Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО

Повышение энергетической эффективности термофильных биогазовых установок.

irina_krut2019 2175 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 87 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 06.03.2020
Актуальность темы. В настоящее время в мировой практике для утилизации отходов жизнедеятельности фермерских хозяйств получили довольно широкое распространение биогазовые установки. При помощи таких установок перерабатывают в анаэробных условиях навоз и навозные стоки с получением в результате их переработки биологического газа и высококачественных органических удобрений. Однако, несмотря на положительные эффекты анаэробной обработки навоза в биогазовых реакторах, серьезным тормозом их внедрения в сельское хозяйство России является их относительно низкая энергетическая эффективность при производстве биогаза (до 60% выделившегося биогаза используется установкой для собственных нужд). Цель работы: Повышение энергетической эффективности термофильной биогазовой установки путем совершенствования системы перемешивания субстрата в метантенке, системы теплоснабжения биогазовой установки, обеспечивающих эффективное выполнение процесса при минимальных затратах энергии на собственные нужды установки. Объект исследования: Объектом исследования является процесс получения биологического газа в термофильной биогазовой установке путем анаэробного сбраживания. Предмет исследования: Предметом исследования является определение влияния комбинации теплонасосного оборудования и конструктивных параметров теплообменных аппаратов на производительность термофильных биогазовых установок. Первая глава посвящена обзору и анализу современных способов и технических средств обеспечения процесса анаэробного сбраживания. Во второй главе описана математическая модель биогазовой установки и разработано предложение по модернизации биогазовой установки на ферме КРС в 400 голов в Московской области. В третьей главе представлено технико-экономическое обоснование рентабельности модернизированной биогазовой установки.Практическая ценность работы и реализация научно-технических результатов. Предложена технологическая схема термофильной биогазовой установки, обеспечивающая энергонезависимость переработки остатков жизнедеятельности фермерских хозяйств от внешних источников тепловой и электрической энергии. Апробация работы. Результаты исследований и научные разработки прошли апробацию на международных научно – практических конференциях: 1. «Вопросы современных научных исследований», г. Орск в 2018 г. 2. «Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения» г. Саратов в 2019 г. Публикации. 1. Каневская Л.Е. К разработке энергоэффективной биогазовой установки/ Л.Е. Каневская // электронное научно-практическое периодическое издание «Вестник современных исследований» №11-7 (26), Омск: Научный центр «Орка», 2018 г. – С. 426-428. 2. Каневская Л.Е. Анализ параметров влияющих на термофильный режим работы биогазовой установки / Л.Е Каневская // сб. науч. тр. по материалам II международной научно - практической конференции «Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения», Саратов: СГТУ, 2019 г. – С. 192-196. Структура и объем работы. Выпускная квалификационная работа по структуре состоит из 3 глав, введения, заключения и списка литературных источников. Первая глава посвящена обзору и анализу современных способов и технических средств обеспечения процесса анаэробного сбраживания. Освещению состояния данного вопроса в литературных источниках, а так же постановке цели и задач исследования. Во второй главе разработана математическая модель работы термофильной биогазовой установки, и разработаны методы повышения ее энергоэффективности за счет гидравлического перемешивания субстрата и подогрева тепловым насосом. Представлен тепловой расчет модернизированной биогазовой установки. В третьей главе определена экономическая эффективность модернизированной биогазовой установки и представлено сравнение модернизированной и базовой установок по основным экономическим показателям.
Введение

В условиях постоянного развития экономики и промышленности спрос на энергоресурсы растет, при этом запасы традиционных видов топлива истощаются. В связи с этим актуальным вопросом является переход на нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Одним из таких источников является биогаз, получаемый из органических отходов. Биогаз возникает в следствии разложения органического сырья микроорганизмами. Разные группы микроорганизмов разлагают органические субстраты, состоящие преимущественно из воды, белка, жира, углеводов и минеральных веществ на их первичные составляющие – углекислый газ, минералы и воду. Биогазовая установка – установка, работающая на любом виде органической субстанции, целевым продуктом деятельности которой является биогаз. Обычно под биогазовой установкой подразумевается комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств: – подготовки сырья – производства биогаза и удобрений – очистки и хранения биогаза – производства электроэнергии и тепла – автоматизированной системы управления БГУ. Биогазовые установки обеспечивают утилизацию (переработку) органических отходов в следующих температурных режимах: - в психрофильном режиме (t =15 – 20?С); - в мезофильном режиме (t=30–40 ?С, органические отходы перерабатываются 7 – 15 дней, в зависимости от вида отходов); - в термофильном режиме (t=52–56 ?С, органические отходы перерабатываются за 5 – 10 дней). Работа установки в термофильном режиме выгодна тем, что снижается стоимость 1 кВт установленной мощности БГУ. Также к преимуществам термофильного процесса сбраживания относится практически полное уничтожение болезнетворных бактерий, содержащихся в сырье. В связи с этим актуальность исследования обусловливается тем, что в настоящее время в мировой практике для утилизации отходов жизнедеятельности фермерских хозяйств получили довольно широкое распространение биогазовые установки. При помощи таких установок перерабатывают в анаэробных условиях навоз и навозные стоки с получением в результате их переработки биологического газа и высококачественных органических удобрений. Однако, несмотря на положительные эффекты анаэробной обработки навоза в биогазовых реакторах, серьезным тормозом их внедрения в сельское хозяйство России является их относительно низкая энергетическая эффективность при производстве биогаза (до 60% выделившегося биогаза используется установкой для собственных нужд). Основными затратами энергии для нужд биогазовой установки являются затраты тепловой энергии для поддержания теплового режима биогазовой установки. При использовании современных теплоизоляционных материалов на первое место выходят затраты тепла на нагрев суточной дозы загрузки до температуры процесса. Существующие системы подогрева субстрата недостаточно эффективны и имеют низкий КПД. Поэтому необходимо разработать технологическую линию подогрева субстрата, способную обеспечить эффективное протекание процессов анаэробного сбраживания при минимальных затратах энергии. Целью работы является: повышение энергетической эффективности термофильной биогазовой установки путем совершенствования системы перемешивания субстрата в метантенке, системы теплоснабжения биогазовой установки, обеспечивающие эффективное выполнение процесса при минимальных затратах энергии на собственные нужды установки. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать математическую модель работы термофильной биогазовой установки. 2. Рассчитать основные параметры исходной биогазовой установки. 3. Определить подходящую систему перемешивания. 4. Определить подходящую систему подогрева субстрата, перерабатываемого в установке. 5. Произвести тепловой расчет модернизированной установки. 6. Определить экономическую эффективность предлагаемой системы переработки навоза КРС. Методика исследований. Поставленные задачи решены с использованием теоретических основ теплотехники, методов математической статистики и математической обработки данных. Объект исследования: Объектом исследования является процесс получения биологического газа в термофильной биогазовой установке путем анаэробного сбраживания. Предмет исследования: Предметом исследования является определение влияния комбинации теплонасосного оборудования и конструктивных параметров теплообменных аппаратов на производительность термофильных биогазовых установок. Научная новизна работы: - разработана математическая модель работы термофильной биогазовой установки, представляющая собой функциональный оператор, преобразующий входные параметры и переменные в выходные параметры; - предложена технологическая схема системы теплоснабжения биогазовой установки с использованием компрессионного теплового насоса.
