Сахарный завод

 

 

       Рисунок 1.1 Н-t диаграмма для определения энтальпии уходящих газов.

 

1.2.2 Тепловой  баланс котла

Рассчитываем  потери теплоты с энтальпией уходящих газов:

                                                         ;                      (1.10)

   где: - энтальпия уходящих газов, в kJ/m³;

 H_В – энтальпия воздуха. kJ/m³.

- определяется из диаграммы H-t по температуре уходящих газов, которые находятся в пределах 160...170 ⁰C. Примем t_у.г= 165 ⁰C. Из диаграммы H-t на рисунке 1.1 имеем: = 3050 kJ/m³.

Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле:

                                                                  H_В = a^”_экV_в⁰c_вt_в,  kJ/m³;                                                (1.11)

где t_в – температура воздуха, ⁰C; принимаем t_в = 30 ⁰C.

      c_в – теплоемкость воздуха, в kJ/(m³·K). При температуре t_в = 30 ⁰C c_в = 1,323 kJ/(m³·K).

                                            

kJ/m³.                                       (1.12)

Тогда:

                                                = %.                                                   

Из графика на Рисунке  1.2 берем значение потерь тепла в окружающую среду через внешнее охлаждение [4]. Для котла производительностью D= 30 t/h q₅= 1,2 %.

Рисунок 1.2 Потери тепла котлом в окружающую среду через внешнее охлаждение в зависимости от паропроизводительности.

Так как котел  работает не на всю мощность, то необходимо рассчитать потери для реальной мощности:

                                                   

% ;                                           (1.13)

где - номинальная паропроизводительность, t/h;

       - реальная паропроизводительность, t/h;.

Рассчитываем КПД брутто котла:

                                        

.                            (1.14)

Рассчитываем  расход топлива на котел по формуле:

                                                         

                                                                        (1.15)

где: - паропроизводительность котла, в kg/s;

         h_v – энтальпия пара на выходе из котла, в kJ/kg;

          h_п.в–энтальпия питательной воды на входе в котел, в kJ/kg;

          - низшая теплота сгорания природного газа, в MJ/m³

.                                      

Для определения объемов  продуктов сгорания и воздуха, а  так же тепла отданного газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный  расход топлива, вычисляемый с учетом химического недожога:

                                                       .                               (1.16)

 

3. Обоснование выбора темы
1. Изучение литературных источников

Отдельные случаи использования примитивных биогазовых технологий были зафиксированы в Китае, Индии, Ассирии и Персии начиная с XVII века до нашей эры. Однако систематические научные исследования биогаза начались только в XVIII веке нашей эры, спустя почти 3,5 тысячи лет. В 1764 году Бенджамин Франклин в своем письме Джозефу Пристли описал эксперимент, в ходе которого он смог поджечь поверхность мелкого заболоченного озера в Нью-Джерси, США. Первое научное обоснование образования воспламеняющихся газов в болотах и озерных отложениях дал Александр Вольта в 1776 г., установив наличие метана в болотном газе. После открытия химической формулы метана Дальтоном в 1804 году, европейскими учеными были сделаны первые шаги в исследованиях практического применения биогаза [20].

    Свой вклад в изучение образования биогаза внесли и российские ученые. Влияние температуры на количество выделяемого газа изучил Попов в 1875 году. Он выяснил, что речные отложения начинают выделять биогаз при температуре около 6°С. С увеличением температуры до 50°С, количество выделяемого газа значительно увеличивалось, не меняясь по составу - 65% метана: 30% углекислого газа, 1 % сероводорода и незначительное количество азота, кислорода, водорода и закиси углерода. В.Л. Омельянский детально исследовал природу анаэробного брожения и участвующие в нем бактерии. Вскоре после этого, в 1881 году, начались опыты европейских ученых по использованию биогаза для обогрева помещений и освещения улиц. Начиная с 1895 года, уличные фонари в одном из районов города Эксетер (Англия) снабжались газом, который получался в результате брожения сточных вод и собирался в закрытые емкости. Двумя годами позже появилось сообщение о получении биогаза в Бомбее, где газ собирался в коллектор и использовался в качестве моторного топлива в различных двигателях.

В начале XX века были продолжены исследования в области повышения количества биогаза путем увеличения температуры брожения. Немецкие ученые Имхофф и Бланк в 1914-1921 гг. запатентовали ряд нововведений, которые заключались во введении постоянного подогрева емкостей. В период Первой мировой войны началось распространение биогазовых установок по Европе, связанное с дефицитом топлива. Хозяйства, где имелись такие установки, находились в более благоприятных условиях, хотя установки были еще несовершенные и в них использовались далеко не оптимальные режимы.

   Одним из важнейших научных шагов в истории развития биогазовых технологий являются успешные эксперименты Бусвелла по комбинированию различных видов органических отходов с навозом в качестве сырья в 30-х годах XX столетия...  
 Первый крупномасштабный завод по производству биогаза был построен в 1911 году в английском городе Бирмингеме и использовался для обеззараживания осадка сточных вод этого города. Вырабатываемый биогаз использовался для производства электроэнергии. Таким образом, английские ученые являются пионерами практического применения новой технологии. Уже к 1920 году они разработали несколько типов установок для переработки сточных вод. Первая биогазовая установка для переработки твердых отходов объемом 10 м³ была разработана Неманом и Дюселье и построена в Алжире в 1938 году.  
В годы Второй мировой войны, когда энергоносителей катастрофически не хватало, в Германии и Франции был сделан акцент на получение биогаза из навоза. Во Франции к середине 40-х годов эксплуатировалось около 2 тыс. биогазовых установок для переработки навоза. Вполне естественно, этот опыт распространялся на соседние страны.

