РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ СБРАЖИВАНИЯ НАВОЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЪЕМНОГО СВЧ –

qij1	qij2	qij3	qi	qij	qу
Биомасса       (влажность 90…93%)   q1					Параллельно всему процессу
Подвод	Питание	Насос	Загрузка q2	q21
Подвод	Питание	Перемешивающее устройство	Психрофильный режим, перемешивание субстрата q3	q31
Подвод	Питание	Перемешивающее устройство	Мезофильный режим, перемешивание субстрата q4	q41
					Система управления
Подвод	Питание	Перемешивающее устройство	Термофильный режим, перемешивание субстрата q5	q51
					Шкаф управления
Подвод	Питание	Конвективно-диэлектрический нагрев		q52
					Питание
Подвод	Питание	Затвор	Выгрузка шлама q6	q61
биогаз /переработанный субстрат q7					Подвод

Таблица 2- Математическая модель энергоемкости технологии метанового сбраживания навоза на установках непрерывного действия с СВЧ нагревом

Биомасса				q1
q211=	q212=	q213=	q21= q211 q212 q213	q2=
q311=	q312=	q313=	q31= q311 q312 q313	q3=
q411=	q412=	q413=	q41= q431 q432 q433	q4=
q511=	q512=	q513=	q51= q511 q512 q513
q521=	q522=	q523=	q52= q521 q522 q523
q611=	q612=	q613=	q61= q611 q612 q613	q6 =
q2 + q3 + q4 + q5+ q6 = ++++					q11 q12 q13
переработанный субстрат q7 =

В четвертой главе «Разработка технологии процесса метанового сбраживания в установках с СВЧ нагревом и экспериментальные исследования процесса» представлен технологический процесс метанового сбраживания навоза и обработка экспериментальных исследований метанового сбраживания при объемном диэлектрическом нагреве.

Технологический процесс по переработке навоза на предприятиях АПК представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Структурная схема линии по переработке навоза

Исходным сырьем, поступающим в линию, является свиной и коровий навоз. В начале технологического процесса переработки навоза в метантенке получаем органический субстрат и биогаз. Важным условием для анаэробного сбраживания является оптимальная температура вещества в метантенке, поддержание которой обеспечивается конвективно-диэлектрическим нагревом.

Принцип работы трехстадийного метантенка биогазовой установки с СВЧ нагревом заключается в том, что подготовленная для сбраживания масса поступает в первую секцию 10 (психрофильную с диапазоном температур 8...25°С) биореактора, показанного на рисунке 8. Перемешивание в данной камере при помощи мешалок 3 осуществляется частотой 1 раз в сутки час с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 24…33 об/мин. Затем биомасса по принципу сообщающихся сосудов перемещается во вторую 11 (мезофильную с диапазоном температур - 25...40 °С) в которой перемешивание осуществляется частотой 1 раз в 2 часа с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 42…51 об/мин; и третью 12 (термофильную с диапазоном температур - 40...55 °С) частотой перемешивания субстрата 1 раз в час с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 51…60 об/мин.

Рисунок 8 – Схема трехстадийного метантенка биогазовой установки с СВЧ нагревом

Трехстадийный метантенк биогазовой установки с СВЧ нагревом состоит из корпуса, систем контроля и управления. Сбраживаемая масса подогревается устройством диэлектрического нагрева в центральной секции до температуры 55°С, которая контролируется термодатчиками 8 нижнего и верхнего уровня. Перемешивание происходит периодически 2...3 раза в сутки при помощи перемешивающих устройств 3. Выделяющийся биогаз, собирают и хранят в резервуаре низкого давления. Получившийся в процессе сбраживания шлам поступает в ёмкость 9 для дальнейшей переработки. Реактор сконструирован так, что идет непрерывный процесс газообразования, так как присутствуют все стадии анаэробной переработки навоза.

Опытный образец установки непрерывного действия, реализующий процесс сбраживания навоза, согласно схемы на рисунке 8, в едином цикле представлен на рисунке 9.

Установка для получения биогаза непрерывного действия с СВЧ нагревом состоит из реактора, который разделен на три секции. Загрузка и выгрузка осуществляется при помощи насосов. Переход биомассы из секции в секцию происходит по принципу сообщающих сосудов. Получаемый в процессе метанового сбраживания биогаз, поступает в емкость для сбора газа. Количество выделяемого газа контролируется газовым счетчиком.

Возможность объединения психрофильного, мезофильного и термофильного режимов метанового сбраживания проверена и подтверждена экспериментально на данной установке.

а

б

Рисунок 10 - Кинетика получения биогаза в едином цикле сбраживания:

а – контактный нагрев, б - СВЧ нагрев

Результаты экспериментальных исследований метанового сбраживания при СВЧ нагреве со свиным и коровьим навозом, показали, что процесс сбраживания биомассы происходит интенсивнее по всему объему метантенка, реализующую разработанную технологию, за счет объемного нагрева (рисунок 10).

