CC BY
9
тепла на сушку помёта требуется 1225 м3/ч газа. Для поддержания процесса газификации необходимо около 150 м3/ч. Следовательно, для высушивания птичьего помёта и его пиролиза требуется около 1375 м3/ч пиролизного газа.
Из 1 кг сухого птичьего помёта можно получить около 2 м3 пиролизного газа. При переработке всего количества получаемого высушенного помёта выход газа составит 3200—3400 м3/ч. Разница между количеством газа, генерированного и израсходованного на переработку помёта, составляет 1825—2025 м3/ч. Оставшийся газ можно использовать на другие внутрихозяйственные нужды, например на выработку электрической энергии.
При пиролизе остаётся около 170 кг/ч золы, которая содержит до 41% питательных веществ, необходимых для питания растений, и является основным компонентом при приготовлении органо-минерального удобрения.
Выводы.
1. Предлагаемый процесс глубокой переработки птичьего помёта является сложным технологическим процессом, направленным на экологически безопасную и экономически целесообразную утилизацию опасного вещества с получением новых востребованных и конкурентоспособных продуктов — органо-минерального удобрения, тепловой энергии и пиролизного газа. Вся переработка осуществляется в замкнутом цикле, при этом может полностью исключить потребление энергии извне.
2. Основными и наиболее энергоёмкими процессами в технологии переработки помёта является его сушка и пиролиз. При производительности сушилки 4,0 т/ч по помёту влажностью 70% и
реактора для пиролиза 1,8 т/ч по помёту влажностью 5—10% суммарный расход газа составит около 1375 м3/ч, при этом общая выработка газа составит около 3200—3400 м3/ч.
3. Неизрасходованный пиролизный газ (1825— 2025 м3/ч) может быть использован на другие внутрихозяйственные нужды, например на выработку электрической энергии.
4. Для снижения затрат энергии в сушилке производится предварительный нагрев помёта в завальной яме до температуры 30—35°С, пар удаляется из барабана сушилки. Это, с одной стороны, обеспечивает рациональное использование отработанной тепловой энергии, а с другой — снижает затраты на конденсацию пара и сбор конденсата.
Литература
1. ГОСТ 31461-2012 Помёт птицы. Сырьё для производства органических удобрений. Технические условия. М.: Стан-дартинформ, 2013. 11 с.
2. Технологии и технические средства для переработки помёта на птицефабриках: науч.-метод. руководство / Под общ. ред. В.И. Фисинина, В.П. Лысенко. М.: ООО «НИПКЦ Восход-А», 2011. 296 с.
3. Запевалов М.В., Качурин В.В. Повышение эффективности переработки отходов, полученных при производстве продукции птицеводства // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 3 (71). С. 144—146.
4. Запевалов М.В. Переработка отходов птицеводства // Технологические науки — агропромышленному комплексу России: матер. междунар. науч.-практич. конф. Челябинск, ЮУрГАУ, 2017. С. 90-95.
5. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.
6. Кочиш И.И., Петраш М.Г., Смирнов С.Б. // Птицеводство. Учебники и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений. М.: Колос, 2004. 407 с.
7. Еналеев Р.Ш. Испарение влаги при пиролизе целлюлозных материалов / Р.Ш. Еналеев, Ф.М. Гимранов, А.В. Каргин [и др.] // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 12. С. 74-77.
8. Ларина О.М. Экспериментальные исследования особенностей пиролитической переработки органических отходов жизнедеятельности в синтез-газ: дис. ... канд. техн. наук. М., 2017. 156 с.
Определение зависимостей энергоэффективности котельной с её оптимизацией для обеспечения энергетической безопасности процесса сгорания топлива
С.В. Митрофанов, к.т.н, В.Ю. Соколов, к.т.н., С.А. Наумов, к.т.н., В.Б. Шлейников, к.т.н., А.В. Садчиков, к.т.н., В.Е. Ду-доров, к.с.-х.н., В.А.Литвинов, ст. преподаватель, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ; Р.Ф. Сагитов, к.т.н, ООО НИПИЭП
Актуальность проблемы состоит в том, что помёт птицефабрик является побочной продукцией птицеводства, в разы превышающей по объёму выпуск готовой продукции. Птицефабрики России производят более 17 млн т помёта в год. Пока ещё преобладает точка зрения, что помёт является опасным отходом, снижающим прибыльность производства. Выработка пиролизного газа из подстилочного помёта технологически не эффек-
тивна, так как исходный помёт является более калорийным топливом, чем пиролизный газ. ООО «НИПИЭП» в сотрудничестве с электроэнергетическим факультетом ОГУ предлагает сжигание птичьего помёта в специализированных водогрейных и паровых котлах со скоростью термической утилизации одной порции помёта около 10—15 сек. При правильной организации процесса горения концентрация выбросов будет меньше, чем при сжигании мазута. Получаемый продукт — эффективное калийно-фосфорное удобрение, и поэтому процесс сжигания помёта характеризуется отсутствием вторичных отходов, что делает технологию экологически чистой [1, 2].
