Проект переработки навоза в биогазовой установке в ТОО Шеминовка

      Министерство  образования и науки республики  Казахстан 

 

Костанайский инженерно-экономический университет им. М. Дулатова

 

Кафедра Транспорта и сервиса

 

 

 

 

«Допущен к защите»

Заведующий кафедрой

______________О. В.Моисеенко

___  ____________ 2014 г.

 

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

 

На тему: Проект  переработки  навоза в биогазовой установке в ТОО Шеминовка.

 

 

по специальности 5В080600 Аграрная техника и технологии

 

 

Выполнил                 Ю.А Кушнарев

 

Научный руководитель

к.т.н, ст. преподаватель                К.С. Рыспаев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Костанай 2014

 

Костанайский инженерно-экономический университет им. М.Дулатова

 

Кафедра транспорта и сервиса

 

Специальность 5В080600 Аграрная техника и технологии

 

Программа и форма обучения:  сокращенная, очная

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ:

Заведующий  кафедрой

____________О.В. Моисеенко

«___» _____________2014 г.

 

 

ЗАДАНИЕ

на выполнение дипломного проекта (работы)

 

Студенту Кушнареву Юрию Анатольевичу

 

Тема: Проект  переработки  навоза в биогазовой установке в ТОО Шеминовка

 

Утверждена приказом по вузу от ___. ____________2013_г. № ____

Срок сдачи дипломного проекта (работы) ___. _________2014 г.

 

Исходные данные к проекту (работе):

1.Периодические  издания.

2. Годовые отчеты хозяйства  за 2012-2013 годы.

3. Методические пособия  и указания по выполнению дипломного проектирования.

 

Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):

Введение

1. Анализ хозяйственной  деятельности.

2. Организация переработки  органического материала.

3. Проект биогазовой установки.

4. Конструкторская разработка.

5. Охрана труда 

6.Технико- экономические  показатели проекта

7. Заключение .

Перечень графического (иллюстрационного) материала:

 

1. Анализ хозяйственной  деятельности.

2. Классификация навоза.

3.Классификация переработки навоза.

3. Классификация биогазовых  установок.

4. Устройство и принцип  работы биогазовой установки.

5.  Охрана труда

6. Экономическая эффективность  проекта

.

Рекомендуемая литература:

 

1. Иворев С.А. “Экономические  вопросы при организации работы  АТП”, М., Высшая школа, 1991 г., 132 стр.

2. «Положение о ТО и  ТР подвижного состава автомобильного  транспорта» М., Транспорт 1988 г.

3. Крамаренко Г.В. и др. «Техническая эксплуатация автомобилей». М., Транспорт. 1988 г.

4. МИИАТ Краткий автомобильный (транспортный) справочник. М., Транспорт 1987 г.2. Богатырев А.В. и др. Автомобили..- М.: КолосС, 2008.-592 с.: ил. ISBN 978-5-9532-0485-9.

5. Богатырев А.В., Лехтер  В.Р. Тракторы и автомобили.- М. КолосС, 2008.-400 с: ил.- ISBN 978-5- 9532-0587-0.

4.Пучин Е.А. и др. Технология ремонта машин.-М.: КолосС, 2011.-488 с.: ил. ISBN 978-5-9532-0456-9.

6. Список (перечень) производств, цехов, профессий и должностей  с вредными, тяжелыми и опасными  условиями труда.-Астана, 2000. Приказ  Минтруда и соцзащиты населения  РК №175.-581 с.

7. Канарёв Ф.М. и др. «Охрана  труда». – М.: Колос, 1982 – 351 с.

8. Фурсов В.И. «Охрана природы  и сельское хозяйство». Алматы: Кайнар, 1987 – 220 с.

9. Банников А.Г. и др. «Охрана  природы» - 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Агропромиздат, 1985 – 287 с.

10.Шейнблит А.Е. «Курсовое  проектирование деталей машин». – М.: Высшая школа, 1991 – 432 с.

