Определить объем биогазогенератора Vбио и суточный выход биогаза Vг вых в установке, утилизирующей навоз

Определить объем биогазогенератора Vбио и суточный выход биогаза Vг вых в установке, утилизирующей навоз от животных: n1 коров, n2 свиней, n3 птиц, а также обеспечиваемую ею тепловую мощность N, кВт. Время цикла сбраживания τ, сут. Подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идет со скоростью W, кг/сут; выход биогаза из сухой массы vг ,м3/кг. Содержание метана в биогазе составляет ƒм, %. КПД горелочного устройства η=0,68. Плотность сухого материала, распределенного в массе биогазогенератора, ρсух , кг/м3. Теплоту сгорания метана при нормальных физических условиях принять равной Qнр=28 МДж/м3. Таблица 1. Исходные данные расчета (Вариант №31) Вариант КРС, n голов Свиньи, n голов Птица, n голов τ, сут 31 188 60 50 12 Таблица 2 Количество и плотность биоферментируемого материала на одно животное Виды животных Среднесуточное количество биоферментируемого материала, W, кг/сутки Плотность сухого биоматериала ρсух , кг/м3 Содержание метана в биогазе ƒм (%) Выход биогаза из сухой массы vг ,м3/кг КРС 36 45 60 0,4 Свиньи 4 35 70 0,5 Птица 0,16 25 75 0,3

Произведём расчет всех показателей для крупного рогатого скота.
Подача сухого сбраживаемого материала от животных идет со скоростью m0 , кг/сут:
m0 = W·n ,
m0 = 36·188=6768кгсут.
Суточный объем жидкой массы Vсут , м3/сут, поступающей в биогазогенерагор, можно определить по формуле:
Vсут=m0ρсух ,
Vсут=676845=150,4 м3сут.
Объем необходимого для фермы биогазогенератора Vбио , м3:
Vбио = τ·Vсут
Vбио = 12·150,4=1804,8 м3 .
где τ=12 сут — время цикла сбраживания вторичного продукта.
Суточный выход биогаза Vг вых:
Vг вых=m0∙vг ,
Vг вых =6768∙0,4=2707,2 м3сут ,
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз N, МДжсут:
N=η∙Qнр∙Vг вых∙ƒм ,
N=0,68∙28∙2707,2∙0,60=30927,05 МДжсут=357,952 кВт ,
где переводной коэффициент из МДжсут→кВт находится как
1 МДжсут=103 кДж24∙3600 с=1,1574∙10-2 кВт.
Произведём расчет всех показателей для свиней

.
Подача сухого сбраживаемого материала от животных идет со скоростью m0 , кг/сут:
m0 = W·n ,
m0 = 4·60=240 кгсут.
Суточный объем жидкой массы Vсут , м3/сут, поступающей в биогазогенерагор, можно определить по формуле:
Vсут=m0ρсух ,
Vсут=24035=6,857 м3сут.
Объем необходимого для фермы биогазогенератора Vбио , м3:
Vбио = τ·Vсут
Vбио = 12·6,857=82,29 м3 .
где τ=12 сут — время цикла сбраживания вторичного продукта.
Суточный выход биогаза Vг вых:
Vг вых=m0∙vг ,
Vг вых =240∙0,5=120 м3сут ,
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз N, МДжсут:
N=η∙Qнр∙Vг вых∙ƒм ,
N=0,68∙28∙120∙0,70=1599,36 МДжсут=18,51 кВт ,
где переводной коэффициент из МДжсут→кВт находится как
1 МДжсут=103 кДж24∙3600 с=1,1574∙10-2 кВт.
Произведём расчет всех показателей для птицы.
Подача сухого сбраживаемого материала от животных идет со скоростью m0 , кг/сут:
m0 = W·n ,
m0 =0,16·50=8 кгсут.
Суточный объем жидкой массы Vсут , м3/сут, поступающей в биогазогенерагор, можно определить по формуле:
Vсут=m0ρсух ,
Vсут=825=0,32 м3сут.
Объем необходимого для фермы биогазогенератора Vбио , м3:
Vбио = τ·Vсут
Vбио = 12·0,32=3,84 м3 .
где τ=12 сут — время цикла сбраживания вторичного продукта.
Суточный выход биогаза Vг вых:
Vг вых=m0∙vг ,
Vг вых =8∙0,3=2,4 м3сут ,
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз N, МДжсут:
N=η∙Qнр∙Vг вых∙ƒм ,
N=0,68∙28∙2,4∙0,75=34,27МДжсут=0,397 кВт ,
где переводной коэффициент из МДжсут→кВт находится как
1 МДжсут=103 кДж24∙3600 с=1,1574∙10-2 кВт.
Результаты расчета по всем животным фермы представим в таблице 3
Таблица 3
Результаты расчета биогазогенератора для животноводческой фермы
n m0
Vсут
Vбио
Vг вых
N
штук кг/сут м3/сут м3 м3/сут МДж/сут кВт
КРС 188 6768 150,40 1805 2707,20 30927,05 357,9520
Свиньи 60 240 6,857 82,29 120,00 1599,36 18,5111
Птица 50 8 0,32 3,84 2,40 34,27 0,3967
Сумма 298 7016 157,58 1890,9 2829,6 32560,68 376,8598
В результате расчета вышли на требуемый рабочий объём биогазогенератора Vбио, он составляет
Vбио=1890,9 м3≈1900 м3 ;
суточную производительность биогаза Vг вых этого биогазогенератора
Vг вых=2829,6 м3сут ,
и тепловую мощность N от сжигания полученного биометана
N=32560,68МДжсут=376,86кВт .
Вывод:
Такой биогазогенератор при правильной его эксплуатации стал бы хорошим подспорьем на ферме, особенно в холодное время года, решая одновременно две задачи: утилизацию отходов жизнедеятельности животных и птицы, и экономию энергетических ресурсов фермы.