Национальной академии наук республики казахстан

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
123 
N E W S 
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN 
SERIES OF GEOLOGY AND TECHNICAL SCIENCES 
ISSN 2224-5278 
Volume 6, Number 420 (2016), 123 – 135
 
 
 
O. V. Zhirnova, A. Zh. Toigozhinova, B. Imanbek, S. Zhumabek, 
A. Zhakhanov, N. A. Sommer, E. A. Kulakova, B. A. Suleimenov 
 
Kazakh National Research Technical University after named K. I. Satpaev, Almaty, Kazakhstan.  
E-mail: oxana_fedoseyeva@mail.ru 
 
DIAGNOSIS OF COMBUSTION PROCESS BIOGAS  
AND GAS POWER PLANTS  
TO REDUCE GREENHOUSE GAS EMISSIONS  
 
Keywords: the bioreactor, biogas, bacteria, adjusting, mathematical model, distributed system, optimal control, 
integration, aggregation. 
Abstract. This paper shows the environmental and economic efficiency of biogas. An analysis of the prospects 
for world energy development shows a marked shift of priority issues in a comprehensive assessment of the possible 
side effects of the impact of major sectors of energy on the environment, the life and health of the population. Energy 
conservation measures and environmental security are aimed at increasing the use of CHP and renewable energy 
sources. The main advantages of CHP are: low cost of energy, low return on investment, the ability to quickly build, 
reducing environmental pollution. The main advantage of renewable energy sources is the use of the inexhaustible 
source of energy, such as solar, wind and biofuels. The paper discusses the various sources of energy capacity of 1 
MW mini-thermal power station with diesel, gas piston and turbine engines, as well as renewable energy-generation 
plant with a gas-piston engines running on biogas, solar and wind power. Found that all sources participating in the 
emission of greenhouse gases. Gas turbine engines emit more greenhouse gases than other motors. The most envi-
ronmentally friendly way to produce electricity is solar panels. This paper shows the environmental and economic 
efficiency of biogas in the brewery. The article used the standard method for determination of greenhouse gas emis-
sions through the levels. Calculations for natural gas and biogas. The results of the calculations showed that the 
amount of greenhouse gas emissions from the combustion of natural gas and biogas in the boilers reduced. The 
efficiency of co-combustion of these fuels. It is shown that co-combustion of natural gas and biogas will reduce the 
emission of emission gases by 10%. 
 
 
УДК 658.52.011 
 
О. В. Жирнова, А. Ж. Тойгожинова, Б. Иманбек, С. Жумабек,  
А. Жаханов, Н. А. Соммер, Е. А. Кулакова, Б. А. Сулейменов 
 
Казахский национальный исследовательский технический университет им. К. И. Сатпаева,  
Алматы, Казахстан 
  
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА СОВМЕСТНОГО СЖИГАНИЯ 
БИОГАЗА И ГАЗА НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ  
ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСА ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ 
 
Аннотация. В работе показана экологическая и экономическая эффективность использования биогаза. 
Анализ  перспектив  развития  мировой  энергетики  свидетельствует  о  заметном  смещении  приоритетных 
проблем в сторону всесторонней оценки возможных последствий влияния основных отраслей энергетики на 
окружающую  среду,  жизнь  и  здоровье  населения.  Мероприятия  по  энергосбережению  и  экологической 
безопасности направлены  на  увеличение  использования  мини-ТЭЦ и  возобновляемых  источников энергии. 

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
124  
Основными достоинствами мини-ТЭЦ являются: низкая стоимость вырабатываемой энергии, низкая окупае-
мость,  возможность  быстрого  строительства,  снижение  уровня  загрязнения  окружающей  среды.  Основным 
преимуществом  возобновляемых  источников  энергии  является  использование  неисчерпаемых  источником 
энергии,  таких  как  солнечная  энергия,  ветер  и  биотопливо.  В  работе  рассмотрены  различные  источники 
энергии  мощностью 1 МВт:  мини-ТЭЦ  с  дизельными,  газопоршневыми  и  газотурбинными  двигателями,  а 
также  возобновляемые  источники  энергии  мини-ТЭЦ  с  газопоршневыми  двигателями,  работающими  на 
биогазе, солнечные и ветровые электростанции. Установлено, что все источники принимают участие в эмис-
сии  парниковых  газов.  Газотурбинные  двигатели  выбрасывают  парниковых  газов  больше,  чем  остальные 
двигатели. Самым экологичным способом производства электроэнергии являются солнечные батареи. В ра-
боте  показана  экологическая  и  экономическая  эффективность  использования  биогаза  на  пивоваренном 
предприятии. В статье использована стандартная методика определения эмиссии парниковых газов по уров-
ням. Выполнены расчеты для природного газа и биогаза. Полученные результаты показали, что количество 
выбросов  парниковых  газов  от  сжигания  природного  газа  и  биогаза  на  котлах  уменьшаются.  Доказана  эф-
фективность совместного сжигания данных видов топлива. Показано, что совместное сжигание природного 
газа и биогаза позволит снизить выбросы эмиссионных газов на 10%. 
Ключевые слова: биореактор, биогаз, бактерии, регулирование, математическая модель, распределен-
ная система, оптимальное управление, интеграция, агрегирование. 
 
Введение.  В  сегодняшних  условиях  истощения  традиционных  энергетических  ресурсов  и 
напряженной  экологической  обстановки  крайне  важно  использовать  возобновляемые  источники 
энергии.  Непрерывный  рост  потребностей  современного  общества  в  энергии  приводит  к  увели-
чению  потребления  ископаемых  топливно-энергетических  ресурсов  и,  соответственно,  к  увели-
чению выброса в атмосферу продуктов сгорания, в том числе, парниковых газов, повышение кон-
центрации  которых  в  атмосфере  является  одной  из  вероятных  причин  безвозвратного  изменения 
климата [1]. Одним из основных путей снижения объема выбросов парниковых газов и экономии 
традиционных видов топлива является замена ископаемого топлива на возобновляемые источники 
энергии. Одним из таких источников может быть биогаз [2]. Основными критериями при выборе 
технологии  энергетического  использования  биогаза  являются  экономические  показатели  и  вели-
чина снижения эмиссии парниковых газов при допустимой величине выбросов загрязняющих ве-
ществ.  Если  экономические  критерии  известны  и  достаточно  эффективно  используются  на  прак-
тике,  то  существующие  экологические  критерии  не  позволяют  объективно  сравнивать  различные 
технологии  и  оборудование,  использующие  различные  виды  биотоплива,  а  также  полностью 
учесть влияние вида и качества заменяемого топлива [3]. Альтернативные виды газа – это все виды 
газов,  кроме  природного  (пропан,  биогаз,  древесный  газ,  газ  мусорных  свалок  и  многие  другие). 
Эти газы довольно часто обладают практически противоположными характеристиками. Это могут 
быть  как  газы  с  низкой  теплотворной  способностью  (газы  химической  промышленности  от                   
0,5 кВт
ч/Нм
3
), малым содержанием метана и низкой степенью детонации, так и газы с очень боль-
шой  теплотворной  способностью  (бутан – до 34 кВт
ч/Нм
3
).  Энергия,  получаемая  из  биомассы, 
может  внести  значительный  вклад  в  экологически  чистое  энергоснабжение.  На  данный  момент 
биогаз  отличается  наибольшей  эффективностью  использования  и  обеспечивает  наиболее  полную 
реализацию  энергетического  потенциала  биомассы.  Самое  слабое  место  в  биогазовом  процессе  –
 низкая  скорость  переработки  биомассы  и  качество  получаемого  биогаза.  Процесс  на  самом  деле 
неустойчивый и капризный. Из-за низкой скорости переработки требуются огромные ферментеры. 
Это  приводит  к  существенным  капитальным  затратам  на  строительство  станций  по  переработке 
отходов и, как следствие, такие проекты долго окупаются и требуют государственных дотаций. По 
пути  господдержки  производителей  биогаза  пошли  все  ведущие  страны  этой  отрасли,  такие,  как 
Германия  и  большинство  европейских  стран.  Форма  такой  поддержки  реализована  в «зеленом» 
тарифе –  т.е.  покупке  электрической  и  тепловой  энергии  по  завышенным  ценам.  Этот  важный 
механизм государственной поддержки стимулировал производителей на первоначальном этапе, но 
позднее  привел  к  стагнации  отрасли  с  технической  точки  зрения,  так  как  фирмы  производители 
биогазового  оборудования не особо  заботились  о  качестве  и  новых  технологиях. И так  все  поку-
пали. Но времена меняются. Кризис отрасли будет огромен, как только меры господдержки будут 
свернуты,  о  чем  уже  заявили  многие  европейские  страны,  что  привело  к  появлению  множества 
судебных  исков  инвесторов [2]. Поэтому  в  ближайшее  время  ожидается  бум  предложений  по 
продаже  устаревших  биогазовых  технологий  в  Казахстане,  где  эта отрасль  развита  слабо, а  госу-

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
125 
дарственные дотации будут в нее огромны. Это очень опасная тенденция, которую нельзя допус-
тить. Рынок биогаза в Казахстане может остаться за национальными компаниями, но эти компании 
должны  поддержать  научные  разработки  с  целью  получить  опережающий  технический  задел  в 
биогазовой  технологии.  И  это,  в  первую  очередь,  связано  со  значительным  ускорением  биогазо-
вого процесса. Также  в Казахстане должна быть климатически адаптированная технология, кото-
рую можно использовать по всей территории республики. 
Методы  исследования.  Биогаз  образуется  в  ходе  анаэробного  сбраживания  органических 
материалов в ферментере биогазовой установки. Биогаз, состоящий преимущественно из метана и 
углекислого  газа,  образуется  при  анаэробном  разложении  органических  отходов.  Содержание 
метана (CH
4
) в этом газе составляет от 45 до 70 процентов. При его горении  выделяется  столько 
CO
2
,  сколько  было  поглощено  растением  во  время  роста.  Блочно-модульные  энергоблоки,  рабо-
тающие  на  биогазе,  позволяют  экономить  выбросы,  которые  образовались  бы  при  сжигании  не-
возобновляемых  энергоносителей.  Вместо  неконтролируемого  разложения  этих  отходов  и  вы-
свобождения  газов  в  атмосферу  отходы  помещаются  в  среду  с  пониженным  содержанием  кисло-
рода,  например  в  закрытый  отстойник  или  надземный  стальной  резервуар.  Метан,  отбираемый 
оттуда, используется для производства электроэнергии или тепла. В связи с наличием загрязнений 
и неоднородностью биогаза, как правило, требуется предварительная подготовка. Однако исполь-
зование газового двигателя, созданного специально для работы на биогазе, позволяет снизить за-
траты  на  предварительную  подготовку.  В  подавляющем  числе  случаев,  наиболее  эффективным 
вариантом первичного двигателя, работающего на спецгазах, являются газопоршневые двигатели с 
зажиганием  от искры. Биогаз (альтернативный  газ) – это  газ, получаемый  метановым брожением 
биомассы. Биогаз представляет собой смесь метана и углекислого газа, образующаяся в процессе 
анаэробного (происходящего без доступа воздуха) сбраживания в специальных реакторах, устроен-
ных таким образом, чтобы обеспечить максимальное возможное выделение метана. Теплотворная 
способность  биогаза  порядка 5,5 кВт
ч/м
3
,  что  является  хорошей  альтернативой  традиционным 
видам топлива (рисунок 1). 
 
 
 
 
 
Рисунок 1 – Распределение теплоты сгорания от вида газа 
Figure 1 – Distribution of combustion heat from a type of gas 
 
Энергия,  получаемая  в  процессе  сжигания  биогаза,  может  быть  использована  для  подогрева 
воды,  выработки  тепла  для  технологических  нужд  и  отопления,  для  обеспечения  автономного 
электроснабжения.  Переработанная  биомасса  может  быть  использована  в  качестве  экологически 
чистого удобрения (рисунок 2). 
Когенерационные установки вырабатывают электроэнергию, тепловую энергию, снижают вы-
бросы парниковых газов в окружающую среду. Благодаря использованию прогрессивных техноло-
гий  по  выработке  биогаза  из  отходов  органического  происхождения  возможно  минимизировать 
затраты по утилизации данных отходов. В зависимости от полноты информации  возможна  оценка 
выбросов парниковых газов на трех уровнях. Чем больше информации  о применяемой  технологии 

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
126  
 
 
Рисунок 2 – Система получения и сжигания биогаза 
Figure 2 – System of receiving and combustion of biogas 
 
сжигания  топлива,  тем  выше  может  быть  уровень  оценки.  Так,  если  известны  только  данные  о 
количестве сожженного топлива в год, то расчеты возможны только на уровне 1 [4]. Если же есть 
национальные данные об удельных коэффициентах выбросов для этих источников выбросов и типа 
топлива и, кроме того, известен содержание углерода в используемых видах топлива, то расчеты 
можно выполнить на уровне 2. 
В простейшем случае при расчетах на уровне 1 выбросы любого парникового газа M
ПГ
 в пер-
вую очередь СО
2
 определяются формулой (1) 
М
пг 
= ∑m*k*k
пг
*Ф ,                                                            (1)
 
где m – количество сожженного топлива этого типа, в т; k – коэффициент для пересчета топлива из 
тыс. т в терраДжоули, k
пг
 – удельный коэффициент эмиссии углерода. для СО
2 
k
пг
 =V
CO2
*44/15 Ф – 
фракция  окисления.  Принимается,  что  Ф = 1. Этот  коэффициент  необходим  для  лучшего  согла-
сования  с  теорией  и  понимания  физической  сути  вычислений; n – число  видов  топлива,  которые 
были использованы. 
Для каждого вида расчеты выполняются не зависимо, а суммы той или иной парниковых газов 
затем складываются [5]. 
По вышеуказанной методике была проведена оценка выбросов парниковых газов на предприя-
тии  ТЭЦ  (г.  Люблин,  Польша).  В 2009–2010 годах  компанией  была  проведена  реконструкция 
парового котла с модернизацией горелок для работы как на природном газе, так и на смеси из био-
газа. От очистных сооружений в котельную был проведен газопровод для транспортировки биогаза 
и последующего его сжигания в котельной. В котельной за год сжигается около 3 606 000 м
3
  при-
родного газа и 470 000 м
3
биогаза.  
Рассмотрим выбросы парниковых газов СО
2
, СН
4
 и N
2
O. Поскольку никаких данных о режиме 
сжигания топлива нет кроме его количества, то расчеты придется выполнять для СО
2
 на уровне 2, а 
для СН
4
 и N
2
O на уровне 1. Оценим сначала выбросы СО
2
 от сжигания природного газа, на основе 
формулы 1. 
Предполагается  что  для  технологических  нужд  сжигается  только  природный  газ.  Результаты 
расчетов, по выбросам СО
2
 размещены в таблице 1. 
 
Таблица 1 – Результаты расчетов выбросов СО
2
 от сжигания природного газа 
Table 1 – Results of calculations of bursts of CO
2
 from combustion of natural gas 
 
Топливо 
Количество, 
тыс.нм
3
/год 
Коэффициент  
пересчета, ТДж 
Количество, 
ТДж 
Удельный коэффициент 
выбросов, т/ТДж 
Выбросы СO
2
,  
т 
Природный газ 
4 076 000 
34,08 
138 910,0 
7 726 641,6 
 
Таким образом, выбросы СО
2
 от сжигания природного газа составили 7 726 641,68 тонн в год. 
Оценим  выбросы  СO
2
 в  случае,  когда  часть  природного  газа  замещается  биогаза.  Результаты 
показаны в таблице 2. 
 