11.Методические указания  к выполнению дипломных работ  для студентов.- Костанай, КИнЭУ, 2014. - 27 с

 

График подготовки дипломного проекта (работы)

 

№ п/п	Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов	Сроки представления научному руководителю	Примечание
1	Подбор литературы, ее  изучение и обработка
2	Составление плана дипломной работы
3	Разработка и представление на проверку первого раздела
4	Накопление, систематизация и анализ материалов
5	Разработка и представление второго раздела
6	Разработка и представление третьего раздела
7	Согласование с руководителем выводов и предложений
8	Разработка тезисов доклада для защиты, ознакомлением с отзывом и рецензией

 

 

Дата выдачи задания__________________2013 г.

 

Руководитель проекта_________________________ Рыспаев К.С.

 

Задание принял к исполнению

Студент___________________________________ Кушнарев Ю.А.               .

 

 

 

 

 

 

                                                       СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.Анализ хозяйственной  деятельности……………………………………….....9 
       1.1 Краткая природно-климатическая характеристика…………………….....9 
         1.2  Анализ производства продукции растениеводства…………………...12 
         1.3 Анализ использования машинотракторного парка………………….....14 
         1.4 Организация ремонта МТП в хозяйстве………………………...……....15 
2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА  ТЕМЫ…………………………………………………………..……..18 
       2.1 Изучение литературных источников…………………………….……....18 
       2.2 Классификация навоза………………………………………………….....19 
      2.3 Классификация существующих биогазовых установок…………  ….…21 
     2.4 Технические решения по модернизации технологии……………….......25 
     2.5 Обоснование выбора темы………………………………………..………26 
3.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ  БИОГАЗА ИЗ НАВОЗА……………………………………………………………………………27 
       3.1 Оценка выработки биогаза из навоза и описание  технологии  
      процесса................................................................................................................27 
     3.2 Оценка выработки биогаза из навоза………………………………......…29 
4. КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА…………………………………..…31 
      4.1 Выбор и расчет ДВС при сжигании биогаза………………………......…31 
      4.2 Расчет процессов наполнения и сжатия в камере сгорания ДВС……....32 
      4.3 Расчет процесса горения………………………………………………......34 
      4.4 Процесс расширения…………………………………………………....…36 
      4.5 Тепловой баланс двигателя……………………………………………….37 
      4.6 Расчет процесса горения……………………………………………......…40 
      4.7 Тепловой баланс двигателя………………………………………….…....42 
5.  ОХРАНА ТРУДА………………………………………………………......….44 
      5.1 Анализ и оценка факторов профессиональных рисков на проектируемом объекте………………………………………………………………………….…44 
      5.2 Избыточное давление……………………………………………….……44 
      5.3 Повышенный уровень пожаро- и взрывоопасности……………………44 
      5.4 Повышенная температура………………………………………….….…45 
      5.5 Меры по защите рабочего места и предупреждения  
      профессиональных рисков…………………………………………….…..…45 
6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ…………………………….…..….…49 
       6.1 Воздействие энергетики на окружающую среду………………..…..…49 
      6.2 Расчет выбросов…………………………………………………….…......50 
7 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЕКТА………………………………....52 
      7.1 Расчет экономии средств после внедрения биогазовой установки….....52 
    7.2 Ежегодные инвестиционные затраты………………………………….…52 
      7.3 Ежегодные затраты на эксплуатацию установки…………...…………....53 
      7.4  Расчет времени окупаемости проекта……………………………..….….55 
      7.5 Расчет годовой выработки тепловой и электрической энергии………...55 
      7.6 Общая стоимость капиталовложений…………………….……………....57 
      7.7 Ежегодные инвестиционные затраты на когенерационные установки...58 
      7.8 Ежегодные инвестиционные затраты на биогазовую установку……......61 
      7.9  Расчет времени окупаемости проекта……………………..…………..…61 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..….64 
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..,.65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       ВВЕДЕНИЕ

 

       Во многих странах мира энергетика на биомассе становится эффективной самоокупаемой отраслью, конкурентоспособной по отношению к энергетике на ископаемом топливе. В настоящее время в Дании,  например,  на  долю биомассы приходится около 7 % всей вырабатываемой энергии в стране, в Австрии она составляет 12 %, в Швеции 21 %,_в Финляндии – 23 %. В целом в странах Европейского Союза в среднем около 14 % общей энергии получено из биомассы, а в мире этот показатель равен 15 %. И эти цифры с каждым годом растут.

     Биомасса пользуется популярностью  с древности, но сейчас ее популярность резко возросла, так как при ее использовании можно сэкономить, учитывая неуклонный рост в цене энергоресурсов. Кроме того биомасса является возобновляемым источником энергии и нередко используется как побочный продукт производства, что иногда даже упрощает сам процесс производства. Использование биомассы так же поможет снизить выбросы СО2, так как растения поглощают примерно столько же СО2 во время их роста, сколько выделяется при их сжигании.  
        Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы– производство из нее биогаза, состоящего на 50-80 % из метана и на 20-50 % из углекислоты. Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений) и экологическую [13].

       Получая из биомассы биогаз, появляется возможность использовать его на нужды предприятия. Так, с 1 м3 биогаза, в зависимости от содержания метана, можно выработать от 1,5 до 2,2 кВт электроэнергии [14]. При производстве электрической энергии получается и тепловая энергия, которую также можно направить на нужды предприятия.

       В процессе сбраживания получается не только биогаз, но и ценное, высококонцентрированное, лишенное нитритов, семян сорняков, болезнетворной микрофлоры органическое удобрение [15]. Испытания показывают, что использование данного удобрения увеличивает урожайность в 2-4 раза [16].

       Производство биогаза позволяет так же предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды.

        Китай уже имеет более 7 млн. биогазовых установок с объемом реакторов 8-10 м3. Это обеспечивает теплом 30 млн. крестьян. Индия имеет примерно 500 тыс. семейных установок. В странах ЕЭС примерно 600 установок, из них 17 перерабатывает в биогаз городской твёрдый мусор. В США во множестве работают крупные биогазовые установки по переработке городского твёрдого мусора со средней мощностью до 100 млн м3 биогаза в год. В настоящее время биогазовые установки, перерабатывающие в основном отходы животноводческих ферм, имеют Германия, Финляндия, Франция, Бельгия, Швеция, Италия. В каждой эксплуатируются до 100 установок [17].

             В данной работе рассматривается биогазовая установка, в качестве биомассы используется навоз.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.АНАЛИЗ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ  ДЕЯТЕЛЬНОСТИ  ПРЕДПРИЯТИЯ

 

 

1.1 Краткая природно-климатическая характеристика

 

ТОО «Шеминовка» среднее по размерам хозяйство расположено в Костанайском районе Костанайской области. На расстоянии 25 км от города Костаная. ТОО «Шеминовка» образовано в 1999 году на базе колхоза «Шеминовка» который был образован 24 октября 1966. В своем составе имеет одно отделение. На отделении имеются по 2 полеводческих и по 2 животноводческих бригады.

По своим климатических условиям ТОО «Шеминовка» находится в пятом  агроклиматическом районе – степном. Этот район характеризуется  значительными колебаниями  суточной и годовой температуры, неустойчивостью атмосферных осадков, быстрым переходом от суровой зимы к жаркому лету.

В общем, климатические условия позволяют выращивать зерновые и силосные культуры.

Преобладающими почвами пахотных массивов являются черноземы, составляющие 69,7% от площади пашни из них черноземы южные 20%, выщелочные -21%, слабосолоноватые -16,8%, обыкновенные -8%.

Хозяйство является многоотраслевым. Специализацию хозяйства определим из анализа структуры товарной продукции.

 

Таблица 1. Размер и структура товарной продукции

Отрасли и виды продукции	2011 год		2012 год		2013 год
	тыс. тенге	% к итогу	тыс. тенге	% к итогу	тыс. тенге	% к итогу
Продукция растениеводства всего	21351,1	51,1	29985,8	46	29255,70	61,2
В том числе: Зерно	20871,0	49,9	25117,0	39,4	287980,2	59,2

 

Прочая продукция растениеводства	3253	1,2	37561	6,6	23120	1,4
Продукция животноводства всего	2045,90	48,9	3442,50	54	2218,50	38,8
В том числе: Мясо КРС (жив.)	1615,73	38,6	1996,16	31,3	2055,41	31,66
Прочая продукция животноводства	250	0,1	214,9	0,3	208,30	0,3

 

Анализ таблицы 1. показывает что хозяйство специализируется на производстве продукции растениеводства и животноводства. Производственное направление специализации- производство зерна. Основные товарные отрасли производство мяса КРС, дополнительное производство зерна и его реализация.

Земельная поверхность имеет слегка увалистый характер с плоскими склонами разных экспозиций со средними уклонами на пахотных массивах 1-3о. В целом по условию рельефа значительные площади колхоза пригодны под сельскохозяйственное использование.

Пастбищные угодья, как правило, располагаются на сильно изрезанных склонах и землях не пригодных под сельскохозяйственное использование и механической обработке. По использованию естественная растительность делится на сенокосные пастбища, леса, кустарники. В условиях степи коренной растительностью являются ковыльники.

 

 

Таблица 2. Структура земельного фонда

Виды угодий	2011 год		2012 год		2013 год
	га	в % к итогу	га	в % к итогу	га	в % к итогу
Общая земельная площадь	17716	100	17457	100	17457	100
в том числе сельхозугодия из них:	16911	96	16804	77,6	16804	96,3
пашня	13585	77,1	13545	77,6	13545	77,6
сенокосы	884	5	817	4,7	817	4,7
пастбища	2442	13,9	2442	14	2442	14
Прочие угодия	605	4	653	3,7	653	3,7

 

Из анализа таблицы.2.можно сделать вывод о том, что земли в хозяйстве используются достаточно интенсивно, около 96 % из них занимают сельскохозяйственные угодия. Это свидетельствует о высокой освоенности земель. Большую часть сельскохозяйственных угодий занимают пашня 78% общей земельной площади, на это влияет сложившийся тип специализации хозяйства- зерноводческо- скотоводческое.

Большое влияние на производство сельхоз продукции оказывает наличие энергетических мощностей: тракторов, автомобилей, комбайнов и других энергетических установок.

 

Таблица 3. Обеспеченность хозяйства энергетическими ресурсами и их структура

Показатели	2011 год		2012 год		2013 год
	кВт	% к итогу	кВт	% к итогу	кВт	% к итогу
Тракторные двигатели	7110	37,7	7096	35,5	6849	37,2
Двигатели комбайнов	4133	22,0	4130	21,8	4054	22,1
Двигатели автомобилей	2950	15,6	2969	15,7	2924	15,9
Электроустановки и электродвигатели	4660	24,7	4720	25,0	4535	24,7

 

Всего электрических мощностей	18833	100	18915	100	18362	100
Приходится энергетических мощностей: на одного среднегодового работника	43,2	100	43,8	100	42,2	100
на 100 га с/х угодий	111,5	100	112,6	100	109,2	100

 

Из анализа таблицы 3. можно отметить, что за последний год энергетические мощности хозяйства уменьшились на 553кВт. Это связано с тем, что уменьшилось количество тракторов. Существенных изменений в структуре энергоресурсов не произошло. Содержание такого количества энергетических мощностей в исправном состоянии способствует ремонтная база хозяйства.

 

Таблица 4. Основные показатели экономической эффективности сельскохозяйственного производства

Показатели	2011 год	2012 год	2013 год
Стоимость валовой продукции с/х, тыс. тенге	27000	28630	26320
тоже в расчете: на 100га с/х угодий	15,9	17,03	15,6
на одного среднегодового работника, тыс.тенге.	222,1	236,7	276,1
Показатели	2008 год	2009 год	2010 год
В том числе: на 100га с/х угодий уровень рентабельности производства в целом, %	823,3	804,5	847,8
в отраслях:        растениеводство	15,6	11,6	19,4
животноводство	12,6	18,4	13,1

 

 

Данные таблицы 4. показывают, что производство сельхозпродукции в 2013 году снизилось на 8,6 % по сравнению с 2011 годом. Предприятие работает в целом рентабельно, это связано с увеличением  прибыли от реализации продукции.

 

 

1.2  Анализ производства продукции растениеводства

 

 

Важнейшим условием увеличения производства продукции растениеводства является правильное использование пахотных земель.

 

Таблица 5.Динамика и структура посевных площадей

Наименование культур	2009 год		2010 год		2011 год
	площ. га	в % к итогу	площ. Га	в % к итогу	площ. Га	в % к итогу
Пашни- всего	13585	100	13545	100	13545	100
В том числе:                     Зерновые                     Картофель	7390 5	54,4 0,1	7531 5	55,6 0,1	7511 3	55,5 0,1
Многолетние травы	1524	11,2	1305	9,6	1194	8,8
Однолетние травы	1392	10,2	1413	10,4	979	7,2
Силосные культуры	1685	12,4	1594	11,7	1197	8,8
пар	1589	11,7	1697	12,6	2667	19,7

 

Анализируя данные таблицы 5.можно отметить, что ежегодно  площадь посевов сокращается, это связано с тем, что уменьшается потребность в кормах и сократилась площадь под кормовые культуры. Большую долю в структуре занимают зерновые культуры 55,5%, за последние 3 года увеличилось доля паров с 11,7% до 19,7%.

Рассмотрим, как меняется урожайность сельскохозяйственных культур по годам при сложившейся структуре посевных площадей.

 

Таблица 6, Урожайность сельскохозяйственных культур

Культуры	2011 год		2012 год		2013 год
	ц/га	в % к 2009году	ц/га	в % к 2010году	ц/га	в % к 2011году
Зерновые	10	100	15	150	15	50
Картофель	152	100	253	166,4	141,0	90
Многолетние травы	25,4	100	31,3	123,2	8,1	31,8
Однолетние травы	76,5	100	64,2	83,9	10	13,1
Кукуруза на силос	158	100	230	145,6	36	22,7
Подсолнечник на силос	152	100	176	115,8	42	27,6

 

Из анализа таблицы  6.видно, что за последний год урожайности сельскохозяйственных культур по всем культурам снизилась. В большей степени это связано с климатическими условиями. Так в 2011 году урожайность зерновых увеличилась на 50% по сравнению с 2010 годом, это связано с тем, что урожай был убран в определенные агротехнические сроки, на урожайность всех сельскохозяйственных культур повлияли погодные условия.

Для полного анализа отрасли растениеводства необходимо знать трудоемкость, а также себестоимость производства продукции растениеводства.

 

Таблица 7. Трудоемкость и себестоимость производства продукции растениеводства

Культуры	2011 год		2012 год		2013 год
	чел. г/ц	тенге/ц	чел. г/ц	тенге/ц	чел. г/ц	тенге/ц
Зерновые	0,56	1190	0,6	959,9	0,63	967,2
Картофель	0,7	1310	6,5	1003,4	12,14	1294,7
Многолетние травы	0,51	129,9	0,55	120,8	0,58	141,05
Однолетние травы	1,11	9132	1,43	8208	1,52	34105
Культуры	чел. г/ц	тенге/ц	чел. г/ц	тенге/ц	чел. г/ц	тенге/ц
Сенаж	0,04	34,3	0,02	56,01	0,07	71,83

Анализируя данные таблицы 7. можно отметить, что себестоимость производства продукции растениеводства с каждым годом увеличивается, это связано с удорожанием стоимости основных и оборотных средств. Чтобы определить какие показатели наиболее влияют на величину себестоимости продукции растениеводства необходимо рассмотреть структуру затрат на производство продукции растениеводства.