Перспективы использования мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу в климатических условиях Казахстана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат наук Лизунов, Николай Юрьевич

• Лизунов, Николай Юрьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Лизунов, Николай Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Казахстан

1.2.Показатели использования альтернативных источников энергии. Применение альтернативной энергетики на транспорте

1.3.Биога з

1.3.1. Метантенк

1.4. Особенности методик расчета процессов в мобильной биогазовой установке

1.4.1. Расчет биогазовой станции

1.4.2. Методики расчета теплопотерь

1.4.3. Сушка биоудобрений

1.4.3.1 Подбор и расчет сушилки

Глава 2. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА МОБИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА

ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В НЕЙ

2.1. Методика расчета мобильной установки по переработке отходов

2.2. Методики расчета тепловых потерь для мобильного метантенка

2.3. Методика расчета системы сушки биоудобрений

2.3.1. Многокорпусная выпарная установка

2.3.2. Вальцовая сушилка

2.4. Очистка биогаза

Выводы по главе 2

Глава 3. МОДЕЛЬ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ НА

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ХОДУ И ЕЁ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

3.1. Система хранения и подготовки к анаэробному сбраживанию биологически пригодного сырья

3.2. Метантенк

3.3 Складирование жидких биоудобрений, расширительный бак

3.4 Сушка биоудобрений

3.5. Склад высушенных биоудобрений

3.6. Система очистки биогаза

3.7. Газгольдер

3.8. Компоновка вагонов мобильного комплекса

Выводы по главе 3

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

4.1. Проведение экспериментальных исследований анаэробного

сбраживания травы

4.1.1. Проведение эксперимента в Германии, биогазовая станция в городе ЗсИппесИеп

4.1.2. Проведение эксперимента в Казахстане, лабораторные исследования

в городе Алматы

4.2. Исследования тепловых потерь и изоляции метантенка

4.3. Исследования процесса сушки биоудобрений

4.4. Экономическая оценка эффективности создания завода

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Перспективы использования мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу в климатических условиях Казахстана»

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы и степень ее разработки. Научно - технический прогресс встал на качественно новую ступень развития. Увеличилась скорость роста городов, развития промышленности, как в развитых странах, так и в странах третьего мира. Регулярно вводятся новые и поддерживаются уже существующие программы развития энергетического комплекса. Средняя продолжительность жизни в XX веке увеличилась в 1,5 раза. Этому способствовало:

• создание вакцин,

• открытие антибиотиков,

• улучшение медицинского обслуживания,

• внедрение достижений науки во все сферы жизни.

Научно технический прогресс обуславливает увеличение добычи полезных ископаемых. Выбросы вредных веществ промышленных предприятий в атмосферу за период с 2000 по 2012 год возросли на 9,5% [46]. Увеличение площадей свалок различных отходов в 1,6 раз. В условиях стремительного развития производства образовался значительный дефицит электрической и тепловой энергии, сохранившийся во время кризиса, начавшегося в 2008 году. Увеличение мощности источников традиционной выработки энергии еще более усугубит экологическую обстановку в мире. Однако, неравномерное и неполное снабжение регионов электрической и тепловой энергией не позволяет части населения пользоваться благами 21 века.

Анализируя статистические данные об альтернативных источниках получения энергии, можно отметить, что производство биогаза является высокопотенциальным решением проблемы дефицита энергии, получения высококачественных биоудобрений и утилизации биоотходов. Несмотря на положительное воздействие на окружающую природу и экономику страны, данная отрасль получения альтернативного источника энергии в Казахстане очень слабо развита.

Большая территория страны и неравномерное ее заселение, резко континентальный климат и частично кочевой образ жизни, сохранившийся в некоторых областях Казахстана, обуславливают затруднения для создания стационарных источников энергии, что в свою очередь обосновывает необходимость создания мобильных комплексов выработки тепловой и электрической энергии, отсутствующих на данный момент. Для этого наилучшим образом подходит железная дорога, так как она достаточно хорошо развита на территории Республики и основные элементы железнодорожных поездов, такие как платформы, цистерны и вагоны способны разместить оборудование, необходимое для процессов переработки биоотходов и выработки биогаза с биоудобрениями.

Значительный вклад в развитие технологий и процессов получения биогаза внесли такие ученые и эксперты, как: Вольф Фриц, А. Герман, Ф. Гумеров, П. Демль, A.A. Дроздов, Д. J1. Дудюк, Дублайн Диетер, И.Ю. Егоров, В. Жирков, В. П. Заворотний, Ю. Калмыкова, С. Н. Калюжная, Келлер Арманда, Н. В. Колосова, К. А. Копейкин, О. А. Круть, С. С. Кутателадзе, Ю. Матеев, Б. Муталиева, A.C. Мягков, Д. В. Остапенко, Ройтерсберг Бернхард, В. А. Сербии, Е.Е. Сотников, С. Стрельцов, В.В. Тепляков, Торри Паси, Уэбб Майкл, Д.А. Фомин, О. В. Чеботарева, JI. Шенец, А. А. Шомин, В. М. Шрамков, Штайнаузер Ангелика, А. В. Яковенко, и многие другие.

Благодаря их труду с каждым годом увеличивается количество новых биогазовых станций по всему миру.

Крупнейшие производители биогазовых установок в Росси: ООО «ЭНТОРОС», ЗАО «Центр ЭкоРос», ООО «ГРИНТЕК», ОАО «Волжский дизель имени Маминых», ООО « Мелькомпинжинеринг» совместно с компанией «RIELA», ООО «СИПРИС», ЗАО «Энерг-биогаз», концерн КОНАТЭМ, Компания «Биокомплекс», «АГРОКОНТЕК» и другие; а так же иностранные производители: Zorg Biogas AG, Bilfinger EMS GmbH, EnviTec Biogas AG, Nawaro BioEnergie AG, Recuperma GmbH, Schmack Biogas GmbH, Sommer energy GmbH, Weltec Biopower GmbH, Wulf Johannsen KG GmbH & Co. и другие. Занимаются активным

внедрением стационарных биогазовых установок в крупные сельскохозяйственные и промышленные предприятия. В связи с этим возникают условия внедрения мобильных станций, позволяющих охватить большее количество мелких и средних сельских хозяйств и производств, в качестве отходов которые имеют пригодное к сбраживанию сырье.

Целыо диссертационной работы является развитие новой сферы использования биогазовых установок, а именно создание мобильного комплекса на железнодорожном ходу с системой сушки и получения биоудобрений.

Основные задачи исследования:

- определить особенности, возникающие при эксплуатации мобильной установки на железнодорожном ходу;

- выполнить анализ существующих методов расчета заводов по производству биогаза и разработать методику расчета технологических процессов мобильного биогазового комплекса;

- разработать способ и методику расчета процесса сушки биоудобрений, определить все необходимые показатели в специфических условиях эксплуатации биогазовой установки.

Научная повизна результатов диссертационного исследования:

- Уточнен метод расчета мобильной биогазовой установки для переработки отходов.

- Разработана методика расчета тепловых потерь мобильного мстантенка и обоснована его оптимальная теплоизоляция для эксплуатации в климатических условиях Казахстана.

- Экспериментально определена универсальная кривая выхода биогаза и содержание в нем метана, определены теплофизические свойства биоудобрений, необходимые для расчета процессов сушки.

- Исследована возможность повышения эффективности биогазовой установки за счет использования теплоты отходящих газов локомотива.

Теоретической и практической значимостью работы являются:

- Разработан проект мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу.

- Выполнена натурная трехмерная модель по размещению оборудования в вагонах.

- Обоснован путь повышения эффективности биогазовой установки за счет использования отходящих газов локомотива.

- Показана рентабельность создания мобильной биогазовой установки.

Методология и методы исследования.

Задачи, исследуемые в диссертационной работе, были решены путем теоретического анализа и моделирования процессов производства биогаза в мобильной биогазовой установки с применением основных уравнений тепломассообмена. Для структуризации теоретических данных исследования и обработки экспериментальных данных использовались электронные таблицы Microsoft Excel 2007, MagicPlotPro, Edraw Max. Для создания натурной трехмерной модели комплекса применялась программа 3D МАХ 2012.

Положения, выпосимые на защиту:

1. Проект мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу и возможность ее применения в климатических условиях Казахстана.