Птичий помёт является сырьём для производства энергоресурсов (тепла, пара, электроэнергии) при его сжигании в виде биотоплива с побочным получением из золы минеральных удобрений, органических удобрений.
Материал и методы исследования. Исследование проводили, используя программное средство, разработанное и зарегистрированное в ОГУ «Обработка результатов многофакторного эксперимента на основе композиционного ортогонального плана ПФЭ 23».
Была проведена серия экспериментов по изучению влияния скорости подачи топлива (л/с), температуры воздуха (°С), содержания углеводородов в топливе (%) на шумовую нагрузку (Дб), удельные финансовые затраты (руб/кДж), энергоэффективность (кДж/кг). Были получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс.
Для шумовой нагрузки, Дб:
У1 = 59,2 + 2,2-Х1 + 1,6-Х3+3,0-Х12+
+ 5,8-Х2 + 2,8-Х2; (1)
для удельных финансовых затрат, руб/кДж:
У2 = 4,994—0,018Х2 — 0,054Х3+0,017-Х1-Х3+
+0,490-Х?+0,231-Х2+0,265Х2; (2) для энергоэфективности, кДж/кг:
У3 = 448,6 + 19,1 •Х1 + 16,9'Х2 + 36,1-Х3—7,1-Х1 ■ Х2- 58,7-Х2- 29,4Х2+ 38,3-Х2, (3) где Х1, Х2, Х3 представлены в условных единицах.
Для перевода в условные единицы нужно воспользоваться следующими уравнениями:
Кл=0,05 + 0,02-Хь (4)
^ = 70 + 50-Х2; (5)
Сув = 70 + 10-Х3, (6)
где Х[ — скорость подачи топлива в условных
единицах;
Х2 — температура воздуха в условных единицах;
Х3 — содержание углеводородов в топливе в
условных единицах;
УП — скорость подачи топлива, л/с; — температура воздуха, °С;
Сув — содержание углеводородов в топливе, %.
В идентификации модель не нуждается, так как все входные параметры не зависимы ни от каких других параметров, не входящих в математическую модель, а взаимодействие между ними учитывает сама математическая модель.
Верификацию полученной математической модели производили при помощи вышеуказанного программного средства с использованием критерия Фишера. Было установлено, что при заданной вероятности попадания полученного единичного значения в доверительный интервал, равной 0,95, отклонение расчётных значений от экспериментальных данных составляет не более 3 %. Вышесказанное свидетельствует о возможности
применения математической модели как для прогнозирования получаемых результатов, так и для оптимизации технологического процесса.
Результаты исследования. При оптимизации I этапа был произведён поиск оптимальных значений скорости подачи топлива, температуры воздуха, содержания углеводородов в топливе с целью получения наименьшей шумовой нагрузки [1—9].
На основе математической модели были построены плоскости отклика, представленные на рисунках 1, 2, 3.
По рисунку 1 видно, что при содержании углеводородов в топливе 60% оптимальными являются скорость подачи воздуха от -1 до 0,4 у.е. (от 0,03 до 0,048 л/с) и температура воздуха от -0,5 до +0,5 у.е. (от 45 до 95°С). При этом можно получить шумовую нагрузку менее 64 Дб.
По рисунку 2 видно, что при содержании углеводородов в топливе 70% оптимальными являются скорость подачи воздуха от -1 до 0,2 у.е. (от 0,03 до 0,042 л/с) и температура воздуха от -0,5 до +0,5 у.е. (от 45 до 95°С). При этом можно получить шумовую нагрузку менее 61 Дб.
На рисунке 3 показано, что при содержании углеводородов в топливе 80% оптимальными являются скорость подачи воздуха от -1 до 0,4 у.е. (от 0,03 до 0,048 л/с) и температура воздуха от -0,6 до + 0,6 у.е. (от 40 до 100°С). При этом можно получить шумовую нагрузку менее 67 Дб.
Наиболее оптимальным является использование топлива с содержанием углеводородов 70% при скорости подачи воздуха от -1 до 0,2 у.е. (от 0,03 до 0,042 л/с) и температуры воздуха от -0,5 до +0,5 у.е. (от 45 до 95°С). При этом можно получить шумовую нагрузку менее 61 Дб.
