Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Розглянувши різні види біогазових установок основною час­тиною, яких є біогазовий (анаеробний) реактор можна сказати, що анаеробний реактор (АР) дозволяє досягти високого ступеня збро­джування органічної речовини, при невеликому часі утримання. Це досягається за рахунок іммобілізації симбіозу мікроорганізмів, зок­рема метанообразуючих, на жорсткому носієві, рівномірно розподі­лених за робочим обсягом реактора АР [2, 300, 318]. Анаеробний реактор розглядаємо, як закриту хемостатну систему, в якій вине­сення анаеробної мікрофлори не перевищує її наростання в реакто­рі АР.

Енергетичні потоки, що проходять через анаеробний реактор можна представити у вигляді схеми (рис. 6.27).

Прибуткова частина енергетичного балансу анаеробного реак­тора, містить енергію (Еі) ув’язнену в рідкій фракції гною з пер­винних (Епнр) і рідкій фракції з вторинних реакторуючих пристроїв (Етпр). Рідкі фракції, що поступають в АР, мають велику вологість (більше 97 %) і є стоками [319]. Тому прибуткова частина енерге­тичного балансу є енергією стоків (Еі).

Еі = Епнр + Етпр. (6.145)

Витратна частина ділиться на два потоки. Перший потік — це кількість енергії що виходить з анаеробного реактора з переробле­ними стоками (Е3). Другий потік виходить у вигляді біогазу (Е5), що отримується в результаті конверсії органічної речовини в АР.

Енергетичні потоки, що проходять через систему (АР) можна представити у вигляді рівняння енергетичного балансу:

Ej = Е3 + Е5. (6.146)

Кількість енергії ув’язненої в перероблених стоках складаєть­ся з енергії органічної речовини (Еов), що не розклалася, і енергії анаеробної біомаси (Ебм). З потоком енергії перероблених стоків (Е3), з АР виходить енергія витрачається на попередній нагрів (Е4).

Е3=Еов+Ебм + Е4. (6.147)

На кількість енергії ув’язненої в біогазі роблять вплив безліч чинників. В результаті аналізу чинників, встановлено що основни­ми є: вологість стоків (В); доза завантаження стоків в АР (Д); тем-
пераіура середовища зброджування (Тс); гідродинамічне обурення усередині анаеробного реактора (Ар ). Таким чином, кількість енер­гії в отримуваному біогазі можна виразити функціональною залеж­ністю:

Е, = /(В, Д, Тс, Ар).

Для ефективного перебігу процесу метанового зброджування в анаеробному реакторі, необхідні певні витрати енергії (Е10), які заповнюються перерозподілом частини енергії біогазу (Е5). Кіль­кість енергії, що залишилася, складає товарну енергію (Е6), яка мо­же бути направлена на різні потреби сільськогосподарського виро­бництва. Таким чином, балансова частина перерозподіл енергії біо­газу складе:

Е5=Е10+Е6-

Енергія споживання, що витрачається на власні потреби, скла­дається з витрат енергії на підтримку температурного режиму в анаеробному реакторі (Е9), витрат енергії на транспортування сто­ків усередині анаеробного реактора (Е7), і витрат енергії на ство­рення гідродинамічних обурень в анаеробному реакторі (Е8).

Ею — е9 + Е7 + Е8.

Основна кількість енергії витрачається на підтримку темпера­турного режиму в анаеробному реакторі. Ці витрати енергії необ­хідні: для попереднього нагріву стоків до номінальної температури і підтримки заданої температури зброджування в реакторі анаероб­ного реактора (Тс) [2, 311, 318]. Витрати енергії на попередній на­грів (Е4), вийдуть з анаеробного реактора спільно з потоком енергії, ув’язненою в перероблених стоках. Потік енергії (Е2), що витрача­ється на підтримку заданої температури в анаеробному реакторі, обумовлений втратами тепла через стінки в навколишнє середови­ще. У загальному вигляді, витрати енергії на підтримку температу­рного режиму можна виразити у вигляді функціональної залежное — ті:

(6.151)

де Сст — теплоємність стоків, Дж/(кг-К);

Тв — температура повітря, К;

ов — швидкість руху повітряних мас, м/с;

8СТ — товщина теплоізоляційного шару, м;

— теплотехнічні властивості теплоізоляційного шару.

