Баранова И.Г., Мелай Е.С., Колесник М.М.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

О потерях производимой энергии метантенков

Способ утилизации органических отходов фермерских хозяйств и небольших аграрно ориентированных населенных пунктов путем анаэробного сбраживания с получением биогаза и высококачественного минерализованного органическеого удобрения является экономически выгодным и экологически целесообразным.

Вместе с тем, в данный момент на Украине функционирует не более 10 подобных установок, в основном – опытные. Такое малое распространение обьясняется недостаточной изученностью процесса и отсутствием целостной метедики расчета.

Представляется разработанный авторами параметрический расчет метантенка емкостного типа.

Необходимый объем биореактора можно определить следующим образом

V=V_p/φ₃,

где φ₃ - коэффициент заполнения, учитывающий необходимый объем для выделения биогаза, вспенивания смеси, колебания объема биомассы в зависимости от температуры окружающей среды. его принимают равным 0,3 [3].

рабочий объем метантенка V_p определяется исходя из обьема сухого вещества и влажности биомассы:

,

где , - соответственно масса сухого вещества в кг и его плотность в кг/м³; , , -соответственно масса влажной биомассы в кг и ее плотность в кг/м³, а также влажность.

Таким образом, теоретический выход биогаза в зависимости от рассчитанного объема вычисляется по формуле –

,

где - степень разложения вещества принимаемая в зависимости от вида биомассы и режима сбраживания в %, - теоретический выход биогаза при разложении 1 кг органического вещества в м³.

выход биогаза принимают приблизительно равным 0,8 м³ [1].

Удовлетворительное согласование с полученным дает расчет выхода биогаза по эмпирическим формулам, по наперед заданным значениям количества влаги (в кГ) или количества сухого вещества в биомассе:

;

.

Очевидно, что часть полученного биогаза неизбежно расходуется на поддержание температурного режима в биореакторе. Количество теплоты, необходимое для обогрева биореактора включает энергию для подогрева биомассы с целью выхода на определенный режим и энергию на его поддержание. ее можно определить из следующего соотношения [2]:

,

где –теплоемкость биомассы, -соответственно рабочая температура и температура загрузки, –потери энергии в окружающую среду.

Следует помнить, что после выхода реактора на необходимый режим, энергия потребляется только для компенсации потерь тепла в окружающую среду. Эта величина значительно меняет свое значение в зависимости от времени года, поэтому биореакторы термоизолируют. Расчет потерь ведется по известным методикам, в основе которых лежит основное уравнение теплопередачи.

Общее количество энергии, которое возможно получить из выделенного биогаза, вычисляется по формуле [1]:

,

где Н – теплота сгорания биогаза. При давлении в топке 10³ Па, Н=20 . Здесь η – КПД котла.

Таким образом, количество полезной энергии, получаемое при работе биогазовой установки, составляет:

.

Исходя из полученных величин, определяется размер аппарата, подбирается, по необходимости, перемешивающее устройство и теплообменные элементы в виде рубашек или змеевиков, способ теплоизоляции и т. д. Особое внимание следует обратить на аппаратуру для отбора транспортировки и хранения полученного биогаза.

Литература:

1. Адаменко О., Височанський В., Льотко В., Михайлів М. Альтернативні палива та інші джерела енергії. –Івано-Франківськ, 2000. –С. 208-214.

2. Муха О., Грінченко Р., Івасик Я. проблеми власного енергозабезпечення біогазових установок в кліматичних умовах західного регіону України // I міжнародна науково-практична конференція «Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні». –Львів: ЛвЦНТЕІ, 2001. –С.217-220.

3. Пчелинцева А.В., Сербин В.А. Разработка конструкции и тепловой расчет метантенка получения биогаза для свинофермы на 1200 голов. – Макеевка, 1998.- 17с.