10.2. Тепловой расчет метантенка

Количество теплоты, необходимое для подогрева загружаемой массы до температуры брожения в сутки, МДж:

(10.9)

где – средняя теплоемкость субстрата, МДж/кг·°К; – температура процесса брожения, °К; – температура загружаемого субстрата, °К; – коэффициент полезного действия процесса.

Температура загружаемой массы зависит от способа загрузки навоза в метантенк: если масса поступает непосредственно из животноводческого помещения, то температура ее будет такой же, как внутри помещения; если массу берут из навозохранилища, то ее температура зависит от наружного воздуха.

Количество теплоты, теряемое субстратом в процессе теплоотдачи через стенку реактора в окружающую среду за час, Вт:

(10.10)

где – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·°К; – температура окружающего воздуха, °К; F – площадь поверхности теплообмена метантенка, м²;

Определяем коэффициент теплоотдачи:

(10.11)

где , – термическое сопротивление теплоотдачи от субстрата к внутренней поверхности стенки метантенка и от внешней поверхности теплоизоляции метантенка к окружающей среде;

– суммарное термическое сопротивление теплопроводности материала стенок метантенка ( _ст / _ст) и теплоизоляции ( _из / _из). Если теплоизоляция многослойна, в расчетах учитывается каждый слой.

Потери тепла за сутки:

. (10.12)

Так же по формулам 10.10 и 10.12 определяем потери метантенка и для наиболее теплых суток.

Для приближенных расчетов можно считать, что тепловые потери в среднем за сутки года равны среднеарифметическому этих величин:

. (10.13)

Определяем затраты энергии на перемешивание биомассы. На основании экспериментальных данных затраты энергии на перемешивание механическими мешалками можно принять равными 30...60 Вт/м³ при режиме 4 ч работы и 7 ч паузы.

Потери энергии на механическое перемешивание сбраживаемой массы (принимаем норму нагрузки на мешалки 50 Вт/м при суммарной продолжительности работы в сутки 8 ч):

.

Потенциальные запасы энергии биогаза, выработанного в сутки, МДж:

(10.14)

где – теплотворная способность биогаза, МДж/м³.

Потенциальные запасы энергии биогаза, вырабатываемого в течение суток (теплотворная способность газа 22 МДж/м³):

Общие затраты энергии на поддержание процесса в сутки, МДж/сут:

(10.15)

Энергетический эффект установки:

МДж/сут. (10.16)

Коэффициент товарности биогазовой установки:

(10.17)

10.3. Пример расчета бгу

Приводим расчета биогазовой установки с установленной мощностью 500 кВт, что эквивалентно выходу 3000 м³/сутки биогаза. Для выхода такого количества биогаза необходимо 4960 голов КРС.

Суточный выход экскрементов:

.

Принимаем величину поправочного коэффициента К = 1,5. Выход навоза, кг/сут:

.

Определяем долю сухого вещества (СВ) в загружаемом материале, кг:

.

Определяем долю сухого органического вещества (СОВ) в навозе, кг:

.

Определяем выход биогаза при полном разложении СОВ навоза, м³:

.

Определяем объем полученного биогаза при выбранной продолжительности метанового брожения, м³:

.

Находим объем метантенка, м³:

.

Объем метантенка согласовываем с объемом загрузки, м³:

.

Полученное значение соответствует рекомендуемым.

Количество теплоты, необходимое для подогрева загружаемой массы до температуры брожения в сутки, МДж:

.

Исходя из условий, рассчитаем значение :

.

Количество теплоты, теряемое субстратом в процессе теплоотдачи через стенку реактора в окружающую среду за час, Вт:

.

Потери тепла за сутки:

.

Эта величина определена для самых холодных суток года, температура наружного воздуха принята (273 + (– 30)) = 243 °К. Для наиболее теплых суток:

.

Для приближенных расчетов можно считать, что тепловые потери в среднем за сутки года равны среднеарифметическому этих величин:

.

Потери энергии на механическое перемешивание сбраживаемой массы:

.

Потенциальные запасы энергии биогаза, вырабатываемого в течение суток:

.

Общие затраты энергии на поддержание процесса в сутки, МДж/сут:

.

Энергетический эффект установки, МДж/сут:

.

Коэффициент товарности биогазовой установки:

.

Таким образом, при работе рассматриваемой установки 54 % выработанного биогаза можно использовать на хозяйственные нужды (отопление, топливо для ДВС и т.п.). За год эта величина составит:

.