Витрати енергії на транспортування стоків обумовлені, гідра­влічними характеристиками трубопроводів, робочого об’єму анае­робного реактора і властивостями реологій стоків. Витрати (Е7), та­кож можна представити у вигляді функціональної залежності:

E7 = /(h, yiiM, uCI, M„M2), (6.152)

де h — втрати питомої енергії (втрати натиску) по довжині, м;

УХ — сума місцевих втрат питомої енергії, м;

ист — швидкість руху стоків, м/с;

— масова витрата рідкої фракції після першого ступеня розділення, кг/с;

— масова витрата рідкої фракції після другого ступеня розділення, кг/с.

Витрати енергії на створення гідродинамічних обурень (Е8),

обумовлені технологічними і конструктивними чинниками. Еідро — динамічні обурення в анаеробному реакторі, дозволяють інтенсифі­кувати життєдіяльність метанообразуючих мікроорганізмів, а зна­чить підвищити біоконверсію органічної речовини що міститься в стоках. Енергія, що утворюється в результаті обурень, перетворить­ся в реакторі в теплову енергію. Це дозволить скоротити витрати енергії на підтримку температурного режиму в анаеробному реак­торі, зокрема на потік енергії (Е2).

У загальному вигляді, витрати енергії на створення обурюю­чих дій можна виразити функціональною залежністю:

Е8=/(В, Д,Ар, Ао,1іг), (6.153)

де Ар — зміна тиску в реакторі АР (гідродинамічне обурення), кПа;

А о — зміна швидкості в анаеробному реакторі, м/с;

1іг — висота газорідинного трубопроводу, м.

Важливим завданням для оцінки енергетичної ефективності роботи АР, є вибір параметра оптимізації. Виходячи з системного аналізу енергетичних можливостей анаеробного реактора, парамет­ром оптимізації доцільно прийняти коефіцієнт корисного викорис-

тання енергії (КВЕ). Під КВЕ розуміється відношення кількості то­варної енергії до кількості потенційної енергії ув’язненої в стоках, виражене у відсотках [311].

де Е6 — товарна енергія, кДж;

Е] — енергія, зв’язана в стоках, кДж.

Кількість енергії, ув’язненій в стоках, визначається змістом органічних речовин, тобто енергії основних складових: білків (Q6u), вуглеводів (QByra), жирів (Ожир).

Е, = Е„- + Е + Е. (6.155)

1 біл ВТЛ жир V

У кінцевому вигляді кількість товарної енергії, згідно рівнянь (6.149) і (6.150), можна виразити як:

Е6=Е5-(Е7 + Е9+Е8). (6.156)

Збільшення виходу товарної енергії можна досягти двома шляхами: зменшенням витрат енергії на власні потреби на рівні не­обхідному для ефективної роботи АР, і за рахунок збільшення час­тки енергії що міститься в біогазі. Це, можливо, досягти шляхом оптимального вибору значень технологічних і конструктивних чинників. Також на вихід товарної енергії роблять вплив природно — кліматичні чинники.

Логічну схему рішення даної задачі можна представити у ви­гляді структурної системи, рис. 6.28.

Дз	1	Чинники довкілля (const) г
——— ►	Анаеробний	__________________________________________ Ь-
——————- ►"	реактор
Др
с — const	і	L Конструктивні
-const		чинники (const)

Параметр оптимізації (КВЕ)

Рішення задачі оптимізації можливе за допомогою системи рі­внянь, об’єднуючої основні залежності:

Е

КВЕ = —-100 %;

Е,

Е6 = Е5-(Е7+Е9+Е8);

< Е5 = /(В, Д,Тс, Др);

Е9 = /(Сст, Д, ТС, Дрс, Тв, ов,5стЛст);

E7=/(li, XhM,^CT, M1,M2);

Е8 =/(В, Д,Др, До,1іг).

Комментарии запрещены.