5Samarkand branch of Tashkent State Agrarian University Theoretical and practical foundations of introduci^g^mmt^griculture in Uzbekistan
O'zbekistonda aqlli qishloq xo'jaligini joriy etishningnazariyva amaliy asoslari
jy
К ВОПРОСУ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ
ОРГАНИЧЕСКОЙ БИОМАССЫ
Фуркат Аширбоевич Намазов
Докторант Самаркандский филиал Ташкентского государственного аграрного
университета
Ботир Эгамбердиевич Хайриддинов
Каршинский государственный университет
Хусан Ахрор угли Эргашев
Ассистент Самаркандский филиал Ташкентского государственного аграрного
университета
Бахриддин Зокиржон угли Жалолов
Студент Самаркандский филиал Ташкентского государственного аграрного
университета
АННОТАЦИЯ
В работе изучены современные технологии и технические средства обеспечения рекуперации теплоты переработанной органической биомассы в биогазовых установках и предложена новая конструкция рекуператора. Разработана инженерная методика расчета системы утилизации сбросной теплоты биогазовой установки, которая позволят выбрать оптимальный технологический режим работы рекуператора и рассчитать его основные параметры на стадии проектирования.
Ключевые слова: рекуператор, биомасса, биогаз, биореактор, энергоснабжения, теплообмен.
ABSTRACT
In work modern technologies and technical means of ensuring recovery of warmth of the recycled organic biomass in biogas installations are studied and the new design of a recuperator is offered. The engineering method of calculation of utilization system of waste warmth of biogas installation which will allow to choose an optimum technological operating mode of a recuperator and to calculate its key parameters on design stages is developed.
Keywords: biomass, biogas, bioreactor, power supply, heat exchange.
May 12-13
6
Samarkand branch of Tashkent State Agrarian University Theoretical and practical foundations of introduci^g^mmt^griculture in Uzbekistan
O'zbekistonda aqlli qishloq xo'jaligini joriy etishningnazariyva amaliy asoslari
jy
Введение: Стратегические направления развития энергетики в Республике Узбекистане предусматривают широкое использование нетрадиционных источников энергии, в том числе и энергии органической биомассы (сточных вод городского канализации, отходы полеводства и др.). Расчеты показывают, что при переработке органической биомассы на биологический газ ежегодно можно получать в 4,2 раза больше энергии, чем производят электростанции Республики Узбекистан. С проблемой утилизации отходов тесно смыкается другая - все более обостряющаяся -охрана окружающей среды, которая также требует интенсивной и рациональной переработки органической биомассы.
Концентрация и современная технология производства органических продуктов, как известно, связана с проблемой утилизации отходов органической биомассы. Современная биотехнология предусматривает любые превращения субстрата (органической биомассы) в кормовой продукт и обратно [1,2]. Целесообразность осуществления таких процессов определяют главным образом санитарно-эпидемиологические и в меньшей мере технические факторы.
Материалы и методы: В последние годы разрабатываются и внедряются в хозяйствах биореакторы нового поколения. Ускорение процесса биохимических превращений достигается в них за счет интенсивного отвода газообразных продуктов при пониженном давлении и возвратно-поступательного перемешивания, а также рекуперации тепловых отходов биогазовых установок для обработки органической биомассы [3]. Но их испытания показали, что производительность биогазовых установок находится в функциональной зависимости от температуры процесса. Чтобы получить необходимую для процесса сбраживания температуру и поддерживать ее на постоянном уровне, следует, прежде всего подогревать до нужной температуры подаваемую в камеру органическую биомассу.
В биогазовых установках с "классической" схемой энергоснабжения затраты товарного биогаза на собственные нужды доходят до 80-90%, а иногда даже до 100%. При этом на подогрев вновь загруженной массы расходуется 80-90% энергии от общих затрат. Существующие теплообменники, применяемые в биогазовых установках, предусмотренные для отбора тепловых отходов, смогут снизить эти затраты только при увеличении их габаритных размеров, но при этом соответственно увеличивается затрата на их
May 12-13
7
Samarkand branch of Tashkent State Agrarian University Theoretical and practical foundations of introducing^mart^griculture in Uzbekistan
O'zbekistonda aqlli qishloq xojaligini joriy etishningnazariyva amaliy asoslari
jy
изготовление и эксплуатацию. Поэтому для уменьшения энергетических затрат в биогазовых установках необходимо интенсифицировать процесс рекуперации теплоты и разработать конструкцию рекуператора повышенной производительности. Эти недостатки биогазовых установок обусловили научно - практическую целесообразность проведения исследований, основным содержанием которых явилось обоснование технологических параметров рекуператора тепловых отходов биогазовых установок для обработки органической биомассы.
Для достижения этой цели были изучены современные технологии и технические средства обеспечения рекуперации теплоты переработанной органической биомассы в биогазовых установках и предложена новая конструкция рекуператора [4]. На основании полученных теоретических и экспериментальных зависимостей была разработана методика инженерного расчета рекуператора.
Полученные результаты.
Цифровой расчет линии рекуперации теплоты органической биомассы в биогазовых установках с производительностью 90 м органической биомассы в сутки (табл.1).
Дробность загрузки рекуператора биогазовой установки можно рассчитать по формуле:
Д = -
24 • 60
(1)
где
Т = Т + Т+ Тп
осн 3 В
Т
Т
- основное время (продолжительность теплоотбора), мин; время загрузки, мин; время выгрузки, мин.
Исходные данные для инженерного расчета
Таблица-1
Исходный показатель Единица Условные Натуральные
измерения обозначения значения
Температура сбраживания °С 2 55
May 12-13
r
T
3
8
Samarkand branch of Tashkent State Agrarian University Theoretical and practical foundations of introducing smart agriculture in Uzbekistan
O'zbekistonda aqlli qishloq xojaligini joriy etishning nazariy va amaliy asoslari
Минимальная температура органической биомассы °С tlH 10
Период сбраживания сут. сбр. 3
Средняя теплоемкость органической биомассы при 40° кДж/кг.К С 4,029
Плотность органической биомассы при влажности 95 % / 3 кг / м Р 960
Содержание метана в биогазе % СН4 70
Низкая теплота сгорания биогаза при 70 % - ном содержании СН4 мДж/м3 Q 24
Производительность опытно производственной биогазовой установки с рекуператором органической м3/ сут Пн 90
Суммарное время загрузки и выгрузки рекуператора мин. X 12
При оптимальных значениях работы рекуператора основное время теплоотбора равно
тосн • ¡п • — ж 41 мин
осн 2К п О
С учетом времени загрузки и выгрузки теплоносителей
продолжительность теплоотбора т равна 53 мин. Таким образом, дробность Д загрузки рекуператора равна
Д =-ж 28сутГ1
53
Рабочий объем рекуператора, позволяющий обеспечить рекуперацию теплоты соответственно производительности биогазовой установки по органической биомассе, определяется формулой
к = -П. (2)
Д
Определяем потребную для теплового процесса поверхность теплообмена
F = / = 6,5 • 6,5 « 43м2 (3)
При этом разовая загрузки свежей порции органической биомассы равна
О = Пн!Р = 901960 = 3085 кг (4)
Д 28
Суточная производительность рекуператора по теплоте определяется формулой
May 12-13
9
Samarkand branch of Tashkent State
Agrarian University
Theoretical and practical foundations of
Volume 4 | SamTSAU Conference | 2023 O'zbekistonda aqlli qishloq xojaligini joriy
Прт = С ■ р ■ Пн At, мДж/сут, (5)
Тогда
ПРТ = 4,029 ■ 960 ■ 90 ■ 29 = 10095 мДж/сут.
Производительность установки по биогазу ( с 70 % - ным содержанием СН4)
ПРТ6 = м3/сут
Q
(6)
Тогда
П
10095 3/
-420,6 м /сут
24
Рис. 1. Схема биоэнергетической установки:
1 - теплообменник 2 - накопитель исходного навоза; 3 - отделитель посторонних включений; 4 - мешалка; 5 - теплообменник; 6 - метантенк; 7 -устройство для очистки биогаза; 8 - сухой газгольдер; 9 - навозохранилище;
10 - водонагреватель
Выводы: Разработанная инженерная методика расчета системы утилизации сбросной теплоты биогазовой установки позволит выбрать оптимальный технологический режим работы рекуператора и рассчитать его основные параметры на стадии проектирования.
May 12-13
10
Samarkand branch of Tashkent State Agrarian University Theoretical and practical foundations of introducing smart agriculture in Uzbekistan
O'zbekistonda aqlli qishloq xojaligini joriy etishning nazariy va amaliy asoslari
REFERENCES
1. Панцхава Е.С., Березин И.В. Технологическая биоэнергетика. -Биотехнология, 1986,№ 2 (8).
2. Беляев С.С. Метанообразующие бактерии и их роль биоэнергетическом цикле углерода: Дисс. ... докт.техн.наук. - Пущено, 1985. - 500 с.
3. Калюжный С.В.,Пузанков А.Г. Варфаламеев С.Д. Биогаз: проблемы и решения.Биотехнология - М.,1988. - № 21. - С.1 - 189.
4. Коравлёв А.А., Кожевникова А.Н. Технологические линии утилизации отходов животноводства в биогаз и удобрения. М., Знание. 1990. с.49.
5. Namazov F. Engineering calculation of the recuperation of biogas installation for processing of organic biomass. The trends of development fundamental and applied physics: problems, achievements and prospects. Symposium proceeding. IPS 2016. Tashkent.
May 12-13
