ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ БІОГАЗОВОЇ СТАНЦІЇ
13.1 Загальні методи оцінки
В якості приклада доцільно розглянути біомасові канали відкритого виконання. Для підстилки використається в середньому в день по 0,3…0,5 кг/місце здрібненої соломи й ошурок. Біомаса з каналу два рази в день убирається бульдозером у поперечний канал, звідки самопливом надходить у проміжний, а потім у центральний збірник біомаси. Біомасові канали при необхідності прочищаються водяним струменем. Біомаса, що скуплюється на бетонній частині вигульних площадок, також збирається у центральний гноєзбірник.
На основі контрольних вимірів установлено, що від однієї корови щодня утвориться 68 літрів рідкої біомаси. Загальний обсяг біомаси становить:
з
— у зимовий сезон — 75 м /день (від 1100 корів),
— у літній сезон — 65 м3/день (від 950 корів).
Зміст сухої речовини, що утвориться щодня з екскрементів і підстилки, становить 6,2..6,3 кг на одну голову, а середній зміст органічних речовин 5 кг/гол. З обліком цього щодня утворююча маса органічної речовини становить в зимовий сезон 5500 кг/день, у літній сезон — 4750 кг/день.
Питома кількість сумарного біогазу, віднесене до 1 тонни органічної речовини, за результатами досліджень прийнято рівним
з
300 м /ту зимовий сезон.
У літній сезон, коли в день збирається тільки 65 м біомаси, обсяг камери, що використовується, дозволяє зброджувати рідку біомасу тривалістю більш, ніж 25 днів, а для підтримки температури потрібне менша кількість тепла. Тому незважаючи на меншу кількість органічної речовини можливе одержання більшої кількості
з
товарного газу, тобто 350 м з однієї тонни органічної речовини. Вихідні дані по температурі в розрахунках були прийняті відповідно до таблиці 13.1.
|
Найменування показників |
Взимку |
Влітку |
|
Температура обробки t2, °С |
35 |
35 |
|
Температура завантаженої рідкої біомаси 0. °С |
10 |
20 |
|
Температура навколишнього середовища tk, °С |
-15 |
20 |
Обсяг бродильної камери для безперервного режиму з розрахунком на зимовий період можна визначити як:
G — X
V6 = рг 1 =1932 м3 ^ 1950 м3, (13.1)
Т)
де Уб — обсяг бродильної камери, м ;
Gpr — добовий вихід рідкої біомаси, Gpr75 м /день;
Ті — період зброджування, 25 днів.;
т| — коефіцієнт використання обсягу бродильної камери, рівний 0,97.
З урахуванням аналізу літературних даних прийнято, що бродильна камера повинна являти собою вертикальний циліндричний резервуар зі співвідношенням діаметра до висоти, рівним одиниці,
тобто і = — = 1. При цьому:
Нк
— діаметр бродильної камери:
— площа поверхні бродильної камери:
7ГТ)2
Fk =2-—^+7г-Бк — Нк =858 м2. (13.3)
о
Питома поверхня бродильної камери, віднесена до 1 м об’єму камери:
З
У літній сезон бродильна камера обсягом 1950 м може забезпечувати зброджування рідкої біомаси протягом часу:
З
де Gpr — добовий вихід рідкої біомаси, 65 м /день.
о
Обсяг біогазу, який виникає за добу, м /день:
де Gop — маса органічної речовини в камері, т;
її — кількість газу, що утвориться з 1 т органічної речовини: узимку — 300 м3/т, улітку — 350 м3/т;
Т] — період зброджування, дн. (улітку Т2 , узимку Ті).
Підрахований по формулі (13.6) обсяг добового виходу біогазу
з з
становить: узимку — 1650 м /дн улітку — 1660 м /дн у середньому — 1655 м3/дн [517, 519].
Кількість рідкої біомаси, що додається, визначається питомим навантаженням органічної речовини п, що показує кількість органічної речовини, що завантажується в бродильну камеру, розрахо-
З З
вуючи на 1 м обсягу камери, кг/м :
_°0Р
П-Т“, (13.7)
v6k
де G’op — кількість щодня завантажуємо! органічної речовини, кг;
^ З
Убк — корисний обсяг бродильної камери, м.
Відповідно до формули (13.7) величина п становить: для зи-
з з
мових умов — 2,92 кг/м, для літніх — 2,51 кг/м [520].
Тепловий еквівалент отриманого біогазу, кДж/дн.:
Qj = Y-H = 34.7-106, (13.8)
де Hj = 2,1 -104, кДж/м3 (теплотворна здатність біогазу).
Тепло, необхідне для підтримки процесу Q2 складається з тепла, що вимагається для підігріву завантаженої біомаси QH теплових втрат Qn. Теплота, необхідна для нагрівання рідкої біомаси:
— у зимовий сезон роботи, кДж/дн.:
QH = Vh-Ch-(t2-t1) = 7,84-106, (13.9)
— у літній сезон роботи, кДж/дн.:
QH =4,07-106, (13.10)
3 3
деСь- питома теплоємність рідкої біомаси, Ch=4,l8-10 кДж/(м-°С);
Vh — обсяг рідкої біомаси, що підігрівається, м.
Теплота, необхідна для заповнення тепловтрат:
— у зимовий сезон роботи, кДж/дн.:
Qn = Fk — K-(t2 — tk)Ti = 1,23 TO6, (13.11)
— у літній сезон роботи, кДж/дн.:
Qn = 0,37 • L06, (13.12)
де К — коефіцієнт теплопередачі ізоляції бродильної камери, К=1,2 кДж/(м2-год.-°С);
її — тривалість однієї доби, 1і=24 години.
Кількість тепла для підтримки процесу з обліком коефіцієнту корисної дії котлів з газовим топленням r|t=0,8 кДж/дн.:
Q2 = Qh + Q° , (13.13)
— у зимовий сезон роботи Q2 = 11,3 -106 кДж/дн.;
— у літній сезон Q2 = 5,5 • 106 кДж/дн;
— у середньому Q2 = 8,4 • І О6 кДж/дн.
Товарна енергія Qh = Q, — Q’2 становить у добу:
— у зимовий сезон Qh=23,3T06 кДж/дн;
— у літній сезон Qh=29,2T06 кДж/дн;
— у середньому Qh=26,25T06 кДж/дн.
Товарна енергія Qh за рік становить 9592T06 кДж/рік або 9,6-106 МДж/рік, що еквівалентно 229 т/рік умовного рідкого палива.
Деяка частина теплової енергії q, що видаляється із бродильної камери разом зі збродженою біомасою, може бути заповнена за допомогою теплообмінників, кДж/дн.:
q^Gt-Cb-^-tj), (13.14)
де t2 — температура збродженої біомаси на вході в теплообмінник, 32 °С; ti — температура збродженої біомаси на виході з теплообмінника: узимку +15 °С, улітку +20 °С;
Gt — маса, що видаляється з камери збродженої рідкої біомаси, м3/дн.
Енергія, що отримується за допомогою теплообмінника складе:
— у зимовий сезон qi=5,33-106, кДж/дн;
— у літній сезон q2= 3,25-106, кДж/дн.
Товарна енергія QhT підрахована як сума використаної енергії для теплових потреб ферми й зекономленої теплообмінником енергії, МДж/рік:
QhT =Qh + q = 1U2-io6, (13.15)
Це відповідає 265 т умовного рідкого палива. Розрахункові показники теплового балансу біогазової станції наведені в таблиці
13.2.
|
Таблиця 13,2 — Показники теплового балансу біогазової станції
|
Результата теплотехнічних розрахунків показують, що добовий тепловий еквівалент сумарного біогазу, віднесений до 1 м3
r Q
об’єму камери, становить 1,8* 10 кДж (0,85 м біогазу) або в розра- хунку на одну тварину — 3,1*10 кДж (1,5 м біогазу).
Кількість тепла, необхідне для підтримки процесу, становить 25 % від всієї теплової енергії одержуваного сумарного біогазу.