При оптимизации II этапа был произведён поиск оптимальных значений скорости подачи топлива, температуры воздуха, содержания углеводородов в топливе с целью получения наибольшей энергоэффективности [1—9].
На основе математической модели были построены плоскости отклика, представленные на рисунках 4, 5, 6.
Рисунок 4 демонстрирует, что при содержании углеводородов в топливе 60% оптимальными являются скорость подачи воздуха от 0 до 0,3 у.е. (от 0,05 до 0,056 л/с) и температура воздуха от 0 до 0,5 у.е. (от 70 до 95°С). При этом можно получить энергоэфективность более 450 кДж/кг.
По рисунку 5 видно, что при содержании углеводородов в топливе 70% оптимальными являются скорость подачи воздуха от 0 до 0,3 у.е. (от 0,05 до 0,056 л/с) и температура воздуха от 0,1 до 0,4 у.е. (от 75 до 90°С). При этом можно получить энер-гоэфективность более 450 кДж/кг.
На рисунке 6 показано, что при содержании углеводородов в топливе 80% оптимальными являются скорость подачи воздуха от -0,2 до 0,5 у.е.
□ 70-
73
□ 67-
70 73
70
67
64
61
Шумовая нагрузка, Дб
Температура воздуха
Скорость подачи воздуха
Рис. 1 - Зависимость шумовой нагрузки от скорости подачи воздуха и температуры воздуха при содержании углеводородов в топливе 60%
□ 450460 ■ 420450
450 420 390 360 330 300
Энергоэффективность, кДж/кг
Температура воздуха
Скорость подачи воздуха
Рис. 4 - Зависимость энергоэффективности от скорости подачи воздуха и температуры воздуха при содержании углеводородов в топливе 60%
□ 6770
□ 6467
70 67 64 61 58
Шумовая нагрузка, Дб
Температура воздуха
Скорость подачи воздуха
Рис. 2 - Зависимость шумовой нагрузки от скорости подачи воздуха и температуры воздуха при содержании углеводородов в топливе 70%
450460
□ 420450
□ 390420
□ 360390
450 420 390 360 330 300
Энергоэффективность, кДж/кг
Температура воздуха
Скорость подачи воздуха
Рис. 5 - Зависимость энергоэффективности от скорости подачи воздуха и температуры воздуха при содержании углеводородов в топливе 60%
□7376 □ 7073
76
73
70
67
64 <
Шумовая со Ц-, 9 о
нагрузка, Дб
Температура воздуха
6 " г- -1
Скоростъ подачи воздуха
Рис. 3 - Зависимость шумовой нагрузки от скорости подачи воздуха и температуры воздуха при содержании углеводородов в топливе 80%
(от 0,046 до 0,06 л/с) и температура воздуха от -0,2 до 0,8 у.е. (от 30 до 100°С). При этом можно получить энергоэфективность более 500 кДж/кг.
Вывод. С учётом преобладания значения шумовой нагрузки и удельных финансовых затрат над энергоэффективностью можно сделать вывод, что при применении разработанной технологии сжи-
■ 500530 □ 470500
530 500 470
440 410 380
Энергоэффективность, кДж/кг
Температура воздуха
.....г-'
Скорость подачи воздуха
Рис. 6 - Зависимость энергоэффективности от скорости подачи воздуха и температуры воздуха при содержании углеводородов в топливе 80%
гания птичьего помёта оптимальными являются скорость подачи воздуха от 0 до 0,3 у.е. (от 0,05 до 0,056 л/с), температура воздуха — от 0,1 до 0,4 у.е. (от 75 до 90°С). При этом можно получить: энергоэффективность более 450 кДж/кг, шумовую нагрузку — менее 61 Дб, удельные финансовые затраты — менее 5,2 руб/кг.
Литература
1. Левин Е.В. Оценка воздействия помётохранилища бывшей птицефабрики «Снежная» в Мурманской области на атмосферный воздух и почву / Е.В. Левин, Р.Ф. Сагитов, Т.А. Гамм [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (64). С. 193-196.
2. Левин Е.В. Воздействие помётохранилища бывшей птицефабрики «Снежная» Мурманской области на поверхностные воды // Е.В. Левин, Р.Ф. Сагитов, Т.А. Гамм [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 3 (65). С. 210-212.
3. Левин Е.В. Экологическое обоснование ликвидации по-мётохранилища на основе результатов инженерно-экологических изысканий / Е.В. Левин, Т.А. Гамм, Р.Ф. Сагитов, С.В. Шабанова [и др.]. М., 2016. 128 с.
