Определение установленной мощности биогазового реактора

Решение:

Суточный выход биомассы с фермы:

где  – поголовье скота;

 – норма выхода отходов на 1 животное, .

Образующееся сухое вещество:

где  – исходная влажность в десятичных долях.

Суточная масса составляет:

где  – плотность экскрементов, .

Органическое вещество составляет:

где  – процентное содержание органики.

Объём экскрементов при гидросмыве:

где  – влажность после гидросмыва.

Суточное количество биогаза:

где  – удельный выход биогаза.

Расчёт основного оборудования и выбор комплектующих

Расчёт метантенка

Объём метантенка:

где  – коэффициент запаса;

 – длительность процесса брожения.

Принимаем . Метантенк имеет размеры: D=7,3 м, H=9,6 м.

Объём подогревателя-выдерживателя составит:

Показатель эффективности работы метантенка:

Расчёт объёма газгольдера

Объём газгольдера составит:

где  – атмосферное давление, Па;

 – абсолютное давление в газгольдере, Па;

 – температура биогаза в метантенке, К;

 – температура газа в газгольдере, К;

Принимаем газгольдер объёмом . Его размеры: внутренний диаметр – 9300 мм, а высота – 12500 мм; внутренний диаметр колокола – 8500 мм, а высота – 6880 мм.

Определение установленной мощности биогазового реактора

Мощность установки:

где  – теплота сгорания, ;

 – КПД установки.

Расчёт потребления электроэнергии и теплоты на собственные нужды

Электроэнергия потребляемая насосами:

где  – производительность насоса, ;

 – напор, м;

 – плотность перекачиваемой жидкости, ;

 – ускорение свободного падения, ;

 – коэффициент запаса;

 – коэффициент полезного действия насоса;

 – коэффициент полезного действия электропривода насоса.

Таким образом, для привода насосов, перемещающих субстрат, требуется:

Электроэнергия потребляемая компрессором для сжатия газа:

где  – показатель политропы;

 – начальное и конечное давление биогаза, Па;

 – время работы компрессора ;

 – коэффициент запаса;

 – механический КПД компрессора;

 – КПД передачи.

Потребление энергии приводами мешалок:

Насос для подачи нагретой воды в теплообменник метантенка потребляет:

Центрифуга для разделения жидкой и твёрдой фаз потребляет:

Шнековый транспортёр для подачи торфа в смесительную камеру потребляет:

Суточный расход электроэнергии всеми электродвигателями будет равен:

Введём коэффициент запаса k=1,5, для учёта энергии на прочие нужды и получим:

Количество потребной теплоты

Необходимое кол-во теплоты на подогрев биомассы рассчитывается по формуле:

где  – удельная теплоёмкость нагреваемой биомассы, ;

 – начальная температура биомассы, ;

 – температура режима конверсии биомассы, ;

 – количество дней.

Поток теплоты через двухслойную плоскую стенку определяется из выражения:

где  –температура окружающего воздуха, ;

 – суммарная поверхность теплообмена, ;

 – коэффициент теплоотдачи от субстрата к стенке. Принимаем ;

 – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляционного слоя к воздуху. Принимаем ;

 – коэффициент теплопроводности углеродистой стали. Принимаем ;

 – коэффициент теплопроводности полистирола. Принимаем ;

 – толщина стали метантенка. ;

 – толщина слоя полистирола. .

Результаты расчёта представим в виде таблицы:

№	Температура воздуха Та	Количество дней n1 в году с температурой выше	Начальная температура биомассы	Затраты теплоты	Потери теплоты
1	-25	0,2	10	453,33612	2843,896897
2	-20	3	12	6213,8313	2598,733371
3	-15	6	14	11255,2416	2353,569846
4	-10	17	16	28567,9917	2108,40632
5	-5	37	17	54947,4642	1863,242795
6	0	64	18	82538,4384	1618,079269
7	5	72	19	78786,6912	1372,915743
8	10	78	20	70110,7758	1127,752218
9	15	57	21	40096,7982	882,5886922
10	20	26	23	13209,2766	637,4251666
11	25	4	24	1250,5824	392,261641
12	30	1	26	117,2421	147,0981154
Итого		365,2		387547,6696	17945,97007

Площадь боковой поверхности метантенка:

Площадь дна и крышки:

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:

Общие суточные потери теплоты на подогрев и поддержание температуры субстрата составят:

При эффективности газопоршневого дизеля по тепловой энергии 65% он сможет ежесуточно вырабатывать:

Среднесуточная доля расхода теплоты на собственные нужды:

Затраты теплоты в зимний период на собственные нужды:

Затраты теплоты в летний период на собственные нужды:

Доля расхода теплоты на собственные нужды:

Электрогенератор, соединённый с газопоршневым двигателем, вырабатывает в сутки электроэнергии:

Следовательно, на собственные нужды биогазовой установки расходуется электроэнергии: