И эксплуатационных параметров БГУ

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 8Следующая ⇒

Многочисленные исследования показывают, что существует несколько методик расчёта для установок метанового сбраживания отходов различного производства. Расчёту БГУ должен предшествовать выбор технологии и конструктивного выполнения, то есть нужно определить и обосновать:

‒ температуру брожения (мезофильный или термофилъний процесс);

‒ продолжительность брожения;

‒ режим заполнения метантенка;

‒ систему теплоснабжения метантенка;

‒ систему сбора биогаза;

‒ технологию загрузки биомассы и разгрузки шлама.

Например, если выбран мезофильный процесс брожения, то это определяет необходимость удерживать температуру около +32 °С. Продолжительность процесса – 15 суток. Загрузка навоза беспрерывная с ежедневной заменой 1/15 биомассы метантенка. Метантенк может быть изготовлен из бетона. Форма метантенка - цилиндр, покрытый сверху и снизу срезанными конусами. С целью минимизации теплопотерь от метантенка в окружающую среду его теплоизолируют: слоем шлакобетона (0,3 м), шлаковой засыпкой (0,5 м), земляным валом (1 м). Температура в метантенке поддерживается водяным теплообменником. Перемешивание биомассы в метантенке - механическое с электроприводом.  Суточный выход биомассы для сбраживания в метантенке определяется по формуле:

                                                              (5.1)

где  ‒ количество животных данной возрастной и видовой группы, которые содержаться на ферме; ‒ суточный выход навоза от одного животного; n ‒ количество групп животных.

В зависимости от условий содержания животных к их навозу прибавляется определённое количество примесей: вода, остатки корма, подстилка и пр. Анализ состава навоза животноводческих ферм показал, что в нем содержится до 20-95 % технической воды; подстилки – 12-18 %; остатков корма 8-12 %, грунта и прочих примесей до 18 %, Остатки корма и подстилки влияют на суммарное содержание сухого органического вещества в биомассе, а количество воды определяет её влажность. Для приближенных расчётов можно использовать поправочные коэффициенты, а содержимое сухих веществ и влажность определяют по табл. 5.1; 5.2; 5.3.                                                 

Таблица 5.1 – Суточное количество экспериментов крупного рогатого скота и свиней

                   Таблица 5.2 – Суточный выход помёта 1 гол. взрослых птиц, г

  Таблица 5.3 – Состав побочных продуктов в процентах к сухому веществу, %

Продолжение таблицы 5.3

Таблица 5.4 – Состав экскрементов животных в процентах к сухому веществу

Суточный выход навоза с учётом содержимого прочих примесей (остатки корма, подстилка и пр.) определяется по формуле:

                                                           (5.2)

где ‒ поправочный коэффициент (1,3-1,6), учитывающий подстилку и остатки корма.

 Масса сухого вещества в навозе:

                                                               (5.3)

где  ‒ влажность навоза.

Масса сухого органического вещества:

                                                                  (5.4)

 ‒ содержимое сухого органического вещества в навозе.

Выход биогаза при полном разложении (сбраживании):

                                                                         (5.5)

где  ‒ содержание сухого органического вещества в экскрементах, %

Выход биогаза при неполной продолжительности сбраживания:

                                                                     (5.6)

где ‒ степень сбраживания субстрата, = 60-70 %.

Объём метантенка при полной загрузке:

                                                                                  (5.7)

 где ‒ число загрузки реактора за сутки;  ‒ плотность субстракта, кг/м³.

Плотность навозной массы можно принимать равной плотности воды, так как её влажность превышает 90 %. Отношение /  должно находиться в пределах 0,7-0,9.

Потери теплоты в метантенке определяются по формуле

                                                                     (5.8)

где  ‒ потери теплоты на подогрев субстрата при температуре брожения;  ‒ потери энергии в окружающую среду;  ‒ расход энергии на перемешивание субстрата в процессе брожения.

Количество теплоты, которая расходуется на подогрев загруженной на протяжении суток биомассы до температуры процесса брожения, МДж/сутки, равно:

                                                                    (5.9)

Температура загруженной биомассы 1ЛМ зависит от способа её загрузки в метантенк. Если масса поступает непосредственно из животноводческого корпуса, то ее температура такая же, как в помещении. Если массу для сбраживания берут из хранилища для навоза, то её температура равна температуре воздуха окружающей среды. Температура брожения зависит от принятого в проекте типа бродильного процесса; для термофильного брожения  = 52-54 °С; для мезофильного -  = 32-34 °С. Среднее значение теплоемкости субстрата:  = 4,18 МДж/(кг ∙ К)

    Теплопотери от метантенка в окружающую среду, Вт, определяются по формуле

                                                                        (5.10)

где  ‒ площадь наружной поверхности метантенка, м²; к - коэффициент теплопередачи от субстрата к окружающей среде Вт/(м²К); - температура окружающей среды, град.

Как правило, метантенки имеют цилиндрическую форму. Принимая отношение высоты метантенка к его диаметру H/D= 0,9 - 1,3, по значению можно определить .

Коэффициент теплопередачи находим по формуле:

                                                        ,                            (5.11)

 где ,  ‒ коэффициенты теплообмена на внутреннее и наружной поверхностях метантенка, Вт/(м²К);  ‒ толщина стенки и слоёв утеплителей метантенка, м;    ‒ коэффициенты теплопроводности стенки и утеплителей метантенка, Вт/(м К).

Учитывая, что скорость движения субстрата в процессе его механического перемещения незначительна, можно считать, что процесс теплообмена на внутренней поверхности метантенка происходит при условиях свободной конвекции. Теплопроводность материала, из которого изготовлен метантенк:

Бетон ‒ λ= 1,74-1,92 Вт/(м ∙ К); сталь ‒ λ=74 Вт/(м ∙ К). Теплопроводность утеплителей: маты минераловатные ‒ λ= 0,54-1,72 Вт/(м ∙ К), пенополиуретан λ = 0,040-0,042 Вт/(м ∙ К),. Теплопроводность грунта зависит от его вида, плотности и влажности. Она может быть принята равной для песчаных грунтов 1,1 Вт/ (м ∙ К), для глинистых ‒ 1,75 и для высоковлажных ‒ 2,3 Вт/ (м ∙ К).

Тепловую потерю в окружающую среду следует определить для самого холодного и для самого тёплого периодов. За расчётную величину принимают их среднеарифметические значения.

Расход энергии на механическое перемешивание субстрата в иетантеке определяют по формуле:

                                                   ,                   (5.12)

где ‒ удельная нагрузка на мешалку (50 Вт /м³ ч); ‒ объём метантека, м³ ; z – продолжительность работы мешалки на протяжении суток (~8 час).

Энергия биогаза, которая вырабатывается на протяжении суток:

                                                                                       (5.13)

где - теплота сгорания биогаза. Можно принять: = 21-28 МДж/м³

   Общая суточная выработка энергии биогазовой установки, МДж:

                                                               (5.14)

 Коэффициент товарности биогазовой установки,%:

                                                                 (5.15)

 Считают, что биогазовая установка вырабатывает биогаз на протяжении 350 дней. На профилактический ремонт биогазовой установки даётся 15 суток.

Экономия условного топлива, кг, за счёт полученного в течение года биогаза составляет:

                                                                      (5.16)  

Формулы (5.1) – (5.16) могут быть использованы для расчёта основных параметров БГУ.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология