CC BY
174
116
Общетехнические задачи и пути их решения
УДК 625.041.1
И. Г. Киселев, Н. Ю. Лизунов
Петербургский государственный университет путей сообщения
МОБИЛЬНЫЙ БИОГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ХОДУ
Рассматривается мобильная биогазовая установка на железнодорожном ходу, которая включает в себя следующие системы: подачи сырья в метантенк; очистки, хранения и транспортировки биогаза; сушки и складирования биоудобрения; производства тепловой и электрической энергии.
биогазовая установка, метантенк, газгольдер, выработка биогаза, очистка биогаза, биоудобрения.
Введение
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.
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 использование его как топлива для автономных локомотивов, для отопления вагонов, в стационарных котельных.
1 Классификация биогазовых установок
Технологический процесс биогазовых установок различают в зависимости от способа подвода тепла и наличия устройств для перемешивания сбраживаемой массы. Виды биогазовых установок показаны на рис. 1 [1].
Основные элементы биогазового комплекса представлены на рис. 2 [2].
2 Мобильный биогазовый комплекс на железнодорожном ходу
Стационарные биогазовые установки широко распространены в Европе, США, Китае. 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 со-
2013/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
117
Рис. 1. Виды биогазовых установок
оружение сетей коммуникации (газовая станция - потребитель), оправдывают создание мобильного комплекса для выработки биогаза.
Такую установку можно использовать практически в любом месте, где есть железнодорожная колея. Возможность ее перемещения позволит применять комплекс для самых разных задач:
- в качестве завода по переработке отходов, пригодных для выработки биогаза;
- мобильного источника тепловой и электроэнергии;
- основного или резервного источника газоснабжения.
Комплекс должен быть полностью или частично автономным. При частичной автономности передвижение мобильной биогазовой станции осуществляется за счет привлечения дополнительных мощностей в виде тягачей, локомотивов поездов и других машин,
Ферма
Реактор
Шнековый загрузчик твердого сырья
Емкость сбора и гомогенизации жидкого сырья
Подогрев
реактора
теплой
водой
Тепло на технологические нужды, отопление
Когенерационный
блок
Блок
автоматики
Газгольдер
Утеплитель
Балочный свод Биогаз
Перемешивающее
устройство
Отвод переброженой массы
Отходящие I •
газы I I Конденсато-■■ отводчик
Электроэнергия
www.zorg.ua
Рис. 2. Технические элементы биогазового завода
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2013/2
118
Общетехнические задачи и пути их решения
способных выступать в роли тяговой силы. При полностью автономной схеме работы установки в качестве локомотива выступает движущая сила с тепловым двигателем, работающая на биогазе (рис. 3).
3 Биогазовый комплекс
Мобильная биогазовая установка включает в себя: питатель, систему подачи сырья в метантенк, метантенк, газгольдер, систему транспортировки газа, систему очистки газа, систему сушки биоудобрений, систему траспортировки и складирования биоудобрений, систему производства тепловой и электроэнергии. Возможна работа установки без процесса сушки биоудобрений.
В этом случае понадобится большее количество цистерн для складирования перебродившего остатка.
Все оборудование размещается на железнодорожных платформах (рис. 4). Для размещения горизонтального метантенка и цистерн с газом и биоудобрениями (в случае, когда сушка не используется) применяются железнодорожные платформы 13-4012-09 со следующими параметрами: Грузоподъемность - 72 т Размеры внутренние (ДхШхВ борта) -13 400х2500х0 мм
Установка для выработки электроэнергии размещается на платформе 13-435 Грузоподъемность - 93 т Размеры внутренние (ДхШхВ борта) -14000х2830х0 мм
Рис. 3. Принципиальная схема мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу
генератор тепловой и электрической энергии
2013/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
119
Для размещения остального оборудования используются платформы 13-401 Грузоподъемность - 70 т Размеры внутренние (ДхШхВ борта) -13 300x2770x500 мм
Мощность комплекса будет зависеть от типа перерабатываемого сырья. В таблице показан выход биогаза в зависимости от типа сырья, которое используется для переработки [3].
Общий принцип работы мобильного комплекса не отличается от стационарного. Главное отличие - наличие системы сушки биоудобрений. Система сушки вводится для упрощения складирования и хранения биоудобрений. Она позволяет применять
для хранения простые вагоны для перевозки сыпучих грузов, а не специальные цистерны.
Благодаря мобильному комплексу можно собирать и утилизировать отходы из любой точки, где образуется их накопление, регулярное и нерегулярное. 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, поскольку движение не отразится негативно на процессе выработки биогаза, а наоборот, будет способствовать
ТАБЛИЦА. Средний удельный выход биогаза при переработке различных сельскохозяйственных отходов
Материал Выход биогаза на единицу массы сухого органического вещества, л/кг Материал Выход биогаза на единицу массы сухого органического вещества, л/кг
Навоз свиной 340-550 Конопля 380
Навоз крупного рогатого скота 90-310 Трава 280-550
Навоз лошадей 200-300 Ракита 405
Помет птиц 310-620 Камыш 170
Навоз овец 90-310 Клевер 430-490
Отходы из животноводческих помещений 175-280 Отходы зеленых культур 330-360
Солома пшеницы 200-300 Ботва картофеля 280-490
Солома ржи 200-300 Листья кормовой сахарной свеклы 400-500
Солома ячменя 250-300 Листья подсолнечника 300
Солома овса 290-310 Сельскохозяйственные отходы 310-430
Солома кукурузы 380-450 Семена растений 620
Солома рапса 200 Листва 210-290
Пленка риса 105 Водоросли 420-500
Лен 360 Ил каналов 310-740
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2013/2
120
Общетехнические задачи и пути их решения
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.
Одной из главных задач, которые необходимо решить, - это соединение систем, обеспечивающих стабильную работу всей установки в целом. Решить проблему помогут гибкие муфты и соединители с гибкими конструкциями.
4 Локомотив
Исходя из минимального количества железнодорожных платформ в составе мобильной биогазовой установки рекомендуется использовать локомотивы грузоподъемностью более 380 т.
Заключение
1. Переработка отходов является одной из важнейших проблем современного мира.
2. Использование биогазовых установок для решения этой проблемы является пер-
спективным и экологически чистым способом утилизации отходов.
3. Положительные эффекты:
3.1. Получение биогаза, пригодного для использования в промышленности. После очистки, обогащения до природного газа его можно подавать в общую газовую магистраль.
3.2. Получение биоудобрений высокого качества, которые можно использовать в любой отрасли сельского хозяйства.
4. Для установки метантенка на железнодорожную платформу не нужно вносить существенных изменений в его конструкцию.
5. Создание мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу является обоснованным и перспективным путем развития биогазовой отрасли.
Библиографический список
1. Альтернативная энергетика [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://altenergo. radiushost.ru/biogaz.htm.
2. Web-сайт Wikipedia [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/ wiki/%C1 %E8 %EE%E3 %E0 %E7.
3. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах / И. Баротфи, П. Рафаи. - М. : Агропромиздат, 1988. - 228 с.
УДК 625.041.1
А. Ф. Колос, Д. В. Крюковский
Петербургский государственный университет путей сообщения
ОСОБЕННОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ГРУНТОВ НАСЫПЕЙ, ОПИРАЮЩИХСЯ НА ТОРФЯНОЕ ОСНОВАНИЕ, ПРИ ДВИЖЕНИИ ПОЕЗДОВ
Рассматриваются закономерности распространения колебаний грунтов железнодорожного земляного полотна, опирающегося на торфяные грунты. На основе многочисленных экспериментов, проведенных авторами статьи, получены количественные данные вибродинамического воздействия, передающегося телу земляного полотна и торфяному основанию. Изучен характер колебательного процесса грунтов насыпи и основания, получены зависимости затухания колебаний по глубине и в поперечном оси пути направлении. По данным экспериментальных исследований
2013/2
Proceedings of Petersburg Transport University
