авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 ||

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ СБРАЖИВАНИЯ НАВОЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДУКЦИОННОГО

-- [ Страница 3 ] --

Субстрат (биомасса) с энергоемкостью q2 загружается в метантенк. Далее масса последовательно проходит секции реактора и приобретает по завершению всех процессов энергоемкость q8.

Математическая модель расчета энергоемкости технологии метанового сбраживания биомассы на установках непрерывного действия с конвективно - индукционным нагревом определяет общую энергоемкость работы системы метантенка (20).

Энергоемкость параметров технологического процесса есть произведение энергоемкостей энергетических параметров обеспечивающих их работу (q21- q71).

где q1 – начальная энергоемкость сырья;, – входная и выходная мощности i – го процесса работы реактора.

В соответствии с правилом расчета энергоемкости последовательных и параллельных звеньев определим общую энергоемкость q8, которая дает возможность определять энергоемкости как отдельных элементов, так и всей энергетической цепи.

Из уравнения (20) выделим элемент отвечающий за работу индукционного нагревателя в центральной (термофильной) секции метантенка:

, (21)

Адекватность математической модели энергопотребления проверенна путем сравнения дисперсий расчетных данных с экспериментальными по критерию Фишера. Экспериментальные и расчетные данные энергопотребления установки с конвективно-индукционным нагревом представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 – Энергопотребление установки с конвективно-индукционным нагревом

Модель адекватна с надежностью 95%. Расчеты осуществлялись в математическом пакете программ Microsoft Excel.

В четвертой главе «Разработка технологии утилизации биомасс животного и растительного происхождения с применением биогазовых установок с конвективно-индукционным нагревом и экспериментальные исследования процесса» представлен технологический процесс метанового сбраживания навоза и обработка экспериментальных исследований метанового сбраживания при объемном конвективно-индукционном нагреве.

Технологический процесс сбраживания биомасс животного и растительного происхождения и структурная схема линии представлены на рисунке 6. Исходным сырьем, поступающим в линию, является коровий навоз.

1 - предприятие АПК; 2- метантенк; 3 – хранилище биогаза; 4 – энергетический преобразователь; 5 – хранилище биоудобрений

Рисунок 6 – Структурная схема линии по переработке навоза

По окончании технологического процесса переработки навоза в метантенке получаем органический субстрат и биогаз. Важным условием для анаэробного сбраживания является оптимальная температура вещества в метантенке, поддержание которой обеспечивается конвективно-индукционным нагревом.

Исходя из теоретических и практических исследований выявили, что для строительства биогазовой установки будет лучше, если метантенк будет напрямую соединен с полом фермы.



Уровень пола фермы должен располагаться выше уровня емкости для подготовки сырья, тогда навоз и урина животных будут попадать в эту емкость под действием сил гравитации самостоятельно. Если узел выгрузки биогазовой установки будет расположен выше уровня ближайших полей, это будет способствовать более легкому распределению биоудобрений по этим полям.

Принцип работы трехстадийного метантенка биогазовой установки с конвективно-индукционным нагревом, представленной на рисунке 7, происходит следующим образом, подготовленная для сбраживания масса поступает в первую секцию 2 (психрофильную с диапазоном температур 8...25 °С) биореактора.

1 – шаровидный метантенк; 2 - психрофильная камера сбраживания; 3 - мезофильная камера сбраживания; 4 - термофильная камера сбраживания; 5 – насос подачи сырья; 6 – насос откачки переработанного шлама; 7 – перемешивающие устройства; 8 – устройство конвективно-индукционого нагрева; 9 - манометр; 10 – блок контроля работы метантенка.

Рисунок 7 – Функциональная схема трехстадийного метантенка биогазовой установки с конвективно-индукционным нагревом

Перемешивание в данной камере при помощи мешалок 7 и при подаче следующей партии сырья, и осуществляется частотой 1 раз в 2 часа с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 42…55 об/мин. Затем биомасса по принципу сообщающихся сосудов перемещается во вторую 3 (мезофильную с диапазоном температур - 25...40 °С) в которой перемешивание осуществляется таким же образом как и в первой секции, и за счет собственного перемещения массы сырья; и третью 4 (термофильную с диапазоном температур - 40...55 °С) частотой перемешивания субстрата 1 раз в час с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 51…60 об/мин.

Трехстадийный метантенк биогазовой установки с конвективно-индукционным нагревом состоит из реактора, систем контроля и управления. Сбраживаемая масса подогревается в центральной секции устройством конвективно-индукционного нагрева до температуры 40…55 °С, послойной передачи теплоты субстрату и конструктивного исполнения секции, позволяющая отдавать тепло выгружаемого субстрата вновь поступающему сырью, температура процесса контролируется термодатчиками нижнего и верхнего уровня блока контроля работы метантенка 10. Перемешивание происходит периодически 2...3 раза в сутки при помощи перемешивающих устройств 7. Выделяющийся биогаз, собирают и хранят в резервуар низкого давления. Получившийся в процессе сбраживания шлам поступает для дальнейшей переработки. Реактор сконструирован так, что идет непрерывный процесс газообразования, так как присутствуют все стадии анаэробной переработки навоза.

Разработав функциональную схему автоматизации установки были построены временные диаграммы работы разработанной установки с конвективно - индукционным нагревом (рисунок 8).

Рисунок 8 – Временные диаграммы работы установки с конвективно – индукционным нагревом

Для реализации процесса сбраживания навоза, согласно схемы на рисунке 7, был изготовлен опытный образец установки непрерывного действия объемом реактора 1,0 м3.

Установка для получения биогаза непрерывного действия с конвективно-индукционным нагревом состоит из реактора, который разделен на три секции. Загрузка и выгрузка осуществляется при помощи насосов. Переход биомассы из секции в секцию происходит по принципу сообщающих сосудов. Получаемый в процессе метанового сбраживания биогаз, поступает в емкость для сбора газа. Количество выделяемого газа контролируется газовым счетчиком.

На данной экспериментальной установке с реактором шаровидной формы проверена и подтверждена возможность объединения психрофильного, мезофильного и термофильного режимов метанового сбраживания в единый трехстадийный цикл.

 Кинетика получения биогаза в-86

Рисунок 9 - Кинетика получения биогаза в едином цикле сбраживания при конвективно – индукционном нагреве

Результаты экспериментальных исследований метанового сбраживания при конвективно-индукционном нагреве коровьим навозом, показали, что процесс сбраживания биомассы происходит интенсивнее по всему объему метантенка, за счет мгновенного нагрева поверхности нагревателя (рисунок 9).

В пятой главе «Технико-экономические показатели и экономическая эффективность разработанных методов, установок и технологий» показана технико-экономическая оценка проведенных мероприятий, на основе методики расчета экономической эффективности, разработанный во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства.

Результаты основных технико-экономических показателей биогазовой установки с конвективно-индукционным нагревом представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные технико-экономические показатели выхода биогаза в биогазовой установке при конвективно-индукционном нагреве

Показатели Конвективно-индукционный нагрев
Капитальные вложения, руб. 3 111 000
Годовые издержки, руб. 697 020
Стоимость произведенного биогаза, руб. 1 452 500
Срок окупаемости, год 4,1
Годовой экономический эффект, руб. 755 480
Выход биогаза, тыс. м3/год 415

Проведенные мероприятия дают годовой экономический эффект 755 480 руб. Срок окупаемости биогазовой установки около пяти лет.

ВЫВОДЫ

  1. Предложена энергосберегающая технология метанового сбраживания навоза позволяющая наиболее полно использовать энергетический и питательный потенциал исходного сырья, может быть перспективна для получения новых продуктов функционального назначения и кормов, конкурентоспособных на отечественном рынке (подана заявка на патент).
  2. Разработана конструкция биореактора (патент № 2404240 РФ), позволяющая рационально организовать энергообеспечение технологического процесса сбраживания за счет непосредственного высокоскоростного преобразования электрической энергии в тепловую и значительного снижения тепловых потерь, используя трехзонную стадийность конвективно - индукционно нагрева биомассы (подана дополнительная заявка на патент).
  3. Предложены теплофизические и математические модели технологического процесса сбраживания, позволяющие производить расчеты его режимов по заданным количественным и качественным показателям перерабатываемого сырья и конструктивные параметры оборудования для заданной производительности биогаза.
  4. Разработана экспериментальная биогазовоая установка метанового сбраживания непрерывного действия, на которой реализован стадийный подвод энергии разных видов и экспериментально установлены рациональные энергетические параметры:
  • психрофильное сбраживание (первая стадия) при температуре 8…25оС, обеспечиваемое за счет: загрузки исходного сырья с температурой 0…10°С, конвективного и контактного нагрева от материала следующей стадии и перемешивания (частотой 1 раз в час с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 42…55 об/мин);
  • мезофильное сбраживание (вторая стадия) при температуре 25…40оС, обеспечиваемое за счет: поступления сырья из зоны первого периода сбраживания с температурой 20…25°С, конвективного и контактного нагрева от материала следующей стадии и перемешивания таким же образом как и в первой зоне, и за счет собственного перемещения массы сырья;
  • термофильное сбраживание (третья стадия) при температуре 40…55оС, обеспечиваемое за счет: поступления сырья из зоны второго периода сбраживания с температурой 25…40°С, объемного конвективно-индукционного и контактного нагрева от источника индукционного нагревателя и перемешивания.
  • в качестве нагревательного элемента в центральной секции применение индукционного нагревателя с частотой рабочего тока 50 Гц.

5. В работе получены режимы организации технологического процесса сбраживания, обеспечивающие минимальную энергоемкость, которые использованы при выполнении Государственного контракта № 1664/13 от 11.11.2008 г. с Министерством сельского хозяйства Российской Федерации.

6. Экономический эффект от применения конвективно-индукционного нагрева в биогазовой установке за счет мер по энергосбережению составит 755 480 руб. при сроке окупаемости установки около пяти лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Журналы, указанные в перечне ВАК:





  1. Савушкин, А.В. Альтернативное топливо в сельском хозяйстве /А.В.Савушкин, В.С. Вохмин, И.В. Решетникова //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №4. - С.37-38.
  2. Вохмин, В.С. Исследование конвективно - индукционного нагрева при анаэробном сбраживании отходов животноводческих ферм / В.С. Вохмин // Политематический сетевой электронный журнал научный журнал Кубанского аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2011. – №06(70). С. 35 – 47. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/06/pdf/04.pdf .
  3. Вохмин, В.С. Применение технологии анаэробной переработки отходов АПК в России / В.С. Вохмин, М.В. Кошкин, С.В. Петров, А.С. Линкевич// Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2011. – №09(73). С. 193 – 202. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/09/pdf/17.pdf .
  4. Вохмин, В.С. Разработка технологической линии утилизации биомасс животного и растительного происхождения / В.С. Вохмин, А.С. Линкевич, В.В. Касаткин, Н.Ю. Литвинюк // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2011. – №09(73). С. 320 – 329. – Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/09/pdf/30.pdf .

Другие издания:

5. Решетникова, И.В. Биогаз и установки по использованию биогаза для предприятий АПК / И.В.Решетникова, М.А. Валиулин, М.В. Кошкин, В.С. Вохмин //Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 - летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г. ФГОУ ВПО ИжГСХА. - Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. – Т.IV. - С.188-195.

6. Вохмин, В.С. Разработка структурной схемы линии получения биотоплива / Качество продукции, технологий и образования. Материалы V Всероссийской научнопрактической конференции// Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г. И. Носова», 2010.- С.185-187.

7. Вохмин, В.С. Интенсификация и энергосбережение при метановом сбраживании навоза / В.С. Вохмин, И.В. Решетникова, Р.Р. Якупов, С.В. Петров // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Международной научно-технической конференции. Часть 4./М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010.- С. 325-329.

8. Петров, С.В. Интенсификация переработки навоза с применением диэлектрического нагрева /С.В. Петров, В.С. Вохмин, И.В. Решетникова// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 7-й Международной научно-технической конференции. Часть 4./М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010.- С. 335-338.

9. Вахрушев, С.А. Разработка установки для переработки отходов сельхозпроизводства с подогревом /С.А. Вахрушев, Н.Ю. Литвинюк, И.В.Решетникова, В.С. Вохмин// Инновационному развитию АПК – научное обеспечение. Труды международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской ГСХА имени академика Д.Н. Прянишникова. Часть 1./Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010.- С. 182-185.

10. Касаткин, В.В. Технология переработки помета /В.В. Касаткин, С.А. Вахрушев, Н.Ю. Литвинюк, А.И. Евсеев, В.С. Вохмин// Инновационному развитию АПК – научное обеспечение. Труды международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской ГСХА имени академика Д.Н. Прянишникова. Часть 1./Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010.- С. 207-211.

11. Решетникова, И.В. Разработка энергосберегающей электротехнологии сбраживания навоза с использованием объемного СВЧ – нагрева / И.В. Решетникова, В.В. Касаткин, С.В. Петров, В.С. Вохмин//Монография – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2010.- 119 c.

12. Пат. № 2404240 Российская Федерация, МПК C12М1/107. Биогазовая установка / С.В. Свалова, ФМ. Бурлакова, В.В. Касаткин, С. П. Игнатьев, И. В. Решетникова, М.В, Кошкин, В.С. Вохмин.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. - № 2404240/10; заявлено 02.03.2009; опубл. 20.11.2010, Бюл. № 35. – 12 с.

Сдано в производство 24.02.2012 г.

Бумага офсетная Гарнитура Times New Roman Формат 60х84 1/16.

Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 4384.

Изд-во ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА,

426069, Удмуртская республика, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 11



Pages:     | 1 | 2 ||
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.