Содержание

ЗАДАНИЕ 2 РЕФЕРАТ 6 ABSTRACT 7 АННОТАЦИЯ 8 ANNOTATION 10 ВВЕДЕНИЕ 13 Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ 16 1.1. Анализ современного состояния биогазовой техники 16 1.1.1. Понятие биогаза, преимущества его выработки 16 1.1.2. Состояние биогазовой отрасли в мире и России 25 1.2. Анализ известных технических решений в области биогазовых технологий 29 1.3. Современные способы и технические средства обеспечения процесса анаэробного сбраживания 37 1.3.1. Системы подготовки субстрата для загрузки в реактор 38 1.3.2. Системы перемешивания 40 1.3.3. Системы подогрева субстрата 44 1.3.4. Утепление стенок биогазовой установки 47 Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ ТЕРМОФИЛЬНОЙ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ 53 2.1. Математическое моделирование процессов анаэробного сбраживания в термофильной биогазовой установке 53 2.2. Параметрические характеристики прототипа термофильной биогазовой установки 58 2.3. Повышение энергетической эффективности биогазовой установки за счет гидравлического перемешивания 62 2.4. Повышение энергетической эффективности биогазовой установки за счет теплового насоса 71 2.5. Тепловой расчет биогазовой установки 79 Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ СИСТЕМЫ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ 83 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92
Список литературы

1. Доклад Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию. Том I. – Рио-де-Жанейро, 3-14 июня 1992. – 528 с. 2. Веденев А.Г., Веденева Т.А. Введение в биогазовые технологии / А.Г. Веденев, Т.А. Веденева. - Б.: «Алтын Принт», 2012. - 40с. 3. Осадчий Г.Б. Биогазовые установки. Повышение производительности и эффективности / Г.Б. Осадчий. – Омск, 2015. – 16 с. 4. Канаткалиев К.Б. Исследование технологических особенностей биогазовой установки / К.Б. Канаткалиев, Н.Б. Ербаева, Е.Т. Ербаев. – Саратов, СГТУ, 2016. - 8 с. 5. Кузьмин С.Н. Биоэнергетика / С.Н. Кузьмин, В.И. Ляшков, Ю.С. Кузьмина. – Тамбов: ТГТУ, 2011. – 82 с. 6. Жирков В. Основы строительства биогазовой установки для анаэробной переработки сельскохозяйственных отходов / В. Жирков, А. Герман, Ю. Матвеев, М. Уланов. – Караганда, Киев: «Экомузей» - 2005. - 17с. 7. Друзьянова В.П., Петрова С.А. Технико-экономическое обоснование применения биогазовых установок в аграрном секторе РС(Я) — Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. X междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012. - 9с. 8. Научный журнал «Научный результат. Экономические исследования» – 2017. – №2. – 28-32 с. 9. Научный журнал «Новая наука: современное состояние и пути развития» – 2016. – №4-3. – 95-97 с. 10. Научный журнал «Вестник НГИЭИ» – 2016. – №6(37). – 55-60 с. 11. Научный журнал «Вестник ВИЭСХ» – 2013. – № 2(11). – 77-78 с. 12. ГОСТ Р 52808-2007 «Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения». – М.: Стандартинформ, 2008. – 15 с. 13. ГОСТ Р 53790-2010 2007 «Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Общие технические требования к биогазовым установкам». – М.: Стандартинформ, 2011. – 16 с. 14. Седнин В.А. Анализ факторов, влияющих на производство биогаза при сбраживании осадка сточных вод / В.А. Седнин, А.В. Седнин, И.В. Прокопеня, А.А. Шимукович. — Минск, БНТУ, 2009. – 10с. 15. Веденев А.Г. Строительство биогазовых установок. Краткое руководство / А.Г. Веденев, А.Н. Маслов. – Б.: «Евро», 2006. – 28 с. 16. Ковалев А.А. Повышение энергетической эффективности биогазовых установок: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.А. Ковалев. – Москва – 2014. 17. Barbara Eder, Heinz Schulz. Biogas-Praxis. Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Beispiele, Wirtschaftlichkeit / Barbara Eder, Heinz Schulz. Germany: okobuch; Auflage: 5. Vollstand. Uberarb, 2012. – 268 p. 18. Сидоренко Г.И. Экономика установок нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Технико-экономический анализ. Учебное пособие / Г.И. Сидоренко, И.Г. Кудряшева, В.И. Пименов. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 248 с. 19. Веденев А.Г., Веденева Т.А. Руководство по биогазовым технологиям / А.Г. Веденев, Т.А. Веденева. – Бишкек: «ДЭМИ», 2011. – 84 с. 20. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ (ред. от 02.07.2013) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». – «Собрание законодательства РФ», 30.11.2009, №48, ст. 5711. 