Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Контрольная работа

На тему: «Установки с биологическим топливом»

г. Магнитогорск, 2017г.

Содержание

Введение

1. Биотопливо - элемент современной экологической системы и новое направление инвестиций для бизнеса

2. Установки на биологическом топливе в домашних хозяйствах

3. Принцип работы котлов на отходах и биотопливе (на примере автоматизированных котельных «БиоТерм»)

Заключение

Список литературы

Введение

Экономические теории позапрошлого века стали приближаться к действительности. Стало возможно просчитать время окончания запасов в недрах и на земле, человечество задумалось над альтернативами их восполнения. Выход из сложившейся ситуации - биотопливо. Примерные подсчеты сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Динамика пополнения биологических ресурсов земли.

Последние десятилетия, несмотря на упорное сопротивление нефтяных, угольных и газовых промышленных корпораций, дали нам технологии переработки органических отходов и полученные из них всевозможные виды биотоплива, которые завоевывают все большее энергетическое пространство. Биотопливные источники энергии стремятся стать не менее эффективными по основным показателям, чем нефть или газ.

1. Биотопливо - элемент современной экологической системы и новое направление инвестиций для бизнеса

И нефть, и газ считаются невосполнимыми ресурсами, поскольку восстановление их запасов занимает целые геологические эпохи. Сегодня мы исследуем те возможности, к которым начинают присматриваться основные потребители энергоресурсов: производство биотоплива из древесных отходов, растительного сырья и даже канализационных стоков.

Если коротко - это та органика, которая: Обходится дешево; Может гореть с выделением большого количества тепла. В эту категорию попадают самые разные вещества: Жидкое биотопливо представлено этиловым, бутиловым и метиловым спиртами, диметиловым эфиром и биодизелем - горючими органическими жирами.

Твердое биотопливо - это и привычные нам дрова, и пеллеты - топливные гранулы из опилок, и торфяные брикеты, и даже солома и щепа. Газообразные виды биотоплива - метан, водород и так называемый биогаз - смесь метана и CO2, выделяемая при брожении органических отходов.

В 2007 году суммарный объем произведенного во всем мире жидкого биотоплива составил 54 миллиарда литров. Если оценивать литраж потребления, впрочем, цифры не выглядят столь уж внушительно: это всего 1,5 процента от общего потребления жидкого горючего всех типов. Любопытно, что на тот момент большей частью произведенного биотоплива был этанол: 46 миллиардов литров. Крупнейшие производители - США и Бразилия. На их долю пришлось 95% мирового производства. К 2010 году, однако, доля этих стран снизилась до 90%, а общее производство жидкого биотоплива выросло до 105 миллиардов литров. 86 из них - этиловый спирт, остальное - биодизель. Европа ставит целью к 2020 году перевести на альтернативные источники энергии 10% транспорта. В Швеции существует три сотни заправок, где можно заправлять дизельные машины… сосновым маслом. 8 марта 2013 годы был выполнен первый трансатлантический авиарейс на биотопливе.

Пеллеты. Так называются топливные гранулы из прессованных опилок, которые позволяют автоматизировать подачу топлива в котел и дают при сгорании несколько больше тепла по сравнению с дровами. Их производство не требует сложного оборудования; однако строить мини-завод по их изготовлению своими руками явно не стоит. При устоявшемся уровне цен на пеллеты и на необработанную топливную древесину производство может окупить себя только при больших объемах. Как работает установка по производству биотоплива этого типа? Бревно очищаются от коры на окорочном станке. Щепорубочная машина превращает их в мелкую щепу. Молотковая мельница превращает щепу в мельчайшие опилки. Опилки просеиваются, неразмолотая щепа удаляется. Барабанная сушилка удаляет из опилок лишнюю влагу. Наконец, пресс превращает их в гранулы. Физико-химические изменения, делающие гранулы прочными, происходят при их охлаждении. Негранулированные опилки отсеиваются и отправляются на повторную переработку. Более популярно, однако, производство пеллет не по полному циклу, а из готовой щепы или опилок.

Биодизель. Как работает завод по производству биотоплива из обычного растительного масла? Суть производства - в удалении из растительного жира молекул глицерина, придающего ему недопустимую в двигателях вязкость, и замещение его молекулами спирта. Правильное название этого процесса - этерификация. Инструкция по изготовлению биодизеля примерно такова: Масло (льняное, подсолнечное, рапсовое - это безразлично) смешивается со спиртом (этиловым или метиловым) и катализатором - соответственно этиловым или метиловым эфиром. Смесь тщательно перемешивается. Отстоявшаяся смесь расслаивается. В верхней части емкости остается собственно биодизель - текучая жидкость цвета меда, снизу более вязкий и темный глицерин. Между ними - слой готового к применению жидкого мыла, которое тоже можно использовать. Последний этап - осушение (в растительном масле довольно велико содержание воды). Для этого в биодизель добавляется сульфат магния, поглощающий воду; затем он отфильтровывается обычным тонким механическим фильтром. Цена получившегося продукта определяется, прежде всего, себестоимостью растительного сырья. Закупать растительное масло ради производства дизтоплива - идея, по меньшей мере, странная уже потому, что соляровое масло стоит куда дешевле.

