УДК 631.22.018.001.5. Имомов Ш.Ж. Инженерный расчет

УДК 631.22.018.001.5.
Имомов Ш.Ж.
Инженерный расчет рекуператора биогазовой установки
для переработки органической биомассы
Приведены цифровой расчет лини рекуперации теплоты органической
биомассы в биогазй установке с производительностью 90 м3 органической
биомассы в сутки.
Стратегические направления развития энергетики в Республике
Узбекистане предусматривают широкое использование нетрадиционных
источников энергии, в том числе и энергии органической биомассы (сточных
вод городского канализации, отходы полеводства и др.). Расчеты показывают,
что при переработке органической биомассы на биологический газ ежегодно
можно получать в 4,2 раза больше энергии, чем производят электростанции
Республики Узбекистан. С проблемой утилизации отходов тесно смыкается
другая - все более обостряющаяся - охрана окружающей среды, которая также
требует интенсивной и рациональной переработки органической биомассы.
Концентрация и современная технология производства органических
продуктов, как известно, связана с проблемой утилизации отходов
органической биомассы. Современная биотехнология предусматривает любые
превращения субстрата (органической биомассы) в кормовой продукт и
обратно [1,2] .Целесообразность осуществления таких процессов определяют
главным образом санитарно–эпидемиологические и в меньшей мере
технические факторы.
В последние годы разрабатываются и внедряются в хозяйствах
биореакторы нового поколения. Ускорение процесса биохимических
превращений достигается в них за счет интенсивного отвода газообразных
продуктов при пониженном давлении и возвратно-поступательного
перемешивания, а также рекуперации тепловых отходов биогазовых установок
для обработки органической биомассы [3]. Но их испытания показали, что
производительность биогазовых установок находится в функциональной
зависимости от температуры процесса. Чтобы получить необходимую для
процесса сбраживания температуру и поддерживать ее на постоянном
уровне следует прежде всего подогревать до нужной температуры
подаваемую в камеру органическую биомассу.
В биогазовых установках с "классической" схемой энергоснабжения
затраты товарного биогаза на собственные нужды доходят до 80-90%, а
иногда даже до 100 %. При этом на подогрев вновь загруженной массы
расходуется 80-90% энергии от общих затрат. Существующие
теплообменники, применяемые в биогазовых установках, предусмотренные
для отбора тепловых отходов, смогут снизить эти затраты только при
увеличении их габаритных размеров, но при этом соответственно
увеличивается затрата на их изготовление и эксплуатацию. Поэтому
для уменьшения энергетических затрат в биогазовых установках
необходимо интенсифицировать процесс рекуперации теплоты и
1
разработать конструкцию рекуператора повышенной производительности.
Эти недостатки биогазовых установок обусловили научно - практическую
целесообразность проведения исследований, основным содержанием
которых явилось обоснование технологических параметров рекуператора
тепловых отходов биогазовых установок для обработки органической
биомассы.
Для достижения этой цели были изучены современные технологии и
технические средства обеспечения рекуперации теплоты пере работанной
органической биомассы в биогазовых установках и предложена новая
конструкция рекуператора [4]. На основании полученных теоретических и
экспериментальных
зависимостей
была
разработана
методика
инженерного расчета рекуператора.
Цифровой расчет линии рекуперации теплоты органической биомассы
в биогазовых установках с производительностью 90 м3 органической
биомассы в сутки (табл.1).
Таблица–1
Исходные данные для инженерного расчет
Единица
Условные
Натуральные
Исходный показатель
измерения обозначения
значения
0
Температура сбраживания
С
2
55
Минимальная
температура
0
С
t1н
10
органической биомассы
Период сбраживания
сут.
сбр.
3
Средняя теплоемкость органической
кДж/кг.К
С
4,029
биомассы при 400
Плотность органической биомассы
кг / м3
ρ
960
при влажности 95 %
Содержание метана в биогазе
%
СН4
70
Низщая теплота сгорания биогаза
мДж/м3
Q
24
при 70 % - ном содержании СН4
Производительность
опытно
производственной
биогазовой
м3/ сут
Пн
90
установки
с
рекуператором
органической биомассы
Суммарное время загрузки и
мин.
τ
12
выгрузки рекуператора
Дробность
загрузки рекуператора биогазовой установки можно
рассчитать по формуле:
Д  24  60 / 
(1)
где
   ОСН   З   В
τосн – основное время (продолжительность теплоотбора), мин;
τз – время загрузки, мин;
τв – время выгрузки, мин.
2
При оптимальных значениях работы рекуператора основное время
теплоотбора равно
 ОСН 
1
1
  n   41 мин
2К

С
учетом
времени
загрузки
и
выгрузки
теплоносителей
продолжительность теплоотбора τ равна 53 мин. Таким образом, дробность Д
загрузки рекуператора равна
Д
24  60
 28 сут–1
53
Рабочий объем рекуператора, позволяющий обеспечить рекуперацию
теплоты соответственно производительности биогазовой установки по
органической биомассе оределяется формулой
(2)
V  2  ПН / Д
Определяем потребную для теплового процесса поверхность теплообмена
F  f  VP.P.  6,5  6,5  43 м2
(3)
При этом разовая загрузки свежей порции органической биомассы равна
G
П Н  р 90  960

 3085 кг
Д
28
(4)
Суточная производительность рекуператора по теплоте определяется
формулой
П Р.Т.  С  р  П Н  t мДж/сут,
(5)
Тогда
П Р.Т.  4,029  960  90  29  10095 мДж/сут.
Произволдительность установки по биогазу ( с 70 % - ным содержанием
СН4)
П Р.Т.б  П Р.Т / Q 1 м3/сут
(6)
Тогда
П Р . Т .б 
10095
 420,6 м3 / сут
24
Таким образом, разработанная инженерная методика расчета системы
утилизации сбросной теплоты биогазовой установки позволит выбрать
оптимальный технологический режим работы рекуператора и рассчитать его
основные параметры на стадии проектирования.
Литература.
1. Панцхава Е.С.,Березин И.В. Технологическая биоэнергетика. –
Биотехнология,1986,№ 2 (8).
2. Беляев С.С. Метанообразующие бактерии и их роль биоэнергетическом
цикле углерода: Дисс. докт.техн.наук. – Пущено, 1985. - 500 с.
3. Калюжный С.В.,Пузанков А.Г. Варфаламеев С.Д. Биогаз: проблемы и
решения.Биотехнология (Итоги науки и техниеи ВИНТИ АН СССР). –
М.,1988. - № 21. – С.1 – 189.
Ташкентский институт ирригации и мелиорации.
3