2. Методика расчета тепловых потерь мобильного метантенка.

3. Применение комбинированного метода сушки в условиях ограниченного пространства железнодорожного вагона, с использованием выхлопных газов локомотива в качестве греющего агента.

4. Экспериментальные данные по определению теплопроводности, теплоемкости и плотности биоудобрений.

Достоверность научных исследований и диссертационных результатов подтверждается проверкой сходимости расчетных данных с экспериментальными, расхождение между которыми составляет не более 8 %, для изучения процесса получения биогаза, и не более 3%, при исследовании процессов тепловых потерь метантенка. Методики расчета теплопотерь для метантенка применены в работах

в АО «КазНИИ Энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина» и ТОО «НИИ Транспорта и Коммуникаций».

Апробация работы.

Основные направления исследований и полученные результаты диссертации были представлены в виде докладов, которые обсуждались на: Межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Шаг в будущее. Неделя науки - 2011, 2013, 2014" и научно-практических семинарах кафедры "Теплотехника и ТСУ" (ФГБОУ ВПО ПГУПС Императора Александра I, г. Санкт-Петербург 2011- 2014); XIII Международной научно-практической конференции "Актуальные вопросы науки" (г. Москва, Научный журнал "Актуальные проблемы современной науки", 25.04.2014); XIII Международной научно-практической конференции "Техника и Технология: Новые перспективы развития" (г. Москва, Научный журнал "Естественные и технические науки", 26.05.2014).

Публикации.

На основе диссертационных исследований издано четыре печатные работы, две из которых в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Объектом исследования выступает мобильная биогазовая установка.

Предметом исследования являются процессы, протекающие в составных элементах биогазовой установке при её эксплуатации.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 111 наименований и трех приложений. Общий объем диссертации составляет 143 страниц, включая 61 рисунок и 28 таблиц.

Рис. 1.1 Структура исследования мобильной биогазовой установки на

железнодорожном ходу

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Казахстан

Территория республики занимает 2724,9 тыс. кв. км. По площади она находится на втором месте в СНГ и на девятом в мире. Важным сектором экономики Казахстана является сельское хозяйство. Площадь сельскохозяйственных угодий страны составляет 76,5 тыс. га, в том числе пашни -24,1 млн. га, пастбищ - 46,5 тыс. га. На севере климатические условия благоприятствуют выращиванию яровой пшеницы, овса, ячменя и других зерновых культур, а также позволяют развивать овощеводство, бахчеводство и возделывать ряд технических культур: подсолнечник, лен-кудряш, табак и др. На юге республики, в предгорной полосе и в долинах рек, где много тепла, при искусственном орошении дают высокие урожаи хлопчатник, сахарная свекла, желтый табак, рис, плодоносят сады и виноградники. [18, 19]

Одной из главных проблем Казахстана, является обострение экологической ситуации в связи с интенсивным хозяйственным освоением территории. За 2013 год столица Астана потребила 570 тыс. тонн продукции. С учетом роста населения, годовой объем потребления меняется в плюсовую сторону на 50-60 тыс. тонн. Ежедневный уровень потребления составляет 1.5 тыс. тонн. Рост потребления влечет за собой рост образования, вывоза и накопления различных типов отходов. Статистические данные по накоплению отходов в Казхстане [20, 79]:

• 5% твердых бытовых отходов (ТБО) подвергаются переработке;

• 60% ТБО могут подвергаться переработке во вторичное сырье;

• 30% ТБО - пищевые отходы, которые могут перерабатываться в компост;

• 603 полигона для ТБО действуют на территории РК;

• 97% ТБО хранятся на полигонах, не соответствующих санитарным требованиям;

• 60 тонн отходов на человека ежегодно образуется в Казахстане; 1300 тонн мусора ежедневно производит город Алматы;

• 23,6 млрд тонн отходов накоплено в Казахстане;

• 230 млн тонн составляют радиоактивные отходы;

• 30 млрд тонн химических отходов хранится на территории Казахстана;

На рис. 1.2 показан объем собранных и вывезенных коммунальных отходов в республике за период с 2005 по 2011 годы [55]. Более 30% из которых пригодны для переработки методом сбраживания, с попутной выработкой биогаза и биоудобрений, что в свою очередь около 35 миллиардов кубометров газа в год.

Рис. 1.2 Объем собранных и вывезенных коммунальных отходов

На рис. 1.3 показана среднегодовая численность населения Казахстана по областям. Из статистических данных на 1 января 2014 года видно, что за последние 2 года население выросло на 373800 человек и составило 17 млн. 165,2 тыс. человек [56, 84]. Распределение населения на территории Республики не равномерное. Это связано не только с особенностями ландшафта, но и с плодородностью почв. А так же с наличием электрической энергии и питьевой воды.

ЖЗк*'.

/ •

Л

>

•ч

;

? 5 «—v? а

!

К. • .. 1» —|

(

г „ ✓

„V-

йЗ^чЯ

1 /

V

• ^ \

V

» • х

<

. V

у\

"л ' ™

Г5»

а

Южно-Казахстанская обл.

Алматннская обл. ■ 1927 717

г. Алмахы ■■■■■■ 1 462 615

Восточно-Казахстанская обл. ■ммш 1394165

Карагандинская обл. шяшшт 1360 311

Жамбыльская обл. твт 1 062 843

Костананская обл. *ам 879 698

Актюбннская обл. ян 791 067

г. Астана вш 760 541

Павлодарская обл. т 748 011

Акмолнская обл. т 732 028

Кызылордннская обл. т 719 794

Западно-Казахстанская обл, ■ 615 069

Северо-Казахстанская обл. ■ 581 535

Мангнстатская обл ■ 556 753

Атырауская обл. 1 549 092

Рис. 1.3 Численность населения Казахстана в 2012 году

Несмотря на большую территорию, в Казахстане достаточно хорошо развита сеть железных дорог. Как показано на рис. 1.4 плотность железнодорожного полотна не большая, но она равномерно распределена по всей территории. Вместе с железнодорожным сообщением развита автомобильная сеть дорог. На рис. 1.5 изображена схема автодорог Республики. Обобщенная развитость транспортных потоков позволяет наладить в Казахстане стабильное обеспечение всех регионов необходимыми продуктами.

"Ö

s

о

О

а>

н

er *

а> ta п> w Я

С

X

to О

хз о

TI

ъ

а> о

04

ta

5

«

S

W

8 S

о H

я

w

Рис. 1.5 Схема автомобильных дорог Республики Казахстан Основным сырьем для производства энергии в Казахстане является уголь, по данным государственной информационной системы его доля составляет 42% []. Структура энергетики показана на рис. 1.6, из нее видно, что применение возобновляемых источников энергии развито слабо.

■ Уголь

■ Нефть

■ Возобновляемые источники энергии

Рис. 1.6 Структура энергетики Казахстана С 2010 года в Казахстан стал нетто-импортером, то есть потребляет больше электроэнергии, чем производит. На рис. 1.7 показаны потребление и выработки электроэнергии в период с 2005 по 2011 годы [73].

90

со

зе

Ч а.

| 80

m

о.

« 70

m

0

о. ь ж

01 =; m

0 m

и Ф

1 50 о

2С

60

6LZ

67,9

85,9

2005 г 2006 г 2007 г 2008 г 2009 г 2010 г 2011 г •—Выработка электроэнергии И Потребление электроэнергии

Рис. 1.7 Показатели выработки и потребления электроэнергии в Казахстане

Остро стоит вопрос об электрификации и снабжении тепловой энергией аулов и поселений, находящихся в отдалении от крупных районных центров и мегаполисов.

1.2. Показатели использования альтернативных источников энергии.

Применение альтернативной энергетики иа транспорте

В современном мире для улучшения качества жизни человека и уменьшения негативного влияния на планету во всех сферах жизнедеятельности человечества рационально применять различные системы сбережения и альтернативной выработки энергии, что поможет в стремлении снизить побочные отрицательные эффекты индустриализации, основным из которых является загрязнение окружающей среды. Поиск методов использования нетрадиционных источников энергии и их совершенствование является будущим человечества. Одним из самых перспективных и наименее дорогих источников альтернативного производства энергии является биотопливо. Для его производства требуется только условие отсутствия кислорода в биореакторе. Простота технологической схемы реализации процесса анаэробного сбраживания биотходов делает эту технологию дешевой, по сравнению с использованием энергии солнца и воды.

На альтернативные источники энергии на данный момент приходится около 5 % (без учета гидроэнергетики) выработки электроэнергии во всем мире. В том числе для отопления и нагрева воды (биомасса, солнечный и геотермальный нагрев воды и отопление) 3,3%; биогорючее 0,7%; производство электроэнергии (ветровые, солнечные, геотермальные электростанции и биомасса в ТЕС) 0,9%. Но в отдельно взятых странах, таких как США, Австралия, Германия, Исландия, Дания процент альтернативной энергетики достигает 25 % от энергопромышленности страны [70, 75, 94]. На рис. 1.8 показано распределение альтернативных источников энергии в США. Мы видим, что основной процент выработки энергии приходится на биотопливо [74].

Ш 50,49% энермя

в Гидроэнергетика 13 Геотермальная

ОСолнечная энергия О Энергия ветра ■ Биомасса

О 10,95^

Рис. 1.8 Доля возобновляемых источников энергии в конечном потреблении

энергии США на 2009 год

Эксперты Европейской энергетической комиссии ООН считают, что страны СНГ обладают значительным потенциалом для развития биогазовой энергетики

В Казахстане доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общем объеме вырабатываемой энергии составляет не более 0,4 % [21].

Доля возобновляемых источников в общем объеме производства энергии в России оценивается в 0,9 %, выработке тепла — около 4%. На ее территории сосредоточено около 22 % всех лесных ресурсов планеты, что позволяет говорить о высоком потенциале вовлечения в баланс древесной биомассы. Потенциал развития биогазовой энергетики в России показан на рис. 1.9 [4, 58].

[13, 82].

■ Южный

■ Центральный В Приволжский

■ Северо-западный

■ Уральский в Сибирский

■ Дальневосточный

Рис. 1.9 Потенциал выработки биогаза по регионам России

В Украине доля возобновляемой энергии в общем объеме энергоснабжения составляет 3 %, в электроснабжении — 6,5 %. В стране делается ставка на биомассу. [67]

Согласно стратегии развития биоэнергетики в Новой Зеландии к 2040 году 25% от всей вырабатываемой в стране энергии будет произведено из биомассы [66].

Биогаз может вырабатываться из огромного количества пищевых отходов, которые ежедневно производится промышленными предприятиями и людьми в повседневной жизни. С 2005 по 2012 год их объем вырос на 39,4%. На рис. 1.10 показано количество отходов, пригодных для анаэробной переработки города с населением 1 млн. человек [20, 48, 57].

Средний удельный выход биогаза при переработке различных сельскохозяйственных отходов приведен в таблице 1.1 [31, 42, 43, 44, 72].

3 3

Получается, что за год можно выработать от 9,45 трл м до 65,1 трл м биогаза, а

так же переработать в удобрения 105 тыс. тонн пищевых отходов. Данные цифры не учитывают другие источники биосырья, пригодного для переработки.

[ Количество в тыс.т/год

600 500 400 300 200 100 0

490

420 400

зъи

Отходы пищевой Твердые осадки Древесные Твердые бытовые промышленности канализации отходы отходы

Рис. 1.10 Отходы города с населением 1 млн. человек

Состав твердых бытовых отходов, пригодных для сбраживания, представлен в рис. 1.11 [36].

3,00%

пищевые отходы

30,00%

Рис. 1.11 Сбраживаемые твердые бытовые отходы

Таблица 1.1

Средний удельный выход биогаза при переработке различных сельскохозяйственных отходов

Материал Выход биогаза на единицу массы сухого органического вещества, л/кг

1 2

Навоз свиней 340-550

Навоз крупного рогатого скота 90-310

Навоз лошадей 200-300

Помет птиц 310-620

Навоз овец 90-310

Отходы от животноводческих помещений 175-280

Солома пшеницы 200-300

Солома ржи 200-300

Солома ячменя 250-300

Солома овса 290-310

Солома кукурузы 380-450

Солома рапса 200

Пленка риса 105

Лен 360

Конопля 380

Трава 280-550

Ракита 405

Камыш 170

Клевер 430-490

Отходы зеленых культур 330-360

Ботва картофеля 280-490

21 продолжение таблицы 1.1

1 2

Листья кормовой сахарной свеклы 400-500

Листья подсолнечника 300

Сельскохозяйственные отходы 310-430

Семена растений 620

Листва 210-290

Водоросли 420-500

Ил каналов 310-740

Неотъемлемой частью внедрения биогазовой энергетики, является применение ее на транспорте. Австрийская компания OMV производит биодизельное топливо из твердой биомассы [64]. Аргентина так же активно развивает производство этого вида топлива. В 2010 году было произведено более 1 млн. тонн топлива [65].

В 2011 году компания Lufthansa начала испытания биотоплива на самолетах Airbus А321, осуществляющих регулярные рейсы по маршруту Гамбург-Франкфурт [68]. Компания Airbus с 2009 проводит испытания биокерасина. Синтетическое топливо не только экологически чистое, но и имеет себестоимость ниже, чем у керосина. Использование такого топлива не потребует замены двигателей. Специалисты компании Boing утверждают, что уже к 2015 году 1% от всего объема авиатоплива в мире будет составлять биотопливо [69].

В 2005 году в Швеции компанией Svensk Biogas был запущен поезд на биогазе. Он развивает скорость до 130 км/ч. Одной заправки хватает на 600 км пути. В 2007 году в Англии компания Virgin Trains отправила в первый рейс поезд на экологичном биодизельном топливе [78, 80, 81].

22

1.3. Биогаз

Биогаз возникает при ферментации органических веществ, таких как навозная жижа, навоз, жидкое навозное удобрение, растения, пищевые отходы. Он возникает в природе повсюду, где нет доступа кислорода: в болотах и топях, а также в пищеварительном тракте при пережевывании. В ферментерах и в гнилостных башнях в результате анаэробной ферментации (анаэробный = без кислорода) образуется биогаз.

Если органический материал складируется без доступа воздуха (анаэробно), то при воздействии связывающих метан бактерий (кокки, палочки, спирали, спирохеты, микоплазмы и нитевые бактерии) начинается биологический процесс, при котором образуется газ. Это и есть биогаз [50, 71].

Полученный биогаз можно использовать как сразу, так и после обогащения его до природного газа. С помощью специальных установок газ очищается от примесей и на выходе получается природный газ. Полученный газ можно использовать во всех сферах деятельности человека. На транспорте биогаз имеет большие перспективы.

Для железной дороги возможно использования его как топливо для автономных локомотивов, для отопления вагонов, в стационарных котельных. Классификация биогазовых установок показана на рис. 1.12.

Рис. 1.12 Виды биогазовых усановок

Технологическая схема получения биогаза представлена на рис. 1.13.

Тепло на технологические нужды, отопление

Биогаэ

Электроэнергия

\wwvv .zorg.ua

Шнековый загрузчик твердого сырья

Реактор

Газгольдер

Утеплитель

Балочный свод

Подогрев реактора теплой водой

Перемешивающее устройство

Отвод переброженой

Когенерационный

бЛОК Отходицие

газы

|Конденса?о-отеодчик

Ферма

Насосная

Ем.кость сбора и гомогенизации жидкого сырья

Рис. 1.13 Технологическая схема получения биогаза

Стационарные биогазовые установки достаточно распространены в мире. Некоторые из них вырабатывают газ в таких объемах, что избытки его, после использования необходимого количества для выработки тепловой и электрической энергии на собственные нужды и нужды подключенных потребителей, поступают в центральные газопроводы. В газопроводы газ поступает после очистки, обогащения до природного газа.

Недостатки стационарных биогазовых установок, такие как: локальное использование; невозможность перемещения на новое место; дороговизна строительства и монтажа; невозможность переменной газификации отдаленных потребителей; большие затраты на сооружение сетей коммуникации (газовая станция - потребитель). Сравнить стационарную станцию и мобильную можно только тогда, когда имеется проект мобильного завода.

Общий принцип работы мобильного комплекса не отличается от стационарного. Но существуют принципиальные отличия, такие как ограниченность пространства для размещения основного оборудования станции для переработки отходов, наличие системы сушки биоудобрений. Система сушки вводится для упрощения складирования и хранения биоудобрений. Она позволит применять для хранения простые вагоны для перевозки сыпучих грузов, а не специальные цистерны.

Комплекс должен представлять собой полностью или частично автономный комплекс. При частичной автономности передвижение мобильной биогазовой станции осуществляется за счет привлечения дополнительных мощностей в виде тягачей, локомотивов поездов и других машин, способных выступать в роли тяговой силы. При полностью автономной схеме работы установки, тепловой двигатель локомотива работает на биогазе.

Мобильная биогазовая установка включает в себя: питатель, систему подачи сырья в метантенк, метантенк, газгольдер, систему транспортировки газа, систему очистки газа, систему сушки биоудобрений, систему транспортировки и складирования биоудобрений, систему производства тепловой и электрической энергии. Так же возможна работа установки без процесса сушки биоудобрений. В этом случае понадобится большее количество цистерн для складирования перебродившего остатка.

Благодаря мобильному комплексу можно собирать и утилизировать отходы из любой точки, где образуется их накопление. Регулярное и не регулярное. Главным условием утилизации является приближенность к железнодорожным станциям или местам железнодорожного пути, где разрешена остановка и стоянка составов.

После загрузки сырья в метантенк состав может продолжать движение по назначенному маршруту, так как движение не отразится негативно на процессе выработки биогаза. А наоборот будет способствовать перемешиванию бродящей массы. Эта особенность позволит перемещать состав по точкам сбора отходов непрерывно. Еще одним преимуществом комплекса является возможность

снабжения биогазом и биоудобрениями необходимые районы на пути следования состава.

Создание такой станции позволит использовать ее практически в любом месте, где есть железнодорожная колея. Возможность перемещения установки позволит применять комплекс для самых различных задач:

- в качестве завода по переработки отходов, пригодных для выработки биогаза;

- мобильного источника тепловой и электрической энергии;

- мобильный биогазовый комплекс можно использовать, как резервный источник газоснабжения.

1.3.1. Метантенк

По величине метантеки условно классифицируются [10]:

- малые, семейного типа - объем реактора до 20 мЗ;

- фермерские - 20 - 200 мЗ;

- средние - 200 - 500 мЗ;

- большие - свыше 500 мЗ.

Отличие малых установок простота конструкции. Это емкости, помещенные в грунт и накрытые материалом для сбора газа. С увеличением конструкция усложняется.

По расположению метантенки делятся на горизонтальные и вертикальные. Использование вертикальных метантенков невозможно на железнодорожной платформе из-за габаритов. Как правило, вертикальные биореакторы сооружаются из бетона и достигают высоты 10 метров. Горизонтальные метантенки изготавливаются преимущественно из металла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лизунов, Николай Юрьевич, 2015 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Агрохит/ [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://arpoxiiT72.рф/index.php/sposoby-sushki

2. Бакластов, А. М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок/ A.M. Бакластов - М.: Энергия, 1970. -568 с.

3. Берман, Р.Н. Теплопроводность твердых тел/ Р.Н. Берман 1979,288 с.

4. Биогаз в России. Биокомплекс/ [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://biogaz-russia.ru/syr'e_dlya_biogaza.html

5. Бирман, Г. Н. Экономический анализ инвестиционных проектов/ Г.Н. Бирман, С. Шмидт / Пер. с англ. Под ред. Л.П.Белых. - М. «ЮНИТИ» 2003,631 с.

6. Бригхэм, Ю. Д. Энциклопедия финансового менеджмента/ Ю.Д. Биргхэм Общ.ред. и вступ. ст.: Б. Е. Пеньков, В. В. Воронов; Сокр. пер. с англ. А. А. Арзуманова и др. - М. Экономика 2001, 815 с.

7. Волков, А. И., Большой химический справочник/ А.И. Волков, И.М. Жарский - М.: Современная школа, 2005. - 608 с.

8. Гельперин, Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии/ Н.И. Гельперин —М.: Химия, 1981—812 с.

9. Григорьев, В.А. Краткий справочник по теплообменным аппаратам/ В.А. Григорьев - 1962,256 с.

10. Гюнтер, Л. Л. Метантенки/ Л.Л. Гюнтер, Л. Л. Гольдфарб— М.: Стройиздат, 1991. — 128 с.

11. Долинский, А. А. Кинетика и технология сушки распылением/ A.A. Долинский, К. Д. Малецкая, В. В. Шморгун, - 1987.

12. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ЛО.И. Дытнерский, Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. - М.:Химия, 1991. — 496 с.

13

14

15

16

17

18

19

20

21.

22,

23,

24.

25.

Дегтярёв, К. Доля альтернативной энергетики в 2010 году [электронный ресурс] / К. Дегтярёв // Всероссийская общественная организация "Русское географическое общество", - 2011. - Режим доступа: http://old.rgo.ru/201 l/01/dolya-alternativnoj-energetiki-v-2010-godu-vyrosla Евтюхин, H.A. Промышленные тепломасообменные процессы и установки в примерах и задачах Часть 1/ H.A. Евтюхин - 2000, 204 с. Зеленцов, А. Б. Вопросы эффективности процесса управления и его организации [Электронный ресурс]. - А.Б. Зеленцова. - Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования». -Режим доступа: http://www.science-education.ru/24-811 Исаченко, В.П. Теплопередача/ В.П. Исаченко, В.А. Осипов, A.C. Сукомел. -М.: Энергия, 1981. -416 с.

Кавецкий, Г. Д. Процессы и аппараты пищевых производств/ Г.Д., Кавецкий, А. В. Королев. - М.: Агропромиздат, 1991. - 432 с. Смаилова, А. А. Казахстан 1991-2006 годы. Информационно-аналитический сборник под ред. А. А. Смаилова/ А. А. Смаилова. -Астана, 2007 г.

Казахстан на пути к новой модели развития: тенденции, потенциал и императивы роста. Часть 1// - Алматы.-2007.

Казачевская, В. Бесхозные отходы [электронный ресурс] / В. Казачевская Эксперт Казахстан. - Режим доступа: http://expertonline.kz/al 1988/ Калмыкова, Ю. "ПроектБиогаз"/ Ю. Калмыкова, А. Герман, В. Жирков. -Карагандинский экологический музей. - 2005.

Карслоу, Г.Н. Теплопроводность твердых тел/ Г.Н. Карслоу 1964,488 с. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии/ А. Г. Касаткин. - М.: Химия, 1971.-783 с.

Китаев, Б. Н. Теплообменные процессы при эксплуатации вагонов/ Б. Н. Китаев. -М.: Транспорт, 1984. - 184 с.

Коновалова, JT.C. Теоретические основы теплотехники. Примеры и задачи/J1.C. Коновалова, Ю.А. Загромов -Томск: Изд. ТПУ, 2001. -116 с.

26. Корягин, А. А. Сушильные аппараты и установки. Каталог//А.А. Корягин, В. Г. Восконянц, В. П. Осинский, В. В. Мамистов, Э. JI. Ламм, Б. Г. Езерницкий, В. В. Токарев, Л. Ф. Соколовская. - 5-е изд., перераб. и доп - М.: ЦЕНТИХИМНЕФТЕМАШ - 1988г.

27. Краснощеков, Е.А. Задачник по теплопередаче/ Е.А. Краснощеков, A.C. Сукомел. -М.: Энергия, 1980.-288 с.

28. Крушвиц, В. А. Инвестиционные расчеты : учеб.для вузов/ В.А. Крушвиц, под общ. ред. В. В. Ковалева и 3. А. Сабова; Пер. с нем. 3. Сабова. - Санкт-Петербург : Питер, 2001. - 409 с.

29. Лебедев, П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок/ П.Д. Лебедев. - М. —Л. Госэнергонздат, 1963. 320 с.

30. Лебедев, П. Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки/ П.Д. Лебедев. - М.: Энергия, 1972. - 320 с.

31. Лукьянов, А. Биогаз и биогазовые станции. Анализ и реализованные проекты [электронный ресурс] / А. Лукьянов. - 2013. - Режим доступа: http://portal-energo.ru/articles/details/id/700

32. Лунин, О. Г. Теплообменные аппараты пищевой промышленности/О.Г. Лугин. - М.: Пищевая промышленность, 1976 г. - 216 с.

33. Лыков, A.B. Теория тепло- и массообмена/ A.B. Лыков. - 1963, 536 с.

34. Лыков, A.B. Тепло- и массоперенос. Том 4 Тепло- и массоперенос в процессах сушки/ A.B. Лыков. - 1963,272 с.

35. Лыков, А. В. Тепломассообмен. Справочник/ A.B. Лыков, под ред. В. В. Красникова. - М., 1978.

36. Максимихина, У. Н. Определение норм накопления твердых бытовых отходов для города Братска[электронный ресурс] / У.Н. Максимихина, Материалы V Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум». - Режим доступа: http://www.scienceforum.ru/2013/2/2538.

37. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет выпарной установки» по курсу «Процессы и аппараты химической технологии»/ -Харьков- НТУ«ХПИ». - 2004. - 55с.

38. Михеев, М.А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев. - М.: Госэнергоиздат. - 1949. 396с.

39. Михеев, М.А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев, И.М. Михеева. -М.: Энергия, 1977.-344 с.

40. Муштаев, В. И. Сушка дисперсных материалов/ В.И. Муштаев, В. М. Ульянов. -М., 1988.

41. Мясоеденков, В.М. Расчет барабанной сушильной установки. Учебно-методическое пособие/ В.М. Мясоедников. - М.: ИПЦ МИТХТ - 2009г.

42. Нован, В. Биогаз - это возобновляемое топливо [электронный ресурс] / В. Нован // Международная газета "Родовое поместье", № 2(32), - 2012, -Режим доступа: http://gazeta.rodpomestye.info/statya/2219-biogaz-eto-уогоЬпоу1уаетое-и)рНуо

43. Общественное экологическое движение [электронный ресурс] /. -Режим доступа: http://eco.na-vi.su/the-biogas-plant/

44. Оптима технологии [электронный ресурс] /. - Режим доступа: Ьир://о-tech.com.ua/production/38/

45. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. -М. .Химия, 1987. — 576 с.

46. Развитие городов: лучшие практики и современные тенденции/ ООО'Типография "КЕМ", - М, 2011.

47. Расчеты аппаратов кипящего слоя. Справочник/ под ред. И. П. Мухленова, Б. С. Сажина, В.Ф.Фролова, Л., 1986.

48. Ревич, Б.А. Эколого-геохимическая оценка окружающей среды промышленных городов / Б.А. Ревич, Ю.Е. Сает. - Урбоэкология. М., 1990. с 18.

49. Романков, П. Г. Сушка во взвешенном состоянии, 3 изд./ П.Г. Романков, Н.Б. Рашковская, JI., 1979.

50. РосБиогаз [электронный ресурс] /. - Режим доступа: http://www.rosbiogas.ru/literatura/biogazovie-ustanovki-prakticheskoe-posobie/xarakteristiki-processa-i-metodi-polucheniya-biogaza.html

51. Сажин, Б. С. Основы техники сушки/ Б.С. Сажин. - М., 1984.

52. Сажин, Б. С. Сушка и промывка текстильных материалов: теория и расчет процессов / Б.С. Сажин, В. А. Реутский. - М., 1990.

53. Стабников, В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств/ В.Н.Стабников, В.М. Лысянский, В.Д. Попов. -М.: Агропромиздат, 1985. -503 с.

54. Сушильные аппараты и установки/ Каталог НИИХИММАШ, - М., 1988.

55. Талдау [электронный ресурс] / Национально-аналитическая система. Министерство Национальной Экономики Республики Казахстан. Комитет по статистике. - Режим доступа: http://taldau.stat.kz/ru/NewIndex/GetIndex/704809?regionId=12769&periodId =7

56. Талдау [электронный ресурс] / Национально-аналитическая система. Министерство Национальной Экономики Республики Казахстан. Комитет по статистике. - Режим доступа: http://taldau.stat.kz/ru/NewIndex/GetIndex/703834?regionId=12769&periodId =7

57. Федеральная служба государственной статистики Российский Федерации [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.gks.ru/wps/\vcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/environ ment/#

58. Федеральный портал RPOTOWN.RU [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.protown.ru/information/hide/7941 .html

59. Фролов, В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов// В.Ф. Фролов-Л., 1987.

60. Чагин, O.B. Оборудование для сушки пищевых продуктов/ О.В. Чагин, Н.Р. Кокина, В.В. Пастин Иван. хим. - технол. ун-т.:Иваново. 2007. 138 с.

61. Чеботаева, О. В. Теплообмен с окружающей средой метантенка для сбраживания биомассы / О.В. Чеботаева, В. А. Сербии, Н. В. Колосова. -BicHiiK Донбасько'1 нацюналыюТ академп буд1вництва i архггектури. -2010,-№6.-С. 86.

62. Шарп, У. «Инвестиции»/ У. Шарп, Г.Александр, Д. Бейли, пер. с англ. А. В. Буренина. - М.: ИНФРА-М, 2009. - 1028 с.

63. Ямпольская, Д Понятие эффективности управления [электронный ресурс]/ Д. Ямпольская, М. Зонис. - Режим доступа: http://www.inventech.ru/lib/management/management-0056/

64. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterenergy.info/biofuels/33-notes/917-austria-intend-to-produce-diesel-fuel-from-wood

65. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterenergy.info/biofuels/33-notes/! 11-argentina-oil

66. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterenergy.info/biofuels/33-notes/99-new-z-bio

67. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterenergy.info/biofuels/33-notes/212-apk-ukraine

68. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterenergy.info/biofuels/33-notes/254-biofuel-lufthansa

69. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterenergy.info/biofueIs/33-notes/213-airbus-gtl

70. Web-сайт Alterenergy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.alterraenergy.org/index.php?options=news&id=32&news_id=504

71. Web-сайт Biogas. nv [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.biogas.vn.Ua/41 .html

72. Web-сайт Biteco-energy [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://biteco-energy.com/vyhod-biogaza-iz-razlichnogo-syrya

73. Web-сайт Bourabai [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://bourabai.kz/toe/kazenergy.htm

74. Web-сайт Cleandex [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.cleandex.ru/articles/2010/10/07/usa_renewable_energy_sources_th e_first_six_months_of_2010

75. Web-сайт Drgroup [электронный ресурс] / - Режим доступа: http ://www. drgroup. ru/press-rel iz-issledo vaniya-rinka-al ternati vnix-istochnikov-energii-v-rossii.html

76. Web-сайт Future24 [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://future24.ru/nastalo-vremya-biopoezdov

77. Web-сайт Findpatent [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/223/2234468.html

78. Web-сайт Gturs [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://gturs.com/Asia/kazakhstan.htm

79. Web-сайт I-news [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://i-news.kz/news/2014/04/24/7506998-hiteli_astany_ezhednevno_potreblyayut_l.html

80. Web-сайт Itnews [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://itnews.com.ua/news/33089-v-anglii-zapushhen-biopoezd

81. Web-сайт Korrespondent [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://korrespondent.net/tech/134384-v-shvecii-zapushchen-pervyj-v-mire-biopoezd

82. Web-сайт Newchemistry [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=7141 &cat_id=&sword=%E 1 %Е 8%ЕЕ%ЕЗ%Е0%Е7

83. Web-сайт Re-Therm, Иновационные технологии [электронный ресурс] / -Режим доступа: http://re-therm.ru

84. Web-сайт Total [электронный ресурс] / - Режим доступа: http://total.kz/society/2014/02/05/naselenie_kazahstana_sostavlyaet

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95.

96.

97.

Baserga, U. Seuchenhygienische Beurteilung der landwirtschaftlichen CoVergärung, Schweizerisches Bundesamt für Energie/ U. Baserga. - 1999. Baserga, U. FAT-Bericht Nr 546/ U. Baserga. - 2000.

Bickel, H. et al. Natura. Themenband Stoffwechsel. Klett-Verlag. Stuttgart/ H. Bickel. - 1995.

Böse, S. Biogas aus Getreidesilagen/ S. Böse. - 2004, http: / /www. archiv, saaten-union. de/index.cfm/nav/42,4/article/2241 .html

Büschel, K. DVGW-Regelwerk zu PE-Rohrleitungen und Bauteilen/ K. Büschel. -2004, https://http: //www. dvgw.de/fileadmin/ dvgw/angebote/.. ,/ewp_ 11_04_RW_P E. pdf

Caviezel, M. Herausforderung Trockenfermentation/ M. Caviezel. - 2006, http://www. carmen-ev.de / dt/portrait/sonstiges / biom06.../Caviezel.pdf Department for Environment, Food and Rural Affairs Saving money by reducing waste// - 2006, http://www.defra.gov. uk/../waste-minimisation.pdf Deublein, D., Biogas from Waste and Renewable Resources. 2-nd Ed./ D. Deublein, A. Steinhauser. - Willey-VCH Verlag GmbH, - Weinheim, - 2011, -550 p.p.

Eder, B., Fruchtfolge, Anbau, Düngung und Gaserträge von nachwachsenden Rohstoffen/ B.Eder, F. Kaiser, C. Papst, J. Ede, A. Gronauer- 2005, http:// www.biogas-infoboard. de/.../ FachverbandEder Col204.pdf Heavner, B., Renewables wor"/ B. Heavner, S. Churchill. - Job Growth from Renewable Energy Development in California, - 2002.

Huber, S., Untersuchung zur Biogaszusammensetzung bei Anlagen aus der Landwirtschaft. Ergebnisbericht des Bayerischen Landesamts für Umweltschutz/ S. Huber, K. Mair. -1997.

Jacquot, J.E. Human poop and urine provide cheap biogas source in Uganda/ J.E. Jacquot. - 2008, http://www.treehugger.com/.../ Science & Technology Krieg, A. Grasvergärung aus wissenschaftlicher Sicht, Presented at the 1 Graskraft-Seminar, Tiesdorf A. Krieg. -2000.

98. Lipp GmbH Biogasanlagen in modularer Bauweise// - 2010, http://www. lipp-system.de/20-biogasanlagen.html

99. Mayerhofer, H. Monitoring der Biogasanlage Rück/ H. Mayerhofen, R. Wagner. - 2000, http: / /www. carmen-ev. de/dt/hintergr-und/biogas/monitsOOs.pdf

100. Nussbaumer, A. Praktische Erfahrung in der Parallelmessung TOC/TNb in Abwässern einer CPB/ A. Nussbaumer. - Presented at the Umweltanalytiktage NRW, - 2000.

101. Oechsner, A. Von Daten an landwirtschaftlichen Biogasanlagen in Baden-Württemberg/ A. Oechsner, D. Weckenmann, C. Buchenau. - Erhebung Agrartechnische Berichte, 28, -1999.

102. Paesler, L. Energetische Verwertung von holzartiger Biomasse/ L. Paesler , J. Lepers, R. Röper. - Umwelt-Magazin 4/5, - 2004.

103. Plöchl, M. Technische Nutzung von Biogas/ M. Plöchl. - 2004 http://www. atb-potsdam.de/hauptseite-deutsch/ATB.. ./Kap_4_bis_l 1 .pdf

104. Schöftner, R. et al. Best Biogas Practise/ R. Schöftner. - 2007, http://www. energiesystemederzukunft.at/ edz_pdfl 0745_best_biogas_practise.pdf

105. Schön, M. Verfahren zur Vergärung organischer Rückstände in der Abfallwirtschaft Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis/ M. Schön. -Schmidt-V erlag, - 1994, - 66 pp.

106. Streffer, K. Die neuen Biogasquellen-Stroh, Holz oder Laub/ K. Streffer. -2010 http://www.maxbiogas.com.

107. Taherzadeh, M.J. Pretreatment of Lignocellulosic Wastes to Improve Ethanol and Biogas Production: A Review International Journal of Molecular Science 9, 1621- 1651/ M.J. Taherzadeh, K. Karimi. -2008, http://www.mdpi.com/1422- 0067/9/9/1621 /pdf

108. Union des Federations Agricoles (UFA) Rohfaser genügt nicht / - 2009, http://www.ufa.ch/Tiere/Milchvieh/ Milchgehalte / Raufutterbewertung_s. asp.

109. Van Soest, P.J., Symposium: Carbohydrate methodology, metabolism, and nutritional implications in dairy cattle/ P.J. Van Soest, J.B. Robertson, B.A. Lewis . - Journal of Diary Science,- 1991,-74 pp.

110. Verein Der Ingenieure Sicherung von Anlagen der Verfahrenstechnik mit Mitteln der Prozessleittechnik (PLT) / VDI/VDE-Richtlinie 2180. - 2005.

111. White, R.A. The Role of Biogas in Rural Development and Resource Protection in China: A Case Study of Lijiang Municipality, Yunnan Province, China/ R.A. White. - 2005 http://www.for.msu.edu/china/.,./Bo%20White Js%20Paper.pdf

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ ЛОКОМОТИВА МОЩНОСТЬЮ 2000 Л.С.

л

Рабочий объём цилиндра, м :

ix * D2S 3,14 * 0,252 * 0,27

Vh = --- = -Ч-— = 0,01325 мЗ.

4 4

Объём камеры сжатия, м3:

Vh 0,01325 Vc = —^ = ——— = 0,0011 м3 ° £-1 13-1

Объёмы цилиндра, соответствующие точкам «а» и «б»: Четырёхтактный дизель:

Va = Vb = Vc + Vh = 0,01325 + 0,0011 = 0,01435 м3.

•

Принимаем давление в начале сжатия Ра = 0,93 * Рк = 0,2139 МПа.

Температура рабочего тела в начале сжатия, °С:

т _ Тк + АТ+ YTr 1 + у

Принимаем подогрев воздуха от стенок цилиндра AT = 12 К и температуру остаточных газов Тг = 850 К.

365 + 12 + 0,02 * 850 1 + 0,02

Та = -. . „„„-= 386,275 К

Коэффициент наполнения:

£ Pa*Tk 1 13 0,2139 * 365 1

п„ = -* -Ü *-= -* —-*-= 0,93334

,v £ - 1 Рк * Та 1 + у 13-1 0,23 * 386,275 1 + 0,02

Давление и температура воздуха в конце сжатия:

Рс = pa£ni; рс = 0,2139 * (13)1'36 = 7,00122 МПа, Тс = ТаЕ"1-1; Тс = 386,275 * (13)1-36"1 = 972,558 К.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг топлива:

1 /С Н Б 0\ 1 0,86 0,131 0,003 0,006

_ 1 / и Н Ъ и \ _ 1 и,«6 0,131 ~ оЛ\12 + 4 +32~32/ ~~ 021 (~12~+ 4 +

= 0,49678,

32 32 кмоль

кг топлива

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг:

(}н = 33950С + 103000Н - 10900(0 + Б), Qн = 33950 * 0,86 + 103000 * 0,131 - 10900 * (0,006 + 0,003) = 42591,9кДж/кг

Химический коэффициент молекулярного изменения:

1 /Н 0\ 1 /0,131 0,006\

^ = 1 + + ЗгЬ 1 + 2,1 * 0,49678 (— + -3Т) = 1'°3157'

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

^о+у 1,03157 + 0,02 = ж)—г_ _ _>-,— = ^ 03095.

ц 1+у 1 + 0,02

Степень повышения давления рабочего тела при сгорании топлива:

Р2 11,5

** = 7С = тЩп = 1'643"

Температура рабочего тела в конце сгорания (по уравнению сгорания):, °С

а*и*С1+у) + (тСутс + 8,314 * ~ 2,27 * 103 *

tz =

^г^-ртг

Средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме воздуха, кДж/кмоль*К,

тс™«. = 20,93 + 2,093 * Ю"3^, шстас = 20,93 + 2,093 * Ю-3 * (972,558 - 273) = 22,394 кДж/кмоль * К.

Средняя молярная теплоёмкость при постоянном давлении продуктов сгорания жидкого топлива, кДж/кмолъ*К,

тгСрт2 = 29,3 + 2,135/сх * (213,5 + 92/а) * 10~Ч2,

принимаем £г01 = 1500°С в первом приближении. тгсрт2; = 29,3 + (2,135/2,1) * (213,5 + 92/2,1) * Ю~5 * 1500 = 34,1763 кДж / кмоль * К.

Определим температуру по уравнению сгорания: 0 82 *42591 9

2,1* 0,49678*(1 + 0,02) + (22'3942 + 8'314 * !'643) ~ 2>27 * 10 * (1-03095 - 1,643) ~ 1,03095 * 34,1763

= 1686,7°С

Ко ~ ^ I = 11500 - 1686,7| = 186,7 > 20, °С принимаем = 1686,7°С во втором приближении.

шгсрт2 = 29,3 + (2,135/2,1) * (213,5 + 92/2Д) * Ю-5 * 1686,7 = 34,6567 кДж / кмоль * К.

Определим температуру tz по уравнению сгорания:

2,1 * 0,4926782Д911+ 0,02) + С22'3942 + 8>314 * Х'643) ~ 2'27 * 1()3 * (1.03095 - 1,64257) ** = 1,03095 * 34,6567

= 1663,32°С

1*20 ~ = 11686,7 - 1663,32| = 23,38 > 20, °С Принимаем Ьг0 = 1663,32°С в третьем приближении.

ШгСршг = 29,3 + (2,135/2,1) * (213,5 + 92/2,1) * 10~5 * 1663,32 = 34,5965 кДж / кмоль * К.

Определим температуру Ь2 по уравнению сгорания:

О Я2 * 4?с»91 9

2,1 * 0,49678 * (1 + 0,02) + С22'3942 + 8'314 * 1'643) ~ 2'27 * 103 * (1.03095 - 1,64257) = 1,03095 * 34,5965

= 1666,21°С

Ко ~ = 11663,32 - 1666,21| = 2,89 < 20, °С

В дальнейшем в расчётах будем использовать температуру £г = 1666,21°С.

Т2 = ^ + 273; Т2 = 1666,21 + 273 = 1939,21К.

Степень предварительного расширения:

* Т2 1,03095 * 1939,21

— — _____ -« ОС

Р ~ ^ * Тс ~ 1,643 * 972,558 '

Объём продуктов сгорания в точке «г».

= рУс = 1,25 * 0,0011 = 0,00138 м3.

Степень последующего расширения продуктов сгорания:

е 13 б = - = — = 10,388; р 1,25

Давление и температура рабочего тела в конце расширения (точка «б»):

Ч. = = = мпк

Ть - Т, . ^ = 1939,21 . ^ = 983,64 °С.

Расчётное среднее индикаторное давление, МПа:

Рс Г , ч ^ * Р / 1 \ 1 1.1

^ * (Р-1)I1 - * ^

7,00122 г ч 1,643 * 1,25 / 1 \ 1 / 1 \1

Р»=1зГГ*[1,643*а25-1)+ 1>29-1 Ч1 " 10,388^-0 "ТЗ^Ч1"!^)]

- 1,3 МПа

Среднее индикаторное давление действительного цикла, МПа:

Р; = (OrP¡p,

Пгттпшаем тсггкЫЬжшетгг полноты ттиагпяммт.т (а,. = 0.98 (четыпеутлтстттт.ш

- ■ - f Г ' ■ ' ' - i ! 1Í ' 1 - 1

дизель).

Р, = 0,98 * 1,3 = 1,276 МП а. Индикаторная мощность дизеля, кВт:

F, * Vh * i* п ^ 1,276 * 0,01325 * 12 * 14.15 N- = 7 * 1 П3 * —---= 7*1 ПЛ i-== 14-34 44-4 кВт

' - т - 4

! Л 1 I Г» I J Г^ОТАПТТГ 111 \Г I Í Л П ИОЛПП *

X iFUiiJJ\U i L? L'ÍIDi i i lViJL^, .

a * /,„ * P; * T,. 2.1 * 0.49678 * 1.276 * 365 o л *-"---- = й 41 d ш —-'---= П Ллу

QH*Vv*Pk " 42591,9 * 0,93334 * 0,23 ""

j ДСЛЬПЫН 11Щ1ПКПТОр11ЫИ раСХоД игПЛИВа. КГ/КиТ* Ч.

Я60О 3600

м _ _ _ = A i (.3

1 Qh*1Í 42591,9 * 0,442 Эффективная мощность дизеля, кйт;

м — А? ^ „ — 1 /1Э/1 ОЛ/1 о. П QO — 1 977 1 T,-Vi-r

Р - i!¿ " l/jjj - i T.JT, ^ TT Lf,tJ - i t- / »i- X4J-Í 1.

Эффективный КТТ'' дизеля:

= 71- *л = 0,442 * п Я 9 = 0 Я9Ч

Itf Ii life ' ' • *- - '---

Удельный расход топлива. кг/кВт*ч:

К = К/Чт = 0,19/0,89 = 0,215. Часовой расход топлива дизелем, кг/ч:

R — U _ П 91 Ц 1 977 1 — 97/i ЦИ Q 1

- LJq • Пр — \J f i- I J ' J. J J t -L. — / i;»J A.

Расход воздуха дизелем, кг/ч:

Gb = ф * а * L0 * m0 * В, nin — 28,96 кг/моль - молекулярная масса воздуха,

GB = 1,2 * 2,1 * 0,49678 * 28,96 * 274,5431 = 9953,45

Г . Ч ' I I Ii r>'nlll.4H'!'c>tl I I И If I • 1' '* I I ■

j\Ojjii 11nj и i ijaxju l di>ii i па i ч.луи, ni у 4.

Gr, = (1 -f cp * a * L„ * mB) * В = (1 + 1,2 * 2.1 * 0.49678 * 28.96) * 9953,45 - 370766,013

! mu nrvuri^ubí o

¡Ü t lJiVy/übi ¡ПС

"ЦГМПЛЛС ТАСШЯПИ OU'n'IILTATnD DiíMIIÍ'IM ТСППЛВНу ПОТЕРЬ

Lív/ii I Ш1Ь i ,-lbv Irl ЦШ 1 LJ .7 Ш ä /Л i VU i rtv. "1Ы ri Ü-.ÜJ ¡UUÜIi V i 1V_/ i Í—Í b-

МОБИЛЬНОГО METAHTEHKA

ГЕПЛОПОТЕРИ MATAI ITEHKA В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

шоинлп

5 Тг 1 1 ■ к ■ > ., ;\> т. т г ; ; w ;=; ; ;

! ИЧ^^Ш'И^ПЬИ 1

I

I теплоотдачи,

| BI/\M2* К)

I <Р 4

Коэффициент

теплопередачи К)

!

- «

1

i I

Тепловой поток,

Вт

T>ftQl

. V -М \13pH Ь1 и тепловой ПОТОК.

I »

1.1Л/Э

' г i " i ! ! cT-nKcv ! ! ) 1 1 i/ 592 ? ! ,

i щ1л;1ндр i 1 ^ 52,4 U,85 8494

— . 1 i

i г/1 j стенка | i i 52,4 0.85 3% 9286 «

i ! i i лташ l , v 'Сича 1 Л 1QK У V-r i i

i I

I тшлитп .

г"» <

f\ П/-

U.ÔO

fi -f\ *

— О i , :

i i C-' ' 1 1—1 1 СГЙНК?. 1 —; i i __ . 1 V'i 1 " ! 0 86 40! O-.Q' J J Vo

, О i : - : стойка | ! " ' 1 П 86 i Al ~tkj i

1 1 — 1 , 1 ^ i иплпндг» î ££ ix a i 1 i r , 1 »» i <1 i i — .T 1 ! n ri 1 QIO 1 C_0 ✓ T

I °

Vj

H С

ClL-ПКЗ.

СI 1 ! i

L

КУ J

m

^I стенка

(Ч !

V i Wiiivu

u,o4

•y i

fl О I

и.о-*

!

Гi о-? U,О /

и,S/

tUD

405

Л 1 «у

У1 /О

ЦгЫИНДр

i стенка |

стснка

52.

52,4 52.4

0,38

0,3В 0.38

4850

265 265

5380

ТЕПЛОПОТЕРИ МАТАНТЕНКА В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ

ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД

1 ! \ 1 | 1 1 !--- ----- 1 з 1 § 1 ; ! ю 1 ШШННЛО Коэффициен -г ■ теплоотдачи, В|/'(м2* К) 52 4 -'у ■ Коэффициент с • ш л * ^м V и*" П Г* . /1 ».1т 1Г 1 и 1 / XV / 1 ъп ' 1 ОППЛрЛ» ИОМЖ, Вт 3340 1 Суммарный | ТРП п/\пг.и 1 VIV |Л/ г I ПОТОК. СI | 1 1 ! 1

стенка 52,4 I Т7 1,// 1 "/ 1ЭО 3.<чО ! | 1 1 1 1 1 1

стенка 52,4 1,27 ! 156 1

; ^ г ~ цилиндр 52,4 0,85 | 2235 1 1 1

раею ШБ 3 стенка 52,4 0,85 104

стенка 52,4 | 0,85 1 104

! I 1 ___ ] ^^ 1 С ! г: П 1 & ° ! Й X 1 пиднндр стенка 5? 4 - ,. 0,86 - Г\ а г и,ои 2262 1 Г\Г 1 ии I I I о I" * ' 'Ч I I

V * « 52,4 0,86 106 I I I I |

\ ^ ! "У Й ! ^ и 5 ! А ц Е 1 ^ Ц С : 5 О 1 ££ 1 ЦИЛИНДР 52,4 0,84 2209 I I \ 1 ' С ! 1 I / 1

С'1 йнкй 52,4 0.84 1 103 (

СШНКа | 52.4 1 |\ О 1 | I А^ 5 ! !

иК8А 01А88\УС)0Ь М-15 ! ! 1 цилиндр | 52,4 I 0,87 | 2288 1 } ! 1 ! I 2502 !

1 1 ЛГА...- 1 Л 1 П ЦП ' 1 1 (\П I /

! сменка ! 52.4 1 1 АО'? 1 1 С\П V' ^ О / 1 1 ч/ / \ 1 <

| | | 1 /к 1 1 иь, j 1 » цилиндр стскка 52,4 Л 0,38 0,38 1276 70 1 1 1416

стскка 0,38 70

t it it njvftt tr-t

наплои anti

í ï !m ï mv м mihi ïvu{ Virjfr i im viqi !<nrv ¡1 i'jiMW.rji ï >мг кi\ \ jvn 'jurvû ! ;ч ; mv,

i 1 1 * 1 1 1 11 ti 1 f 41'..' J__1 i__1 1 -í ЖЕ * i li 1 1 I 1 » Lli 1 Ж--1 1 vi lu_11» ~ i ^ iJ L A4 i-! 1 1 i » 41 V 1 » - i 1 IlJjv' A »

1 • пн! i "-¡л1/",'м "! i iii

L nFil ¡ ЛЖии ГШ1 1

¿ti

Bioenergie Schmiechen GmbH&Co.KG 23.07.2012

Ringstraße 36 86511 Schmiechen

Herr Nikolay Lizunov war Heute am 23,07.2012 bei uns auf der Biügasanlage und fies sich den Ablauf der Biogasanlage zeigen.

Die 360 KW elektrische Leistung und 4S0KW thermisch Leistung hat. Das RH KAY ist ein Gasmotor von der Hrma MTU.

In der Anlage weiden jährlich ca. 900ha Kleegras zu hochwertigem biologische Dünger "verarbeitet dabei entstehen ca 3.000.000KAV Strom. Das Gas wird in zwei Stufen produziert, in der u >ten Stufe kommt ua* Rleegias in einen Hochfermemer mit ca. 45°C hier ist die i Jauptproduktion dei Gases, im zweiten Schritt koronit das ^»b^trat in de" ^'dchgärc mit ca 32'C hier wird das restliche Uas aus dem Material geholt, Vosr, N'achgarer k.immt da« snh.smt m das Endlager wo es celaerrt wird hU c1- an' f-e'd aU Dunger benotigt hd ni^ ]jg[ fne Verwo'idiU'c ^ on ! HoT'K'en

Die An'rmc k? eine <~<:;ncir = c1'--"<n hüc u«.j -chr.it 5 Bit>L;r-J^,-.i;':-! aus dun i.ardkrt*;«,er, \

/;^<у;гвкрждаю»

// г •« /к»»*-- V *

/(•»¿У ЪГл'А

I' ^ >е ^ | £ "1 } <* " ^

Ге нёрал ьн ы и д и ре кто р

АОчШИТЭКС-2007» «¿г^--» Егоров В.М.

АКТ

о проведении научно-исследовательского эксперимента по изучению процессов получения биогаза по теме: "Перспективы использования мобильных биогазовых установок на железнодорожном транспорте Казахстана", исполнитель Лизунов Николай Юрьевич.

Настоящий акт составлен о том, что научный эксперимент проводился на базе АО "ВИТЭКС-2007" в период с апреля по август 2013 года.

Во время эксперимента изучались процессы получения биогаза из различного сырья. Форма проведения: лабораторные исследования с использованием контрольно измерительных приборов.

П олу чен ны е резу.т ьтаты:

В результате проведения исследований были получены данные, такие как: время выработки биогаза из травы, навоза и смешанной субстанции; количество биогаза, полученного из единицы массы сырья; качество полученного топлива; определены температурные режимы процесса переработки отходов; возможность применения сброженной массы для сельского хозяйства.

Замечания, предложения:

Диссертационные исследования Лизунова НЛО. актуальны для решения современных проблем в области энергетики. Рекомендовано более глубокое исследование "Развитие применения мобильных биогазовых установок на транспортных средствах или комбинированных комплексах" и использование результатов эксперимента при создании опытного образна энергетического комплекса.

ЖАУАПКЕРШ1ЛП ШЕКТЕУГВ CEPIKTECTIK "К0ЛК Ж8НЕ КОММУНИКАЦИЯ РЫЛЫМИ-ЗЕРТТЕУ ИНСТИТУТЫ" ЖШСКЮРЗИ"

Абан дангылы576/109, Алшты, Казахстан, 050057

тел.: [phone], факс: [phone] e-mail: mitkft,mitk кг

ТОВАРИЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ" ТОО "НИИ ТК"

пр Абая, 76/109, Алматы. Казахстан» 050057

Для предоставления в диссертационный совет

Акт о внедрении результатов диссертационного исследования

Настоящим удостоверяется, что Лизунов Николай Юрьевич, проводил исследования по изучению влияния тепловой изоляции при ее использовании на подвижных частях специальных составов железнодорожных поездов и автоцистерн, а так же для мобильных биогазовых установок в ТОО "Научно-исследовательский институт транспорта и коммуникаций".

Практическое применение. Результаты работы были использованы для расчетов тепловых потерь через ограждающие конструкции. Расчет тепловой изоляции и актуальность её использования.

Практическая значимость. Руководство института ТОО "НИИ ТК" отмечает целесообразность использования положений, разработок и рекомендаций кандидатской диссертации Лизунова НЛО. в практическом применении для специализированных железнодорожных составов, автоцистерн и мобильных биогазовых установок.

Президент ТОО «НИИ ТК»,

дт.н., академик Российской и ^¡еж^ародйой ^ академий транспорта, МеждунЕродной --<Л- V-! Национальной инженерных академий *

-М, Бекмагамбетов

_ УТВЕРЖДАЮ кафедрой

; « у" \

«^еллддаиикд и теплосиловые установки» \УЛК —Никольский Д.В.

; V '-"Л 4

V ••> * т <- «

4 „ ' « „ ^

АКТ

о проведении научно-исследовательского эксперимента по изучению процессов сушки, в рамках исследований для диссертации по теме:

«Перспективы использования мобильной биогазовой установки на

железнодорожном ходу в климатический условиях Казахстана», исполнитель Лизунов Николай Юрьевич.

Настоящий акт составлен о том, что научный эксперимент проводился в декабре 2015 г. на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра 1", на кафедре «Теплотехника и теплосиловые установки».

Во время эксперимента изучались процессы сушки биоудобрений и определены основные теплофизические характеристики. Форма проведения: лабораторные исследования с использованием сушильного шкафа и контрольно измерительных приборов.

Полученные результаты:

В результате проведения исследований были получены информационные данные, которые были использованы для составления кривых зависимости теплофизических характеристик от влажности материала.

Замечания, предложения: Полученные теплофизические величины являются необходимыми для расчета различных процессов процессов сушки биоудобрений, вне зависимости от конструкции выбранного сушильного аппарата. Рекомендовано внедрение результатов эксперимента, как справочный материал.

Численные значения представлены в таблице 1.

-Таблица 1

< Л —„ " I Основные параметры исследования сушки биоудобрений

Влагосодержание, в% Теплоемкость, Дж/(гр*К) Теплопроводность, Вт/м*К Плотность, j кг/м3 ! ■-—' '■ --1

35,85 5362,46 0,186 1039,2 \

34,62 4429,86 0,183 1040,0 1

33,33 2257,53 0,182 1040,8