Een biogasgenerator, als een complete set apparatuur die biogas dat wordt geproduceerd door de anaerobe vergisting van biomassa, omzet in elektrische energie, heeft een structureel ontwerp dat rechtstreeks van invloed is op de operationele efficiëntie, stabiliteit en milieuprestaties ervan. In totaal bestaat het uit een gasvoorbereidings- en zuiveringseenheid, een gastoevoersysteem, een energieopwekkingseenheid, een apparaat voor de terugwinning van afvalwarmte, een elektrische en besturingseenheid en een veiligheidsbeschermingssysteem. Deze componenten werken samen om het gehele conversieproces van ruw gas naar gekwalificeerde elektrische energie te realiseren.
De gasvoorbereidings- en zuiveringseenheid vormt de voorkant-van het hele systeem. Deze eenheid omvat voornamelijk een anaerobe vergister, een roerapparaat, een verwarmings- en temperatuurregelapparaat en gasverzamelpijpleidingen. De anaërobe vergister maakt doorgaans gebruik van een gesloten staal- of betonconstructie, waarbij intern een omgeving met gemiddelde-temperatuur (35–38 graden) of hoge-temperatuur (55–58 graden) wordt gehandhaafd om efficiënte methanogenese door micro-organismen te vergemakkelijken. Het roerapparaat zorgt voor voldoende contact tussen het materiaal en micro-organismen, terwijl het verwarmings- en temperatuurregelapparaat een stabiele reactietemperatuur handhaaft. Het gegenereerde ruwe biogas wordt via pijpleidingen naar de zuiveringseenheid getransporteerd om schadelijke onzuiverheden zoals waterstofsulfide, vocht, fijnstof en siloxanen te verwijderen. Zuiveringsapparatuur omvat doorgaans een ontzwavelingstoren (droog of nat proces), een condensaatafscheider, een deeltjesfilter en een adsorptieapparaat voor actieve kool om ervoor te zorgen dat de samenstelling en zuiverheid van het gas dat de energieopwekkingseenheid binnenkomt, voldoet aan de eisen van de eenheid.
Het gastoevoersysteem is verantwoordelijk voor het stabiel afleveren van het gezuiverde biogas aan de verbrandingskamer. Dit systeem bestaat uit een gascompressor of -blower, een drukregelklep, een debietmeter en een veiligheidsafsluitklep-. De drukregelklep past automatisch de gastoevoerdruk aan op basis van veranderingen in de unitbelasting en gasdruk om een stabiele verbranding te garanderen; het debietmeterapparaat bewaakt de gastoevoer in realtime en vormt een basis voor belastingafstemming en -controle; de veiligheidsafsluitklep- kan de gastoevoer snel afsluiten wanneer er gaslekkage, abnormale druk of vlamdoving wordt gedetecteerd, om te voorkomen dat het ongeval escaleert.
De stroomopwekkingseenheid is de kern van de biogasgenerator. Momenteel is de reguliere aanpak het gebruik van een generatorset met een gasverbrandingsmotor, waarbij in enkele gevallen gasturbines of Stirling-motoren worden gebruikt. De gasverbrandingsmotor bestaat uit een cilinder, zuiger, drijfstangmechanisme, kleppentrein en ontstekingssysteem. Het ontwerp van de verbrandingskamer moet worden aangepast aan de lage calorische waarde en de fluctuerende samenstellingskenmerken van biogasbrandstof. Het ontstekingssysteem maakt voornamelijk gebruik van elektronische ontsteking met hoge- energie om een betrouwbare ontsteking te garanderen, zelfs bij veranderingen in de gasconcentratie. De krukas van de verbrandingsmotor is via een koppeling met de rotor van de generator verbonden, waardoor de heen en weer gaande beweging wordt omgezet in mechanische rotatie-energie, die vervolgens door de generator wordt omgezet in elektrische energie. Sommige modellen zijn uitgerust met uitlaatgasturbocompressoren om de luchtdichtheid en het vermogen te vergroten.
Het apparaat voor het terugwinnen van afvalwarmte maakt gebruik van de warmte die wordt meegevoerd door het hoge- uitlaatgas van de verbrandingsmotor en het koelwater van de cilindervoering, en zet deze via warmtewisselaars om in bruikbare warmte-energie. De uitlaatgaswarmtewisselaar recupereert het grootste deel van de voelbare warmte uit het uitlaatgas voor verwarming en isolatie van anaërobe vergisters of stadsverwarming; De waterwarmtewisselaar met cilindervoering verwijdert warmte uit het koelwater voor gebruik als warm water voor de huishoudelijke productie of procesverwarming, waardoor de algehele energie-efficiëntie van het systeem aanzienlijk wordt verbeterd.
De elektrische en besturingseenheid omvat het schakelapparaat voor de generatoruitgang, de automatische spanningsregelaar, het controleapparaat voor de netaansluiting en het centrale bewakingssysteem. De automatische spanningsregelaar zorgt voor een stabiele uitgangsspanning en het controleapparaat voor de netaansluiting zorgt voor synchronisatie en veilige verbinding met het elektriciteitsnet of onafhankelijke belastingen. Het centrale bewakingssysteem, gebaseerd op een PLC of industriële computer, verzamelt en geeft real{2}}gegevens weer over gasdruk, temperatuur, stroomsnelheid, eenheidssnelheid, vermogen en emissie-indicatoren. Het beschikt ook over foutalarmen, automatische uitschakeling en mogelijkheden voor communicatie op afstand.
In elke unit is een veiligheidsbeschermingssysteem geïntegreerd, uitgerust met lekdetectoren voor brandbare gassen, vlamdetectoren, temperatuursensoren, drukbeschermingsapparatuur en noodstopknoppen. Wanneer een gevaarlijke situatie wordt gedetecteerd, implementeert het systeem onmiddellijk noodmaatregelen, zoals gasafsluiting-uitschakeling, uitschakeling en ventilatie, om de veiligheid van personeel en apparatuur te garanderen.
Over het geheel genomen weerspiegelt het ontwerp van de biogasgenerator de integratie van meerdere disciplines: van biochemische reacties tot thermische energie, en vervolgens tot elektrische automatisering en veiligheidsbescherming, alle aspecten zijn nauw met elkaar verbonden. De wetenschappelijk ontworpen structuur zorgt niet alleen voor een efficiënte en stabiele energieproductie, maar biedt ook betrouwbare technische ondersteuning voor het gebruik van hulpbronnen en de schone productie van organisch afval.