Підвищення ефективності енергопостачання цукрових заводів шляхом застосування біогазових установок



Рисунок 3.5 - Схема рідкофазної біогазової установки

1 - бункер для сипкого субстрату; 2 - подавальний гвинтовий транспортер; 3 - вагова платформа; 4 - гвинтовий нижній транспортер; 5 - піднімаючий гвинтовий транспортер; 6 - повітряний купол; 7 - біогазовий купол; 8 - рівень наповнення; 9 - вертикальна рухома мішалка; 10 - центральна опора; 11 - труба для подачі повітря; 12 - патрубок для біогазу; 13 - труба для подачі рідкого гною; 14 - опора для мішалки; 15 - похила мішалка; 16 - патрубок для відведення біомаси; 17 - система регулювання температури; 18 - система підігріву біомаси

Поширеним методом виробництва біогазу є анаеробне зброджування рідкої біомаси (W=88-95%) метаногенеруючими мікроорганізмами. Застосування рідкофазних технологічних процесів є більш поширеним у практиці використання біогазових установок. Цей процес полягає у безперервному введенні невеликими порціями вхідної сировини в метантенк, який представляє собою місткість-змішувач без доступу повітря де підтримується задана вологість і температура. Схема біореактора яким в основному комплектують зарубіжні БГУ, представлена на рисунку 3.5.

Такі реактори виконуються із залізобетону або сталі і мають антикорозійне покриття. Спеціальні мішалки забезпечують переміщування сировини з основною реагуючою біомасою. Це сприяє певній однорідності ферментаційної суміші, частково стримуючи утворення поверхневої кірки. Виділений в процесі ферментації біогаз накопичується під куполом, потім проходить систему очищення і подається до споживачів (котел або когенераційна установка).

У конструкціях біогазових установок закладений принцип модульності, що дозволяє при необхідності нарощувати їх продуктивність.

Недоліком такого типу біогазових реакторів є те, що за рахунок недостатнього та нерівномірного прогрівання різних частин суміші, коливання температур в об'ємі субстрату стають значними. Це порушує технологічні вимоги та зменшує продуктивність щодо виходу біогазу порівняно з теоретичним. За рахунок невідповідностей вертикального градієнту температур у нижній зоні утворюється холодний малорухомий шар, а верхня зона перегрівається. До недоліків таких реакторів можна віднести великі площі теплообмінників, що призводить до значного зростання вартості спорудження реактора. Технологія бродіння в біогазовихустановках потребує дотримання визначених прийнятних меж температурного режиму, та стабілізації теплообміну між нагрівником і субстратом.

На ринку Західної Європи присутня значна різноманітність біогазових установок різної потужності та конструкцій: великих (більше 1000 кВт), середніх (від 500 до 1000 кВт) та малих установок (до 500 кВт). У діючих БГУ переважають реактори циліндричної форми (рис. 3.?). У таких реакторах з певною ефективністю можна перемішувати субстрат, вивантажувати зброджений субстрат, видаляти біогаз і руйнувати поверхневу кірку.

Рисунок 2.? - Біогазова установка Mala Brрікjevina, Хорватія

Недоліком такого типу біогазових реакторів є те, що за рахунок недостатнього та нерівномірного прогрівання різних частин суміші, коливання температур в об'ємі субстрату стають значними. Це порушує технологічні вимоги та зменшує продуктивність щодо виходу біогазу порівняно з теоретичним. За рахунок невідповідностей вертикального градієнту температур у нижній зоні утворюється холодний малорухомий шар, а верхня зона перегрівається. До недоліків таких реакторів можна віднести великі площі теплообмінників, що призводить до значного зростання вартості спорудження реактора. Технологія бродіння в біогазових установках потребує дотримання визначених прийнятних меж температурного режиму, та стабілізації теплообміну між нагрівником і субстратом.

2.4 Шляхи вдосконалення біогазових установок

Анаеробне зброджування з отриманням біогазу є складним біотехнологічним процесом, який потребує подальшого удосконалення технологічного обладнання для забезпечення максимального виходу біогазу та підвищення економічної ефективності переробки рослинної біомаси в органічні добрива. Крім підвищення ефективності роботи внутрішнього середовища біореактора, існують наступні шляхи вдосконалення біогазового виробництва:

- створення системи автоматичного управління БГУ і програм ЕОМ для оптимізації параметрів бродильного процесу.

- інтенсифікація метанового бродіння шляхом розділення процесу на дві стадії: першу - попередню, у якій в окремій ємності проводиться гідроліз субстрату за низького рН і другу - власне метаногенез, де у ферментері є своя мікрофлора і в якому рН підтримують у межах 6,9?7,5.

За рахунок кращої підготовки сировини (попереднього розкладання речовин, що важко засвоюються) метаноутворення відбувається швидше і з більшим виходом (на 10?20%), а головне -- прискорюється. У таких апарaтах на першій стадії можна перетворити неподрібнені та нерозріджені тверді органічні відходи з подальшим метановим бродінням утвореного гідролізату і одержанням енергетичного біогазу та рідких органічних добрив.

Це дозволяє локалізувати специфічну для кожної стадії мікрофлору і забезпечити найбільш сприятливі умови для її розвитку.

Що стосується складності обладнання, то, як свідчить аналіз доступних інформаційних джерел, розвиток біогазових установок у світі відбувається двома напрямами. Перший - це раціональне спрощення, а відповідно, і здешевлення установок, призначених для невеликих фермерських господарств. Другий напрям - це створення сучасних високопродуктивних повнокомплектних біогазових установок на основі новітніх удосконалених конструкцій біореакторів, сучасних автоматизованих систем керування технологічним процесом, високоефективного теплотехнічного, електро-технічного і технологічного обладнання.

Аналіз технологічних і технічних рішень сучасних біогазових установок у світі показав наступні основні тенденції їх розвитку:

- спрощення конструкцій прифермерських біогазових установок завдяки переведенню їх на психрофільний режим і компонування серійним обладнанням (стандартні суцільні або збірні металеві ємності, помпи_подрібнювачі, пропелерні змішувачі);

- розробка високопродуктивних промислових повнокомплектних повністю автоматизованих БГУ для переробки різних видів органічних відходів;

- подальше вдосконалення конструкцій біореакторів, спрямоване на зниження енергоємності процесу перемішування субстрату і створення оптимальних умов для нагромадження активної біомаси;

- широке застосування біореакторів із вбудованим газгольдером, що знижує потреби в технологічних трубопроводах і виробничій площі;

- виготовлення ємностей різного призначення, що входять до складу БГУ, у тому числі й біореакторів зі збірних елементів, виготовлених з листового або гофрованого металу з високоякісним антикорозійним покриттям;

- зменшення частки біореакторів горизонтального типу у БГУ;

- розробка і широке впровадження при створенні БГУ нових технологічних рішень, спрямованих на підвищення їх ефективності: післяферментаційне витримування біомаси в додаткових ємностях, коферментація (ферментація сумішей різних видів органічних відходів), попереднє перегрівання вихідної біомаси (до 79 °С) з подальшим термостатуванням у біореакторі тощо.

Однією з іноваційних конструкцій БГУ є анаеробний біореактор для виробництва біогазу та органічного субстрату, що відноситься до технології одержання біогазу шляхом анаеробного розкладу різних біологічних відходів (тваринництва, птахівництва, рослинництва, підприємств харчової промисловості, твердих побутових відходів, стічних вод) і може знайти застосування у сільському господарстві, на підприємствах харчової промисловості, міських звалищах ТПВ, станціях очистки стічних вод, підприємствах з виготовлення органічних добрив, наприклад мульчі, субстрату [Патент].

Шляхом влаштування цільного і монолітного корпусу з ґрунтоцементу можна підвищити надійність та довговічність роботи біореактора, його герметичність, а також суттєво знизити вартість і термін зведення за умов раціонального використання природних ресурсів. Такі характеристики досягаються завдяки тому, що анаеробний біореактор для виробництва біогазу та органічного субстрату, що містить корпус-резервуар циліндричної форми з вертикальною перегородкою, змішувач, механізми і гідрозатвори подачі та виведення біомаси, підігрівач біомаси, газовий ковпак-газгольдер із засобами контролю та автоматичного керування, клапанами, вивідною газовою трубкою, у відповідності до корисної моделі має корпус виготовлений з модифікованого ґрунтоцементу за допомогою струминної технології Jet Grouting виготовлення ґрунтоцементних елементів.

Ґрунтоцементні елементи утворюють несучу конструкцію та гідроізоляцію ємності одночасно.

Переваги грунтоцементної ізоляції:

- низька вартість виготовлення за рахунок використання природного грунту із котловану;

- висока водонепроникність W12;

- висока міцність на стиск, 2 МПа;

- стійкість до агресивних складових (хімічна стійкість);

- довговічність, термін використання більш ніж 300 років;

- ґрунтоцемент екологічно безпечний.

При цьому корпус багатокамерний, трикамерний та має три внутрішні вертикальні перегородки, що розташовані одна відносно іншої під кутом 120° і виготовлюється цільним та монолітним, з армуванням за необхідності армокаркасом.

При цьому корпус виготовлюється з ґрунтоцементу модифікованого ферментним препаратом «Дорзин» в кількості 0,03…0,06%.

При цьому поверхня дна корпусу в нижніх частинах бродильних камер і збірнику збродженої маси має внутрішні ухили до отворів (гідро затворів) для збирання осаду (субстрату).

Конструкція анаеробного біореактора показана на рисунках 4.2-4.6, де: на рисунку 4.2 - біореакторна установка (вид зверху); на рисунку 4.3 розріз А-А біореактора з рисунку 4.2; на рисунку 4.4 - схема (розгортка камер біореактора) циркуляції біомаси; на рисунку 4.5 - схема розташування ґрунтоцементних елементів по розрізу Б-Б з рисунку 4.3, (вид біореактора зверху); на рисунку 4.6 - схема розташування ґрунтоцементних елементів по розрізу В-В з рисунку 4.3, (вид біореактора зверху).



Рисунок 4.2 - Анаеробний біореактор для виробництва біогазу і органічного субстрату

На рисунку 4.2 зображено вид зверху біореакторної установки, що складається із завантажувально-насосного вузла та безпосередньо самого біореактора. Де 1 - приймальна ємність для відходів біологічного походження, 2 насос, 3 - ємність - дозатор. Ємності 1 і 3 утворені стінками і днищем з ґрунтоцементу.

Рисунок 4.3 - Анаеробний біореактор для виробництва біогазу і органічного субстрату

Анаеробний біореактор для виробництва біогазу та органічного субстрату складається з корпусу 4 циліндричної в плані форми (рис. 4.2) з трьома внутрішніми вертикальними перегородками 5, що розташовані одна відносно іншої під кутом 120° та утворюють три камери для анаеробного бродіння, відповідно 6, 7 і 8. За межами біореактора розташований збірник збродженої маси 9 утворений стінками і днищем з ґрунтоцементу. Корпус циліндричної форми 4, три внутрішні перегородки 5 та спільне дно 10 (рис. 4.3) виконані в «монолітному» варіанті - як одне ціле з ґрунтоцементу. На поверхні внутрішніх перегородок 5 передбачено теплообмінники 11 з полімерної труби з під'єднанням до теплового насосу. В бродильній камері 6 посередництвом траверси 12 встановлено змішувач біомаси, що включає гідродвигун 13, редуктор 14 з вертикально розташованим валом, у нижній частині якого закріплено короткобазовий одновитковий полий шнек 15, а у верхній частині закріплено трапецієвидний каркас з сітками 16 для руйнування поверхневої кірки. В перегородках 5 передбачено отвори для перепускних труб 17.

Рисунок 4.4 - Анаеробний біореактор для виробництва біогазу і органічного субстрату

Накопичення газу та його початкове тимчасове зберігання відбувається в порожнині газгольдера 18, що утворена газовим ковпаком 19, який щільно та герметично встановлено в пази ґрунтоцементних стінок корпусу 4. У верхній частині ковпака 19, який виготовлений з матеріалу темного кольору для додаткового нагрівання біореактора від сонячних променів, встановлено засоби контролю та автоматичного керування 20, а також вивідну газову трубку 21.

В нижній частині біореактора передбачена залізобетонна труба 22 з встановленим в неї, посередництвом підшипникових опор, довгобазовим шнеком 23 для виведення осаду (субстрату). При цьому поверхня дна 10 корпусу 4 біореактора в бродильних камерах 6, 7, 8 і збірнику збродженої маси 9 має внутрішні ухили до отворів з встановленими в них гідро затворами 24, через які, періодично і у визначеній послідовності, осад (субстрат) потрапляє у внутрішню порожнину труби 22 зі шнеком 23.

Рисунок 4.5 - Анаеробний біореактор для виробництва біогазу

Рисунок 4.6 - Анаеробний біореактор для виробництва біогазу

Для створення цілісної і герметичної конструкції корпусу з перегородками та днищем при діаметрі ґрунтоцементного елемента 0,5 м вони влаштовуються уздовж осі так, що відстань між центрами сусідніх елементів становить 0,4 м (рис. 4.5, 4.6).

Заповнення ємностей 1, 3, 6, 7, 8, 9 біомасою здійснюють тільки після тужавіння ґрунтоцементу. Схема (розгортка камер біореактора) циркуляції біомаси наведена на фіг. 3. Водонепроникність ґрунтоцементу при цьому становить не менше ніж W12. У часі міцність і водонепроникність ґрунтоцементу збільшуються.

Працює анаеробний біореактор для виробництва біогазу та органічного субстрату наступним чином. Стрічковим транспортером, трактором, навантажувачем, … подається вихідна сировина біологічного походження в ємність 1, туди ж додають воду і перемішують шнековим змішувачем до необхідної консистенції. Після чого насосом 2 подають вихідну біомасу в дозуючу ємність 3 і контролюють необхідну температуру суміші (близько +35°С) і підтримують необхідний рівень біомаси в ємності 3. При цьому надлишкова біомаса (рис. 4.4) через трубопровід 17 потрапляє в нижню частину біореактора в бродильну камеру 6, де підігрівається нагрівачем біомаси 11 та перемішується короткобазовим полим шнеком 15. Відбувається процес бродіння. Поверхнева кірка з твердих елементів, що утворюється на поверхні біомаси в камері 6 руйнується трапецієвидними сітками 16, що дозволяє бульбашкам газу без перешкод виходити до порожнини 18 газового ковпака - газгольдера 19.

Частково перебродивши, біомаса, що зайняла положення у верхній частині бродильної камери 6 поступає по перепускній трубі 17 в нижню частину проміжної бродильної камери 7, перемішуючись і підігріваючись від перегородки 5 з підігрівачами 11. Відбувається продовження бродіння біомаси в проміжній камері бродіння 7 і виділення біогазу, який вільно поступає в порожнину 18 газового ковпака - газгольдера 19. По мірі заповнення камери 7, біомаса з верхньої частини потрапляє через перепускну трубу 17 між камерою 7 і камерою остаточного зброджування 8 в її нижню частину, перемішуючись і підігріваючись від перегородки 5 з підігрівачами 11. Відбувається кінцеве доброджування біомаси в камері 8 з виділення біогазу в порожнину 18 газового ковпака - газгольдера 19, де газ накопичується, якийсь термін зберігається та за допомогою автоматичних пристроїв 20 відводиться по трубі 21 до місць більш тривалого зберігання, очищення, або безпосереднього використання.

З камери остаточного зброджування біомаса посередництвом перепускної труби 17 потрапляє в збірник збродженої маси 9, звідки механічно виймається грейфером, норією, тощо.

При цьому, процес бродіння та знаходження біомаси в камерах 6, 7, 8 і збірнику збродженої маси 9 супроводжується випаданням осаду (субстрату) з біомаси. Осад накопичується на дні 10 камер 6, 7, 8 і 9 та завдяки внутрішнім ухилам більш концентровано потрапляє в спільні з бетонною трубою 22 отвори з гідро затворами 24 і відводиться шнеком 23 до місця збирання, пакування. Періодичність, послідовність, час відкривання гідро затворів 24 і ввімкнення шнека 23 може відбуватися, як в ручному, так і в автоматичному режимах відповідно до програми керування роботою біореактора.

Анаеробний біореактор для виробництва біогазу та органічного субстрату призначений для роботи, як безперервно, так і дискретно у будь яку пору року.

Виконання корпусу анаеробного біореактора для виробництва біогазу та органічного субстрату цільним та монолітним з модифікованих ґрунтоцементних елементів циліндричної форми дозволить підвищити надійність та довговічність роботи біореактору, його герметичність, суттєво знизити вартість і термін зведення за умов раціонального використання природних ресурсів. Застосування ж циліндричної в плані форми з трьома внутрішніми вертикальними перегородками, що розташовані одна відносно іншої під кутом 120° та утворюють три камери для анаеробного бродіння під одним спільним газовим ковпаком - дозволить оптимізувати процес бродіння. При цьому досягається максимальна площа поверхні для виходу газу, забезпечуються гарні умови для механічного перемішування - раціональна форма камер бродіння без глухих кутів, а також виконується умова мінімальних енергозатрат на підігрів, компактність, та можливість централізованого виводу осаду.

Таким чином, застосування такої анаеробного біореактора дозволить вирішити ряд істотних проблем: - раціональне використання природних, в тому числі відновлюваних джерел енергії; - екологічна утилізація продуктів життєдіяльності; - раціональне використання природних ресурсів для будівництва; - отримання екологічно чистих добрив для агрокомплексу.

2.5 Використання сонячної енергії для інтенсифікації процесу ферментації субстрату

Сонячна енергія може використовуватись для безпосереднього нагрівання поверхні резервуара біогазової установки, а також отримання теплової та електричної енергії від сонячних колекторів й батарей для інтенсифікації процесу виробництва біогазу.

При дослідженні ефективності нагрівання поверхні біогазової установки для інтенсифікації процесу ферментації біомаси визначено, що енергоефективною формою для поглинання поверхнею сонячних променів є сферична з вершиною і низом в формі зрізаного конуса. В такому випадку буде відбуватись прогрівання органічної сировини в біореакторі шляхом прямого контакту сонячних променів з його поверхнею..

Найефективніше така система буде працювати в теплий період року та при найбільших сонячних теплонадходженнях. Необхідна температура в біореакторі досягається використанням енергії Сонця за допомогою сонячних колектора і батареї таким чином, що підігрівання біомаси в реакторі здійснюється через теплообмінний радіатор або електронагрівач. За допомогою насоса воду прокачують через модулі-колектори сонячного колектора, які добре поглинають сонячне випромінювання і нагрівають воду до 60-80°С.

Рівняння теплового балансу біореактора, схема якого наведена на рисунку 4.7, для теплого періоду року, із забезпечуваністю рівності надходжень та втрат теплоти, буде мати наступний вид:

QП + QР +QС.О +QС = QГ +QВ +QД ,

де QП -кількість теплоти для підігріву субстрату; QР -кількість теплоти, що утворюється під час бродіння; QС.О -кількість теплоти, що подається системою опалення; QС - кількість теплоти, що надходить у біореактор від сонячної радіації; QГ -кількість теплоти, що втрачається з біогазом; QД - кількість теплоти, що втрачається з шламом; QВ -втрати теплоти через стінки.

Рисунок 4.7 - Схема теплових потоків біореактора

В холодну пору року для одержання додаткового тепла в реакторі використовують електронагрівач, який живиться від акумулятора електричної енергії. При необхідності сонячний колектор через клапани може бути відключений від теплового акумулятора, що дозволяє заощаджувати енергію в темну пору доби, коли сонячний колектор не працює ефективно.

Структурну схему використання сонячної енергії для термостабілізації та інтенсифікації процесу ферментації субстрату при виробництві біогазу наведено на рисунку 5.7.

При термостабілізації процесу бродіння з використанням теплової енергії сонця на роботу частин біогазової установки з електроспоживанням витрачається електроенергія з мережі. Тому доцільним для підвищення енергоефективності біоконверсії перенесення теплової енергії від сонячного колектора до бака-акумулятора, з якого теплова енергія подається на термостабілізацію процесу ферментації в біореакторі, а сонячна батарея постачає електричним нагрівальним кабелем електричний струм до інвертора електричного струму. Інвертор електроенергії забезпечує електричним струмом роботу компресора, блока управління, терморегулятора, насосів та інші частини з електроспоживанням.

Рисунок 5.7 - Структурна схема використання сонячної енергії для термостабалізації та інтенсифікації процесу ферментації субстрату

РОЗДІЛ 3. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ЦУКРОВИХ ЗАВОДІВ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ БІОГАЗУ В КОГЕНЕРАЦІЙНІЙ УСТАНОВЦІ

3.1 Схеми використання біогазу

Одержаний у БГУ біогаз може бути очищений і збагачений та передаватися як біометан у транспортну мережу природного газу з використанням для виробництва тепла у високоефективних газових конденсаційних котлах або як паливо в автомобілях замість природного газу (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Схема використання біогазу та біометану

1 - цукровий завод, 2 - сільськогосподарські посіви, 3 - зберігання відпрацьованого субстрату, 4 - органічні відходи (жом), 6 - біогазова установка оснащена газгольдером, 7 - біогазова мережа, 8 - когенератор, 9 - двигун внутрішнього згоряння, 10 - електрогенератор, 11 - використання теплової енергії для опалення приміщень, 12 - використання електричної енергії, 13 - підігрівання біогазового реактора, 14 - установка для збагачення і очищення біогазу, 15 - заправна станція, 16 - транспортна мережа природного біогазу

Важливу роль в отриманні біометану відіграє збагачення і очищення біогазу. Для того, щоб вироблений біогаз можна було подавати до мережі, його очищують в декілька етапів (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 - Етапи очищення та збагачення біогазу

Методи очистки біогазу від домішок залежать від способів його подальшого використання. Так, наприклад, при використанні біогазу для виробництва тепла в котлах, обмеження стосуються лише концентрації Н2S (не більше 1000 млн.-1) [46]. При цьому немає необхідності видаляти вологу та вуглекислий газ. У випадку застосування біогазу в кухонних плитах існують більш високі вимоги до очистки від Н2S. При спалюванні біогазу в двигунах внутрішнього згоряння, також існують певні вимоги до вмісту Н2S (не більше 200 млн.?1) та силоксанів, а також до надмірного вмісту вологи (не допускається утворення конденсату). Найбільш суворі вимоги до очистки біогазу висуваються у випадку його подачі в мережу природного газу та при прямому використанні в якості моторного палива. В цьому випадку треба збагачувати біогаз до якості природного газу.

Екологічна небезпека використання біогазу дуже мала. Виняток становить Н2S, оскільки сірководень навіть у малих дозах є небезпечним для людини і призводить до швидкого зношення і корозійних пошкоджень обладнання, газових труб, газоводяних теплообмінників, клапанів. Тому знесірчення має найвищий пріоритет в процесі очищення.

Очищення біогазу від сірководню є серйозною проблемою. Якщо мова йде про видалення Н2S з біогазу без зміни змісту СО2 або про розділення компонентів біогазу з подальшим використанням СО2, то необхідно використовувати хімічні методи зв'язування Н2S. Якщо поставлено завдання зниження змісту всіх домішок в біогазі, включаючи СО2, то можливе одночасне поглинання СО2 і Н2S методами фізичної адсорбції.

3.2 Застосування когенераційних технологій у використанні біогазу

Низька вартість сировини, а також неможливість збільшити ціни на кінцеву продукцію при достатньо високій вартості БГУ призводить до низької їх рентабельності. Тому термін окупності капітальних вкладень може досягати 10?20 років. Саме тому виникають проблеми з впровадженням біогазових технологій.

Підвищити рентабельність і знизити термін окупності намагаються різними шляхами, зокрема збільшенням масштабів установки, реалізацією побічних товарних продуктів, спрощенням установки до можливих меж. Кожен із цих шляхів має свої переваги і недоліки. Однак існує ще один шлях підвищення ефективності -- використання тепла димових газів, якщо біогаз спалюється на місці для одержання електроенергії, яка у випадку її надлишку, може продаватися за «зеленим тарифом». Тобто поряд з електроенергією можна одержувати гарячу воду, яку використати для технологічних потреб або як теплоносій для теплопостачання. Таким чином відбувається когенерація джерел товарної енергії. Вироблений таким чином електричний струм використовується підприємством або може надходити в мережу.

Зазвичай біогазові установки виробляють значно більше електроенергії (приблизно в 1,5-2 рази), ніж потрібно підприємству, відповідно, надлишки можна продавати. При наявності «зеленого тарифу» підприємствам буде вигідно продавати максимум електроенергії за високою ціною, а купувати для власних потреб -- за низькою, як, власне, зараз роблять у Європі [6]. Таким чином, підприємства, що використовують біогазові станції самостійно покриватимуть витрати на електроенергію, при цьому окупність біоустановок становитиме лише три-п'ять років [7]. На рисунку 4.3 показано порівняння ККД за роздільного та когенеративного виробництва електроенергії і тепла.

Рисунок 3.3 - Порівняння роздільного виробництва електрики і теплоти і когенерації

Принципова схема біогазової станції з КГУ представлені на рисунках 3.1 та 3.4. Схема станції (рис. 3.4) не містить блоків очищення біогазу від сірководню, відділення СО2 від біогазу, компресори для стискання біогазу, газгольдери низького (мокрого) і високого тиску, газорозподільчі станції. Газ спалюють у двигуні КГУ, одержуючи електроенергію.

Теплота із системи охолодження двигуна і теплота вихлопних газів відводяться за допомогою теплоносія для подальшого використання. Теплоти виділяється стільки ж, скільки електроенергії. Частина цієї теплоти (15-30%) необхідна для підігріву біосировини та підтримання вибраної температури ферментації, решта - для потреб теплопостачання.

Надлишкове тепло може бути використане різними споживачами. Теплову енергію можна використовувати на опалювання соціальних об'єктів за нижчими цінами або у зерносушарках та теплицях. Найбільш ефективні установки з цілорічним використанням тепла. В деяких проектах біогаз збагачується і закачується в газопровід. Таким чином зростають шанси для будівництва біогазової установки в тих зонах де відсутні споживачі тепла.

Із технологією когенерації з'являється реальна можливість використовувати теплову енергію, яка зазвичай випаровується в атмосферу через градирні та разом з димовими газами. При використанні ефекту когенерації істотно зростає загальний коефіцієнт використання палива. Застосування когенерації в значній мірі скорочує витрати палива.

Рисунок 3.4 - Принципова схема біогазової станції

Крім того, варто взяти до уваги, що біогаз має низьку теплотворну здатність, тому далеко не кожне авто може використовувати цей вид пального. Це саме стосується й побутового газового обладнання. Отже, потрібне очищення біогазу від вуглекислого газу і, передусім, від сірководню, який при згорянні утворює надзвичайно корозійно-активні оксиди сірки. Спеціальні двигуни КГУ розраховують саме на такі екстремальні умови. Ще однією перевагою біогазових станцій, які споряджено КГУ, є те, що нема потреби в газгольдерах, оскільки товарна електроенергія відразу надходить до загальнодержавної електричної мережі.

КГУ складається із силового агрегату, наприклад, газової турбіни чи поршневого двигуна, електричного генератора, теплообмінника і системи управління (рис. 3.5, 3.6). Найбільшого розповсюдження набули установки невеликої (від 0,5 до 2 МВт) і середньої (від 30 до 50 МВт) електричної потужності. При використанні когенерації на 1 МВт електричної потужності споживач отримує від 1 до 2 МВт теплової потужності у вигляді пари і гарячої води для промислових потреб, опалення та водопостачання.



Рисунок 3.5 - Схема КГУ

1 - електрогенератор, 2 - двигун, 3 - байпас, 4 - утилізатор вихлопних газів, 5 - насос, 6 - теплообмінник контуру охолодження двигуна, 7 - термостат, 8 - радіатор, 9 - теплообмінник системи теплопостачання (споживацького контуру)

Когенераційні електростанції з надлишком покривають потреби споживачів у електричній і дешевій теплової енергії. Надлишкова теплова енергія може направлятися на парову турбіну, для максимізації вироблення електроенергії або в абсорбційно-холодильні машини для виробництва холоду, з наступною реалізацією в системах кондиціонування. Подібна технологія має власне визначення - тригенерація.

Провідними світовими виробниками КГУ на основі поршневих двигунів і турбін на сьогоднішній день є: Alstom, Capstone, Calnetix-Elliott Energy Systems, Caterpillar, Cummins, Deutz AG, Generac, General Electric, GE Jenbacher, Honeywell, Kawasaki, Kohler, Logрікova, MРІК B&W, MРІК TURBO AG, Mitsubishi Heavy Industries, Rolls-Royce, SDMO, Siemens, Solar Turbines, Turbomach, Vibro Power, Wartsila, Waukesha Engine Division, FG Wilson, Perkins.



Рисунок 3.6 - КГУ для біогазового виробництва

Розрізняють когенераційні системи на базі газотурбінних і газопоршневих установок.

Рисунок 3.7 - Газова турбіна SGT-800 Siemens потужністю 47 МВт

Газотурбінні установки (рис. 3.7) здатні забезпечити найбільш широкий діапазон електричної потужності - від десяти до декількох десятків мегават. У таких установках потік газу, утворений в результаті згоряння палива, при взаємодії із лопатками турбіни, створює крутний момент і обертає ротор, який, в свою чергу, з'єднаний з електрогенератором. Електричний ККД (частка електроенергії від загальної енергії згоряння палива) систем подібного типу може досягати 39%. Газотурбінні установки, як правило, виробляють в два рази більше теплової енергії, ніж електричної (при цьому загальний ККД не перевищує 90%). Їх безперечною перевагою є можливість роботи як на рідкому (дизельне паливо, гас), так і на газоподібному паливі різного походження, в тому числі низькокалорійному (з вмістом метану менше 30%). Установки великої потужності можна використовувати разом з паровими турбінами. У цьому випадку їх електричний ККД досягає 59%.

Газотурбінні установки можна використовувати у багатьох галузях народного господарства, але основні сегменти споживання - це все ж нафто- і газовидобувна сфери, металургійна промисловість, а також енергетика. У газотурбінних установках основна кількість теплової енергії відбирається із системи вихлопу. Відбір теплової енергії в газотурбінних установках простіший ніж в газопоршневих, так як вихлопні гази мають більш високу температуру.

Недоліком когенераційних установок є їхня висока вартість, яка, за даними компанії Zorg, становить від 52 % (для великих станцій) до 83% (для малих) вартості самих станцій.

Отже можна визначити такі напрями використання біогазу:

- спалювання в котельних агрегатах для нагрівання води та використання її у технологічному процесі або іншими споживачами;

- підготовка біогазу відповідно до вимог нормативно-технічної документації та подавання його в газорозподільні мережі місцевих споживачів природного газу (змішування з природним газом);

- очищення, висушування, стиснення і заправлення біогазом газобалонних автомобілів, тракторів та інших сільгоспмашин;

- вироблення електроенергії.

Але вигідніше використовувати біогаз для одержання теплової та електричної енергії у КГУ. Це дасть можливість створити власну енергетичну базу, яка може забезпечити потреби підприємтва і навіть житлового сектора. З 1 м3 біогазу можна отримати 1,6-2,3 кВт-год електроенергії.

Таким чином, застосування біогазу у децентралізованому енергопостачанні сприяє скороченню імпорту енергоносіїв та підвищенню надійності енергопостачання.

РОЗДІЛ 4. ЗАСТОСУВАННЯ БІОГАЗОВОЇ КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЦУКРОВОГО ЗАВОДУ

4.1 Технічні рішення по цілорічному використанню біогазової когенераційної установки

Проведемо оцінку технології вироблення газоподібного палива з відходів цукрового заводу (бурякового жому) у біогазовій установці для енергопостачання заводу, прикладом якого може бути с. Капітанівка Новомиргородського району Кіровоградської області. Продуктивність цукрового заводу становить 300 тис. т на рік.

Цукрові заводи мають сезонний режим організації роботи (90-120 днів), але це питання піддається вирішенню. Найпростішим варіантом є використання біогазової установки тільки під час виробничого сезону і спалювання всього отриманого газу в котлах підприємства. Це дозволить економити кошти на енергоносіях для виробничих потреб. Але даний варіант с неефективним, оскільки від часу завантаження мстантенка субстратом до початку вивільнення біогазу проходить близько 26-28 днів (період адаптації біоценозу бактерій), і за короткий період виробничого сезону на цукровому заводі установка виявиться недостатньо рентабельною.

Іншим варіантом с експлуатація БКУ на протязі всього року. Цього можна досягнути за рахунок силосування жому та використання його упродовж довшого часу, не менш як 6 місяців в році. Також можлива поступова адаптація процесу для метанізації енергетичних культур чи органічних відходів з фермерських господарств чи аграрних підприємств у вигляді гною тварин, силосу кукурудзи та ін. після закінчення виробничого сезону заводу.

Важливою проблемою цукрового заводу є утилізація жому, який є відходом цукрового виробництва. Щоденний вихід жому становить 800 т/доба.

За часів СРСР весь жом з цукрових заводів відвозили на годівлю худобі, в пострадянські часи частину жому забирали фермерські господарства, але з розвитком тваринництва останнім часом з'явилися ефективніші та досконаліші комплексні корми, які потіснили жом з ринку кормів для тварин. В зв'язку з неможливістю збувати жом, цукрові заводи вимушені зберігати його на відкритих площах, що тягне за собою додаткові витрати на оренду земель та транспортування жому на ці площі. Розглядаючи цей стан з екологічної точки зору, з впевненістю можна говорити про тотальне забруднення навколишнього середовища. Так ґрунти, що на них довгий час зберігався жом, стають не придатними для землеробства. В грунтові води потрапляють шкідливі речовини, а в повітря вивільняється метан, який у 21 раз «ефективніше» впливає на утворення парникового ефекту, ніж вуглекислий газ та згубно діє на атмосферу.

Тому, жом можна направити на біогазову установку, яка переробить його в біогаз і високоякісні добрива. Біогаз можна використовувати на потреби підприємства, тим самим заощаджуючи на енергоресурсах. Добрива можна направити на поля, де вирощується буряк, що позитивно позначиться на виході врожаю.

Експлуатація біогазового заводу доцільна цілий рік. Одна із схем, за якою біогазовий завод працюватиме цілорічно може бути реалізована при заготівлі жому силосування з інших цукрових заводів, який буде перевозитися, наприклад, залізничним транспортом і заготовлятися в необхідному для роботи біогазової установки кількості.

За іншою схемою біогазова установка буде працювати на відходах цукрового заводу тільки у період його роботи, решта часу - на кукурудзяному силосі.

Біогаз пропонується спалювати у КГУ, виробляючи електричну і теплову енергію. Частина електроенергії буде використовуватися на потреби заводу і біогазової установки, а інша частина буде продаватися за «зеленим тарифом». Частина теплової енергії буде використовуватися для підтримки оптимальної температури в реакторах, інша частина буде використовуватися для теплопостачання адміністративних і житлових будинків району.

Проведемо оцінку вироблення біогазу в установці, що переробляє жом з буряка, який надходить з цукрового заводу, продуктивність якого складає 300 тис. т на рік. Таким прикладом може слугувати біогазова установки по переробці відходів жому, що надходить з цукрового заводу у с. Капітанівка Новомиргородського району Кіровоградської області.

4.2 Технологічний процес виробництва біогазу з бурякового жому

Отримані відходи цукрового виробництва, будуть направлятися на біогазовий завод. При цьому буде вироблятися біогаз, склад якого буде приблизно таким: CH4-55%, CO2-45%, H2S-140 ppm.

Біогазова установка складається з п'яти ферментаторів ємністю 6 тис.м3 кожен, по два ферментатора в ряду. П'ятий ферментатор використовується як дозрівач.

Установка працює в такий спосіб:

Жом подається через транспортер стрічкового типу (рис. 6.1), де встановлені ваги, до подрібнювача. Отримані відходи цукрового виробництва, будуть направлятися на біогазовий завод. При цьому буде вироблятися біогаз, склад якого буде приблизно таким: CH4-55%, CO2-45%, H2S-140 ppm.

Рисунок 5.1 - Транспортування жому

Подрібнений жом подається у змішувач, де змішується з мулом, який подається з дозревача в обсязі 1200 м3/день. Оскільки жом після пресів виходить нагрітим в середньому до 55 °С, то суміш необхідно попередньо охолодити до 37 °С. Ця суміш розділяється на дві частини і подається на дві лінії ферментаторів, які працюють паралельно. У лінії знаходяться два ферментатора (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 - Ферментатори

Ферментатор розділений знизу на три зони і суміш подається через рівні проміжки часу (20 хвилин) у кожну зону (рис 6.3).

Рисунок 5.3 - Дозування біомаси

З певної висоти суміш з двох ферментаторів забирається і одна її частина направляється в п'ятий ферментатор, де відбувається остаточна ферментація, а інша частина подається в змішувач. З п'ятого ферментатора суміш перекачується в ями, де раніше зберігався жом. Перед початком наступного сезону, цей мул розпилюють на полях як добриво.

Газ з верхньої частини всіх п'яти ферментаторів направляється в газгольдер, де підтримується постійний тиск і об?єм.

При переповненні газгольдера, автоматично включаються факельна установка, яка спалює надлишки газу. Після газгольдера газ осушується і направляється до компресорів, які підвищують його тиск від 21 mbar до 940 mbar. При стисненні газ нагрівається до 63 °С. Його охолоджують водою до 25 ° С. Далі газ направляється у котли в період роботи цукрового заводу і у КГУ .

4.3 Матеріальний та тепловий баланс виробництва біогазу з жому цукрового буряка

Для того щоб підрахувати масу жому, яка вийде при переробці 3000 тонн буряка за добу, необхідно знати кількість сухих речовин, що переходять у жом. Зі 100 кг буряка в жом переходить близько 5 кг сухих речовин []. Пресований жом містить 18-25% сухих речовин, а маса пресованого жому, отриманого зі 100 кг буряка буде дорівнювати:

;

де тсух.в - вміст сухих речовин в 100 кг буряка, в кг;

п - вміст сухих речовин в пресованому жомі, у %.

Тоді:

(5·100)/20 = 25 кг.

Звідси знаходимо кількість пресованого жому за добу:

;

де: - маса буряку, що перероблюється за добу, у т/доба.

тжом = (25·3000)/100 = 750 т/доба.

Знаючи масу жому, можемо визначити кількість біогазу, що виробляється з нього:

;

де: - вихід біогазу з 1 т жому, у м3/т; (м3/т ).

Вжом =137·75,0 = 102750,0 м3/доба

При спалюванні всього біогазу (102750,0 м3/доба = 1,19 м3/с) поверхнями котла сприймається:

Wбіог =Вбіог · Qрбіог · зк = 1,19 · 19,7 · 0,89 = 20,9 МВт,

де Вбіог - витрата біогазу, м3/с; Qрбіог - теплота згоряння біогазу; зк - ККД котла.

Для паропродуктивності котла 22 т/год з витратою природного газу 0,58 м3/с і теплотворністю 37,3 МДж/м3 необхідно:

Wприр.газ = Вгаз · Qрпр.газ = 0,58 · 37,3 = 21,63 МВт

Порівнюючи потужність котла, що працює на біогазі і на природному газі, можна зробити висновок, що необхідно допалювати додатково природний газ, щоб одержати недостатню потужність:

?W = Wприр.газ - Wбіог = 21,63 - 20,9 = 0,73 МВт

Знаходимо кількість природного газу для спалювання у котлі:

Вприр.газ = ?W / Qрпр.газ = 0,73 / 37,3 = 0,02 м3/с.

Знаходимо процентний вміст природного газу у суміші:

Експлуатація біогазової дільниці доцільна на протязі всього року. За рік можна отримати наступну кількість біогазу:

102750·365 = 37 503 750 м3/рік.

Для продуктивної роботи біогазової дільниці, більш ефективного застосування біогазу, необхідно спалювати біогаз в КГУ, виробляючи електричну та теплову енергію. В залежності від вмісту метану з 1 м3 біогазу можна отримати від 1,7 до 2,1 кВт електроенергії, а також 2,5-3,1 кВт теплової енергії [], яку можна використати на потреби підприємства.

При наявності залишкової теплоти та електроенергії їх можна подавати в зовнішні мережі, наприклад для централізованого опалення району міста в якому розмішено цукровий завод.

Маючи обсяги виробництва біогазу на протязі року, підрахуємо об'єми енергоносіїв, які можна отримати після його спалювання у КГУ:

Nел.ен = Всез · 1,9 = 7398000 ·1,9 =14,05 ГВт,

37 503 750*1,9 = 71,26 ГВт

Nтепл.ен = Всез · 2,8 = 7398000 · 2,8 = 20,71 ГВт.

37 503 750*2,8 = 105, 01 ГВт

Виробництво біогазу потребує певних енергетичних затрат, наприклад, на підігрів біореактора чи інших технологічних резервуарів, електроенергії для роботи транспортерів і мішалок. Розрахунок економічної доцільності впровадженян БГУ на цукровому заводі проведено у восьмому розділі роботи. біогаз сонячний енергія субстрат

4.4 Вибір і розрахунок ДВЗ біогазової когенераційної установки

Під час роботи цукрвого заводу біогаз доцільно спалювати у паровому котлі і ДВЗ КГУ. Поза часу роботи цукрового заводу, біогаз, вироблений з кукурудзяного силосу, буде спалюватися у ДВЗ КГУ з виробленням теплової і електричної енергії.

Для визначення технічних характеристик КГУ, необхідно розрахувати кількість біогазу, яке буде вироблено з 265 днів, у які цукрвий завод не працює. Така кількість біогазу залежить від кількості субстрату, який передбачається використовувати. Припустивши, що передбачається використовувати у БГУ кукурудзяний силос у кількості 60000 т, проведемо розрахунок кількості біогазу, яке може бути вироблено з цієї кількості субстрату:

Всил = 137 · 60000 = 8220000 м3.

Тобто така кількість біогазу ( 0,36 м3/с) буде спалюватися за 265 діб.

Для утилізації біогазу доцільно використати КГУ австрійської фірми Jenbacher, оскільки такі установки призначені для спалювання біогазу. Базуючись на розрахованій витраті палива, вибрані КГУ Jenbacher 420 GS-B.LC, Biogas 1416 kW, спеціально призначені для спалювання біогазу без попередньої очистки. Характеристики установки надані у таблиці 5.?

Таблица 5.? - Характеристика установки Jenbacher 420 GS-B.LC, Biogas 1,416 kW

Характеристики установки	Значення	Одиниця
1.	Ноінальна потужність установки	1416	kW
2.	Теплова потужність	1460	kW
3.	Електричний ККД	42,0	%
4.	Термічний ККД	43,2	%
5.	Загальний ККД установки	85,2	%
Характеристики мотора GE Jenbacher Gasmotor J 420 GS A21
6.	Тип
7.	Дизайн	V 70°
8.	Кількість циліндрів	20	шт
9.	Діаметр поршня	145	mm
10.	Ход поршня	185	mm
11.	Частота обертання колінчастого валу	1500	rot/min
12.	Швидкість поршня	9,25	m/s
13.	Коефіцієнт стиску	12,5
14.	Витрата масла	0,3	g/kW
15	Витрата палива	612	m3/h
16.	Суха вага мотора	6,600	кг
Храктеристики генератора PE 734 F2
17.	Модель
18.	ККД при cosц=1,0	97,6	%
19.	ККД при cosц=0,8	96,8	%
20.	Частота	50	Hz
21.	Напруга	400	V
22.	Маса	3807	кг

На таких КГУ біогаз буде спалюватися цілорічно. Електрична енергія буде подаватися на потреби цукрового заводу, а залишки продаватися у мережу, як і у поза термін його роботи. Теплова енергія може використовуватися на потреби біогазового заводу та тепловодопостачання с. Капітанівка.

Розрахунок процесів циклу та теплового балансу ДВЗ

Процес наповнення

Перед початком впуску в обємі камери згоряння Ve знаходяться продукти згоряння, що залишилися від попереднього циклу, які називаються залишковими газами. Тиск залишкових газів трохи менше атмосферного. Після проходження верхньої мертвої точки (ВМТ), поршень починає рухатися до нижньої мертвої точки (НМТ). У цей момент механізмом газорозподілу відкривається впускний клапан. Завдяки руху поршня до НМТ, камера згоряння наповнюється новою порцією робочої суміші.

Визначимо основні параметри суміші в процесі наповнення камери згоряння. Тиск суміші ·після компресора знаходиться за формулою:

Рк = 1,5 ·Ро,

де Ро - тиск навколишнього середовища, Па.

Рк = 1,5·0,1013·106 = 0,151·106 Па.

Температура суміші на вході у камеру згоряння:

,

де То - температура навколишнього середовища, К; п - показник політропи.

К.

Тиск на початку процесу стиску:

,

Пa.

Коефіцієнт наповнення:

;

де - ступінь стиску; - температура залишкових газів, K; для газових двигунів K; ?Т - підвищення температури суміші від стінок цилиндра, K.

.

Температура суміші на початку стиску:

,

де: - коефіцінт, який показує яка кількість газів залишилась в циліндрі після завершення процесу випуску, для чотиритактних двигунів він дорівнює 0,2.

K.

Процес стиску

Під час другого такту в циліндрі відбувається процес стиску, крім цього, на початку процесу продовжується наповнення камери робочим тілом з камери згоряння, а в кінці стиску починається процес горіння палива.

Процес стиску у камері згоряння - це адіабатний ізоентропійний процес, звідси витікає, що п = k

,

де k - показник адіабати; a, b - емпірічні значення, a= 20,16, b = 1,738·10-3; Та - температура суміші на початку стиску, K; к - ступінь стиску в адіабатному процесі.

.

Тиск у кінці стискування:

;

де - тиск на початку процесу стиску:

,Пa.

Температура в кінці стиску:

;

Тс = 427,6· 12,51,362-1 = 1067 K.

Розрахунок процесу горіння

Розрахунок процесу горіння у двигунах внутрішнього згоряння проведемо так само як і для енергетичних котлів, оскільки використовується один і той же тип палива, але при більшому коефіцієнті надлишку повітря. Теоретичний обєм повітря необхідний для процесу горіння розраховується за такою формулою:

V0 = 0,0476·2·55 = 5,24 м3/м3.

Реальний обєм повітря, необхідний для процесу горіння знаходимо по формулі:

,

де - коефіцієнт надлишку повітря;

Vпов = 1,7 · 5,24 = 8,9 м3/м3.

Теоретичний обємм триатомних газів розраховуємо по формулі:

м3/м3.

Теоретичний обєм водяних парів знайдемо по формулі:

м3/м3.

Реальний обєм водяної пари знаходимо по формулі:

 м3/м3.

Теоретичний обєм азоту:

м3/м3.

Теоретичний обємм кисню:

,

м3/м3.

Загальний обєм газів знаходимо як сума всіх газів, що входять до суміші:

,

м3/м3.

Теоретичний коефіцієнт молекулярної зміни знаходимо по формулі:

;

.

Дійсний коефіцієнт молекулярнї зміни розраховуєм за формулою:

,

.

Приймемо середню температуру суміші в процесі горіння рівною Tz=1900 K. Коефіцієнт підвищення тиску в камері згоряння знаходимо по формулі:

;

де: Тс - температура в кінці стиску, K;

.

Максимальний тиск у верхній мертвій точці:

,

Пa.

Процес розширення

В процесі розширення гази давлят на поршень до досягнення ним нижної мертвої точки. Тиск і температура газів при цьому зменшуються. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки починається процес вихлопу газів з циліндра.

Ступінь попереднього розширення знайдем за наступною формулою:

;

.

Стуінь наступного розширення:

;

.

Показник політропи розширення знайдем по формулі:

;

де n2 - частота обертання, об/с;

.

Температура газів в кінці розширення знаходиться за формулою:

;

.

Тиск газів в кінці процесу розширення:

 ;

Пa.

Тепловий баланс двигуна

Відомо, що з усієї енергії, що виділилася в процесі згоряння палива, тільки частина перетворюється в корисну механічну роботу, інша енергія витрачається на покриття різних втрат. Розподілу енергій, переданих мотором в навколишнє середовище, виражається через тепловий баланс.

У найпростішому випадку тепловий баланс може бути представлений за допомогою рівняння, в якому представлені тільки значення енергій, підведених до мотору і переданих мотором навколишньому середовищу:

,

де - тепловий потік, підведений з паливом, Вт;

- тепловий потік, перетворений у корисну механічну енергію, що відповідає потужності двигуна, Вт;

- втрати теплоти з відхідними газами, Вт;

- втрати теплоти з охолоджувальною водою, Вт;

- решта втрат (втрати випромінюванням з поверхні двигуна тощо).

Тепловий потік, що виділяється при спалюванні палива знаходиться по формулі:

kW;

де: - витрата палива, м3/с; - нижча теплота згоряння палива, кДж/м3.

кВт.

Потік тепла, який виконав корисну механічну роботу.

кВт

де: - ККД генератора;

- потужність на клемах генератора.

Втрати тепла з відхідними газами:

;

де: Нук - ентальпія відхідних газів, кДж/м3;

Нвозд - ентальпія повітря, в кДж/м3.

Температура відхідних газів дана в характеристиці двигуна і дорівнює tвідх = 180°С. З температури газів, можна визначити ентальпію відхідних газів по формулі:

кДж/м3.

Ентальпія повітр розраховується за формулою:

кДж/м3.

Підставляючи одержані дані у формулу втрати теплоти з відхідними газами, одержимо:

кВт.

Втрати тепла з охолоджувальною водою розраховуються за формулою:

,

де: Dохл - витрата охолоджувальної води, кг/с;

- удельная теплоемкость охлаждающей воды, в kJ/(кг·K);

, - температура води на вході і на виході теплообмінника відповідно, ;

kW.

;

де: - потік тепла, який здійснив корисну механічну роботу, кВт;

кВт.

ККД знаходимо по формулам:

ефективний ККД:

;

де: - потік теплоти, який здійснив корисну механічну роботу, кВт;

- потік тепла, підведений з паливом;

.

Термічний ККД:

,

.

Відносний внутрішній ККД:

;

де - механічний ККД двигуна:

.

Індикаторний ККД:

;

.

Електричний ККД:

;

де: - ККД генератора;

.

Коефіцієнт використання теплоти палива:

;

.

РОЗДІЛ 5. РОЗРОБКА СИСТЕМИ ОБЛІКУ ЕНЕРГОНОСІЇВ БІОГАЗОВОЇ УСТАНОВКИ

5.1 Вибір приладів обліку енергоносіїв та контролю технологічних параметрів біогазової установки

...