21. Biogas Road Map for Europe. – AEBIOM, European Biomass Association, 2009. – 24 р. 22. Курнакова Н.Ю. Анализ развития производства биоэнергетического топлива / Н.Ю. Курнакова, Д.С. Католиченко, О. Сухарев, А.А. Волхонский. // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 9. – 268-272 с. 23. Веденев А.Г., Веденева Т.А. Биогазовые технологии в Кыргызской Республике / А.Г. Веденев, Т.А. Веденева. - Б: «Евро», 2012. – 92с. 24. Биогаз на основе возобновляемого сырья. Сравнительный анализ шестидесяти одной установки по производству биогаза в Германии / Специальное агентство возобновляемых ресурсов (FNR) Хофплатц 1, 18276, Гюльцов, Германия. – 2010. – 115 с. 25. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: краткий курс лекций для аспирантов 2 курса по научной специальности 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» по профилю подготовки – «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве» / Сост.: А.М. Эфендиев // ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2014. –94 с. 26. Lu Н. Macro-Mixing in a draft tube airlift bioreactor / Н. Luo, Al-М. Dahhan // Chem. Eng. Sci. – 2008. – №63(6). – Р.1572-1585. 27. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития. Научный аналитический обзор. – М.: ФГНУ «Росинформагротех». - 2007. – 204 с. 28. Хужакулов А. Ф. Биогазовые энергетические установки для фермерских хозяйств. Анализ процессов, влияющих на эффективность их использования / А.Ф. Хужакулов // Молодой ученый. — 2013. — №2. — С. 70-72. 29. Karim K. Anaerobic digestion of animal waste: effect of mixing / K. Karim, T. Klasson, R. Hoffman, S.R. Drescher, D.W. Depaoli, M.H. Al-Dahhan // Bioresource Tech. – 2005. –№96(14). – Р. 1607-1612. 30. Гюнтер Л.И. Метантенки /Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфарб. – М: Стройиздат, 1991. 31. Отчет лаборатории биоэнергетических установок ГНУ ВИЭСХ РАСХН за 2006-2010 годы. 32. Миронов В.В. Технологии и технические средства интенсификации производства органических удобрений на фермах крупного рогатого скота: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / В.В. Миронов. – Мичуринск-Наукоград, 2010 33. Трахунова И.А. Повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов в метантенке с гидравлическим перемешиванием на основе численного эксперимента: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/ И. А. Трахунова. – М.,2014. – 137 с. 34. Вачагина Е.К. Анализ эффективности технологических схем метанового брожения биоотходов при различных способах перемешивания / Е.К. Вачагина, Ю.В. Караева, И.А. Трахунова. – Энергосбережение и водоподготовка. –2013. – № 4. – с.16-18. 35. Королёв С.А. Математическая модель работы биогазовой установки с учетом теплообмена с окружающей средой / С.А. Королёв, О.И. Широбокова // Интеллектуальные системы в производстве. – 2009. – № 1(13) – 36-47 с.
Отрывок из работы

1. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ 1.1. Анализ современного состояния биогазовой техники 1.1.1. Понятие биогаза, преимущества его выработки В условиях прогрессирующего негативного антропогенного воздействия на состояние окружающей среды, вызванного в первую очередь глобальной индустриализацией мировой экономики, особое значение приобретает роль энергетически восполняемых ресурсов и устойчивого развития. Принципы устойчивого развития, задекларированные Всемирной Конференцией ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.), сосредоточили выводы мирового ученого сообщества в том, что безопасность дальнейшего развития человечества невозможна без самовосстановления природно-ресурсного потенциала и защиты окружающей среды [1]. Конференцией были определены такие задачи мирового сообщества, как: – обеспечение гармоничного взаимодействия населения и окружающего мира; – ответственность стран за урон наносимый биосфере; – последовательная минимизация применения технологий, оказывающих негативное воздействие на окружающий мир. В настоящее время государство взяло курс на повышение энерго- и ресурсоэффективности экономики страны [12-13], в том числе, на сохранение природных ресурсов, на ликвидацию потерь энергоресурсов и повышение эффективности их использования. Энерго- и ресурсосбережение являются не только хозяйственно-экономической проблемой, но и экологической: для выработки электроэнергии, обеспечения горячим водоснабжением и обогрева зданий сжигается огромное количество топлива. Это приводит, кроме исчерпания одного из видов не возобновляемых природных ресурсов, к колоссальным выбросам в атмосферу, к загрязнению почвы, поверхностных и подземных вод. Следовательно, одним из преимуществ повышения энергоэффективности является снижение уровня загрязнения биосферы. Одним из способов ресурсо- и энергосберегающих технологий является анаэробная переработка органических отходов с получением биогаза, энергии и удобрений. Получение биогаза из органических отходов основано на их свойствах выделять горючий газ в результате так называемого «метанового сбраживания» в анаэробных (без доступа воздуха) условиях. Биогаз, образующийся при метановом сбраживании, представляет собой смесь, состоящую из 50?80 % газа CH4, 20?50 % CO2, примерно 1 % H2S, а также незначительного количества некоторых других газов (азота, кислорода, водорода, аммиака, закиси углерода и др.). В свою очередь, «метановое сбраживание» происходит при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности двух основных групп микроорганизмов. Одна группа микроорганизмов, обычно называемая кислотообразующими бактериями, или бродильными микроорганизмами, расщепляет сложные органические соединения (клетчатку, белки, жиры и др.) в более простые, при этом в сбраживаемой среде появляются первичные продукты брожения – летучие жирные кислоты, низшие спирты, водород, окисид углерода, уксусная и муравьиная кислоты и др. Эти менее сложные органические вещества являются источником питания для второй группы бактерий – метанообразующих, которые превращают органические кислоты в требуемый метан, а также углекислый газ и др. Как кислотообразующие, так и метанообразующие бактерии встречаются в природе повсеместно, в частности в экскрементах животных. Считается, что в навозе крупного рогатого скота имеется полный набор микроорганизмов, необходимых для его сбраживания. Следовательно, нет необходимости применять для получения биогаза чистые культуры метанообразующих бактерий для того, чтобы вызвать процесс брожения. Достаточно лишь обеспечить уже имеющимся в субстрате микроорганизмам подходящие условия для их жизнедеятельности. Такие условия для сбраживания органических отходов создаются в специальных камерах (биореакторах), где поддерживают строго анаэробную среду, соответствующие температурный и кислотный (рН) режимы, давление и другие параметры. Энергия, освобождающаяся вследствие анаэробного процесса, не теряется, как тепло при компостировании, вследствие жизнедеятельности метановых бактерий она превращается в молекулы метана. Процессы гниения известны очень давно, они уже происходили даже тогда, когда наша атмосфера имела совсем иной состав. Метановые бактерии принадлежат к древнейшим и наиболее приспособленным живым существам на планете Земля. Процессы гниения имеют широкое распространение: в лессе морей, рек и озер („блуждающий огонек”) они происходят так само, как и в трясине, болотах, шарах грунта, куда не проникает кислород, на свалках мусора, в навалах навоза, лагунах, отстойниках навоза, на участках выращивания риса и в кале жвачных парнокопытных животных (они вырабатывают около 200 л метана в день). В зависимости от места происхождения, газ подразделяется на болотный газ, гнилостный газ, газ сточных вод, рудный газ, свалочный газ или, как его принято называть в сельском хозяйстве, биогаз. Биогазовая установка – установка, работающая на любом виде органического субстрата, целевым продуктом деятельности которой является биогаз (рисунок 1.1). Рисунок 1.1. – Схема переработки органических отходов в биогазовых установках Обычно под биогазовой установкой подразумевается комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств: – подготовки сырья – производства биогаза и удобрений – очистки и хранения биогаза – производства электроэнергии и тепла – автоматизированной системы управления БГУ. Схема биогазовой установки представлена на рисунке 1.2. Рисунок 1.2. – Схема биогазовой установки: 1 – приемник навоза; 2 – водонагревательный котел; 3 – подготовительный реактор; 4 – биореактор; 5 – водяной затвор; 6 – предохранительный клапан; 7 – манометр; 8 – компрессор; 9 – мешалка; 10 – ресивер; 11 – хранилище для биоудобрений; 12 – отвод трубы для загрузки в транспорт; 13 – газгольдер; 14 – редуктор Биомасса (отходы или зеленая масса) подается в подготовительный реактор, где происходит ее перемешивание. От качества приготовления субстрата зависит не только эффективность, но и возможность работы биогазовой установки. Технология подготовки биомассы – это, в основном, измельчение отходов для качественного улучшения ее структуры и повышение однородности. Расщепление органики на отдельные составляющие и превращение в метан может проходить лишь во влажной среде, так как бактерии могут перерабатывать вещества только в растворенном виде. В этой связи брожение твердых субстратов должно происходить с добавлением воды. Из подготовительного реактора измельченная масса доставляется в биореактор, где происходит равномерное перемешивание массы (механическое, пневматическое или гидравлическое). Метантенк установки должен быть герметичен, так как только при отсутствии кислорода возможна жизнедеятельность метанообразующих бактерий. Оптимальная температура «метанового сбраживания» зависит от вида перерабатываемого установкой субстрата (органических отходов). Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья, однако наиболее эффективно использование биогазовых технологий для переработки отходов животноводческих и птицеводческих ферм и сточных вод, так как они характеризуются постоянством потока отходов во времени и простотой их сбора. При этом навоз и помет должны поступать с ферм и из хозяйств, благополучных по зооантропонозным заболеваниям, общим для животных (птицы) и человека. Для роста и жизнедеятельности метановых бактерий необходимо наличие в сырье органических и минеральных питательных веществ. В дополнение к углероду и водороду, создание биогаза и биоудобрений требует достаточного количества азота, серы, фосфора, кальция, магния и калия и некоторого количества микроэлементов – железа, селена, марганца, цинка, кобальта, вольфрама, молибдена, никеля и других. Обычное органическое сырье – навоз животных – содержит достаточное количество вышеупомянутых элементов. Активный обмен веществ и высокая скорость биохимических обменных процессов в метантенке достигается, за счет максимального поддерживания и непрерывного обновления величин граничных поверхностей между твердой и жидкой фазами. Поэтому твердые материалы, в особенности растительного происхождения, должны быть предварительно подготовлены с помощью режущих, разрывающих или плющильных устройств, чтобы в результате эффективного механического воздействия получить частицы возможно меньшего размера. Доля взвешенных в жидкости твердых частиц в значительной мере зависит от технических средств, которые используются для получения тщательного перемешивания, гидравлического транспортирования субстрата и отделения биогаза. Современный уровень развития БГУ позволяет перерабатывать субстраты с содержанием сухого вещества до 12 %, если размер волокнистых или стеблевых элементов не превышает 30 мм. В метантенке необходимо организовать периодическое перемешивание субстрата, которое обеспечивает эффективную и стабильную работу БГУ. Цель перемешивания – высвобождение образованного биогаза, перемешивание свежего субстрата и бактерий, предотвращение образования корки и осадка, недопущение образования участков разной температуры внутри метантенка, обеспечение равномерного распределения популяции бактерий, предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную площадь метантенка. При выборе метода перемешивания нужно учитывать, что процесс сбраживания представляет собой процесс жизнедеятельности симбиоза различных штаммов бактерий и при разрушении этого сообщества процесс ферментации будет непродуктивным до образования нового сообщества бактерий. Поэтому слишком частое или продолжительное перемешивание пагубно отразится на работе БГУ. Рекомендуется медленное перемешивание субстрата каждые 4-6 ч. Оптимальное перемешивание сырья повышает выход биогаза до 50%. Биогазовые установки обеспечивают утилизацию (переработку) органических отходов в следующих температурных режимах: - в психрофильном режиме (t =15 – 20?С); - в мезофильном режиме (t=30–40 ?С, органические отходы перерабатываются 7 – 15 дней, в зависимости от вида отходов); - в термофильном режиме (t=52–56 ?С, органические отходы перерабатываются за 5 – 10 дней). Кроме того в термофильном режиме традиционно потребляется больше энергии для обогрева. Такой режим подходит большего всего тем, у кого основная задача — переработать большое количество отходов. При оптимизации работы установки и состава отходов, можно ускорить переработку даже до 3 – 4 дней. Работа установки в термофильном режиме выгодна тем, что снижается стоимость 1 кВт установленной мощности БГУ. Также к преимуществам термофильного процесса сбраживания относится практически полное уничтожение болезнетворных бактерий, содержащихся в сырье. Требования к допустимым пределам колебания температуры субстрата, для оптимального газообразования, тем жестче, чем выше температура процесса ферментации: при психрофильном температурном режиме – ± 2 ?