Использование вторичного тепла автономных энергоустановок для анаэробной переработки навоза

• Автор: Руфаи Ибрахим Ахмад
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

1.1 Анаэробная переработка навоза в биогаз и биоудобрения.

1.2 Эволюция альтернативных источников энергии

1.3 Опыт использования альтернативных энергоносителей в двигателе внутреннего сгорания.

1.4 Газообразное топлива как альтернатива жидким

моторным топливам.

1.5 Обоснование сжигания низкокалорийных топлив в ДВС.

1.6 Особенности реализации технологии сжигания биогаза в ДВС

1.7 Выработка и потребление тепло и электроэнергии в сельском хозяйстве

1.8 Выводы
ГЛАВА И. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА КАК МОТОРНОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

2.1 Технология производства биогаза.

2.1.1 Процесс получения биогаза.
2.1.2 Биогазовые установки
2.2 Математическая модель работы биогазовой установки.
2.2.1 Обоснование параметров функционирования биореактора.
2.2.2 Тепловой расчет биоустановки
2.3 Теоретические аспекты работы двигателя на биогазе.
2.3.1 Физикохимические свойства топлива
2.3.2 Процессы в цилиндре.
2.3.3 Граничные условия.
2.3.3.1 Тепловые граничные условия
2.3.3.2 Газодинамические граничные условия
2.4 Эксплуатационные показатели работы двигателя
2.4.1 Показатели качества газообмена
2.4.2 Показатели эффективности двигателя
2.4.3 Характеристики теплообмена
2.4.4 Показатели теплонапряженности деталей двигателя.
2.5 Выводы.
ГЛАВА III. ПЕРЕВОД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА БИОГАЗ. ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ВЭР ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ БИОУСТАНОВКИ
3.1 Методика перевода теплоэнергетических средств на газ.
3.1.1 Технологический процесс переоборудования автотракторных
двигателей на газ.
3.1.2 Конструктивные изменения, применяемые при переводе двигателя Д0 на Г0
3.1.3 Методика расчета работы двигателя Г0 на биогазе.
3.1.4 Сравнение двигателя Г0 с Г3 .
3.2 Методика утилизации теплоты вторичных энергетических ресурсов ДВС.
3.2.1 Обоснование методики для разработки системы подогрева
I навоза
3.2.2 Использования теплоты охлаждающей жидкости ДВС
3.2.3 Использования теплоты отработавших газов двигателя.
3.2.4 Теплообмен в биореакторе.
3.2.5 Гидравлический расчет системы подогрева навоза.
3.3 Математическая модель и расчетные характеристики системы утилизации теплоты сгорания биогаза
3.4 Программа расчета и работа биоустановки в непрерывном
режиме
3.5 Выводы.
4 ГЛАВА IV. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗА КАК МОТОРНОГО ТОПЛИВА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
4.1 Оценка социальноэкологических параметров биогазовой установки
4.2 Математическая модель экономической эффективности биогазовой установки.
4.3 Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
ПРИЛОЖЕНИЯ
БЛАГОДАРНОСТЬ
Выполнение данной диссертационной работы было возможным при помощи бесценной поддержки и содействия особых лиц, должником которых автор остается на всю жизнь. Поэтому, автор выражает особую признательность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору А.Н. Захарченко, доценту С.Н. Девянину, доктору технических наук, профессору А.Г. Левшину, Наталье Львовне Блощенко, Наталье Павловне Клейменовой и В.М. Володину.
ВВЕДЕНИЕ


Существует ряд технических систем, которые могут быть использованы для утилизации теплоты ДВС. Анализ этих систем, проведенный в настоящей работе, показывает перспективность применения рекуперативных теплообменников для утилизации теплоты охлаждающей жидкости ОЖ и отрабоЬ тавших газов ОГ. Однако среди выполненных исследований нет работ, посвященных вопросам по применению теплоты отработавших газов ДВС в системе анаэробного брожения навоза. Актуальность темы. Интенсификация животноводства создает проблему обработки и использования отходов и требует соответствующих решений по утилизации отходов, энергосбережению и сохранению экологического равновесия в природе. В крупных животноводческих фермах изменились количество и состав получаемых жидких отходов, изза отказа от применения соломенной подстилки и использования большого количества воды для уборФ ки помещений. Для переработки и обеззараживания животноводческих стоков наиболее распространение получают биоустановки. Биоустановки обеспечивают переработку навоза с последующим получением экологически чистого биоудобрения высокого качества и биогаза, являющегося альтернативным источником энергии, который может быть использован для внутрихозяйственных нужд. В настоящее время отмечается низкая эффективность эксплуатации биоустановок в сельском хозяйстве. Это обеспечивается путем сжигания биогаза непосредственно в котле, который входит в комплект биоустановки. В связи с этим повышение эффективности использования биоустановки в животноводческой ферме путем использования биогаза в ДВС и утилизации вторичного тепла для анаэробной работы биоустановки является актуальной научной задачей. ДВС для нагрева навоза и экологоэкономических предотвращения ущербов окружающей среде за счет анаэробного сбраживания навоза приемов. Объектами исследования являются техническая система биоустановка и утилизационная система, включающая рекуперативные теплообменники для утилизации теплоты охлаждающей жидкости и отработавших газов, и конвертированный на газ двигатель Г0. Предметом исследования служили эксплуатационные показатели биоустановки и системы утилизации тепла, в частности выхода биогаза и тепловой баланс упомянутых систем. Нормативноправовую основу диссертационных исследований составили постановления Правительства города Москвы и РФ, инструкции и методические положения мировых организаций, в том числе и ООН, по защите окружающей среды, а также европейские стандарты. Цели и задачи исследования Целью научной работы является разработка методов повышения эффективности работы биоустановки за счет утилизации теплоты вторичных энергетических ресурсов ДВС. Определить экономическую эффективность разработанных методов применения биоустановки в хозяйстве АПК. Методика исследования базировалась на использовании положений метода кибернетического подхода и компьютерной обработки данных. Работа носит теоретикоэкспериментальный характер. В опытах были использованы материалы и средства опытной станции АО Центр ЭкоРос для получения биогаза и конвертированный НАТИ на газ двигатель Г0. Выводы и рекомендации сформулированы на основе результатов аналитических и экспериментальных исследований биогазовой установки и системы утилизации вторичной теплоты двигателя состоящей из конвертированного на газ двигателя Г0, теплообменников и трубопроводов. Математическая модель экономической эффективности биогазовой установки. Конструктивнотехнологическая схема и методика расчета теплового баланса биореактора. Методика расчета процессов работы ДВС, работающих на биогазе. Технологическая схема системы утилизации вторичных энергетических ресурсов ДВС для обеспечения биоустановок теплотой, необходимой для анаэробного сбраживания навоза. Экологическая оценка эксплуатации биоустановки в сельском хозяйстве. Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научноисследовательских, проектноконструкторских организациях и также на заводах, занимающихся созданием биоустановок или теплообменных аппаратов сельскохозяйственного назначения, а также в сельскохозяйственном производстве.