Совершенствование технологии и технических средств утилизации навоза крупного рогатого скота

• Автор: Биркин, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ применения нетрадиционных источников энергии для обеспечения энсргоресурсами животноводческих комплексов
1.2. Анализ факторов, влияющих на теплоэнергетическую эффективность биогазовых установок
1.3. Анализ состава оборудования и обоснование параметров классификации схем обогрева биогазовых установок
1 .4. Анализ основных направлений интенсификации теплообменных процессов биогазовых установок

1.5. Способы снижения затрат тепла на собственные нужды биогазовых установок

1.6. Методы подбора изоляции биореаеторов с учетом факторов, влияющих на ее толщину

1.7. Перспективы применения БГУ на животноводческих фермах и комплексах

Выводы по главе и задачи исследований ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ И ПАРАМЕТРОВ ФУНКЩОНИРОВАНИЯ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК
2.1. Обоснование направления повышения эффективности переработки навоза биогазовыми установками
2.2. Выбор схемы обогрева биогазовой установки в зависимости от режима е работы и доли затрат на собственные нужды
2.3. Определение величины потерь тепла биореактором и толщины изоляции при различных схемах обогрева биореактора
2.4. Повышение теплоэнергетических показателей биогазовых установок при использовании утилизации тепла сброженного субстрата
2.5. Определение температуры теплоносителя для различных схем обогрева биореакторов
2.6. Теоретические исследования коэффициента теплопередачи в системе обогрева биорсакторов
2.7. Определение эффективности систем обогрева и рационального шага труб
теплообменного устройства Выводы по главе
ГЛАВА 3 ПОСТАНОВКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ОБОГРЕВА БИОРЕ АКТ ОР А
3.1. Постановка экспериментальных исследований
3.2. Описание экспериментальной установки для исследования параметров наружного обогрева биореактора
3.3. Исследование влияния влагосодержания навоза и материала труб теплообменника на интенсивность нагрева
3.4. Исследование влияния расположения теплообменника и температуры теплоносителя
3.5. Исследование влияния диаметра и шага металлопластиковых труб на коэффициент теплопередачи змеевика
3.6. Исследование совместного влияния диаметра, шага труб и толщины изоляции на процесс теплообмена
3.7. Исследование совместного влияния диаметра труб, температуры и скорости теплоносителя на процесс теплообмена
3.8. Исследование влияния толщины изоляции на коэффициент теплопередачи змеевика труб
3.9. Исследование влияния температуры внутри биореактора от температуры наружного воздуха, толщины изоляции
3 Сравнение результатов экспериментальных исследований с теоретическими расчетами среднего коэффициента теплопередачи системы обогрева
Выводы по главе
ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Возможности использования биогазовых установок для нужд теплоснабжения административных зданий животноводческих комплексов
4.2. Совершенствование методики расчета системы теплоснабжения животноводческих ферм и комплексов на основе БГУ
4.3. Методика расчета системы наружного обогрева корпуса биореактора биогазовой установки
4.4. Модуль биогазовой установки для переработки 1 тсут. бесиодстилочного навоза КРС для III климатического района РФ
4.5. Экономическая, теплоэнергетическая и экологическая эффективность внедрения биогазовых установок на животноводческих комплексах
Выводы по главе 4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Локальные сметные расчеты на строительство биореактора производительностью 1 т биологических отходов в сутки
2. Определение величины предотвращнного экологического ущерба
3. Документация
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Б тепловой баланс а безразмерный коэффициент
В комплекс целиком зависящий от физических параметров жидкого навоза КРС и температуры
Ь коэффициент уравнения регрессии фактор эксперимента с удельная теплоемкость вещества, Джкг С
1 диаметр, м
Р площадь поверхности, м2 дисперсионное отношение
расход жидкости, м3ч
Ъ. высота, м
к коэффициент теплопередачи, Втм2 С
длина, м
У мощность, Вт
п количество витков змеевика системы обогрева
Р давление, Па
О количество теплоты, Дж тепловой поток, Вт низшая теплота сгорания биогаза, МДжм3 удельный тепловой поток, Втм
Я термическое сопротивление, м СВт градиус, м
температура, С
Аг разность температур, С
шаг труб змеевика системы обогрева биореактора, м дисперсия фактора выборочная дисперсия характеризующая фактор случайности
V объем, м
IV влажность влагосодержание субстрата, и скорость движения жидкости, мс х безразмерные координаты факторов
а коэффициент теплоотдачи, Втм2 С угол направления распространения теплого потока, град.
р, у углы, характеризующие распространения тепла от труб системы обогрева, соответственно, град.
8 толщина, м
8 коэффициент формы, учитывающий конечную величину радиуса кривизны ошибка измерения
коэффициент, учитывающий температуру теплоносителя ц коэффициент полезного действия
скорость нагрева субстрата, Счас
X гидравлический коэффициент трения коэффициент теплопроводности материала, Втм С
р коэффициент динамической вязкости, Нсм суммарный эффект во всех попытках при планировании факторного эксперимента
V кинематическая вязкость жидкости, м2с р плотность, кгм
д коэффициент, учитывающий конструкцию теплообменника т время, с, сут
Ф поправочный коэффициент для определения толщины изоляции биореактора при различном расположении теплообменника системы обогрева
X коэффициент, учитывающий, температурный напор между теплоносителем и субстратом
Ф фактор эффективности системы нагрева биореактора
со коэффициент, учитывающий конструкцию теплообменника
Яе число Рейнольдса
критерий Нуссельта вг критерий Грасгофа
Рг критерий Прандтля.
ИНДЕКСЫ И ДРУГИЕ СОКРАЩЕНИЯ
А,В факторы
БГ биогаз
БГУ биогазовая установка вн. внутренний
ВП водяные пары выгр. выгружаемый ж жидкость загр. загружаемый
компонент изол. изоляция комп. комплекс м модель макс. максимальный мин. минимальный н наружный нар. наружный низш. низшая
НХ навозохранилище о объемный образец общ. общая ош. ошибка
П предварительный подогрев
повер. поверхность
полез. полезная
р реактор
сбр. сбраживание
ср. средний
ст. стенка
суб. субстрат
тепл. теплообменник ТН теплоноситель ТП теплопотери тр. требуемый труба ТУ тсплоутилизатор уст. установка ут. уточненный.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Объект исследования технологический процесс энергосберегающей технологии переработки бесподстилочного навоза крупного рогатого скота, основным элементом которого выступает биогазовая установка. Методы исследования включали аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, физическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и теории планирования эксперимента. В диссертационной работе изучены вопросы применения нетрадиционных источников энергии, существующие виды биогазовых установок, условия их эксплуатации, распределение затрат тепла на собственные нужды установок, различные схемы обогрева биогазовых установок и биореакторов, способы повышения эффективности и перспективы их применения. Рассмотрены процессы потребления энергии на животноводческих комплексах в зависимости от температуры наружного воздуха и времени года. На. С учетом величины допустимых потерь тепла биореактором и, воспользовавшись уравнением теплового баланса, получено математическое выражение для определения толщины изоляции цилиндрических реакторов в форме правильных цилиндров. Проведены теоретические исследования но повышению теплоэнергетических показателей биогазовых установок при утилизации тепла сброженного осадка. Для определения допустимой температуры теплоносителя предложено уравнение требуемого термического сопротивления, которое позволяет подобрать материал труб теплообменника и конструкцию его стенки. Выведена аналитическая зависимость для определения коэффициента теплопередачи для теплового потока, направленного на нагрев субстрата трубами, расположенными по наружной поверхности биореактора, которая дала возможность определить средний коэффициент теплопередачи при различных схемах теплообменников. Обоснована зависимость для определения шага и диаметра труб системы обогрева биореактора при различном расположении теплообменников, позволяющая подобрать ее с требуемой тепловой мощностью. Для сравнения процесса обогрева биореактора различными теплообменниками предложен коэффициент эффективности нагрева. Представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию влажности навоза, расположения теплообменника, температуры теплоносителя, диаметра и шага труб, толщины изоляции, температуры и скорости теплоносителя на процессы теплообмена в биореакторах. В разделе практической реализации результатов исследований усовершенствована методика теплового расчета системы теплоснабжения животноводческого комплекса на основе БГУ и системы обогрева биореакторов. Для теплоснабжения фермерского хозяйства предлагается модуль БГУ с однотрубной системой и утилизацией тепла сброженного осадка суточной производительностью по переработке 1 тонны бесподстилочного навоза. Рассмотрен экологический, экономический и теплоэнергетический эффект от внедрения БГУ на животноводческих комплексах. Исследования. Волгоградском государственном. Работа выполнялась в рамках подпрограммы Отходы Федеральной целевой программы Экология и природные ресурсы России годы и в соответствии с тематическим планом научноисследовательской работы Волгоградского государственного архитектурностроительного университета. Практическая ценность. БГУ, направленные на увеличение выхода товарного биогаза и. БГУ . ПГ климатического района. ТГС ВолгГАСУ в курсах лекций и в дипломном проектировании при подготовке инженеров специальности Тсплгазоснабжение и вентиляция. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на II Международной научнотехнической конференции Качество внутреннего воздуха и окружающей среды, Волгоград VII, VIII, IX Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области по направлению Экология, охрана среды, строительство научнотехнической конференции профессорскопреподавательского состава Волгоград, . Конференциях молодых ученых и специалистов . Волгоградской ГСХА. Публикации. Основные положения диссертацтги опубликованы в печатных работах. Из них 4 статьи опубликованы в изданиях рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций 3 печатных листа, из них на долю автора приходится 2 печатных листа.