; 5 - tuyau de déchargement ; 6 - sortie biogaz.

Il est destiné aux petites exploitations. Le volume du réacteur de l'installation est de 1 à 10 m3, conçu pour traiter S0 - 200 kg de fumier par jour. Pour augmenter l'efficacité de l'usine de biogaz, un dispositif de mélange manuel des matières premières a été installé.

Installation de biogaz avec chargement, mélange et chauffage manuels des matières premières dans le réacteur

Pour un processus de fermentation plus intensif et plus stable, un système de chauffage du réacteur a été installé (Fig. 31).

Figure 31. Schéma d'une usine de biogaz avec chargement, mélange et chauffage manuels des matières premières dans le réacteur : 1 - chaudière à eau chaude ; 2 - trémie de chargement ; 3 - dispositif de mélange ; 4 - réacteur ; 5 - joint hydraulique ; 6 - élimination du biogaz ; 1 - trémie de déchargement, 8 - réservoir de stockage pour biofertilisants ; 9 - tuyau de déchargement.

L'installation peut fonctionner en mode mésophile et thermophile. Le réacteur de l'installation de biogaz est chauffé à l'aide d'une chaudière à eau chaude fonctionnant au biogaz produit.

Le reste du biogaz est utilisé directement dans les appareils électroménagers.

Les matières premières transformées sont stockées dans un conteneur spécial jusqu'à leur application au sol.

Installation de biogaz à chargement manuel, gazomètre, mélange pneumatique des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur

Une installation simple avec chargement manuel des matières premières dans le réacteur est équipée d'un dispositif de pompage automatique du biogaz produit et d'un gazomètre pour son stockage (Fig. 32).

Figure 32. Schéma d'une installation de biogaz à chargement manuel, gazomètre, mélange pneumatique des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur : 1 - chaudière à eau chaude ; 2 - trémie de chargement ; 3 - réacteur ; 4 - joint hydraulique ; 5 - manomètre à contact électrique ; 6 - dispositif de mélange ; 1 - compresseur ; 8 - récepteur ; 9 - bunker pour le déchargement des matières premières ; 10 - déchargement des matières premières ; 11 - stockage des biofertilisants ; 12 - réservoir d'essence ; 13 - réducteur de gaz.

Le mélange des matières premières dans le réacteur est effectué pneumatiquement à l'aide de biogaz.

Une telle installation de biogaz peut fonctionner dans toutes les conditions de température de fermentation.

Installation de biogaz avec gazomètre, préparation manuelle et chargement et mélange pneumatique des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur

L'installation (Fig. 33) est destinée aux moyennes et grandes exploitations ayant la capacité de traiter de 0,3 à 30 tonnes ou plus de matières premières par jour. Les volumes du réacteur vont de S à 300 m3 et plus.

Figure 33. Schéma d'une installation de biogaz agricole avec gazomètre, préparation manuelle et chargement et mélange pneumatique des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur : 1 - trémie de chargement des matières premières ; 2 - chaudière à eau chaude ; 3 - réacteur ; 4 - soupape de sécurité ; 5 - joint hydraulique ; 6 - manomètre à contact électrique ; 1 - compresseur ; 8 - récepteur ; 9 - stockage des biofertilisants ; 10 - déchargement des matières premières ; 11 - sortie de tuyau pour le chargement dans le transport ; 12 - réservoir d'essence ; 13 - réducteur de gaz ; 14 - dispositif de mélange.

La préparation, le chargement et le mélange des matières premières sont mécanisés et effectués à l'aide d'un système pneumatique. Le chauffage des matières premières dans le réacteur d'une usine de biogaz est réalisé à l'aide d'un échangeur de chaleur avec une chaudière à eau fonctionnant au biogaz. Le pipeline de déchargement des matières premières comporte une branche pour la collecte des biofertilisants stockés et pour le chargement dans des véhicules en vue de leur évacuation vers le champ.

La conception de cette installation de biogaz (Fig. 32) prévoit une préparation manuelle et un chargement pneumatique des matières premières dans le réacteur, une partie du biogaz produit est utilisée pour chauffer les matières premières dans le réacteur. Le mélange se fait avec du biogaz. Le biogaz est sélectionné automatiquement. Le biogaz est stocké dans un réservoir de gaz. L'installation peut fonctionner dans n'importe quel régime de température pour la fermentation des matières premières.

Installation de biogaz avec gazomètre, préparation mécanique, chargement et mélange pneumatique des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur

Une particularité de cette installation de biogaz (Fig. 34), destinée aux moyennes et grandes exploitations paysannes, est la présence d'un réservoir spécial pour la préparation des matières premières, d'où elle est acheminée à l'aide d'un compresseur jusqu'à la trémie de chargement, puis, à l'aide du biogaz comprimé, vers le réacteur de l'usine. Une partie du biogaz produit est utilisée pour faire fonctionner le système de chauffage. L'installation est équipée d'une sélection automatique du biogaz et d'un réservoir de gaz pour son stockage. La présence d'un système de chauffage permet de faire fonctionner l'installation de biogaz dans tous les modes de fermentation.

Figure 34. Schéma d'une installation de biogaz agricole avec gazomètre, préparation mécanique, chargement et mélange pneumatique des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur : 1 - Récepteur à fumier ; 2 - Chaudière à eau chaude ; 3 - Trémie de chargement ; 4 - Réacteur ; 5 - Joint hydraulique ; 6 - Soupape de sécurité ; 1 - Manomètre à contact électrique ; 8 - Compresseur ; 9 - Mélangeur de gaz ; 10 - Récepteur ; 11 - Stockage de biofertilisants ; 12 - Sortie de tuyau pour le chargement en transport ; 13 - Gazomètre ; 14 - Réducteur de gaz.

Tableau 12. Spécifications des équipements et matériaux pour une installation de biogaz agricole avec gazomètre, préparation mécanique, chargement pneumatique et mélange des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur (voir Fig. 12 et 13)

Tableau 13. Devis pour la production d'une installation de biogaz agricole avec gazomètre, préparation mécanique, chargement pneumatique et mélange des matières premières, avec chauffage des matières premières dans le réacteur (voir Fig. 12 et 13).

* Cette estimation n'inclut pas les frais de transport, les frais de travaux de génie civil et les déductions fiscales.

Exploitation d'installations de biogaz

Le fonctionnement quotidien stable d'une installation de biogaz nécessite un haut niveau de discipline de la part du personnel d'exploitation pour obtenir des volumes élevés de biogaz et de biofertilisants et une longue durée de vie de l'installation. De nombreux problèmes surviennent en raison d’erreurs opérationnelles. Souvent, ces problèmes peuvent être minimisés par :

• choisir une conception d'installation simple adaptée aux conditions climatiques locales et aux matières premières disponibles ;
• utilisation de matériaux et d'appareils de haute qualité;
• bonne formation du personnel et obtention des conseils de professionnels sur le fonctionnement de l'installation.

Préparer le lancement

La phase de préparation comprend la vérification de l'étanchéité du réacteur et du système de gaz. Pour ce faire, un manomètre d'eau est connecté au système de gaz, tous les robinets sont fermés afin que la surpression d'air dans le réacteur puisse être mesurée avec un manomètre.

Pour ce faire, le réacteur est rempli d'eau jusqu'au niveau de fonctionnement. L'excès d'air sera expulsé par la soupape de sécurité. Après cela, enregistrez les lectures du manomètre et laissez le réacteur rempli d'eau pendant une journée. Si après XNUMX heures, l'indication du manomètre n'a pas changé ou a légèrement changé, nous pouvons alors supposer que le système de gaz et le réacteur sont suffisamment étanches. S'il y a une perte de pression dans le réacteur et le système de gaz, il est nécessaire de rechercher et d'éliminer la fuite.

Les travaux de mise en service d'une installation de biogaz ne peuvent commencer que lorsque l'installation dans son ensemble et ses éléments sont jugés aptes à fonctionner et répondent aux exigences d'un fonctionnement sûr.

Phase de mise en service

La charge initiale d'une nouvelle usine de biogaz devrait, si possible, être constituée de déchets provenant d'une autre usine (environ 10 %) ou de fumier frais de bétail, car un fonctionnement réussi nécessite des souches de micro-organismes producteurs de méthane, dont un grand nombre se trouvent dans le bétail frais. fumier.

L'âge et la quantité de la première portion de matières premières ont une forte influence sur l'ensemble du déroulement de la fermentation. Il est recommandé de s'assurer qu'il y a une quantité suffisante de matières premières avant de terminer l'installation. Lors du premier chargement, vous pouvez diluer une quantité insuffisante de matière première avec plus d'eau que d'habitude pour remplir le réacteur aux 2/3 du volume.

Types de matières premières

Selon le type de matière première utilisée, l'installation de biogaz peut mettre plusieurs jours à plusieurs semaines pour atteindre un niveau de fonctionnement stable. Après avoir dilué la matière première jusqu'à l'obtention d'une masse homogène de l'humidité requise, elle est chargée dans le réacteur, qui n'est rempli qu'aux 2/3 du volume interne. Le volume restant du réacteur est utilisé pour accumuler du biogaz.

La matière première chargée dans le réacteur ne doit pas être froide - sa température doit être proche de la température de fermentation optimale sélectionnée.

Optimisation de la mise en service

Pour optimiser le processus de fermentation, certaines méthodes de démarrage bien connues peuvent être utilisées :

• introduction dans le réacteur d'un démarreur actif à partir d'un réacteur en fonctionnement normal ;
• ajouter des réactifs tels que chaux, dioxyde de carbone, alcali et autres;
• remplir le réacteur avec de l'eau tiède et y ajouter progressivement du fumier ;
• remplir le réacteur avec du fumier frais ;
• remplissage du réacteur avec des gaz chauds et chargement progressif de fumier.

Pour assurer une croissance durable des micro-organismes pendant la période de démarrage, le chauffage de la matière première chargée doit augmenter progressivement, pas plus de 2°C par jour, pour atteindre 35-37°C. Pendant le processus de chauffage, un mélange intensif de la matière première doit être assuré. Après 7 à 8 jours, la vie active des micro-organismes dans le réacteur commence et la libération de biogaz commence.

Caractéristiques de la phase de mise en service

La période de mise en fonctionnement d'une installation de biogaz est appelée période de mise en service et se caractérise par :

• biogaz de mauvaise qualité contenant environ 60 % de dioxyde de carbone ;
• forte odeur de biogaz;
• chute du pH ;
• libération intermittente de gaz.

Stabilisation du processus

Le passage au mode de fonctionnement s'effectue plus rapidement si les matières premières sont mélangées fréquemment et intensément. Si pendant le processus de mise en service, la stabilisation du processus de fermentation est retardée, une petite quantité de fumier de bétail doit être ajoutée au réacteur pour rétablir l'équilibre du pH. Immédiatement après la stabilisation du processus de fermentation, un grand volume de matière première non fermentée produira une grande quantité de biogaz. Une fois que le niveau de biogaz produit est tombé au niveau attendu, le chargement régulier des matières premières peut commencer.

Préparation du réservoir de gaz

Le réservoir de gaz ne peut être préparé pour le remplissage de gaz dans le cadre d'un module qu'après acceptation et test conformément aux spécifications techniques et après inspection par les autorités du Gosgortekhnadzor.

Pour éviter la formation d'un mélange explosif, avant de remplir le réservoir de gaz, il est nécessaire que l'air soit évacué de l'ensemble du système, y compris les gazoducs. L'air est déplacé par l'eau, suivi du déplacement de l'eau par du gaz sous pression ou des gaz ininflammables. Le déplacement d'air est considéré comme terminé si la teneur en oxygène de l'échantillon de gaz prélevé dans le réservoir de gaz ne dépasse pas 5 %.

Une inspection externe doit vérifier l'état des instruments de contrôle et de mesure inclus dans le réservoir de gaz (clapets anti-retour et de sécurité, manomètre, réducteur de pression). La fiabilité de la mise à la terre et de la protection contre la foudre du réservoir de gaz est vérifiée à l'aide d'un compteur de mise à la terre. La résistance de mise à la terre ne doit pas dépasser 4 ohms.

Qualité du gaz

Lorsque l’installation de biogaz atteint son mode de fonctionnement, la qualité du biogaz sera faible. Pour cette raison, et également pour éviter une situation explosive liée à l'oxygène résiduel contenu dans les réservoirs de gaz, les deux premiers volumes quotidiens de biogaz doivent être rejetés dans l'air. Une fois que le biogaz devient inflammable, il peut être utilisé aux fins prévues.

Activités quotidiennes

Dosage de matières premières

Pour un fonctionnement optimal des installations de biogaz, la dose quotidienne de fumier frais et la fréquence de son épandage sont d'une grande importance. La dose de charge n'est pas une valeur constante et dépend du type de matière première, de la température de fermentation et de la concentration en matière sèche dans la matière première.

À petites doses de chargement quotidien de matières premières, ne dépassant pas 1 à 5 % du volume du réacteur par jour, moins de biogaz est libéré qu'à fortes doses de 10 à 20 %. Cependant, avec de fortes doses de charge quotidienne, la teneur en méthane du biogaz diminue et la teneur en dioxyde de carbone augmente.

La dose de charge quotidienne optimale pour les installations avec des températures de fermentation mésophiles en termes de qualité du biogaz peut être considérée comme 6 à 10 % du volume total de matières premières chargées avec une durée de fermentation de 10 à 20 jours. La dose de charge optimale pour le mode thermophile peut être considérée comme 1S-2S7 avec une durée de fermentation de 4 à 8 jours. Lors de l'utilisation du mode de fermentation psychophile, il est recommandé de ne pas charger plus de 2 % lors de l'ajout quotidien de nouvelles matières premières. Si la méthode de chargement par lots est utilisée, le réacteur est chargé immédiatement aux 2/3 et les matières premières sont traitées sans ajout de fumier frais pendant 40 jours ou plus.

Fréquence de chargement et de mélange

La dose quotidienne ne doit pas être introduite entièrement dans le réacteur, mais progressivement, en portions égales à intervalles réguliers, 4 à 6 fois par jour. Après avoir chargé la portion suivante, il est recommandé de mélanger les matières premières. L'état et le fonctionnement des appareils de mélange doivent être vérifiés quotidiennement.

Contrôle du processus de fermentation par la couleur de la masse fermentée

Le déroulement du processus de fermentation des matières premières dans le réacteur peut être jugé par l'intensité du dégagement de biogaz, ainsi que par la couleur de la masse fermentée à la sortie du réacteur.

L'absence de biogaz ou sa faible formation indique une faible activité microbienne et peut être détectée par la couleur grise de la masse fermentée. La raison en est peut-être aussi un manque de micro-organismes, conduisant à l'atténuation du processus de fermentation, dont la reprise nécessite l'introduction de solutions nutritives avec une bonne concentration de micro-organismes et, par conséquent, avec un potentiel de bonne formation de gaz.

Avec un excès de nutriments, des acides peuvent se former et l'activité des micro-organismes peut diminuer. Dans ce cas, la couleur de la matière première fermentée vire au noir et un film blanc peut se former à sa surface. Les acides peuvent être neutralisés en introduisant des cendres végétales ou de l'eau de chaux.

Si la masse fermentée a une couleur brun foncé et que de la mousse se forme à sa surface, nous pouvons alors supposer qu'un processus de fermentation normal est en cours.

Contrôle du niveau des matières premières

Un problème particulier dans les petites installations est le blocage des ouvertures du réacteur. Cela peut entraîner une pression excessive à l’intérieur du réacteur et un blocage du tuyau de gaz. Pour éviter cela, il est nécessaire de vérifier quotidiennement le niveau des matières premières et l'état des trous d'installation.

Opérations hebdomadaires et mensuelles

• Contrôle des sas à eau;
• Mise à jour des filtres à gaz ;
• Nettoyage de dômes dans des installations à dômes flottants ;
• Vérifier la porosité des tuyaux flexibles et des tuyaux.

Opérations annuelles

• Enlèvement de la croûte à la surface de la matière première et des sédiments du fond du réacteur de l'installation ;
• L'ensemble de l'installation et du système de gaz doit être vérifié pour les fuites et la pression.

la prévention des accidents

Lors de l'exploitation d'une installation de biogaz, faites attention aux points suivants :

• L'inhalation de grandes quantités de biogaz sur une longue période peut provoquer une intoxication, car le sulfure d'hydrogène, le méthane et le dioxyde de carbone contenus dans le biogaz sont toxiques. Le biogaz non traité sent l’œuf pourri, mais après purification, il n’a plus d’odeur. Par conséquent, toutes les pièces où se trouvent des appareils électroménagers utilisant du biogaz doivent être régulièrement aérées. Les conduites de gaz doivent être régulièrement vérifiées pour détecter les fuites et protégées contre tout dommage. La détection des fuites de gaz doit être effectuée à l'aide d'une émulsion de savon ou de dispositifs spéciaux. L'utilisation de flammes nues pour détecter des fuites de gaz est interdite.
• Le biogaz mélangé à l'air dans une proportion de 5 à 15 % en présence d'une source d'inflammation ayant une température de 600°C ou plus peut provoquer une explosion. Un feu ouvert est dangereux lorsque les concentrations de biogaz dans l'air dépassent 12 %. Il est donc interdit de fumer et d’allumer des feux à proximité de l’installation. Lors des travaux de soudage, la distance par rapport aux équipements à gaz doit être d'au moins 10 mètres. Après avoir vidangé les matières premières des usines de biogaz pour réparation, le réacteur doit être ventilé, car il existe un risque d'explosion du mélange de biogaz et d'air.
• La pression du gaz fourni par le gazoduc jusqu'au point de consommation ne doit pas dépasser 0,15 MPa (1,5 kgf/cm2) et devant les appareils électroménagers ne doit pas dépasser 0,13 kgf/cm2. Le réacteur doit être équipé de vannes et de joints hydrauliques qui, si nécessaire, pourraient le déconnecter du pipeline principal de biogaz. Le réacteur doit être équipé d'une soupape de décharge automatique en cas de surpression dans le système de gaz si elle dépasse la normale.
• L'équipement électrique utilisé doit être mis à la terre. La résistance du fil de terre ne doit pas dépasser 4,0 ohms.
• Les principales sources de danger sanitaire sont la présence d’œufs d’helminthes, de bactéries Escherichia coli et d’autres microflores pathogènes dans le lisier et les canalisations de fumier. Des précautions doivent donc être prises pour prévenir l’infection. Ainsi, il n’est pas recommandé de manger de la nourriture dans les exploitations agricoles et à proximité des usines de biogaz.
• Le réacteur et l'installation de stockage des biofertilisants doivent être construits de manière à éviter tout risque de chute de personnes à l'intérieur.

