Разработка энергосберегающих тепловых процессов и технических средств сельскохозяйственного производства, обеспечивающих высокоэффективное использование топливно-энергетических ресурсов

• Автор: Горбачев, Вячеслав Сергеевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 68 с. : ил.; 20х14 см

Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Сельскохозяйственное производство России является одним из крупнейших в стране потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) для получения тепла. Основные потребители теплоты: животноводческие и птицеводческие комплексы различных направлений, сооружения защищенного грунта, технологические цеха и участки по первичной обработке сельскохозяйственной продукции, кормопроизводство и хранение сельскохозяйственной продукции.
В соответствии с основными направлениями экономического и социального развития СССР начиная с 1981 и на период до 2000 года предусматривалось превратить ресурсосбережение в решающий источник удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства и при этом добиться, чтобы прирост потребности в топливе, энергии, сырье и материалах на 75-80% удовлетворялся за счет их экономии; снизить энергоемкость национального продукта не менее, чем в 1,4 раза; комплексно использовать природные и материальные ресурсы, максимально устранять потери и нерациональные расходы; широко использовать в сельскохозяйственном производстве вторичные энергоресурсы.
Актуальность этой же проблемы отмечена и в Указе Президента Российской Федерации № 472 от 7 мая 1995 года: “Основные направления энергетической политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса Российской Федерации на период до 2010 года”.
По данным инвентаризации, проведенной ВИЭСХ по заданию Министерства сельского хозяйства в 1982 году, общий объем ТЭР, потребляемых сельскохозяйственным производством России на тепло- и 'холодоснабжение стационарных процессов по всем категориям хозяйств составлял 60 млн. т.у.т. Причем 90% тепловой энергии было произведено топливными теплогенерирующими установками. Эффективность использования ТЭР в тепловых процессах сельскохозяйственного производства была и остается достаточно низкой. При существующей цене энергоресурсов это не может не влиять на конкурентноспособность отечественного сельхозпроизводства. В соответствии с рас-ч стам и автора, потенциал энергосбережения в системах тепло- и холодоснаб-;я сельскохозяйственного производства составляет не менее 35 млн. т.у.т
В связи с этим, совершенствование существующих методов получения
— —д с помощью топливных теплогенерирующих установок и создания новых
юсберегающих технологий и технических средств, направленных на по-ьчие эффективности использования ТЭР в процессах тепло- холодоснаб-_л сельскохозяйственного производства является актуальным и решает Т ~""цую народно-хозяйственную проблему.
Исследования по созданию и внедрению технологических процессов и . ячеек их средств эффективного использования ТЭР решались в рамках
- г,йДШх Государственных, отраслевых и международных программ: -отраслевая научно-технической программа на 1981-1985 гг. 0.сх

“Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования и совершенствованию организации технического обслуживания, ремонта и хранения тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин и оборудования животноводческих ферм по союзным республикам и зонам страны”;
-Общесоюзная научно-техническая программа (ОНТП) 0.51.13. “Разработать и внедрить энергосберегающие технологические процессы, машины и оборудование, осуществить организационно-технологические мероприятия, обеспечивающие повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов”, (1986-1990гг.).
-ОНТП 0.51.21. “Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства” (1986-1990гг.);
-отраслевая НТП 0.сх.71 “Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств рационального использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве” ( 1986... 1990гг.);
-Государственная научно-техническая программа (ГНТП) ГКНТ СССР “Экологически чистая энергетика”, конкурсный проект 3.16. “Комплекс технических средств и технологического оборудования для энергоснабжения экологически чистой безотходной молочной фермы на 400 голов модульного типа с перспективной машинной технологией и использованием тепловых насосов, гелиоколлекторов, утилизацией биологического тепла животных и молока, вентиляционных выбросов, отходов животноводства с производством высококачественных удобрений и товарного биогаза”, (1989-1992гг.);
-Федеральная программа “Машиностроение для АПК России”, - 5 контрактов 1993-1996гг.);
-Программа Россельхозакадемии по фундаментальным исследованиям, (1994-1996гг.), НТП ‘Техника, энергетика и ресурсосбережение”, научная проблема 12 “Разработать научные основы развития технологического обеспечения с.х. производства, создания машин и энергетики нового поколения, формирования эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики”, (1996-2000гг.);
-Программа научно-технического сотрудничества стран-членов СЭВ по проблеме “Механизация, электрификация и автоматизация производственных процессов в растениеводстве и животноводстве ( КОЦ СЭВ в Праге)”, Тема VI.8. “Разработка методов и системы технических средств для использования нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве” (1986-1990гг.), ЧССР, НРБ, ВНР, ГДР, МНР, СРР ПНР -, СССР, 1986-1990гг
Целью работы является научное обобщение, теоретические и экспериментальные исследования и получение научно-обоснованных решений по созданию и широкому внедрению эффективных энергосберегающих систем, технологий и технических средств для тепло- и холодообеспечения сельскохозяйственного производства.
Объекты исследований - топливные теплогенерирующие установки (паровые котлы низкого давления, газовые инфракрасные (ИК) обогреватели животных и птицы и теплогенераторы-воздухонагреватели), энергосберегаю-

С целью упрощения уравнений для N0' и Мт примем, 1„.” = 35°С (308 К); То.ср. — (283 К); Том = 5°С (278 К). Кроме того учтем, что Оип = 5,2 . 10'2м; Км = 5 . 10‘3 кВтм2 град; См= 4,1 кДж кгК, а при указанных температурах и ~ 6,5.
Тепло- и холодопроизводительность теплохолодильных установок для различных объемов производства молока представлены в виде графика (рис. 5.6) [8,10, 22].
Вырабатываемое тепловым насосом количество тепла, в общем случае, отличается от его потребления на нужды фермы. Можно выделить две области, характерные для данного случая использования теплохолодильных установок.
Первая область характеризуется недостаточным количеством тепла на корову. Она соответствует поголовью до 200 коров со среднегодовой продуктивностью до 3000 кг молока на 1 корову Покрытие дефицита тепла в этой области может.быть осуществлено дополнительным источником энергии - органическим топливом, электроэнергией
Вторая область характеризуется наличием излишков тепла, которые не могут быть израсходованы потребителями. Поэтому в составе оборудования ТХУ должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие сброс излишков тепла в окружающую среду. В зимнее время это тепло можно использовать для отопления помещений или для нагрева воды для поения коров.
Рис. 5.6. Расчетные тепло- и холодопроизводительность тепловых насосов для линий первичной обработки молока.