rn - плотность навоза, кг/м3 (rn= 1020 кг/м3);
tn - время накопления навоза, сут;
kB - коэффициент, учитывающий изменение плотности навоза, в зависимости от исходной влажности (kB = 1,5).
Vn=
Принимаем объем навозоприемника равным 70 м3.
Объем емкости для нагрева:
V0=
где t0 - время нагрева, сут;
k'B - коэффициент, учитывающий изменение объема, в зависимости от температуры нагрева.
V0=
Принимаем объем емкости для нагрева равным 30 м3.
Объем менантенка:
Vм =
где q - суточная доза загрузки менантенка, %.
Vм =
Принимаем объемы двух менантенков равными V1м = 225 м3 и V2м = 225 м3.
Продолжительность сбраживания:
tсб = 100/q', сут, …. Стр. 115 [1],
где q' - выход биогаза, приходящийся на 1т переработанного навоза, м3.
tсб = 100/20 = 5 сут.
Суточный выход биогаза:
Gб = Qсутq', м3,…. Стр 115[1].
Gб = 22 741,6 ´ 20 = 440 м3 биогаза.
Объем газгольдера:
VГ =
где tн.б. = время накопления биогаза за сутки, г.
VГ =
Принимаем объем газгольдера равным 220 м3.
Общая тепловая энергия получаемого биогаза:
Qобщ = Gб´Сб, МДж, стр 115[1],
где Сб = 24 МДж/м3 - теплотворная способность бигаза.
Qобщ = 24´440 = 10 560 МДж.
Расход теплоты на нагрев исходного навоза с t1 = 8°С до t2 = 35°С (мезофильный режим).
Qм.р. =
где Сн - теплоемкость навоза (Сн = 4,06 кДж/(кг´°С));
h= КПД нагревательного устройства (h=0,7).
Qм.р. =
Расход теплоты на собственные нужды:
Qс.н. = Qм.р. + Qк.т. , МДж,…… 115[1],
где Qк.т. - расход теплоты на компенсацию теплопотерь.
Qс.н. = 3 561,3 + 200 = 3 761,3 МДж.
Общее количество биогаза, идущего на собственные нужды:
Gб.н. = Qс.н./Сб , м3, ………115[1],
Gб.н. =
Выход товарного биогаза:
Gб.т. =Gб - Gб.н. , м3, ……115[1].
Gб.т. = 440 - 156,7 = 283,3 м3.
Коэффициент расхода биогаза на собственные нужды:
hб =
hб = 156,7¸440 = 0,35.
Тепловая мощность котла КГ-1500:
Wк = 1500Сб/Gб , МДж, …….115[1],
где Сб = 24 МДж/м3. - теплотворная способность биогаза.
Wк =
Продолжительность работы котла - парообразователя для собственных нужд установки:
tр =
для обеспечения биогазовой установки теплотой необходимо два котла - парообразователя КГ-1500.
Один килограмм твердых отходов может дать 0,25 м3 биогаза. По теплотворной способности 1 м3 газа соответствует 0,6 л жидкого топлива. В сутки для 100 коров на подогрев воды расходуется 5….6 м3 газа. Один Квт´ч электроэнергии соответствует расходу 0,7…..0,8 м3 газа. Одна тонна сброженного навоза увеличивает урожайность на 10 - 15% по сравнению с использованием буртового навоза.
3.2.3. Технологическая схема биогазовой установки.
Совершенными и экономичными признаны установки непрерывного действия, обеспечивающие равномерный выход биогаза и навоза.
Установка состоит из навозоприемника 2 (см. рис. ) полезной емкостью 70 м3, двух бродильных камер 13 и 18 (V1м =V2м = 225 м3), мерного резервуара 6 (V = 12 м3); насосных № 1 и № 2 с фекальными насосами; системы труб с арматурой, газгольдера 9 емкостью 220 м3.
Рис. Схема биогазовой установки на 400 голов КРС.
1 - Навозные каналы; 2 - навозоприемник; 3 - мешалка; 4 - насосная № 1; 5,7 - трубопровод сырого навоза; 6 - мерный резервуар; 8,11 - газопровод; 9 - газгольдер; 10,12 - паропровод; 13 - менантенк № 1; 14 - котельная; 15 - трубопровод сырого навоза; 16 - трубопровод сброженной массы; 17 - распределительный ьак сырого навоза; 18 - менантенк № 2.
Процесс сбраживания - мезофильный подогревом до 32 - 34°с, заполнение камер - непрерывное с ежесуточной подачей сырого навоза в количестве 5% от объема заполнения камер, т.е. длительность брожения составляет 20 - 21 день.
Постоянная температура брожения поддерживается впуском пара в камеры брожения.
Установка работает по следующей технологической схеме: навозная масса из коровника по закрытым каналам самосплавом подается в навозоприемник 2 (рис ), где он смешивается с жижей и фекальным насосом перекачивается в мерный резервуар.
Отсюда масса идет в распределительный бак сырого навоза, установленный на втором этаже насосной № 2. Из него самотеком поступает в бродильные камеры 13 и 18.
Сброженная масса самотеком поступает в открытое навозохранилище. Из навозохранилища готовый жидкий навоз вывозят на поля жижерасбрасываетелями.
Полученный в результате брожения газ собирается в верхней части бродильных камер и по трубопроводу поступает в газгольдер, проходя по пути через бак мокрой сероочистки (для освобождения от сероводорода). Давление в газгольдере - 300 - 400 мм вод. ст. из газгольдера газ, по мере надобности, подается потребителям.
3.3.1. Конструкционный расчет менантенка.
Самым важным элементом биогазовой установки является менантенк. От его конструкции зависит производительность и экономическая эффективность всей установки.
Анализ форм менантенков.
А) Овальная. Достоинства: наилучшие условия для перемешивания и отвода осадков, разрушения плавающей корки.
Недостатки: высокая стоимость изготовления.
Б) Цилиндрическо-коническая. Достоинства: обеспечивает удаление сверху корки, снизу - отстоявшегося субстрата (шлама)
Материалы: сталь, пластмасса, бетон.
В) Цилиндрическая. Достоинства: простая технологичность изготовления.
Недостатки: условия для перемешивания тока жидкости менее благоприятно, требуют значительных удельных затрат энергии.
Г) Наклонно-горизонтальное расположение цилиндрического менантенка.
Достоинства: наклонное расположение облегчает стекание шлама к выгрузному отверстию, лучше заполнение, перемешивание.
Недостатки: подземное расположение камеры сбраживания ухудшает теплотехнические показатели.
Материалы: листовая сталь.
Д) Горизонтальное расположение цилиндрического менантенка. Достоинства: позволяет сбраживать большое количество субстрата, экономия затрат, удобство разрушения корки.
Недостатки: процесс брожения протекает стихийно, бесконтрольно, значительная продолжительность сбраживания.
Принимаем для проекта цилиндрическо-коническую форму менантенка.
Габаритные размеры реактора определяем, исходя из его емкости.
Для теплоизоляции применяем маты из стеклянного штапельного волокна.
Материалом для изготовления основного корпуса - листовая сталь.
И, в заключение, отмечу:
Учитывая перспективность анаэробной обработки отходов животноводства, во Всесоюзном Научно-Исследовательском Конструкторском и Проектно-технологическом Институте Органических Удобрений и Торфа (ВНИПТИОУ) в 1985 - 1988 гг. изучали влияние различных условий ферментации на свойства навоза КРС, а также эффективность применения сброженного навоза в качестве органического удобрения.
Выводы:
1) В результате анаэробной переработки общее содержание основных биогенных и гумусообразующих веществ в навозе КРС не претерпевало заметных изменений. В месте с тем метангенерация сопровождалась специфическими изменениями в содержании аммонийного азота, углерода, сухого органического вещества, аминокислот и жирных летучих кислот.
2) Анаэробная переработка бесподстилочного навоза обеспечивала эффективное обеззараживание его от семян сорных растений, яиц гельминтов.
3) В процессе метановой ферментации отмечалось улучшение реологических свойств сброженного навоза: снижалось общее содержание взвешенных частиц, количество частиц крупного размера, уменьшалась плотность навоза.
4) Влияние сброженного бесподстилочного навоза КРС на урожай и качество сельскохозяйственных культур не уступало действию исходного бесподстилочного навоза.
3.3.2. Меры безопасности при изготовлении и монтаже менантенка биогазовой установки.
а) При механической обработке резанием и шлифованием электроинструмента.
Вид опасности: опасность электротравмы; травмирование срезанным металлом (стружкой); высокое содержание абразивной пыли в воздухе (при шлифовке); возможность электротравмы, ожога.
Меры безопасности: металлический корпус электроинструмента необходимо заземлить; работать с электроинструментом в диэлектрических калошах и перчатках; работать с применением средств индивидуальной защиты (очки, головной убор, респиратор); не проверять шероховатость обрабатываемой детали на ощупь; стружку и абразивную пыль сметать щеткой.
б) При сварке.
Вид опасности: загрязнение воздушной среды рабочей зоны сварочным аэрозолем; возможность получения электротравмы, ожога, пореза.
Меры безопасности: все соединения ацетиленовых генераторов, трубопроводов, рукавов и т.п. должны быть герметизированы; сварщик и подручные должны быть обеспечены индивидуальными средствами защиты: маской со светофильтром, брезентовой защитной спецодеждой и обувью; рабочее место должно быть оборудовано дежурными диэлектрическими сапогами, ковриком, перчатками.
в) При покраске:
Вид опасности: сильное загрязнение воздуха ядовитыми парами и газами (аэрозолем и парами растворителей). Опасность возникновения пожара.
Меры безопасности: нужно работать в спецодежде (рукавицах, респираторе и очках); участники производства окрасочных работ должны быть обеспечены средствами пожаротушения.
г) При монтаже с использованием подъемно-транспортного оборудования.
Вид опасности: травмирование сорвавшейся деталью, травмирование перетертыми жилами стропы.
Меры безопасности: работать с применением средств индивидуальной защиты (каски, страховочного троса); назначить ответственного по производству работ; крановщики и стропальщики должны иметь соответствующий допуск на производство работ, подъемно-транспортные машины должны быть освидетельствованы.