Exigences du Gosgortekhnadzor

La conception, l'exploitation et la maintenance des installations de biogaz doivent être conformes aux exigences des « Règles pour la conception et l'exploitation sûre des appareils à pression » de la Surveillance minière et technique d'État de la République kirghize, si les installations de biogaz comprennent :

• navires fonctionnant sous une pression de gaz supérieure à 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).
• bouteilles destinées au transport et au stockage de gaz comprimés sous pression supérieure) 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).
• réservoirs et fûts pour le transport et le stockage de gaz comprimés, dont la pression de vapeur à des températures allant jusqu'à S0°C dépasse la pression de plus de 0,07 MPa (0,7 kgf/cm2).

Les personnes âgées d'au moins 18 ans qui disposent d'une autorisation de l'Autorité nationale de surveillance minière et technique de la République kirghize sous la forme d'un certificat standard pour le droit d'entretenir des installations de biogaz et d'effectuer des travaux dangereux liés au gaz peuvent être autorisées à entretenir des installations de biogaz et effectuer des travaux dangereux liés aux gaz.

Entretien, surveillance et réparation

L'entretien d'une installation de biogaz comprend les travaux nécessaires au fonctionnement efficace et à long terme de l'installation, et des réparations sont effectuées en cas de panne de l'installation de biogaz.

Maintenance quotidienne

Tableau 14 Maintenance quotidienne

Entretien mensuel

• Nettoyer et contrôler le fonctionnement des appareils électroménagers à gaz ;
• Lubrifiez les pièces mobiles;
• Effectuer l'entretien de service des moteurs;
• Entretenir les soupapes de pression ;
• Entretenez le système d'agitation.

Tableau 15. Contrôle des armatures

Entretien annuel

• Révision complète du réacteur et de toute l'installation ;
• Vérifier l'absence de rouille sur les parties métalliques de l'installation, renouveler le revêtement protecteur ;
• Vérifiez les conduites de gaz pour déceler des fuites sous pression. Les fuites de gaz sont souvent imperceptibles pendant le fonctionnement des installations, car elles sont compensées par le volume de biogaz produit.

Surveillance

La surveillance consiste à collecter des données sur le fonctionnement de l'installation pour :

• identifier les problèmes au travail;
• déterminer la rentabilité économique réelle et le retour sur investissement de l'installation ;
• comparaison de différents types de matières premières et de méthodes de travail afin d'optimiser.

Les données suivantes doivent être collectées :

• Quantité et type de matières premières, proportion d'eau pour diluer les matières premières ;
• Température des matières premières à différentes étapes du processus de transformation. Avec une collecte régulière de données, il est facile d'identifier les problèmes dans le système de chauffage ;
• Débit biogaz : les mesures sont effectuées avec un compteur de gaz situé entre le gazomètre et le réacteur (production de biogaz) ou entre l'appareil et le gazomètre (utilisation du biogaz). Dans des installations simples, la production de gaz peut être mesurée pendant les périodes sans consommation de gaz. Les changements dans la production de gaz et la fréquence de ces mesures permettent une détermination plus précise de la cause du problème ;
• Production d'électricité et de chaleur dans les grandes installations ;
• Bilan acido-basique (mensuel);
• Quantité quotidienne chargée de matières premières ;
• La quantité de sulfure d'hydrogène dans le biogaz (mensuel);
• Analyse de l'effet fertilisant du biofertilisant (annuellement ou saisonnièrement) pour déterminer la quantité optimale d'engrais à appliquer dans les champs.
• Enregistrements des pannes et de leurs causes. De tels enregistrements permettent de comparer et de déterminer plus facilement les causes des pannes.

Réparer

Les pannes pouvant survenir dans une installation de biogaz en activité sont décrites dans le tableau ci-dessous. La cause d’inquiétude la plus courante est la baisse de la production de biogaz.

Tableau 16. Causes courantes de pannes et leur élimination

Les travaux de réparation sont effectués aussi bien en cas de pannes que lors du fonctionnement normal des installations. Les réparations autres que celles indiquées ci-dessus doivent être effectuées par des spécialistes, car le propriétaire de l'installation n'a généralement pas de formation technique. Dans tous les cas, une inspection annuelle de l'installation doit être effectuée par des techniciens formés.

Documentation

Pour assurer un fonctionnement, un entretien et une réparation normaux, l'installation doit disposer de la documentation suivante :

1. Schémas schématiques d'installation de systèmes de gaz et électriques, schéma d'implantation ;
2. Passeports des fabricants d'appareils sous pression ;
3. Plans et calendriers d'entretien et de réparation des composants et des appareils ;
4. Carnets de bord permettant d'enregistrer le fonctionnement des installations et les consignes de sécurité et de tester les connaissances du personnel d'exploitation "Règles de sécurité dans l'industrie gazière".

Auteurs : Vedenev A.G., Vedeneva T.A.

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Nouvelles aléatoires de l'Archive AMD Radeon R9 290 09.11.2013 Après l'annonce en octobre de l'accélérateur phare Radeon R9 290X et une semaine de retard supplémentaire, AMD a enfin dévoilé officiellement son deuxième accélérateur graphique, basé sur la même nouvelle puce hawaïenne 28 nm avec 6,2 milliards de transistors. Cependant, afin de réduire le coût de la solution pour ces cartes vidéo, des puces ont été sélectionnées qui fonctionnent à une fréquence inférieure et ont des unités de calcul désactivées. En conséquence, la carte vidéo a reçu 2560 processeurs de flux au lieu de 2816 à une fréquence de base allant jusqu'à 947 MHz (au lieu de 1000 MHz) et une performance de calcul maximale de 4,9 téraflops. AMD positionne également cet accélérateur sur des écrans à résolution 4K (Ultra HD) - le nombre d'unités d'opérations raster (ROP) est resté inchangé par rapport au flagship - 64 (la Radeon HD 7970 n'en compte que 32). Cependant, le nombre d'unités de texture (TMU) a été légèrement réduit - de 176 à 160. Comme la Radeon R9 290X, AMD recommande de tester le nouvel accélérateur en résolution Ultra HD - selon lui, en résolution 4K, vous pouvez découvrir ce que le solution est vraiment capable de. Les autres caractéristiques du R9 290 restent inchangées par rapport au R9 290X : l'interface 512 bits offre un débit allant jusqu'à 320 Go/s, la quantité de mémoire GDDR5 est de 4 Go à 1250 MHz. AMD Radeon R9 290, comme l'accélérateur phare, évolue bien en mode CrossFire. Contrairement aux anciens accélérateurs de la société, dans la série R9 290, les accélérateurs interagissent sans pont Crossfire spécial - toutes les communications se font via un slot PCIe, et cela n'affecte pas la qualité du travail et les performances, mais cela vous permet de placer des cartes vidéo plus librement dans le cas. La Radeon R9 290 (ainsi que les R9 290X et R7 260X) prend en charge la nouvelle technologie audio programmable TrueAudio, conçue pour porter l'environnement sonore des jeux à un tout autre niveau. AMD compare TrueAudio dans l'audio aux shaders programmables dans les graphiques. TrueAudio sera pris en charge dans de nombreux moteurs audio de jeux. Les premiers titres prenant en charge la technologie incluent Thief d'Eidos, Lichdom de Xaviant, Star Citizen de Cloud Imperium Games et Murdered Soul Suspect de Square Enix/AirTight. Le prix attendu de l'accélérateur Radeon R9 290 sur le marché américain devrait être d'environ 450 $. Dans notre région, la popularité de la solution dépendra de l'importance de la différence de prix de détail par rapport à une carte vidéo Radeon R9 290X à part entière.

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