В пятой главе «Технико-экономические показатели и экономическая эффективность разработанных методов, установок и технологий» показана технико-экономическая оценка проведенных мероприятий, на основе методики расчета экономической эффективности, разработанный во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства и на основе диаграммной техники профессора В.Н. Карпова, которые показали, что проведенные мероприятия дают экономический эффект равный 573320 руб. Срок окупаемости биогазовой установки около шести лет. Сравнительная универсальная диаграмма с двумя способами нагрева показана на рисунке 11.

Рисунок 11 - Сравнительная универсальная диаграмма с двумя способами нагрева: 1 - контактный нагрев; 2 – СВЧ нагрев

Результаты расчетов технико-экономических показателей полностью совпадают с данными полученными на универсальной диаграмме.

ВЫВОДЫ

1. Метод объемного энергосберегающего нагрева процесса метанового сбраживания навоза, позволяющий наиболее полно использовать энергетический и питательный потенциал исходного сырья, может быть перспективен для получения новых продуктов функционального назначения и кормов, конкурентноспособных на отечественном рынке.

2. Рациональное распределение по объему сбраживания дополнительных видов энергии волновой природы снижает энергоемкость процесса по сравнению с конвективно-контактной в 1,5…2,0 раза за счет новой схемы реактора (сочетающем вид энергии, стадийность ее использования и объемное распределение).

3. Физические и математические модели процесса, разработанные в диссертации, обеспечивают расчет режимов технологических процессов по заданным количественным и качественным показателям готовых продуктов и определение параметров оборудования для достижения заданной производительности.

4. На разработанной экспериментальной биогазовой установке метанового сбраживания непрерывного действия реализован стадийный подвод энергии разных видов и экспериментально установлены рациональные энергетические параметры:

• психрофильное сбраживание (первая стадия) при температуре 8…25оС, обеспечиваемое за счет: загрузки исходного сырья температурой 0…10°С, конвективного и контактного нагрева от материла следующей стадии и перемешивания (частотой 1 раз в сутки час с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 24…33 об/мин);
• мезофильное сбраживание (вторая стадия) при температуре 25…40оС, обеспечиваемое за счет: поступления сырья из зоны первого периода сбраживания температурой 20…25°С, конвективного и контактного нагрева от материла следующей стадии и перемешивания (частотой 1 раз в 2 часа с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 42…51 об/мин);
• термофильное сбраживание (третья стадия) при температуре 40…55оС, обеспечиваемое за счет: поступления сырья из зоны второго периода сбраживания температурой 25…40°С, объемного диэлектрического, конвективного и контактного нагрева от источника СВЧ излучения и перемешивания (частотой 1 раз в час с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения мешалок 51…60 об/мин).

5. Параметры и режимы технологических процессов, обеспечивающие минимальную энергоемкость, использованы при выполнении Государственного контракта № 1664/13 от 11.11.2008 г. с Министерством сельского хозяйства Российской Федерации, где реализована технология промышленной переработки помета в удобрение, содержащая технологические и технические решения по производству органических удобрений на пометной основе.

6. Экономический эффект от применения СВЧ нагрева за счет мер по энергосбережению (объемный, равномерный разогрев, использование потерь энергии с высокотемпературной зоны для разогрева предыдущих низкотемпературных зон сбраживания) даст экономическую выгоду от выхода биогаза, которая составляет 573320 руб. при сроке окупаемости биогазовой установки около шести лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Издания, указанные в перечне ВАК:

1. Решетникова, И.В. Отходы – на службу сельской энергетике. /И.В. Решетникова, М.А.Валиулин, С.П.Игнатьев, Е.Г.Трефилов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - №12. - С.56-57.

2. Савушкин, А.В. Альтернативное топливо в сельском хозяйстве. /А.В.Савушкин, В.С. Вохмин, И.В. Решетникова //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №4. - С.37-38.

3. Кошкин, М.В. Перспективы использования биогаза. /М.В.Кошкин, И.В.Решетникова, А.В.Савушкин //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №6. - С.33-34.

Другие издания:

4. Решетникова, И.В. Биогаз и установки по использованию биогаза для предприятий АПК. /И.В.Решетникова, М.А.Валиулин, М.В.Кошкин, В.С.Вохмин

//Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 - летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА. - Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. – Т.IV. - С.188-195.

5. Решетникова, И.В. Проблемы утилизации навоза. /И.В.Решетникова, М.А.Валиулин, С.В.Петров //Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 - летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА. - Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008.- Т.IV. – С.195-199.

6. Решетникова, И.В. Разновидности биогазовых установок. /И.В.Решетникова, М.А.Валиулин, Р.С.Петров //Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 - летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. - Т.IV. – С.208-212.

7. Свалова, М.В. Разработка установки для переработки отходов сельхозпроизводства. /В.В. Касаткин, С.П. Игнатьев, И.В. Решетникова // Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 - летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. - Т.IV. – С.130-135.

Подписано в печать 25.09.09 г.

Бумага офсетная Гарнитура Times New Roman Формат 60х841/16.

Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № 9548

Изд-во ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА

426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11