Полезно знать: биодизель более химически агрессивен по сравнению с соляровым маслом. Он сокращает ресурс сальников, резиновых прокладок, довольно быстро забивает топливные фильтры и уже, поэтому является источником энергии, скажем так, неоднозначным.

Биоэтанол. Оборудование для производства биотоплива этого типа представляет собой весьма производительный и эффективный… самогонный аппарат. Сама технология производства мало изменилась за последние десятилетия, разве что ассортимент сырья заметно расширился. Большая часть биоэтанола производится, как уже говорилось, в Бразилии - из сахарного тростника и в США - из кукурузы. Очевидно, уроки Остапа запомнились и нашли применение в государственном масштабе. Клубни маниока, растения, которое в больших количествах выращивают Китай, Тайланд и Нигерия - тоже очень перспективное сырье. Главное его достоинство -- простота и технологичность производства, а раз так - то и дешевизна. Стоимость производства из маниоки спирта, соответствующего по топливной эффективности баррелю (159 литров) нефти - всего 35 долларов. Баррель сырой нефти на мировом рынке стоит примерно втрое дороже.

Наконец, целлюлоза, получаемая из опилок, соломы и прочих отходов древесно-растительного происхождения - источник биоэтанола почти неисчерпаемый. Однако из-за относительной сложности производства в настоящее время он считается экономически неоправданным.

В этом главное преимущество биологического топлива перед традиционными источниками получения энергии. Вторым существенным преимуществом является экологичность продуктов сжигания биотоплива в сравнении с канцерогенными выхлопами бензиновых и дизельных двигателей. К существенным недостаткам биотоплива можно отнести следующие: низкая теплотворная способность в сравнении с бензином; более высокая себестоимость производства биотоплива; коррозионность состава масел биотоплива для тех материалов, которые используются в частях машин и механизмов.

2. Установки на биологическом топливе в домашних хозяйствах

Достаточные объемы собственного сырья делают такой безотходный животноводческий комплекс эффективным. Котельная на биотопливе, обслуживающая все участки собственного хозяйства, отопление, газ, электричество, полученные из собственного сырья, значительно удешевляют суммарную себестоимость продукции. При наличии достаточного сырьевого ресурса несложно производить биотопливо своими руками. Экономически проект производства биотоплива в домашних условиях имеет смысл, когда его количество способно выполнить какую-либо самостоятельную энергетическую задачу.

Достаточно сделать расчет ежедневной нормы сырья для получения энергии, потребляемой ежедневно в хозяйстве на основные потребности, перечисленные ниже:

- генератором биотоплива для поддержания процесса производства;

- потребление энергии на обогрев помещений;

- потребление энергии на приготовление пищи;

- потребление энергии на обеспечение сельскохозяйственных производственных процессов.

Следующим этапом будет изучение самого технологического процесса, его протяженности во времени и необходимого оборудования. Необходимо иметь или изучить основы физики процессов, чтобы правильно построить. Основные технологические конструкции и составные элементы нетрудно найти на фото в интернете. Инструкция по изготовлению часто выкладывается мастерами на форумах, и сами они охотно делятся секретами и вопросами, как сделать тот или иной элемент наиболее эффективно. Домашние биотопливные установки могут производить данный ресурс разных видов и состояний, стопроцентно используя сырье и попутные продукты каждого из этапов его переработки. Например, получая биотопливо для парника, параллельно производят биогаз для обогрева и приготовления пищи. Таким образом, из имеющихся отходов получаем биотопливо второго поколения. В условиях домашнего хозяйства можно воссоздать многие технологии производства биотоплива так как они первоначально и были подсмотрены у природы.

В основе их, получение энергии в результате естественных природных процессов: биологический топливо котел отход

- нагревание естественным путем или с незначительным добавлением катализаторов;

- сушка;

- прессование в брикеты;

- сбор газа от брожения навоза;

- современные приборы контроля за процессами.

Заключительным в цепочке является транспортирование до места потребления, которым в большинстве случаев является котел.

Принцип действия установки для биотоплива прост. Органические вещества помещаются в биореактор, где происходит разложение на биогаз и органические удобрения. Удаление сброженной субстанции происходит через специальный штуцер, поступает бункер-отстойник. Биогаз поступает из отстойника в газгольдер, для перемещения биогаза используется специальный газовый штуцер и конденсатор, служащий для удаления влаги. Из газгольдера газ поступает к использованию в газовых устройствах или для получения тепловой энергии в когенерационной установке. При получении газа этим способом брожения полностью исключается запах и уничтожается болезнетворная микрофлора.

Производство биотоплива в домашних условиях становится актуальным для многих фермерских частных хозяйств. Сделать биоуствановку гораздо сподручнее и легче и, что самое важное - дешевле чем приобрести или поставить, на самом деле, эффективный ветряк или собрать солнечную гелиоустановку.

Рис. 1. Биогазовая установка по типу Ройш

В состав установки по производству биотоплива входят:

1. Котел для нагрева горячей воды.

2. Выгрузочная труба.

3. Бункер необходимый для загрузки органического вещества.

4. Контейнер или емкость для сбора и хранения органического удобрения.

5. Перемешивающее устройство.

6. Выгрузочный бункер.

7. Главный реактор.

8. Отводное устройство для биогаза.

9. Водяной затвор.

Для подготовки смеси субстрата перед его помещением в реактор применяется подготовительная емкость, в ней органика размешивается с теплой водой, после чего осуществляется заправка биореактора полученной смесью. Для автоматизации процесса перемешивания используется встроенный миксер и фекальный насос для заправки реактора.

Биореактор делается на основе герметичной металлической емкости, ни в коем случае нельзя допустить утечки газа. Современные реакторы, изготовленные, в промышленных условиях выполняются из полимерных материалов, покрытых несколькими слоями утеплителя. В сам реактор встроены электрические ТЭНы, необходимость в них продиктована требованием ускорить процесс брожения за счет предварительного нагрева сырья, а также для использования установки в зимнее время.

Для перешивания субстанции, внутри реактора помещен электродвигатель с лопастями, закручивающими сырьевую массу по вдоль стенок емкости.

Для отвода газа служит газовая труба, газ движется по охладителю где происходит удаление жидкости, к газовой системе относится также манометр для определения уровня давления газа в системе, обратный клапан, газовый счетчик контроля, а также желательно использование фильтра для отделения сероводорода.

Для получения стабильности выходного газового давления необходим газгольдер, кроме этого он выполняет функцию буферного устройства для предотвращения нестабильности в получении и потреблении газа.

3. Принцип работы котлов на отходах и биотопливе (на примере автоматизированных котельных «БиоТерм»)

Автоматизированные котельные «БиоТерм», мощностью от 100 до 1000 кВт, предназначены для выработки тепла, пара или горячей воды на дешевых видах биотоплива. В качестве топлива могут использоваться опилки, щепа, лузга злачных культур, шелуха подсолнухов, кедровые шишки и орехи, костра льна, солома, кусковые дрова, в т.ч. и с высокой влажностью (устойчивое горение опилок при влажности до 60%).

Системы управления процессами горения и подачи топлива позволяют работать в автоматическом режиме, поддерживая заданные выходные параметры по температуре теплоносителя.

Принцип работы. Топливо подается в загрузочный бункер, объем которого (1,5-5 м3) определяется исходя из мощности котла и условия непрерывной работы с одной загрузкой в течение суток.

Подача топлива в котёл производится шнеком. Основание бункера омывается горячей водой из котла, поэтому топливо подаётся в топку уже подогретым. Подача его под слой уже горящего материала позволяет подсушить топливо за время между подачей и попаданием на зеркало горения. В то время как подающий шнек остаётся холодным. Бункер вращается для предотвращения зависания в нём топлива.

· Автоматическое функционирование без персонала;

· Виды топлива: опилки, щепа, лузга злачных культур, шелуха подсолнухов, кедровые шишки и орехи, костра льна, кусковые дрова и пр.

· Возможно одновременное сжигание нескольких видов топлива без переналадки системы управления;

· Котёл снабжён шнековой подачей топлива под горящий слой и позволяет безопасно сжигать даже пыль от шлифовки МДФ и ДСП;

· Полностью отсутствует сажа (сажевое число по Бахараху равно нулю);

· Бункер с подогревом и механизмами для исключения зависания топлива;

· Монтажная готовность равна 100%;

· Пониженное общее энергопотребление;

· Период между чистками топки и зольника составляет десять дней. Газоходы чистятся один раз в два месяца;

· Воздух, подаваемый в топку, предварительно прогревается до температуры выше ста градусов.

Таблица 2. Технические характеристики