4. Егоров А.А. Анализ проблемы технических этажей в жилых зданиях / А.А. Егоров, В.Д. Баширов, Р.Ф. Сагитов [и др.] // Актуальные направления научных исследований: от теории к практике: сб. матер. III Междунар. науч.-практ. конф. Чебоксары, 2015. С. 29-30.
5. Егоров А.А. Обоснование применения крышных котельных установок в зданиях жилищно-коммунального назначения / А.А. Егоров, В.Д. Баширов, Р.Ф. Сагитов [и др.] // Акту-
альные направления научных исследований: от теории к практике: сб. матер. III Междунар. науч.-практич. конф. Чебоксары, 2015. С. 232-233.
6. Захаревич В.В. Анализ проблемы технических этажей в жилых зданиях / В.В. Захаревич, В.Д. Баширов, Р.Ф. Сагитов [и др.] // Актуальные направления научных исследований: от теории к практике: сб. матер. III Междунар. науч.-практич. конф. Чебоксары, 2015. С. 29-30.
7. Захаревич В.В. Обоснование применения крышных котельных установок в зданиях жилищно-коммунального назначения / В.В. Захаревич, В.Д. Баширов, Р.Ф. Сагитов [и др.] // Актуальные направления научных исследований: от теории к практике: сб. матер. III Междунар. науч.-практич. конф. Чебоксары, 2015. С. 232-233.
8. Шабанова С.В., Сагитов Р.Ф., Перехода Д.П. Воздействие выбросов предприятий энергетики на прилегающую территорию // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 6 (56). С. 205-208.
9. Митрофанов С.В. Исследования процесса сгорания топлива в котельной при утилизации помёта птицефабрик / С.В. Митрофанов, В.Ю. Соколов, С.А. Наумов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 2 (70). С. 139-142.
Алгоритм работы системы частичной рециркуляции вентиляционного воздуха производственных помещений АПК
Л.Н. Андреев, к.т.н., В.В. Юркин, ст. преподаватель, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
В формировании микроклимата животноводческих ферм и комплексов ведущая роль отводится системам вентиляции, которые имеют следующие функции: удаление излишней влаги, вредных газов и углекислого газа, пылевых и аэрозольных частиц, а также обогащение кислородом. Вентиляционные системы подразделяются на приточные, вытяжные, приточно-вытяжные, вентиляция с рециркуляцией воздуха. Основными являются вытяжная и приточно-вытяжная системы вентиляции, но эти системы вентиляции имеют существенный недостаток — большие теплопотери ввиду того, что энергозатраты на создание микроклимата, а именно подогрев приточного воздуха, могут достигать 60% от всех энергозатрат предприятия [1]. Эта тепловая энергия выбрасывается вместе с вытяжным загрязнённым вентиляционным воздухом в окружающую среду, что приводит не только к снижению энергоэффективности предприятия, но и повышает экологическую нагрузку на близлежащие территории [2, 3].
Материал и методы исследования. Одним из перспективных вариантов снижения теплопо-терь животноводческих помещений является использование различных режимов работы систем вентиляции, связанных с перераспределением воздушных потоков в режимах прямой циркуляции, рециркуляции, частичной рециркуляции [4, 5]. Однако в таких системах необходимо с высокой эффективностью очищать рециркуляционный воздух. Наиболее эффективным способом решения данной задачи является частичная рециркуляция
вентиляционного воздуха (рис. 1) с одновременной высокоэффективной очисткой и обеззараживанием. Сравнение технических характеристик фильтров, предназначенных для очистки рециркуляционного воздуха, показало, что наиболее полно зоотехническим требованиям отвечает двухступенчатый мокрый электрофильтр (ДМЭФ) [6]. В режиме частичной рециркуляции воздуха к рециркуляционному воздуху подмешивается часть приточного наружного воздуха для обогащения воздушной среды кислородом, с одновременным удалением части вентиляционного воздуха в атмосферу с целью снижения концентрации углекислого газа [7].
Для управления воздушными потоками и обеспечения нормируемых параметров воздушной среды животноводческого помещения может быть применена автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) [8, 9]. Данная система будет поддерживать оптимальные значения концентрации пыли и вредных газов, не превышающие предельно допустимые концентрации (ПДК).
Основой системы автоматизации является контроллер, который в рабочем режиме получает данные о состоянии среды в животноводческом помещении с помощью различных датчиков и управляет исполнительными механизмами в соответствии с написанной программой, поддерживая заданные параметры воздушной среды.
Для решения вышеуказанной задачи разработана система автоматизированного регулирования параметров воздушной среды в животноводческом помещении на основе программно-аппаратной платформы АМшпо. Она включает в себя блок контроллера, на который поступают сигналы от