   Сегодня биогазовые технологии стали стандартом очистки сточных вод и переработки сельскохозяйственных и твердых отходов и используются в большинстве стран мира.

1.3.2 Технические  решения по модернизации технологии

Очень важной проблемой  сахарного завода г.Дрокия является утилизация жома, который является отходом сахарного производства. Ежедневный выход жома составляет   800 t/zi. Во времена СССР все это количество жома использовалось на корм скоту.  Теперь, после развала животноводческих комплексов, скармливать жом некому. Поэтому жом вывозится в жомовые хранилища, где и гниет. За аренду земли, где утилизируется жом, предприятие ежегодно выплачивает около 100 000 lei/an. По словам инженеров завода, если в ближайшие годы не будет решена проблема утилизации жома, предприятие ожидают еще большие затраты.

    Поэтому, жом можно направить на биогазовую установку, которая переработает его в биогаз и высококачественные удобрения. Биогаз можно использовать на нужды предприятия, тем самым экономя на энергоресурсах. Удобрения можно направить на поля, где выращивается свекла, что позитивно скажется на выходе урожая.

   Для того чтобы сжигать биогаз в уже существующих котлах, их необходимо переоборудовать.

   Существует два варианта эксплуатации биогазового завода:

1. биогаз будет производиться только в период работы сахарного завода, то есть только тогда, когда есть жом;
2. эксплуатация биогазового завода круглый год. Такая схема может быть реализована при заготовке жома силосованием. Этот жом будет перевозиться железнодорожным транспортом с сахарного завода г.Фалешты в Дрокиевский сахарный завод и заготавливаться там в необходимом для работы биогазовой установки количестве. Биогаз будет сжигаться в когенерационных установках, производя электрическую и тепловую энергию. Часть электроэнергии будет использоваться на нужды завода и биогазовой установки, а другая часть будет продаваться. Часть тепловой энергии будет использоваться для поддержания оптимальной температуры в реакторах, остальная часть будет использоваться для  ГВС района города.

     Какой из этих вариантов целесообразнее с экономической точки зрения, будет показано в 4-й главе.

 

1.3.3 Обоснование выбора темы

Использование биогазовых технологий – это большой шаг в развитии Республики Молдова. И дело не только в том, что «Südzucker Moldova S.A.» будет экономить огромные инвестиции, но и в том, что об этой технологии узнают во всей стране и тяга к экономии поможет заставить население Республики Молдова использовать биогазовые установки в хозяйстве. А это в свою очередь, поможет развитию аграрного и животноводческого сектора Республики. Китай, Индия и многие другие страны могут послужить примером, когда в масштабе страны биогазовые технологии продвигаются и пропагандируются.

Использование биогазовых технологий в условиях Республики Молдова – это наиболее подходящий метод использования биомассы из всех ныне существующих. Объясняется это тем, что этот способ утилизации биомассы является наиболее экологичным, так как сжигание газа является наименее вредным с точки зрения экологии. Кроме того, появляется возможность использовать ценные биоудобрения, экономя на удобрениях химической промышленности.

Реализация  данного проекта поможет решить проблему утилизации жома на сахарном заводе. В ближайшие годы предприятие может столкнуться с тем, что некуда будет его вывозить. Жом в свою очередь, при гниении в ямах загрязняет землю, атмосферу (выделяется СН4), и подземные воды.

Бонусом данного  проекта является возможность подключения  части поселка к горячему водоснабжению.  

 

 

 

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ БИОГАЗА ИЗ ЖОМА

2.1 Оценка выработки биогаза из жома и описание технологии процесса

2.1.1 Технология выработки биогаза

Биогазовые технологии - радикальный способ обезвреживания и переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива - биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений. Биогазовые технологии - это решение проблем энергетики, агрохимии, экологии и капитала [5].

В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы биологического разложения сапропеля, навоза или птичьего помета, их смесей и других органических веществ в анаэробных условиях (без доступа воздуха). При этом под воздействием особой группы анаэробных бактерий, происходят процессы сопровождающиеся минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих органических соединений с получением минеральных форм азота, фосфора и калия, наиболее доступных для растений, с полным уничтожением патогенной (болезнетворной) микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, специфических фекальных запахов, нитратов и нитритов. Емкость, в которой происходит процесс сбраживания, называется "метантенком", или "реактором". При соблюдении оптимального температурного режима брожения, постоянном перемешивании сырья, своевременной загрузке исходного и выгрузке сброженного материала выход биогаза достигает 2-3 м³ с 1 м³ реактора, а при использовании птичьего помета - 6 м³.

Есть несколько  видов анаэробных бактерий, каждый из которых максимально эффективно работает при определенной температуре. В связи с этим различают различные температурные режимы брожения. На практике используются два режима: мезофильный (30-40°C) и термофильный (51-55°C).

В термофильном режиме реакция идет в два раза быстрее, и соответственно в два раза быстрее выделяется биогаз. Также термофильный режим имеет преимущества с точки зрения экологии, поскольку в этом режиме уничтожаются почти полностью все болезнетворные микроорганизмы. Но термофильный режим требует больших энергозатрат на поддержание необходимой температуры реакции, а также большей точности поддержания температуры. Кроме того, качество биоудобрений в этом режиме получается хуже, чем в мезофильном.

Мезофильный режим предъявляет менее строгие требования к точности поддержания температуры, но не всегда может подходить с точки зрения экологии. 
Если нас интересуют прежде всего биоудобрения, то мезофильный режим – это безальтернативный выбор.