С в час; мезофильном – ± 1 ?С в час; термофильный – ± 0,5 ?С в час. Недостатком термофильного режима является необходимость подогрева исходного субстрата и поддержания его температуры в процессе ферментации. По данным исследований, до 60% полученного биогаза тратится на собственные нужды БГУ. При этом, наиболее энергоемким является процесс нагрева субстрата, суточной дозы загрузки метантенка, на который идет около 95% энергии, расходуемой на собственные нужды установки. Наиболее распространенной системой подогрева является внешняя система подогрева с водонагревательным котлом (котельной установкой), работающим на биогазе, электричестве или твердом топливе, где теплоносителем является вода с температурой около 60 °С. Более высокая температура теплоносителя, повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника — теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства. Получаемый биогаз, состоящий на 60-70% из метана, после очистки, собирается и хранится до времени использования в газгольдере. От газгольдера к месту использования в бытовых или других приборах биогаз проводят по газовым трубам. Переработанное сырье, превратившееся в биоудобрения, выгружается через выгрузное отверстие и вносится в почву, используется как кормовая добавка или хранится в специальной емкости до времени внесения. Какие выгоды от биогазовой установки? Переработка отходов – это в первую очередь система очистки, которая при этом сама себя окупает и еще приносит прибыль. Переработка отходов в биогазовой установке позволяет получить: - Газ. - Электроэнергию. Из 1 м3 биогаза в генераторе можно выработать > 2 кВт электроэнергии. - Теплоту. Теплоту от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно использовать для обогрева предприятия, технологических целей, получения пара, сушки семян, сушки дров, получения кипяченой воды для содержания скота. Возле биогазовых установок можно возрождать и ставить новые теплицы. Теплоту можно получать как при сжигании газа специально, так и отбирать при охлаждении электрогенератора. Например, можно отапливать 2 га теплиц только от одного охлаждения электрогенератора, т. Е. не сжигая газ специально для получения теплоты. В себестоимости тепличных огурцов, помидоров, цветов 90 % затрат – это теплота и удобрения. Поэтому возле биогазовой установки теплица может работать с 300?500 % рентабельностью. Теплота также может использоваться для приведения в действие испарителей рефрижераторов, например, для охлаждения свежего молока на молочных фермах или для хранения мяса, яиц. - Топливо для автомобилей. После доочистки биогаза получается биометан (90…95 % метана, остальное СО2). Биометан ничем не отличается от природного газа по составу или свойствам. Сегодня уже существует огромная сеть заправочных метановых станций. В условиях дорожания обычного топлива использование метана становится более выгодным. Какие экологические выгоды от производства биогаза? ? уменьшение выброса в атмосферу метана (парниковый газ), образующегося при хранении навоза под открытым небом; ? уменьшение выброса углекислого газа и продуктов сгорания: угля, дров и других видов топлива; ? уменьшение загрязнения воздуха азотистыми соединениями, имеющими неприятный запах; ? уменьшение загрязнения водных ресурсов навозными стоками; ? сохранение леса от вырубки; ? уменьшение использования химических удобрений. 1.1.2. Состояние биогазовой отрасли в мире и России Во всем мире наблюдается рост использования биогаза для производства электроэнергии и тепла. Это наиболее заметно в странах ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития), так как именно развитые страны первыми разработали и внедрили программы перехода к возобновляемым источникам энергии и активно поддерживали инициативы, направленные на внедрение новых технологий.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Дипломная работа, Нефтегазовое дело, 70 страниц
100 руб.
Дипломная работа, Нефтегазовое дело, 120 страниц
100 руб.
Дипломная работа, Нефтегазовое дело, 94 страницы
990 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg