Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ВИРОБНИЦТВО ТА ВИКОРИСТАННЯ БІОПАЛИВА
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ
ТЕХНОЛОГІЧНА СИСТЕМА ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ
Одеса: ОНПУ, 2013
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Виробництво та використання біопалива
Методичні вказівки
до виконання курсової роботи
Технологічна система виробництва біогазу
для студентів за напрямком 6.050701- Електротехніка та
електротехнології спеціальності – “Нетрадиційні та відновлювальні джерела енергії”
Затверджено
на засіданні кафедри
теоретичної, загальної
та нетрадиційної енергетики.
Протокол №1 від 28.08.12.
Одеса: ОНПУ, 2013
Виробництво та використання біопалива. Методичні вказівки до виконання курсової роботи: “Технологічна система виробництва біогазу” для студентів за напрямком 6.050701- Електротехніка та електротехнології спеціальності – “Нетрадиційні та відновлювальні джерела енергії” / Авт. Є.Є. Чайковська. - Одеса, 2013. - 28 с.
Укладач: Є. Є. Чайковська, канд. техн. наук, c. н. с., доц.
Дані методичні вказівки використовують результати досліджень аспіранта
Кустова К.О., магістранта Столярової А.В.
Зміст
1. Загальні вказівки...................................................................................................................... 4
2. Теоретична частина.................................................................................................................. 4
2.1. Архітектура технологічної системи...................................................................................... 6
2.2. Математичне моделювання динаміки біогазової установки........................................... 6
2.3. Логічне моделювання у складі технологічної системи……………………………………7
3. Практична частина................................................................................................................ 9
3.1. Початкові дані прикладу…………………………………………………………………….9 3.2. Вихід біогазу ………………………………………………………………………………... 9
3.3. Конструкційна реалізація метантенка…………………………………………………….. 13
3.4. Визначення втрат в метантенку…………………………………………………………. 15
3.4.1. Витрати теплоти на підігрів субстрату в метантенку……………………………….. 15
3.4.2. Втрати теплоти в оточуюче середовище………………………………………………15
3.4.3. Витрати електроенергії на власні потреби…………………………………………….. 19
3.4.4.Загальні втрати в метантенку…………………………………………………………… 20
3.4.5. Загальне середньорічне добове вироблення енергії біогазовою установкою ……………… 20
3.4.6.Коефіцієнт товарності біогазової установки……………………………………………21
3.4.7.Річна економія умовного палива…………………………………………………..21
Завдання………………………………………………………………………………………… 22
Висновки...................................................................................................................................... 26
Список літератури...................................................................................................................... 26
1. Загальні вказівки
Мета курсової роботи – забезпечення товарності біогазової установки на основі узгодження конструктивних та режимних параметрів в умовах прийняття рішень.
Задачі курсової роботи – визначення режимних та конструктивних параметрів біогазової установки щодо забезпечення технологічного процесу зброджування.
Етапи виконання:
1.Визначення виходу біогазу.
2.Конструктивна реалізація метантенка.
3.Визначення втрат в метантенку.
4.Забезпечення процесу зброджування сировини.
5.Техніко-економічна оцінка вироблення біогазу.
Курсова робота складається з двох частин. Теоретична частина містить методологічне, математичне та логічне обгрунтування реалізації технологічної системи. Практична – визначення товарності біогазової установки в умовах підтримки функціонування на рівні прийняття рішень.
Пояснювальна записка повинна мати: титульний аркуш, зміст роботи, варіант реалізації, теоретичну та практичну частини результатів реалізації, висновки, список літератури. Курсова робота виконується та оформлюється в послідовності, яка має місце в прикладі реалізації. Вибір кількості тварин згідно табл. 1, табл.. 2 за варіантом.
Таблиця 1
Вибір кількості тварин (за варіантом)
Варіант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Вид тварин, нетелі (12 - 18 міс.) |
200 |
205 |
210 |
215 |
220 |
225 |
230 |
195 |
190 |
185 |
Таблиця 2
Добова кількість екскрементів великої рогатої худоби (за варіантом)
Вид тварин |
Добова кількість екскрементів від однієї тварини, кг |
Кількість голів
|
Бики племінні |
40 |
15 |
Корови дійні |
35-55 |
650 |
Телята до 6 міс. |
7,5-15 |
50 |
Телята на відгодівлі (6- 12 міс.) |
14-26 |
50 |
Нетелі (12 - 18 міс.) |
35 |
235 |
2. Теоретична частина
Найважливішого значення при анаеробному зброджуванні набуває|придбавати| виробляюча активність процесу здобуття біогазу, |виробляти,справляти| підтримка якої в заданих межах впливає на якісну і кількісну віддачу метантенка. Більш того|більше того|, виникає необхідність в забезпеченні товарності біогазової установки при обліку|урахування| втрат енергії в навколишнє середовище, на підігрів|підігрівання| субстрату до температури зброджування й його перемішування. Так, наприклад, на рис. 1. представлена технологія виробництва біогазу на першій потужній БУ в Україні, що побудована|споруджена| на свинофермі компанії «Агро-Овен» в с. Еленовка Магдалінського району Дніпропетровської області.
Рис. 1. Технологічна схема биогазовой установки
Установка, що призначена для обробки 80 т/добу гнойових стоків від свиноферми з|із| 15 тис. свиней включає: два метантенки по 1000 м3 кожен, дві когенераційні| установки потужністю по 80 кВт електричних і 160 кВт теплових, систему обеззаражування| збродженого гною. Анаеробний метантенк має загальний|спільний| об'єм|обсяг| 1200 м3, з|із| яких 1000 м3 займає|позичати,посідати| гній і 200 м3 біогаз. Метантенк займає|позичати,посідати| площу|майдан| 335 м2 (18.3 м × 18.3 м).
Гній поступає|надходити| в метантенк з свиноферми через місткість|ємкість| змішувача. Зброджений гній поступає|надходити| з|із| реактора до сепаратора збродженого гною. Для запобігання розділенню|поділ| гною в метантенку на фракції він періодично перемішується мішалкою. Біогаз, що утворився, збирається куполоподібним пластиковим газгольдером, розташованим|схильний| над метантенком. Незначна кількість сірководню, наявного в біогазі, віддаляється шляхом мікробіологічного анаеробного очищення. Під час транспортування до газового двигуна біогаз проходить|минати,спливати| систему виділення|віддалення| водяного конденсату. Середній час бродіння складає близько 25 діб. Для підтримки в ректорові температури 35°С використовують гарячу воду, отриману|одержана| унаслідок|внаслідок| охолоджування двигунів (10% літом і до 50% взимку, від загальної|спільний| теплопродуктивності|).
Для підтримки технологічного процесу виробництва біогазу використовують дорого варті експертні діагностичні системи щодо зміни витрати сусла на основі інерційної оцінки температури зброджування, що може порушити баланс свіжої сировини та сировини, що зброджується у зв’язку із значною тепловою акумулюючою ємністю сусла. Навіть значна кількість термопар щодо оцінки температури зброджування не ліквідує важливого недоліку у технології виробництва біогазу – нестабільності його виходу.
Так, біогазова установка має стати динамічною підсистемою у технологічній системі виробництва біогазу, що прогнозується, бо відтворює зміну якості сировини, зміну температури теплоносія, що гріє для підтримки процесу зброджування, зміну балансу витрат складових процесу виробництва біогазу.
Технологія виробництва біогазу визначена значною тепловою акумулюючою ємністю сировини, що при вимірах температури ускладнює підтримку функціонування біогазових установок. Саме у зв’язку з цим, в умовах змінної якості сировини щодо узгодження виробництва та споживання біогазу використовують додаткове обладнання, наприклад, додаткові баки для збродженої сировини, додаткові ємності газгольдерів, т. і. Це пов’язано з відсутністю в технологіях виробництва біогазу оцінки зміни теплової акумулюючої ємності сировини, яка представляє можливість прогнозувати зміну температури сировини, а не ліквідувати наслідки її зміни. Тому, включаємо до складу технологічної системи виробництва біопалива блоки підтримки динамічної рівноваги технологічного процесу щодо оцінки зміни теплової акумулюючої ємності сировини, зміни режимних умов функціонування щодо діагностування порушення технологічного процесу та функціональної оцінки ефективності біопаливної установки (рис. 2) 9-12.
Рис. 2. Архітектура технологічної системи виробництва біогазу
1 - динамічна підсистема (біогазові установка); 2 – блок підтримки динамічної рівноваги; 3- блок зміни режимних умов функціонування;
4 – блок оцінки функціональної ефективності