Таблица 2 – Результаты расчетов выбросов СО
2
 от сжигания биогаза 
Table 2 – Results of calculations of bursts of CO
2
 from combustion of biogas 
 
Топливо 
Количество, 
тыс. нм
3
/год 
Коэффициент 
пересчета, ТДж 
Количество, 
ТДж 
Удельный коэффициент 
выбросов, т/ТДж 
Выбросы СO
2
,  
т 
Природный газ 
3 606 000 
34,08 
122 892,48 
6 835 689,4 
Биогаз 
470 000 
5,61 
2636,7 
90 008,2 

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
127 
Суммарные  выбросы  СО
2
 котельной  при  сжигании  природного  газа  и  биогаза  составили                    
6 925 697,53 т в год. Выбросы СН
4
 и N
2
O рассчитываются от того же количества природного газа, и 
для СО
2
. Результаты расчетов выбросов СН
4
 и N
2
O показаны в таблице 3. 
 
Таблица 3 – Величина выбросов СН
4
 и N
2
О от сжигания природного газа 
Table 3 – Value of bursts of CH
4
 and N
2
O from combustion of natural gas 
 
Топливо 
Количество, 
тыс. нм
3
/год 
Удельный коэффициент 
выбросов СН
4
 , т/ТДж 
Выбросы СН
4
, 
т 
Удельный коэффициент  
выбросов N
2
O, т/ТДж 
Выбросы N
2
O, 
т 
Природный газ 
138910,09 0,001 138,91 0,001 138,91 
 
Коэффициенты выбросов СН
4
, данные в таблице 3 в кг/ТДж, представленные нами для удоб-
ства в тонах/ТерраДжоуль. Для коэффициента N
2
O расчеты выполнены аналогично. 
Общие выбросы по котельной при сжигании природного газа составили: 
а) СО
2
 – 7 726 641,68 т; 
б) СН
4
 – 138,91 т; 
в) N
2
O – 138,1 т. 
Для получения результата в  СО
2
-эквиваленте умножаем  выбросы  метана потенциал  глобаль-
ного потепления метана – 21, а выбросы закиси азота на потенциал глобального потепления 310. 
Таким образом, получено суммарные выбросы в количестве 7 772 621 т СО
2
-эквивалента. 
При сжигании природного газа и биогаза величины выбросов СН
4
 и N
2
О показаны в таблице 4. 
 
Таблиця 4 – Величина выбросов СН
4
 и N
2
О от сжигания совместно природного газа и биогаза 
Table 4 – Value of bursts of CH
4
 and N
2
O from burning jointly natural gas and biogas 
 
Топливо 
Количество,  
тыс. нм
3
/год 
Удельный коэффициент 
выбросов СН
4
 , т/ТДж 
Выбросы СН
4
, 
т 
Удельный коэффициент 
выбросов N
2
O, т/ТДж 
Выбросы N
2
O, 
т 
Природный газ 
122892,48 
0,001 122,9 0,001 122,9 
Биогаз 2636,7  0,06  158,2 0,015 39,55 
 
Общие выбросы по котельной одновременном сжигании природного газа и биогаза составили: 
а) СО
2
 – 6 925 697,53 т; 
б) СН
4
 – 281,1 т; 
в) N
2
O – 162,45 т. 
Получены суммарные выбросы в количестве 6 981 960 т СО
2
-эквивалента. 
Уменьшение выбросов при одновременном сжигания природного газа и биогаза на котельной 
составляет 79 0661 т СО
2
-эквивалента в год. 
В статье показана эффективность использования биогаза. Это обеспечит очистки сточных вод 
предприятий  пищевой  промышленности,  сократит  потерю  площадей,  занимаемых  стоками  пред-
приятия. Расчеты показали, что сжигание совместно природного газа и биогаза позволит снизить 
выбросы  эмиссионных  газов  на 790 661 т  СО
2
-эквивалента  в  год,  что  улучшит  экологическую 
ситуацию  в  регионе.  Существенное  снижение  выбросов  в  атмосферу  парниковых  газов  позволит 
привлечь дополнительные средства.  
Чтобы действительно иметь существенные конкурентные преимущества над существующими 
европейскими технологиями в Казахстане необходимо создать биогазовую технологию, которая: 
1. На 50% увеличит скорость переработки биомассы в биогаз. 
2. Минимум на 15% увеличит концентрацию метана в биогазе непосредственно в ферментере 
вне зависимости от вида и качества сырья по сравнению с классическими технологиями. 
3. Как минимум не приведет к увеличению стоимости, а как максимум сократит капитальные 
затраты при масштабировании технологии до промышленного масштаба. 
4. Технология должна быть устойчива к климатическим особенностям по всему региону. 
Это те минимальные требования, которые позволят снизить риски инвесторов и повысить кон-
курентоспособность  и  экономическую  эффективность  промышленных  биогазовых  объектов.  При 
этом эффективную биогазовую технологию должны сопровождать технологии: 

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
128  
1.  Пробоподготовки  сырья  (системы  перемещивания,  ультразвукового  обеззараживания, 
стерилизации и т.п.). 
2.  Контролинга  процесса  (промышленные  контроллеры,  адаптированные  к  таким  задачам, 
СКАДА системы и т.п.). 
3. Системам и технологиям контроля состава биогаза (современные газоанализаторы, сенсоры, 
датчики). 
4. Системы и технологии утилизации низкокалорийного биогаза (эффективные газовые котлы, 
бойлеры, генераторы электричества). 
5. Системы экологического мониторинга. 
6. Системы очистки биогаза до биометана. 
7. Исследования и технологии использования биогазового удобрения для сельского хозяйства. 
В  течение  четырех  последних  лет  ведутся  исследования  биогазовых  технологий  с  целью 
получения скоростной технологии переработки биомассы в биогаз. При этом неожиданно быстро 
были  получены  результаты,  которые  были  высоко  оценены  польскими  экспертами  из  научного 
сообщества.  Не  смотря  на  кажущуюся  простоту  установок  в  польской  лаборатории  ЛПУ  9г. 
Люблин, Польша), которые сделаны своими руками, на них были сделаны сотни экспериментов по 
исследованию  биогазовых  процессов.  Фактические  же  данные  по  концентрации  газов,  контро-
лингу, логгированию были получены на самом современном оборудовании, к примеру, с исполь-
зованием СКР-газоанализа.  
Результаты исследования. С целью исследования производимого биогаза в качестве топлива 
для производства электрической энергии использовался лабораторный стенд, закупленный нашим 
Вузом  партнером – Институт  электроники  и  информационных  технологий,  Люблинский  техни-
ческий университет г. Люблин, Польша (рисунки 3, 4). 
 
       
 
 
Рисунок 3 – Внешний вид установки метантенка 
Figure 3 – Appearance of metantenka 
 
 
 
Рисунок 4 – Когенерационная установка 
Figure 4 – The Cogeneration equipment 

ISSN 2224-
В  лю
ствия меж
установки
слаженно
должно  п
случайны
мизироват
потоков  д
технологи
С  пом
как бытов
крупногаб
земля, а та
С  по
ратуре в к
минеральн
утилизаци
Устан
пературно
ступенчат
ны, газ с п
Систе
полезного
высокий  в
технологи
получения
отработан
используе
димое теп
и другими
В нас
когенерац
биотоплив
традицион
окружающ
-5278             
юбом  случае
жду всеми е
и. Это связа
й  работы  вс
полностью 
ый набор эле
ть работу би
для  того,  ч
ического про
мощью  терм
вой и промы
баритный м
акже вновь 
мощью  упл
канале удале
ных и метал
ии отходов. 
новка  работ
ом  реакторе
той очистке,
помощью га
ема  сконстр
о действия. 
выход  элект
ического  пр
я перегрето
нных газов и
ется  для  пре
пло, кроме э
и потребите
стоящее вре
ции – однов
ва  и/или  би
нных электр
щую среду, 
                      
е  рассмотре
е элементам
ано с тем, чт
сего  оборуд
подходить 
ементов, исп
иогазовой у
чтобы  опре
оцесса.  
моселективн
ышленный м
мусор, шлам
поступающ
Ри
F
лотнения  му
ения газов б
ллических в
тает  по  неза
е  синтетиче
, снабжает, с
азового двиг
руирована  т
Реализован
трической  э
роцесса.  Теп
ой воды, а от
из системы 
едварительн
этого, в зави
лями. 
емя в развит
временной 
иомассы, – 
ростанций (
в тепловых
                     
ение  общей 
ми следует п
то эффектив
дования,  сос
по  заданн
полняющих 
установки, н
еделить  ту 
ного  метод
мусор, легки
мовые массы
щий на свалк
исунок 5 – Схе
igure 5 – Diagr
усора,  удал
более 600 °С
включений 
ависимой  сх
еский  газ,  к
с одной стор
гателя преоб
таким  обра
ное в ней с
энергии  в  т
пловая  энер
тходящее те
обогрева ка
ного  подогр
исимости от
тых зарубеж
(комбиниро
находящая 
(ТЭЦ), где п
х электроста
                      
 
129 
технологич
проводить, 
вная работа
ставляющег
ным  рабочи
определенн
необходимо 
стадию  ее 
а  утилизиру
ие фракции
ы, получающ
ку мусор (ри
 
 
ема термоселе
ram of a thermo
 
ления  возду
С, добавлен
эта техноло
хеме  энерго
оторый  под
роны, устан
бразуется не
азом,  что  в 
очетание эл
то  время,  ка
ргия  отрабо
епло двигат
анала удален
рева  воздуха
т места расп
жных страна
ованной)  ге
все  больше
побочно пр
анциях с ис
   Серия геол
ческой  цепо
начиная с э
а биогазовой
го  технологи
им  парамет
ные рабочие
также прос
работы,  к
уются  самы
, получающ
щиеся при о
исунок 5). 
ктивного мето
oselective meth
ха,  гомоген
ия чистого 
огия предста
оснабжения.
двергается  ш
новку необхо
епосредстве
целом  дос
лектроэнерг
ак  остаточно
отанных  газ
теля – для п
ния газов от
а,  участвую
положения у
ах большой 
енерации  эл
ее  практиче
оизводимое
спользовани
логии  и техн
очки  и  опти
этапа проект
й установки
ическую  це
трам,  а  не 
е функции. Д
следить тече
которая  тор
ые  разнообр
щиеся при др
очистке сточ
 
ода 
od 
низации  и  д
кислорода, 
авляет собо
.  Вырабаты
шоковому  о
одимой энер
енно в элект
стигается  вы
гии, тепла и
ое  тепло  ис
зов  двигате
получения го
тбирается че
ющего  в  про
установки, м
популярно
лектричеств
еское  приме
е тепло теря
ем когенера
нических наук
имального  в
тирования б
и является с
епочку.  Поэт
представля
Для того, чт
ение ее мате
рмозит  тече
разные  отхо
роблении ма
чных вод, з
дегазации  п
а также рас
ой замкнутую
ваемый  в  в
охлаждению
ргией, с дру
трическую э
ысокий  коэ
и холода обе
спользуется 
еля  использ
орячей воды
ерез теплоо
оцессе  горен
может испол
стью пользу
ва  и  тепла 
енение.  В  о
яется, выбра
ационных т
к. № 6. 2016 
 
взаимодей-
биогазовой 
следствием 
тому  одно 
ять  собой 
тобы опти-
ериальных 
ение  всего 
ды,  такие, 
атериалов, 
араженная 
при  темпе-
сплавления 
ю систему 
ысокотем-
ю  и  много-
угой сторо-
энергию. 
эффициент 
еспечивает 
для  всего 
зуется  для 
ы. Энергия 
бменник и 
ния.  Отво-
льзоваться 
уется идея 
на  основе 
отличие  от 
асываясь в 
технологий 

Известия Н
 
происходи
цессы,  от
получает 
жения. КП
электриче
высокой  т
ность,  ши
выход  на 
пактность
вторичны
мый  в  про
техимичес
ким харак
природно
топливо) 
сбережени
считается
комплекс 
ванием  по
очистител
ния). Коге
источника
стративны
совместно
когенерац
ла  и  холо
производс
тепловой 
нужд.  Хо
ческую, а 
Мате
определит
сгорания 
параметро
известног
Мате
для  оцен
каналов: т
 
 
Национально
ит отбор об
топление  и  т
150  кВт  те
ПД когенера
еской  энерг
топливной 
ирокий  диап
номинальн
ь,  бесшумно
ые энергетич
оцессе  гази
ских и мета
ктеристикам
м  газе,  поб
и  древесну
ия  и  сниже
я наиболее о
оборудован
олученного 
льной  устан
енераторны
а  электроэн
ых  и  медиц
о с централи
ции является
ода.  Это  на
стве и обесп
энергией, а
лод  выраба
тепловую э
ематическая 
ть количест
при  исполь
ов (расходов
го элементно
ематическая 
нки  чувстви
температуры
ой академии н
 
бразуемого т
т.д.).  При  э
епловой  мощ
аторов дост
гии  и  тепла
эффективно
пазон  мощн
ную  мощнос
ость.  В  кач
ческие ресур
фикации  би
аллургическ
м: выхлопны
бочные  про
ую  золу  (и
ения  экологи
оптимальным
ния, полнос
генераторн
новкой  для  п
е установки
нергии  на  п
инских  учр
изованными
я тригенера
аиболее  совр
печении объ
а также холо
атывается  в 
энергию, про
модель  на 
твенный сос
ьзовании  в  к
в компонен
ого (качеств
точность  м
ительности 
ы продуктов
наук Республи
тепла и его 
этом  на 100
щности  в  ви
тигает 90%, 
а.  К  принци
ости,  относи
ностей  (от  н
сть  (несколь
честве  топли
рсы,  такие  к
иомассы,  сп
ких производ
ые газы дви
одукты  пред
используется
ической  наг
м. Промышл
тью обеспеч
ного  газа  в 
получения  с
и (мини-ТЭЦ
предприятия
реждениях,  в
и системами
ция – комби
ременное  и
ъекта всеми 
одом для си
абсорбцион
оизведенную
основании 
став его усл
качестве  ис
нтов топлива
венного) сос
модели  позв
результато
в сгорания и
ики Казахста
   
130  
применени
0  кВт  электр
иде  горячей
что на 30–4
ипиальным 
ится  неогра
нескольких 
ько  минут),
ива  для  уст
как  попутны
пециальные 
дствах. Мин
гателей сод
дставляют 
я  как  удоб
грузки  прим
ленная газо
чивающий г
электроген
силового  ге
Ц) – использ
ях  промышл
в  жилых  ко
и электро- и
инированно
и  эффективн
тремя видам
истем конди
нной  холоди
ю когенерат
уравнений 
ловной форм
сходных  дан
а, соответст
става топлив
воляет  испо
ов  расчетов
и расходов г
ан  
ие в различн
рической  м
й  воды  для 
40% эффект
преимущес
аниченная  р
единиц  до 
,  адаптивно
тановок  исп
ый газ,  биог
технологич
ни-ТЭЦ выг
держат мень
собой  древ
рение  почв
менение  ген
генераторна
газификаци
ераторных 
енераторног
зуются в кач
ленности  и 
омплексах  к
и теплоснаб
ое производс
ное  решени
ми энергети
ционирован
ильной  маш
торной уста
вида  для  г
мулы, энтал
нных  велич
твующих им
ва ([C], [H], 
ользовать  п
в  с  учетом
горючего и о
 
ных целях (т
ощности  по
отопления 
тивнее разде
ствам  данно
ресурсная  б
нескольких
сть  к  измен
пользуются 
газ,  свалочн
ческие  газы,
годно отлич
ьше выбросо
весный  угол
вы).  В  конт
нераторного
ая мини-ТЭ
ю твердой б
установках 
о  газа  энерг
честве осно
сельского 
как  в  автоно
бжения. Расш
ство электри
е,  базирующ
ических ресу
ния воздуха 
шине,  потре
ановкой. 
газообразног
льпию топли
ин  замеренн
м температу
[О]) (рисун
олученные 
м  погрешно
окислителя.
Рисунок 6 –
систе
в прог
Figure 6
of sy
in the compu
технологиче
отребитель 
и  горячего 
ельного про
ого  подхода
аза,  высока
х  сотен  кВт
нению  нагру
возобновля
ный газ, газ
,  выделяемы
чаются по эк
ов, чем при
ль  (использ
тексте  идеи
о  газа,  как 
Ц представл
биомассы с 
(т.е.  газоге
гетического
овного или р
хозяйства, 
омном  режи
ширенным в
ической эне
щееся  на  со
урсов: элект
или технол
бляющей  н
го  топлива 
ива, состав 
ных  технол
ур в камере 
нок 6).  
на  ее  осно
остей  измер
. 
– Структурная
мы управлени
грамме MаtLА
6 – Block diagr
ystem of control
uter program M
еские про-
в  среднем 
водоснаб-
оизводства 
а,  помимо 
ая  мобиль-
т,  быстрый 
узок,  ком-
яемые  или 
з, получае-
ые  на  неф-
кологичес-
 работе на 
зуется  как 
и  ресурсо-
и  биогаза, 
ляет собой 
использо-
енератор  с 
о  примене-
резервного 
в  админи-
име,  так  и 
вариантом 
ергии, теп-
овместном 
трической, 
логических 
е  электри-
позволяет 
продуктов 
логических 
сгорания), 
ве  данные 
рительных 
я схема  
я  
АB 
ram  
l  
MatLAB 

ISSN 2224-
Ри
п
i
 
Резул
подтверди
регулиров
путем      п
разработа
задания,  т
технологи
электриче
жения ука
щихся  на 
ной. В ста
и природн
ния таког
Разработа
Обсу
являются 
ной/жидко
ства, птиц
финансов
0,3 м
3
 на 
но  сжиган
основаны 
чением  го
эробном с
групп  бак
кислоты) 
На 2-й ста
что приво
анаэробны
брожение
максимал
рывном р
мальных 
концентра
трации то
фильное  б
(рисунок 
-5278             
исунок 7 – Пер
при экстремаль
Figure 7 –Tra
in case of extrem
льтаты  мод
или  работо
вания  проце
поддержания
анной  имит
то  есть  под
ия  очистки 
еской  и  теп
азанных эне
самих  очис
атье как объ
ного газа. П
о топлива о
аны математ
уждение рез
технологи
ой  биомасс
цеводства, р
ых ресурсов
1 кг сухого 
нию 0,6 л  б
на  анаэроб
орючего  газ
сбраживании
ктерий.  На 
превращаю
адии они по
одит к образ
ых (метаноо
е  проходит 
ьное выдел
ежимах. Ос
технологич
ации  питате
оксичных ве
брожение), 
8).  
                      
реходной проц
ьном регулиро
ansition process
mal regulation o
делирования
оспособност
есса  горени
я    оптималь
тационной  м
ддержание  К
городских 
пловой  энер
ергозатрат з
стных  соору
ъект управле
Предложены
определить е
тические мо
зультатов. К
и  получени
сы  с  одновр
растениевод
в для уничт
вещества. Т
бензина,  ил
бном  сбраж
за,  содержащ
и органичес
1-й  стадии 
ются  в  более
одвергаются
зованию лет
образующих
в  специаль
ение метана
собенно важ
ческих  услов
ельных  вещ
еществ. В м
25–40 °С  (
                     
цесс системы 
овании КПД 
s of system 
of efficiency
 
я  системы
ть  разработ
я  в  топке  п
ьного    значе
модели  экс
КПД  котла 
сточных  в
гии.  В  усло
за счет испо
ужениях  и  п
ения рассма
ы математич
его состав и
одели процес
Ключевыми
ия  биогаза 
ременным  р
ства и др., н
тожения. Пр
Теплота сгор
и 0,85 л  эт
живании  орг
щего  до 60%
ские вещест
сложные  ор
е  простые  с
я воздействи
тучих жирны
х) бактерий 
ьных  реакто
а. Метантен
жным в проц
вий  в  метан
ществ,  требу
метантенках 
(мезофильно
                      
 
131 
ы  автомати
танной  мод
позволяет  ул
ения    КПД
стремальног
на  одном  у
вод  связана
овиях  остро
ользования н
постоянно  в
атривалась у
ческая модел
и обеспечить
сса адсорбц
и для решен
путем  ана
решением  п
наносящих з
ри переработ
рания 1 м
3
 б
танола,  или 
ганических  о
%  метана  и
тва разлагаю
рганические
соединения 
ию группы а
ых кислот, к
превращаю
орах-метант
нки эксплуат
цессе анаэро
нтенке:  тем
уемого  знач
поддержив
ое  брожени
   Серия геол
ического  ре
дели.  Полу
лучшить  эн
(рисунок  7
го  регулиро
уровне  с  зад
а  с  потребл
ого  энергети
нетрадицион
возобновляю
установка по
ль и метод, 
ь оптимальн
ции биогаза и
ния проблем
аэробной  би
проблемы  ут
значительны
тке отходов
биогаза сост
1,75  кг  дре
отходов  (с 
  калорийно
ются в три ст
е  соединени
в  результат
анаэробных
которые на 
ются в диокс
тенках,  кон
тируют как 
обного сбраж
мпературы,  д
чения  рН, 
вают темпер
ие)  или 40–6
логии  и техн
егулировани
ученная  мод
нергетически
).  Доказано
ования  при
данной  точн
лением  знач
ического  кр
нных источн
ющихся,  явл
о совместно
позволяющ
ные парамет
и природног
мы автономн
иохимическ
тилизации 
ый ущерб эк
в выход био
тавляет 22 М
евесины.  Би
влажностью
остью 5–6 ты
тадии с учас
ия  (протеин
те  фермента
х (кислотооб
3-й стадии 
сид углерод
струкция  к
в периодич
живания явл
доступа  кис
отсутствия 
ратурный ре
60 °С  (терм
нических наук
ия  работы 
дель  экстр
ие  показател
о    работосп
и  изменении
ностью.  Со
чительных 
ризиса  проб
ников энерг
ляется  остр
ому сжигани
щие в процес
тры процесс
го газа. 
ного энергос
кой  конверс
отходов  жи
кологии и тр
газа составл
МДж, что эк
иогазовые  т
ю  выше 75%
ыс.  ккал/м
3
стием двух р
ны,  углеводы
ационного  г
бразующих)
под действи
да и метан. М
которых  обе
ческом, так 
ляется созда
слорода,  до
или  низко
ежим 0–25 °
мофильное 
к. № 6. 2016 
 
агрегата 
ремального 
ли  работы 
пособность 
и  сигнала 
временная 
количеств 
блема  сни-
гии, имею-
о  актуаль-
ию биогаза 
ссе сжига-
са горения. 
снабжения 
сии  влаж-
ивотновод-
ребующих 
ляет около 
квивалент-
ехнологии 
%)  с  полу-
.  При  ана-
различных 
ы,  жирные 
гидролиза. 
) бактерий, 
ием строго 
Метановое 
еспечивает 
и в непре-
ание опти-
остаточной 
ой  концен-
°С (психо-
брожение) 

Известия Н
 
Потер
которого 
режима,  п
ный.  За  р
фильный 
ческих  св
веществ), 
настоящее
для  втор
растворов
сточных  в
способнос
щих грану
дительнос
метантенк
1–2 часов
до 0,5 час
временны
доля  тепл
биомассы
производс
метан, кот
экологиче
автотранс
большинс
активно  п
энергии и
ванных бы
В  силу  не
мальными
получения
масштабн
результат
применяе
современн
установок
мые в уст
обслужив
ности  сре
более выс
Национально
ри  тепла  пр
составляет 
при  которых
рубежом,  в  о
выглядит  п
войств  сбро
который  м
е время нах
ричной  пер
в  и  сточных
вод”).  Разра
сти метаноб
ул размером
сть – время
ки) до 2–3 ч
в (EGSB – р
са (реакторы
ые биогазовы
ла  использу
ы и самих ме
ств и жилья
торый в сжа
ески  более  ч
спорта  биом
стве  стран  м
промышленн
из аграрных 
ытовых отх
еотработанн
и  для  испол
я  синтез-газ
ное  произво
ы опублико
мые для сни
ных  утепли
к и т.д.), не 
тановках газ
вания и загря
еди  энергоге
соким КПД 
ой академии н
 
ри  фермент
50–60%.  Н
х  обычно  о
основном, п
предпочтите
оженного  ос
может  испол
ходят все бо
еработки  м
х  вод  (так  н
аботка  техн
бразующих б
м 1–3 мм. Би
я  прохожден
часов (UASB
реакторы с р
ы с псевдоож
ые энергоус
уется  на  тех
етантенков)
я. При очист
атом или сж
чистое  топл
метаном  мож
мира  произв
ные  биогазо
и животнов
ходов, из эне
ности  систем
льзования  с
за  термохим
дство  в  свя
ованных исс
ижения себе
телей  для  с
обеспечива
зо- поршнев
язняют возд
енерирующ
обладают т
наук Республи
Рисунок 7 – В
Figure 8 – T
тации  лими
Наибольшее 
осуществляе
применяется
ельнее  с  точ
статка – эф
льзоваться  д
олее широко
метанобразу
называемые 
нологии  ста
бактерий к с
иореакторы 
ния  среды  ч
B – реактор
расширенны
жиженным 
тановки час
хнологическ
). В зимний 
тке биогаза 
жиженном в
ливо  с  больш
жет  произво
водство  био
овые  технол
водческих о
ергетически
мы  устойчи
считаются  у
мической  к
язи  с  широк
следований в
естоимости 
сокращения 
ают в должн
вые генерато
дух оксидам
их  установо
топливные э
ики Казахста
   
132  
 
Виды биогазовы
Types of biogas 
 
итируют  сте
практическ
ется  процесс
я  менее  энер
чки  зрения 
ффлюента  (о
для  получен
ое применен
ующими  ба
“биореакто
ала  возможн
самогрануля
данного ви
через  них  со
ы с восходя
ым и взвеше
слоем). Что
сто выполня
кие  процесс
период – ч
от углекисл
иде может у
шей  теплот
одиться  на 
огаза  постав
логии  испол
отходов, отх
их травянист
ивого  обесп
установки  м
конверсией, 
кой  и  разноо
в области р
энергии, по
тепловых  п
ной мере тр
оры имеют 
ми азота и се
ок  (различн
элементы. Н
ан  
ых технологий
technologies
 
епень  эффек
кое  примен
с  сбраживан
ргоемкий  м
скорости  пр
отсутствия  к
ния  фосфорн
ние специал
актериями 
оры  для  ана
ной  после  о
яции – обра
ида имеют и
окращается 
ящим поток
енным слое
обы исключ
яются в коге
сы  (главным

жүктеу/скачать 14,97 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: