автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Использование вторичного тепла автономных энергоустановок для анаэробной переработки навоза

На правах рукописи

Руфаи Ибрахим Ахмад

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНОГО ТЕПЛА АВТОНОМНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК Д ЛЯ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

НАВОЗА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Захарченко Анатолий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Илыохин Михаил Степанович

кандидат технических наук Горшков Михаил Иванович

Ведущая организация: ОАО "Научно-исследовательский тракторный

институт (НАТИ)"

Зашита диссертации состоится "24"апреля 2006 года в "15.00" часов на заседании диссертационного совета Д. 220.044.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В .П. Горячкина" по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "05" апреля 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Левшин А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсификация животноводства создает проблему обработки и использования отходов и требует соответствующих решений по утилизации отходов, энергосбережению и сохранению экологического равновесия в природе. В крупных животноводческих фермах изменились количество и состав получаемых жидких отходов, из-за отказа от применения соломенной подстилки и использования большого количества воды для уборки помещений. Животноводческие отходы имеют высокую биологическую активность и содержат значительное количество микроорганизмов и семян сорняков. Для переработки и обеззараживания животноводческих стоков наиболее распространение получают биоустановки. Биоустановки обеспечивают переработку навоза с последующим получением экологически чистого биоудобрения высокого качества и биогаза, являющегося альтернативным источником энергии, который может быть использован для внутрихозяйственных нужд.

Для обеспечения оптимальных условий анаэробного сбраживания и активного выделения биогаза необходимо постоянно снабжать биоустановки тепловой энергией, соответствующей 30...35% энерпш получаемого биогаза. Подогрев навоза обычно обеспечивается за счет сжигания биогаза непосредственно в котле, входящем в комплект биоустановки.

В связи с этим повышение эффективности использования биоустановки в животноводческой ферме за счет использования вторичного тепла при анаэробном сбраживании навоза является актуальной научной задачей.

Цель исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности использования биоустановки при анаэробном сбраживании навоза за счет утилизации вторичного тепла двигателя внутреннего сгорания (ДВС), работающего на биогазе.

Объектами исследования являются техническая система (биоустановка) и утилизационная система, включающая рекуперативные теплообменники для утилизации вторичного тепла двигателя и конвертированный на газ двигатель Г-240.

Предметом исследовании служили эксплуатационные показатели биоустановки и системы утилизации тепла, в частности выхода биогаза и тепловой баланс упомянутых систем.

Нормативно-правовую основу диссертационных исследований составили постановления Правительства города Москвы и РФ, инструкции и методические положения мировых организаций, в том числе и ООН, по защите окружающей среды, а также европейские стандарты.

Методика исследования базировалась на использовании положений метода кибернетического подхода и компьютерной обработки данных. Работа носит теоретико-экспериментальный характер. В опытах были использованы материалы и средства опытной станции "АО Центр ЭкоРос" для получения биогаза и конвертированный двигатель Г-240.

БИБЛИОТЕКА ] С.Петербург <3 (} Ь,

08 т^жуСд!.,

Выводы и рекомендация сформулированы на основе результатов аналитических и экспериментальных исследований биогазовой установки и системы утилизации вторичной теплоты двигателя состоящей те конвертированного на газ двигателя Г-240, теплообменников и трубопроводов.

Научная новизна работы заключается в следующих положении, вносимых автором на защиту:

• Методика утилизации вторичных энергетических ресурсов двигате-

ля внутреннего сгорания для удовлетворения собственных нужд

биоустановки;

• Математическая модель утилизации вторичных энергетических ре-

сурсов двигателей внутреннего сгорания;

• Математическая модель экономической эффективности биогазовой

установки.

Практическую значимость исследования составляют:

• Методика расчета процессов работы ДОС, работающего на биогазе.

• Технологическая схема системы утилизации вторичных энергетических ресурсов ДВС для обеспечения биоустановок теплотой, необходимой для анаэробного сбраживания навоза.

• Эколого-экономическая оценка применения технологии анаэробного сбраживания навоза в сельском хозяйстве.

Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научно-исследовательских, проектно-конструкторских организациях и также на заводах, занимающихся созданием биоустановок или теплообменных аппаратов сельскохозяйственного назначения.

Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и были одобрены на научно-практических конференциях РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева (2003 - 2006 г.г.) и на заседании кафедры Механизации растениеводства РГАУ-МСХА с участием профессорско-преподавательского состава кафедр "Тракторы и автомобили", "ЭМТП" и "Автомобильный транспорт" МГАУ им. В.П. Горячили в 2006 г.

Публикация: Опубликованы 9 печатных работ, в том числе 8 статьей и одна монография (на английском языке).

Структура и объем работы. Диссертация содержит 145 страниц машинного текста, включая 27 рисунок, 18 таблиц и состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Список использованной литературы включает в себя 165 наименований, из них 80 на иностранном языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введение обоснована актуальность темы диссертации, ее новизна и практическая ценность, а также цели и задачи исследования.

В первой главе выполнен обзор литературных источников, который позволил установить, что биогаз является одним из перспективных возобновляемых источников энергии использование, которого носит экологический и энергетический характер. Первые в истории исследовательские работы по анаэробному брожению были направлены на переработку и обезвреживание отходов растительного и животного происхождения с получением биоудобрения, а биогаз - являлся побочным продуктом. После энергетического кризиса 70-х годов, производство биогаза приобретало энергетический характер. По экспертным оценкам многих специалистов установлено, что потенциал энергии биогаза, полученного из отходов мирового животноводства и растениеводства может на 10% покрыть потребности современной энергетики. В последние десятилетия было выполнено значительное количество научных работ, связанных с микробиологическими и технологическими особенностями функционирования биоустановок внедрение, которых способствовало созданию инженерных сооружений для анаэробной переработки навоза с получением биогаза.

Существенный вклад в решение проблем биохимической очистки сточных и навозных стоков внесли работы А. А, Бондарева, Ю.В. Воронова, Л.И. Гюнтера, Т.А. Карюхиной, Ю.Ф. Колесова, Б.Г. Мишукова, Э.С. Разумовского, Ю.А. Феофанова, И.Н. Швецова, C.B. Яковлева, D. Kollatsch, G. Letinga, P.L. McCarty, K.H. Rosenwinkel, C.F. Seyfried. Большой вклад в развитии теории и практики производства и использования альтернативных источников энергии, в том числе и биогаза, внесли Е.С. Панцхава, А.Н. Кожевникова, Н.Г. Ковалев, М.С. Илыохин, В.К. Акименко, Т.Я. Андрюхин, П.В. Богданов, П.И. Гриднев, B.C. Дубровские, С.П. Дурдываев, М.И. Горшков, В.И. Бородин, В.П. Лосяков, М.В. Левчикова, P.A. Мельник, В- Миллер, А.Г. Пузанков, И.В. Семененко, A.A. Ковалев. Значительную роль в формулировке и решении задач, поставленных в данной диссертации играли рекомендации A.C. Хачияна, Г.М. Кутькова, C.B. Гусакова и С.Н. Девянина.

Несмотря на научную значимость и практическую ценность проведенных работ в этом направлении, в диссертации показано, что эффективность работы биогазовых установок далека от совершенства. Кроме этого, применение энергосберегающего подхода в производственной линии биоустановки посредством использования вторичного тепла ДВС, работающего на биогазе дает возможность увеличить объем товарного биогаза, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности работы установки. Исходя из этого, была разработана структурная схема повышения эффективности {заботы биоустановки и сформулированы следующие задачи:

1. Изучить особенность и определить эффективные показатели работы ДВС на биогазе;

2. Оценить целесообразность использования теплоты продуктов сгорания биогаза для обеспечения потребности биоустановки в тепловой энергии;

3. Разработать систему утилизации вторичных энергетических ресурсов ДВС в составе биоустановки;

4. Определить экономическую эффективность разработанных методов применения биоустановки в хозяйстве АПК.

Во второй главе изложено теоретическое обоснование производства биогаза методом анаэробного сбраживания навоза крупного рогатого скота (КРС) и работы двигателя внутреннего сгорания на биогазе.

В технологической линии существующей установки, биореакторы обеспечивают теплотой за счет сжигания 30...35% объема, получаемого биогаза в паровом котле. В предлагаемой, нами, установке котел заменяется системой утилизации вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) ДВС, состоящей из теплообменников-утилизаторов 9 теплоты охлаждающей жидкости и отработавших газов (рис. 1).

Рис. 1 Технологический процесс работы предлагаемой биоустановки: 1 и 2 - фекальные насосы; 3 - Биореактор; 4 - теплообменник для нагрева навоза; 5 - газгольдер; 6 - вентиль подачи биогаза; 7 - криогенная техника (в диссертации не рассматривается); 8 -ДВС; 9 - теплообменник для дополнительного нагрева охлаждающей жидкости отработавшими газами; 10 - муфта; 11 - электрогенератор или стационарная сельскохозяйственная техника; 12 - сброженный навоз (биоудобрение); 13 - система дня удаления СОг из биогаза (на перспективу).

Анаэробное сбраживание протекает в специальных емкостях - биореакторах. Одним из основных условий, обеспечивающих эффективность действия анаэробных бактерий, является температура. В рассматриваемой технологической линии, процесс анаэробного сбраживания протекает по термофильному режиму - при температуре 52...55 "С. Эффективное производство биогаза возможно только в том случае, когда суммарная энергия газа будет значительно выше расходов энергии на его производство.

Условие получения товарного биогаза может быть представлено математически с учетом теплового баланса биореактора (рис. 2)

и-*-^ (I)

где Ут - количество товарного биогаза, м3; Уг - общее количество полученного биогаза, м3; <3сн - расход энергии на собственные нужды установки, кДж; \ - теплотворная способность биогаза, кДж/м3.

Обм

Он

Метантвнк

Ок

Ом

Биомасса

Оси

Рис. 2 Расчетная схема теплового баланса биореактора

Количество теплоты, требуемое для собственной нужды биореактора:

Оси =

_УнСн(Тг~Тх)

кР(Тв-Тн) 24 +

(2)

где, Ун - объем навоза, удаляемого из метантенка в сутки, м3; Сн - объемная теплоемкость навоза, кДж/м3 .К; Тг - температура навоза на выходе из метантенка; к - коэффициент теплопередачи материала метантенка, кВт/м^К; Б - площадь ограждающих поверхностей метантенка, м2; Тв - температура наружного воздуха, К; Тн - температура навоза, загружаемого в ме-тантенк, К; Им - потребная мощность насоса или перемешивающих устройств, кВт; ^^н - производительность перемешивающего устройства, м3/ч; т)м - КПД перемешивающего устройства; 1/8 - означает, что перемешивающее устройство работает только 1/8-ю часть суток (3 часа); т - продолжительность брожения (т = 19 суток).

Обоснование работы ДВС на бногазе включает анализ физико-химических параметров биогаза как моторного топлива. По своему составу биогаз напоминает природный газ, что позволяет считать целесообразным использование соответствующей топливной системы для его подачи в ДВС. Низшая теплота сгорания биогаза определяется по формуле:

£>„ = 1 08.Я2 +126,3.СО + 358,2.СН4 + 235.Я25, кДж/м3 (3) Так как биогаз, получаемый в установке не содержит сероводород, его теплотворная способность можно представить в виде:

<2И = 108.#2 + 126,З.С0 + 358,2.СЯ4, кДЖ/М3 (4)

Уравнение сгорания биогаза с учетом негорючих компонентов

СН4 + СО + Н2+ Н2в + и(02 + х„г +хС02)-> 2СОг + 4Н20 +

+502+у(Х„1+Хс01) (5)

где, х д.^, ХСОг . единичные доли азота и углекислого газа соответственно в

воздухе и биогазе.

Стехиометрическое число определяется как:

Процессы сжатия, сгорания и расширения описываются дифференциальным уравнением первого закона термодинамики для закрытой термодинамической системы. Уравнение решается совместно с уравнением состояния идеального газа в следующем виде:

При работе двигателя на биогазе необходимо было учитывать возможность химической коррозии зеркала цилиндра. Для избежания коррозии, температура зеркала цилиндра должна быть меньше температуры насыщения продуктов сгорания (У,. Это оценивается по критической температуре конденсации продуктов сгорания в каждый момент рабочего хода поршня:

;(7)

(О, = ЮО |[0,00 \61da Ь0 +

где, а - коэффициент избытка воздуха; ё - массовое влагосодержание воздуха (г/кг сухого воздуха); Ь0 - теоретическое стехиометрическое количество воздуха, кг, Н - относительное содержание водорода в топливе; Р, - коэффициент молярного изменения; у, - коэффициент остаточных газов; х<р -доля сгоревшего топлива; рф, рхф - текущее значение давления в цилиндре и коэффициента молярного изменения; М„ - число молей свежего заряда воздуха.

Количество вырабатываемой электроэнергии оценивается как

=77э^,кВтэ (8)

где, т]э - кпд электрогенератора; >1е - эффективная мощность ДВС, кВт.

В третей главе изложены методика перевода четырехтактного дизельного двигателя Д-240 на газовую модификацию Г-240 и утилизации ВЭР двигателя Г-240 при работе на биогазе, и программа расчета рабочего цикла биоустановки. Конструктивные изменения, применявшие при переводе двигателя, включали: снижение степени сжатия двигателя до 9,5; установку системы питания; установку системы электронного зажигания; установку системы регулирования и контроля; и установку свечей зажигания в месте посадки форсунки.

Программа расчета рабочего цикла двигателя. Расчеты проводили по программе, разработанной на базе "SUPER CALC" в НАТИ и на программе, разработанной автором, на базе пакета MS EXCEL. Целью настоящего исследования являлось определение пригодности использования разработанной программы при исследовании двигателя Г-240.

Для проверки достоверности программы, были проведены расчеты рабочего цикла двигателя Г-243, работающего на природном газе (ПГ), и результаты были сравнены с экспериментальными. Сравнение расчетных данных (двигатель Г-240) и экспериментальных (двигатель Г-243) в виде скоростных характеристик представляется на графике (рис. 3).

Рассматриваемый двигатель Г-243 работает при степени сжатия равной 9,5 и коэффициенте избытка воздуха примерно равном 1,0. Из рисунка видно, что при номинальной частоте вращения 2200 мин"' расчетная номинальная мощность двигателя составляет 51,65 кВт, что на 4,4% меньше чем действительной мощности. Расчетный номинальный крутящий момент (224 нм) на 4,3% меньше действительного, а расчетный часовой расход топлива (ПГ) - на 5,5% больше чем действительный (19,2 м3/ч). Так как расхождения результатов расчета от экспериментальных данных незначительны, разработанную программу можно считать пригодной для пользования при расчете двигателя Г-240.

При расчете двигателя Г-240 были учтены особенности используемого топлива (биогаза) и назначения двигателя, как энергетическое средство, про-

водящего в действие электрогенератор. В связи с этим, расчеты проводились с учетом работы при частоте вращения коленчатого вала 1500 мин"1, степени сжатия - 9,5 и коэффициенте избытка воздуха примерно 1,0 (табл. 1).

Таблица 1

Характеристики работы двигателей Г-243 и Г-240

Параметр Значения

Модель двигателя Г-243 Г-240

Степень сжатия 9,5 9,5

Коэффициент избытка воздуха 1,0 1,0

Топливо Природный газ (95% метана) Биогаз (65% метана)

Низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм3 37,47 23,75

Ном. частота вращения двигателя, мин"1 1500 1500

Среднеиндикаторное давление, МПа 0,84 0,78

Удельный расход топлива, нм^кВт.ч 0,39 0,64

Эффективная мощность, кВт 42,25 37,6

Эффективный КПД, % 25 24

Литровая мощность, кВт/л 8,89 7,91

Поршневая мощность, кВт/дм3 11,12 9,89

Часовой расход топлива, м"7ч 16,33

Температура ОГ, °С 614 600

Количество тепла, отведенного в систему охлаждения и смазки, МДж/ч 275 237

Количество тепла, уходящего с отработавшими газами, МДж/ч 170 154

По полученным расчетным данным, при работе на биогазе с частотой вращения коленчатого вала 1500 мин"1, двигатель Г-240 может развивать номинальную мощность в пределе 37,6 кВт при среднем эффективном давлении 0,78 МПа. Эти показатели при такой же частоте вращения коленчатого вала для двигателя Г-243, больше на 12% и 8% соответственно.

Содержание метана в природном газе составляет 95 % - на 32% больше чем в биогазе (65 %). Нужно отметить, что при прочих равных условиях, отклонение параметров двигателя Г-243 от Г-240 будет обусловливаться лишь теплотворной способностью биогаза. Номинальный крутящий момент двигателя Г-243 составляет 269 нм, а двигателя Г-240 - 239 нм, что позволяет предполагать целесообразность его применения на стационаре для выработки электроэнергии. Анализ рабочего цикла двигателя показывает, что температура насыщения продуктов сгорания двигателей по ходу поршня (600 "С на такте выпуска) превышает температуру зеркала цилиндра (200...230 °С), что предотвращает химической коррозии зеркала цилиндра.

Анализ теплового баланса двигателя Г-240 показывает, что за час работы двигателя вводимое в него биогазовое топливо образует около 567 МДж тепловой энергии, из которой только 135 МДж (24%) преобразуется в полез-

ную работу. Огромное количество теплоты, 238 МДж/ч и 155 МДж/ч уходит в систему охлаждения и с отработавшими газами соответственно. Наличие теплоты в отработавших газах свидетельствует о том, что у двигателя располагается резерв энергии (тепла) который просто теряется в окружающую среду, снижая при этом эффективность двигателя.

Исходя из этого, в данной работе предлагается использование вторичного тепла двигателя Г-240, при его работе на биогазе, для удовлетворения тепловой потребности биоустановки.

Проектирование и расчет системы подогрева навоза предусматривают учет тепловой потребности процесса анаэробного сбраживания и энергетического потенциала отработавших газов и охлаждающей жидкости ДВС. Для того чтобы максимально использовать вторичный энергетический потенциал ДВС в данной работе рассматривается совместная утилизация теплоты охлаждающей жидкости и отработавших газов (рис. 4).

2 и 3 соответственно); 4 - водяной насос; 5 - основной магистраль; 6 - распределительная труба; 7 - конечная труба; 8 - охлаждающая жидкость ДВС; 9 - отработавшие газы.

Было установлено, что 24-часовая бесперебойная работа двигателя Г-240 (в сутки) требует выход биогаза от 7...8 параллельно работающих биореакторов. Комплекс, имеющийся 4 биореактора, может переработать 18250 т навоза в год, что соответствует выходу навоза от 250 голов крупного рогатого скота (КРС). Задача теплового расчета заключается в определении площади поверхности теплообмена и режима движения теплоносителей, необходимых для обеспечения заданного теплового потока.

Расчетными уравнениями являются уравнения теплового баланса и уравнение теплопередачи. Коэффициент теплоотдачи, оц определяется по формуле

а, = (1430 + 23,3^,-0,048^)^^- (9)

где, 1ср1 - средняя температура теплоносителя; к>2 - скорость движения теплоносителя, м/с; ёэи - эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м.

Тепловой поток от горячего теплоносителя к холодному: £} = кАМт (Ю)

где, к - коэффициент теплопередачи; А - площадь поверхности теплообмена; Д^ - средняя разность температур теплоносителей, называемая средним логарифмическим температурным напором.

Расчет теплообмена в биореакторе ведем с учетом конкретных условий (при анаэробном брожении навоза, температура теплоносителя в теплообменнике не должна превышать 60°С). Скорость движения субстрата, при его перемешивании не должна превышать 0,5 м/с.

Тепловой баланс представляем как

= = (и)

где, в - массовый расход горячего теплоносителя, кг/с; ЛЬ] - перепад энтальпии горячего теплоносителя, кДж/кг.

Поток теплоты, требуемой для подогрева загружаемой навозной массы до температуры брожения

йпоЬ =МсСс(*б~*с) (12)

где, Мс - средняя секундная загрузка навоза, кг/с; сс - средняя удельная теплоемкость субстрата, кДж/кг. °С; ^ - температура сбраживаемого субстрата, °С: при термофильном режиме ^ =52 °С; а при мезофильном - ^ =37 °С; ^ - температура загружаемого субстрата, °С.

Уравнение теплопередачи

Q = кР А tm (13)

где, (2 - количество теплоты, отводимой горячим теплоносителем, Дж/с; к - коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м2.К); Д^ - логарифмический температурный напор.

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле

* = 1/(Х+^+>0'Вт/м2-к (14)

где, О) - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке теплообменника, Вт/м2.К; а2 - коэффициент теплоотдачи от стенок теплообменника к навозному стоку, Вт/м*.К; X - коэффициент теплопроводности материала трубы теплообменника, Вт/м.К.

Коэффициенты теплоотдачи от горячей жидкости к стенке теплообменника аь и от стенки теплообменника к навозному стоку аг, аналогично (10) выражаем как:

а, = (1430 + 23,3^ - 0,048/^ (15)

Ч

где, ^ - температура горячей жидкости в трубе, °С; щ - скорость истечения жидкости в трубе, м/с; - диаметр трубы, м.

Суммарное гидравлическое сопротивление системы подогрева навоза при неизотермическом движении теплоносителя через теплообменные аппараты определялось из гидравлического расчета как

л т

Ар = £ Ьр, + £ АРи .Па (16)

ы\ ]-1

где, п - число теплообменник аппаратов; Др( - гидравлическое сопротивление ¡-го теплообменного аппарата, Па; Др^ - гидравлическое сопротивление ,)-го трубопровода, Па; т - число трубопроводов в системе.

Уравнение (16) примет вид

3 3 я

= Е др-. + Е ар> ) о7)

1=1 1=1 2

где, Артр - сопротивление трения; Арм - местное сопротивление; Ару -гидравлическое сопротивление, вызванное изменением скорости жидкости вдоль поверхности теплообмена; Дрс - гидравлическое сопротивление на преодоление самотяги.

На основе теплофизических законах теплообмена, рассматриваемых в настоящей диссертации, была разработана математическая модель утилизации вторичной энергии ДВС, которая выявляет зависимость количества теплоты, утилизируемой от различных вторичных источников. Исходя из этого, количество утилизируемой теплоты представим в виде

Ф = т Ф г + п Ф в + р (18)

где, Фг - теплота, уходящая с отработавшими газами; Ф„ - теплота уходящая с охлаждающей жидкостью, т, пир- постоянные величины.

Обработка данных, полученных при комбинированной утилизации теплоты ВЭР двигателя, показывает, что коэффициенты модели т, пир равны 0,124; 0,071; и 400 соответственно. Следовательно, (18) примет вид:

Ф = 0,124Ф г + 0.0071Ф , + 400 (19)

Обработка данных по утилизации (только) теплоты отработавших газов показывает, что коэффициенты т, п и р равны 0,134; 0,0; и 400 соответственно. Следовательно, модель примет вид:

Ф = 0,1 3 4 Ф г + 4 0 0 (20)

Из теплового расчета рабочего цикла двигателя было установлено, что тепловой потенциал охлаждающей жидкости составляет 5,71 ГДж/сут, а отработавших газов - 3,72 ГДж/сут. Однако, количество теплоты, утилизируемой из системы, не превышает 5,38 ГДж/сут, что составляет около 57% вторичных энергетических ресурсов, располагаемых двигателем.

Для реализации методики утилизации вторичного тепла двигателя был проведены расчеты, результаты которых представлены в таблице 2.

Таблица 2

Конструктивные характеристики системы подогрева навоза

Параметр Утилизация теплоты ОГ и ОЖ Утилизация ОГ

ТО-1 ТО-2 ТО-3 ТО-2 ТО-3

Холодный теплоноситель Вода Вода Навоз Вода Навоз

Горячий теплоноситель ож— ОГ Вода ОГДВС Вода

Температура холодного теплоносителя: На входе, °С На выходе, °С 52 60 52 60 6,25 52 52 60 6,25 52

Температура горячего теплоносителя: На входе, °С На выходе, °С 90 80 600 150 60 52 600 150 60 52

Средняя скорость холодного теплоносителя, м/с 0,03 0,25 0,25 1Д4 0,25

Средняя скорость горячего теплоносителя, м/с 1,2 12,0 5,88 12,0 2,475

Диаметр трубопровода (корпуса), м 0,03 (0,144) 0,03 (0,12) 0,012 (4,12) 0,016 (0,13) 0,016 (4,12)

Поверхность теплообмена, м2 0,49 1Д7 0,97 1Д7 0,144

Количество патрубков в корпусе, штук 3 3 1 2 1

Число Рейнольдса технологического теплоносителя 5051 24054 123008 68041 82845

Требуемая мощность, кВт: 0,285 0,079

ОЖ - охлаждающая жидкость; ОГ - отработавшие газы

Расчетные данные, представленные показывают, что движение технологического теплоносителя, по всей линии, носит турбулентный характер -число Рейнольдса превышает 10000. Низкое число Рейнольдса теплоносителя в ТО-1 (5051) при совместной утилизации теплоты охлаждающей жидкости и отработавших газов указывает на незначительную эффективность теплопередачи теплообменника.

Программа экспериментальных и расчетных исследований работы биоустановки предусматривалась динамику выделения биогаза и расхода теплоты, необходимой для подогрева навоза в зависимости от времени года. Эксперименты проводились в животноводческой ферме ЭкоРос, в поселке Пояр-ково Солнечногорского района московской области. В качестве основного способа измерения расхода теплоты принят расход топлива (биогаза) котельным агрегатом. Выход экскрементов и биоудобрений определяли с помощью емкостей, а выход биогаза определяли из газгольдера.

Расчеты были проведены для конкретных местных условий, при годовой температуре 6,25 °С. Результаты экспериментальных и теоретических исследований включают расчетные показатели работы биоустановки и работы ДВС на биогазе. Биореакторы работают в термофильном непрерывном режиме. Выделение товарного биогаза начинается, когда подводимая теплота равна сумме теплоты на нагрев навоза и теплоты на собственные нужды. Это объясняется необходимостью преодоления высокого температурного напора, который характеризует термофильный режим анаэробного сбраживания (табл. 3).

Таблица 3

Параметры работы биоустановки

Параметр Значение

Количество коров, голов 250

Общий объем экскрементов, т/сут 10

Объем биореактора, м3 50

Средняя годовая температура окружающей среды, °С 6Д5

Режим брожения Термофильный

Температура сбраживания, °С 52

Суточная загрузка, м^/сут 3,8

Продолжительность сбраживания, суг 19

Период выхода в режим, сут 12

Суточный выход биогаза, м3 67

Количество тепла, необходимого для предварительного нагрева навоза, ГДж 9,08

Количество тепла, расходуемого на нагрев навоза, МДж/сут 727

Количество тепла, теряемого в окружающую среду, МДж/сут 5,39

Количество тепла, расходуемого на перемешивания навоза, кДж/сут 1,02

Количество тепла, требуемого для собственных нужд биореактора, МДж/сут 732

Количество энергии получаемого биогаза, ГДж/сут 1,57

Выход товарного биогаза (за месяц), м3/мес 2019

Доля биогаза, необходимого для нагрева навоза, % 0

Выход товарного навоза (за месяц), т 102

Расход энергии на предварительный нагрев навоза и другие потери в термофильном режиме превышают те показатели, соответствующие мезо-фильному режиму работы реактора. Вмести с тем, полученная энергия (пропорционально объему полученного биогаза) при термофильном режиме меньше чем при мезофильном.

Проектирование системы проводили с учетом возможности совместной утилизации теплоты охлаждающей жидкости. При такой схеме использования вторичной теплоты двигателя, некоторые реакторы подогреваются за счет теплоты охлаждающей жидкости, а остальные - за счет теплоты отработавших газов, что позволит использовать излишнее тепло на другие тепловые нужды хозяйства.

Однако, за счет использования теплоты отработавших газов можно удовлетворить потребность биоустановок в тепловой энергии. В периоде с мая по сентябрь - для термофильного режима, и с апреля по октябрь - для мезофильного режима, утилизируемая энергия может подогревать, в среднем, 8... 16 биореакторов. Отработавшие газы могут обеспечить бесперебойную работу реакторов даже при температуре -8 °С, что дает возможность не только получить требуемое тепло, но и дополнительное (рис. 5) для других нужд хозяйства, например сушки сельхоз продукции, отопления животноводческого помещения и т.д.

13 За счет ОГ при термофил режиме ■ За счет ОГ при меэофил режиме

В За счет ОГ и ОЖ при термофил режиме В За счет ОГ и ОЖ при меэофил режиме

£ 5.00Е+06 •Й 4.50Е+06 || 4.00Е+06 ф- 3,50Е+06 | 3,ООЕ+О6 I 2.50Е+06 8. 2.00Е+06 й 1.50Е+06 4 £> 1.00Е+06 } • 5.00Е+05 1 О 0.00Е+00 +

Май Июль Сентябрь Ноябрь Время года

Рис. 5 Дополнительная энергия на другие хозяйственные нужды

Суточный выход экскрементов Уэ хозяйства, численность КРС которого Пкрс = 250 голов, составляет 10 т, при влажности 70 %.. Общий выход биогаза при работе 4 реакторов Уг = 268 м3/сут., что соответствует производительности КРС по биогазу 1,08 м3/(голов.сут). Бесперебойная работа может быть обеспечена только в том случае, когда производительность КРС по биогазу больше или равна расходу топлива данного двигателя.

Обработка расчетных данных позволила установить математическую связь, выявляющую взаимозависимость между количеством КРС в хозяйстве и эффективными показателями двигателя, требуемого для снабжения биоустановки тепловой энергией:

пкрс = 22, 2\еЫе ,голов (21)

где, уе - удельный эффективный расход топлива (биогаза), м3/кВт.ч; Н, - эффективная мощность двигателя, кВт.

В четвертой главе представлены математическая модель повышения экономической эффективности работы биоустановки и анализ результатов. Критериям оценки эффективности работы биоустановки является сравнительный годовой экономический эффект, представленный в виде функции:

Э = / (Эдд м4, Эф , Эб , Эуд , Эт , Эсд ) (22)

где, - эффект от изменения приведенных затрат, связанных с мо-

дернизацией производственной линии; Эф - эффект от ликвидации ущерба, причиненного техногенными загрязнениями; Э6 - эффект от получения газообразного топлива (биогаза); ЭУД - эффект от реализации или использования биоудобрения; Эт - эффект от утилизации отбросной теплоты двигателя; Эсд - эффект от продления срока службы двигателя за счет его конвертации.

Пренебрегая некоторыми составляющими уравнения (22) в связи с их незначительностью, обобщенный экономический эффект представим в виде:

э = дРгод + + ^г + ^о (23)

где, Ргол - годовой объем работ, равный 1368 т навоза КРС в год; У^ -объем выделяемого метана в год; Ут - объем товарного биогаза в год; 0, - количество дополнительной энергии, использованной на другие хозяйственные нужды в год.

Обработка экспериментальных и расчетных данных позволила определить коэффициенты в модели, и уравнение (23) в у.е./год примет вид

Э = 0,0743Гг +0,0792КСЯ< +1,98^.10^ -2,0209Ргой> (24)

Экономический эффект составляет 4806 у.е./год, и обеспечивается, в основном, за счет утилизации вторичной энергии (на 65%). Экономический эффект на 24% приходится на получение товарного биогаза, а на предотвращении ущербов, нанесенных окружающей среде -11%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика для повышения эффективности работы биоустановки, которая может быть применена и для оценки эффективности сооружений, применяемых для получения альтернативных источников энергии сельскохозяйственного и промышленного назначения.

2. Изучена особенность работы двигателя внутреннего сгорания на биогазе и определены показатели эффективности работы двигателя Г-240 на биогазе. При работе на биогазе, с частотой вращения коленчатого вала 1500 мин"1, двигатель Г-240 развивает номинальную мощность 37,6 кВт при среднем эффективном давлении 0,78 МПа. За час работы двигателя, вводимое в него биогазовое топливо образует около 567 МДж теп-

ловой энергии, из которой только 135 МДж преобразуется в полезную работу, а остальное количество теплоты теряется в системе охлаждения и в отработавших газах. При этом, номинальный крутящий момент двигателя составляет 239 нм, что подтверждает целесообразность его использования на стационаре.

3. Обоснована и разработана система утилизации тепла вторичных энергетических ресурсов двигателя, предназначенная для обеспечения тепловой потребности биоустановки в хозяйстве "АО Центр ЭКоРос". Использование этого тепла для хозяйственных нужд биоустановок не только повышает ее энергетическую эффективность (на 20.. .30%), но и позволяет повышать тепловую эффективность двигателя внутреннего сгорания (на 8... 10%).

4. При обработке экспериментальных и расчетных данных была разработана математическая модель зависимости количества утилизируемой теплоты от объема вторичного тепла, располагаемого двигателем. Было установлено, что тепловой потенциал охлаждающей жидкости составляет 5,71 ГДж/сут, а отработавших газов - 3,72 ГДж/сут. Однако, количество теплоты, утилизируемой из системы, не превышает 5,38 ГДж/сут, что составляет около 57% вторичных энергетических ресурсов, располагаемых двигателем.

5. Показано целесообразность использования теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости для поддержания теплового режима биоустановки. При брожении навоза в термофильном режиме теплота отработавших газов двигателя может обеспечить эффективную работу 8 биореакторов на протяжении 9 месяцев (март - ноябрь) в год. Отработавшие газы могут обеспечить бесперебойную работу реакторов даже при температуре -8 °С. Количество товарного биогаза, реализуемого в установке увеличивается на 30-35%, а дополнительное тепло может быть использовано на другие нужды хозяйства, которое составляет 1,97-3,70 ГДж/сут (при термофильном режиме) или 2,93-4.66 ГДж/сут (при мезофильном режиме).

6. Разработана математическая модель определения экономической эффективности эксплуатации биоустановки сельскохозяйственного назначения. Экономический эффект составляет 4806 у.е./год. Дальнейшего повышения экономической эффективности использования биоустановки в данном предприятии можно достичь путем снижения приведенных затрат, предлагаемой технологической линии, за счет совершенствования системы оборудований.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Захарченко А.Н., Руфаи И.А. Свойства альтернативных видов топлива. // Доклады ТСХА. вып. 276. - М.: ФШУ ВПО МСХА им. К.А. Тимирязева. 2004. - С. 222-224.

2. Захарченко А.Н., Руфаи И.А. Особенности эксплуатации сельскохозяйственной техники на альтернативных видах топлива. // Вестник: ФГОУ ВПО МГАУ им. В .П. Горячкина. № 4,2004. - С. 22-24.

3. Захарченко А.Н., Руфаи И.А. Получение биогаза в сельскохозяйственном производстве. // Доклады ТСХА. вып. 277. М: ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2005. - С. 229-232.

4. Руфаи И.А. Опыт производства и использования биогаза в республике Нигерия. // Доклады ТСХА. вып. 277. М.: ФГОУ ВПО РГАУ -МСХА им. К.А. Тимирязева, 2005. - С. 245-249.

5. Захарченко А.Н., Руфаи И.А. Роль биогазовой технологии в современных системах ведения сельского хозяйства. // Вестник: Техника и технологии агропромышленного комплекса, вып. 4(14). - М.: ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2005. - С. 39-41.

6. Захарченко А.Н., Захарченко A.A., Руфаи И.А. Биогаз, полученный с помощью... биогаза. // Сельский механизатор. №3,2006. - С.28-29.

7. Руфаи И.А. Утилизация теплоты отработавших газов двигателя внутреннего сгорания на тепловые нужды биоустановок. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. №5. 2006.

8. Дринча В.М., Руфаи И. Исходные предпосылки и необходимость разработки стратегии механизации сельского хозяйства. // Сборник материалов Международной научно-технической конференции, посвященной 30-летию Орловского государственного аграрного университета. Орел ГАУ, 2006. - С. 37-47.

9. Drincha V.M., Rufai I.A. Prospective areas in agricultural engineering research for sustainable agriculture and rural development. - M.: VIM, 2005. -156 c.

1,0 печ. л._Зак. 208._Тираж 100 экз.

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

JL0S>6AS

poyo

Ii - 7 О 9 ö

*

í,

Введение.

ГЛАВА I. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

1.1 Анаэробная переработка навоза в биогаз и биоудобрения.

1.2 Эволюция альтернативных источников энергии.

1.3 Опыт использования альтернативных энергоносителей в двигателе внутреннего сгорания.

1.4 Газообразное топлива как альтернатива жидким моторным топливам.

1.5 Обоснование сжигания низкокалорийных топлив в ДВС.

1.6 Особенности реализации технологии сжигания биогаза в ДВС.

1.7 Выработка и потребление тепло- и электроэнергии в сельском хозяйстве.

1.8 Выводы.

ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА КАК МОТОРНОГО ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

2.1 Технология производства биогаза.

2.1.1 Процесс получения биогаза.

2.1.2 Биогазовые установки. ф 2.2 Математическая модель работы биогазовой установки.

2.2.1 Обоснование параметров функционирования биореактора.

2.2.2 Тепловой расчет биоустановки.

2.3 Теоретические аспекты работы двигателя на биогазе.

2.3.1 Физико-химические свойства топлива.

2.3.2 Процессы в цилиндре.

2.3.3 Граничные условия.

2.3.3.1 Тепловые граничные условия.

2.3.3.2 Газодинамические граничные условия.

2.4 Эксплуатационные показатели работы двигателя.

2.4.1 Показатели качества газообмена.

2.4.2 Показатели эффективности двигателя. in 2.4.3 Характеристики теплообмена.

2.4.4 Показатели теплонапряженности деталей двигателя.

2.5 Выводы.

ГЛАВА III. ПЕРЕВОД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА БИОГАЗ. ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ (ВЭР) ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ БИОУСТАНОВКИ.

3.1 Методика перевода теплоэнергетических средств на газ.

3.1.1 Технологический процесс переоборудования автотракторных двигателей на газ.

3.1.2 Конструктивные изменения, применяемые при переводе двигателя Д-240 на Г

3.1.3 Методика расчета работы двигателя Г-240 на биогазе.

3.1.4 Сравнение двигателя Г-240 с Г

3.2 Методика утилизации теплоты вторичных энергетических ресурсов ДВС.

3.2.1 Обоснование методики для разработки системы подогрева

I навоза.

3.2.2 Использования теплоты охлаждающей жидкости ДВС.

3.2.3 Использования теплоты отработавших газов двигателя.

3.2.4 Теплообмен в биореакторе.

3.2.5 Гидравлический расчет системы подогрева навоза.

3.3 Математическая модель и расчетные характеристики системы утилизации теплоты сгорания биогаза.

3.4 Программа расчета и работа биоустановки в непрерывном режиме

3.5 Выводы.

ГЛАВА IV. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗА КАК МОТОРНОГО ТОПЛИВА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ.

4.1 Оценка социально-экологических параметров биогазовой установки.

4.2 Математическая модель экономической эффективности биогазовой установки.

4.3 Выводы.

Анаэробное сбраживание является наиболее распространенным способом получения биогаза. Биогаз - древнейший источник энергии, применение которого датируется до X века до нашей эры (в Ассирии) и до XVI века (в Персии). Уже в XVII веке Jan Baptita Helmont - первым предположил, что горючий газ выделялся из гниющей биомассы. В 1776 году Count Alessandro Volta установил прямую корреляцию между объемом гниющей биомассы и количеством выделившего горючего газа. В 1808г, Английский ученый Sir Humphry Davy (1778-1829) доказал, что метан содержится в газе, выделившего в процессе анаэробного сбраживания навоза крупного рогатого скота. Однако он не уделял особого внимания метану, так как его интересовала переработка навоза [163].

Первая, в Мире, биогазовая установка была построена в колонии для прокаженных города «Матинга», недалеко от Бомбея, Индии в 1859г [133]. Биогазовая установка появилась в Англии в 1895г где, полученный при анаэробном брожении муниципальных стоков биогаз, был использован для освещения улиц города "Exeter" [131]. Построение очистительного сооружения, впервые, утверждало практическое и коммерческое значения биогазовых установок.

В настоящее время получение биогаза связано, прежде всего с переработкой и утилизацией отходов животноводства, птицеводства, растениеводства, пищевой, спиртовой промышленности, коммунально-бытовых стоков и осадков. Проблемами разработки биогазовых технологий, созданием оборудования, установок и станций занимаются несколько организаций России: Мосводоканал, Академия коммунального хозяйства, ВИЭСХ, ЦВНИИКОМЖ, и вновь созданные фирмы: АО Центр "ЭкоРос", АО "Октябрьская птицефабрика", АО "Грин-Вельт", АО "Лесса", АО "ЭкоБио", АО "Стройиндустрия"

Республика Чувашия), АО "Заволжский авторемонтный завод" (Нижегородская область), АО "Стройтехника - Тульский завод" [64, 69].

В настоящее время основная доля энергии, применяемой в сельском хозяйстве, производится за счет сжигания или переработки природного органно-содержащего сырья - угля, нефти, газа, горючих сланцев, торфа, а также использования энергии рек путем построения гидроэлектростанций (ГЭС). Современные способы производства и использования энергии (в промышленности, коммунально-бытовом, сельском хозяйстве, на транспорте и прочих), в большой или меньшей степени, связаны с определенными отрицательными воздействиями на окружающую среду.

Сгорание топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) является источником загрязнения окружающей среды. Ежегодно, во всем мире, выбрасывается 60 млн.т. СОг автомобильным транспортом и промышленностью. Только в соединенных штатах Америки (США) выделяется 3 млн. т. SO2 в год, при чем мировой объем выбросов SO2 составляет около 60 млн. т. [19].

Остается фактом, что человечество должно рассмотреть вопросы эффективности применения топлив с целью разработки рационального их использования. Некоторые автомобильные и тракторные заводы уже перерассматривают свои производственные циклы с целью повышения КПД и снижения количества вредных выбросов в отработавших газах (ОГ). Например, в настоящее время применяют электронное зажигание, гибридные автомобили, улучшили впрыск топлива и разработали совершенные ДВС. Немало важную роль, в этом направлении, играют разработка и применение альтернативных топлив в энергетических средствах сельскохозяйственного назначения. Среды перспективных альтернативных топлив, применяемых в двигателях, рассматриваются биотоплива, электроэнергия, этанол, метанол и их эфиры, водород, природный газ (CNG, LNG и LPG) и реформированные нефтяные топлива. Сведение об использовании этих альтернативных топлив дано некоторыми исследователями [40, 55, 84]. Современные разработки включают двигатели, работающие на водороде преимуществом которых является выброс воды в месте отработавших газах [54].

Особо перспективным альтернативным топливом является биогаз, индустрия которого появилась за короткий промежуток времени во многих странах мира. Если в 1980-х годах в мире насчитывалось около 8 млн. установок для получения биогаза суммарной мощностью 1,7-2 млрд. м в год, то в настоящее время данные показатели соответствуют производительности только одной страны - Китая.

Пионером в коммерческом использовании биогазовых заводов для получения биогаза является Дания. Суммарная годовая энергетическая мощность производителей биогаза Дании, получаемого из всех источников, в настоящее время составляет до 4 . 1015 Дж, а к 2005г планируется дальнейшее увеличение до 6 . 1015 Дж. В Дании эксплуатируется 18 биогазовых заводов, способных ежегодно обрабатывать 1,2 млн.т. биомассы (75% отходов животл новодства и 25% - других органических отходов), давая до 45 млн. м биогаза, л что эквивалентно 24 млн. м природного газа.

В США работает более десяти крупных биогазовых заводов, один из которых подает вырабатываемый биогаз в газораспределительную сеть Чикаго. В США получили широкое распространение установки для использования отходов на небольших скотоводческих фермах с поголовьем до 150 единиц крупного рогатого скота.

В фермерских хозяйствах Европы и Канады распространены установки о производительностью до 100 - 200 м биогаза, что обеспечивает хозяйство тепловой энергией летом на 100%, а зимой - 30-50%. Большое количество биогаза производится также и при переработке твердых бытовых отходов городов: в США - 9 . 1015 Дж., Германии - 14 . 1015 Дж., Японии - 6 . 1015 Дж а в Швеции — 5 . 1015 Дж.

В Китае эксплуатируется более 5 млн. семейных биогазовых реакторов, ежегодно производящих 1,3 млн. м3 биогаза, что обеспечивает газом для бытовых нужд свыше 35 млн. человек. Действует 24 ООО биогазовых очистительных сооружений для обработки отходов городов; работает около 190 биогазовых электростанций с ежегодным производством 3 . 109 Вт.ч. Биогазовая продукция Китая оценивается в 33 . 1015 Дж [57].

В Индии действует около 5-6 тыс. установок, дающих от 2 до 400 м биогаза в сутки. Национальная программа Индии по развитию биогазовых технологий включает в себя обеспечение чистой энергии для отопления и приготовления пищи, получение органических удобрений и повышение эффективности сельскохозяйственного производства.

В странах Африки, биогаз применяется для выработки электроэнергии и теплоты для приготовления пищи. Целью использования биогаза в энергетике являются предотвращение запустения, защиты лесных ресурсов и получение нефтезависимости [88, 94].

В России до сих пор к биогазу относились как к экзотическому топливу, и об его промышленном использовании задумываются скептически. В настоящее время, переход к рынку, окончание эры дешевой нефти и обострение глобальных экологических проблем заставляют пересмотреть отношение к биогазу, по крайней мере, в сельском хозяйстве. На сегодняшний день, разработано и применяется достаточно большое количество технологии получения биогаза, основанного на использовании различных вариаций температурного режима, влажности, концентрации бактериальной массы, длительности протекания биореакции и.т.д. При этом содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50 - 90% [20].

По своему химическому составу, биогаз напоминает природный газ и может быть применен в автотракторных двигателях внутреннего сгорания. По данным Шведских и Швейцарских ученых, биогаз может использоваться в ДВС, так как по экологическим характеристикам биогаз на 75% чище дизельного топлива и на 50% чище бензина. Токсичность биогаза для человека на 60% ниже традиционного топлива. Продукты его сгорания практически не содержат канцерогенных веществ. Влияние отработавших газов двигателей, работающих на биогазе, на разрушение озонового слоя на 60 - 80% ниже, чем у нефтяных видов топлива [53].

Согласно термодинамическим показателям, ДВС обеспечивает превращение в полезную работу не более 45.46% термодинамической энергии топлива. Остальная теплота, выделившаяся при сгорании топлива, теряется либо с поверхности охлаждения, либо с уходящими из него отработавшими газами (ОГ). Проведенный анализ показывает, что при сгорании биогаза как моторного топлива, значительная часть потерь приходится на отработавшие газы и охлаждающую жидкость. В дизелях они составляют 85. 110% по отношению к эффективной мощности, а в двигателях с принудительным воспламенением топлива превосходит ее на 25.45% [31].

Большие потери энергии, которыми сопровождается работа двигателей внутреннего сгорания, а также расход энергии биогаза на поддержание режима анаэробного сбраживания свидетельствуют о значительных резервах повышения показателей эффективности в случае утилизации этой энергии. Такое техническое решение позволит получать дополнительную работу без потребления дополнительного топлива.

Существует ряд технических систем, которые могут быть использованы для утилизации теплоты ДВС. Анализ этих систем, проведенный в настоящей работе, показывает перспективность применения рекуперативных теплообменников для утилизации теплоты охлаждающей жидкости (ОЖ) и отработавших газов (ОГ). Разработка и применение систем утилизации ОГ ДВС проводились некоторыми исследователями [45, 47, 46, 52, 81]. Однако среди выполненных исследований нет работ, посвященных вопросам по применению теплоты отработавших газов ДВС в системе анаэробного брожения навоза.

Актуальность темы. Интенсификация животноводства создает проблему обработки и использования отходов и требует соответствующих решений по утилизации отходов, энергосбережению и сохранению экологического равновесия в природе. В крупных животноводческих фермах изменились количество и состав получаемых жидких отходов, из-за отказа от применения соломенной подстилки и использования большого количества воды для уборки помещений. Животноводческие отходы имеют высокую биологическую активность и содержат значительное количество микроорганизмов и семян сорняков. Для переработки и обеззараживания животноводческих стоков наиболее распространение получают биоустановки. Биоустановки обеспечивают переработку навоза с последующим получением экологически чистого биоудобрения высокого качества и биогаза, являющегося альтернативным источником энергии, который может быть использован для внутрихозяйственных нужд.

В настоящее время отмечается низкая эффективность эксплуатации биоустановок в сельском хозяйстве. Для обеспечения оптимальных условий анаэробного сбраживания и активного выделения биогаза необходимо постоянно снабжать биоустановки тепловой энергией, соответствующей 30.35% энергии получаемого биогаза. Это обеспечивается путем сжигания биогаза непосредственно в котле, который входит в комплект биоустановки.

В связи с этим повышение эффективности использования биоустановки в животноводческой ферме путем использования биогаза в ДВС и утилизации вторичного тепла для анаэробной работы биоустановки является актуальной научной задачей.

Повышения эффективности работы биоустановки, в настоящей диссертации, добывается путем применения технико-энергетических (вторичных энергетических ресурсов ДВС для нагрева навоза) и эколого-экономических (предотвращения ущербов окружающей среде за счет анаэробного сбраживания навоза) приемов.

Объектами исследования являются техническая система (биоустановка) и утилизационная система, включающая рекуперативные теплообменники для утилизации теплоты охлаждающей жидкости и отработавших газов, и конвертированный на газ двигатель Г-240.

Предметом исследования служили эксплуатационные показатели биоустановки и системы утилизации тепла, в частности выхода биогаза и тепловой баланс упомянутых систем.

Нормативно-правовую основу диссертационных исследований составили постановления Правительства города Москвы и РФ, инструкции и методические положения мировых организаций, в том числе и ООН, по защите окружающей среды, а также европейские стандарты.

Цели и задачи исследования: Целью научной работы является разработка методов повышения эффективности работы биоустановки за счет утилизации теплоты вторичных энергетических ресурсов ДВС. Для достижения поставленной цели было необходимо решать следующие задачи:

Изучить особенность и определить эксплуатационные показатели работы ДВС на биогазе;

Оценить целесообразность использования теплоты продуктов сгорания биогаза для обеспечения потребности биоустановки в тепловой энергии;

Разработать систему утилизации вторичных энергетических ресурсов двигателя внутреннего сгорания в составе биоустановки;

Определить экономическую эффективность разработанных методов применения биоустановки в хозяйстве АПК.

Методика исследования базировалась на использовании положений метода кибернетического подхода и компьютерной обработки данных. Работа носит теоретико-экспериментальный характер. В опытах были использованы материалы и средства опытной станции "АО Центр ЭкоРос" для получения биогаза и конвертированный (НАТИ) на газ двигатель Г-240.

Выводы и рекомендации сформулированы на основе результатов аналитических и экспериментальных исследований биогазовой установки и системы утилизации вторичной теплоты двигателя состоящей из конвертированного на газ двигателя Г-240, теплообменников и трубопроводов.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, вносимых автором на защиту:

• Методика утилизации вторичных энергетических ресурсов двигателя внутреннего сгорания для удовлетворения собственных нужд биоустановки;

• Математическая модель утилизации вторичных энергетических ресурсов двигателей внутреннего сгорания;

• Математическая модель экономической эффективности биогазовой установки.

Практическую значимость исследования составляют:

• Конструктивно-технологическая схема и методика расчета теплового баланса биореактора.

• Методика расчета процессов работы ДВС, работающих на биогазе.

• Технологическая схема системы утилизации вторичных энергетических ресурсов ДВС для обеспечения биоустановок теплотой, необходимой для анаэробного сбраживания навоза.

• Экологическая оценка эксплуатации биоустановки в сельском хозяйстве.

Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научно-исследовательских, проектно-конструкторских организациях и также на заводах, занимающихся созданием биоустановок или теплообменных аппаратов сельскохозяйственного назначения, а также в сельскохозяйственном производстве.

Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-практических конференциях кафедры Механизации растениеводства РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева с 2003 - 2006 г, и на заседании кафедры Механизации растениеводства РГАУ-МСХА с участием профессорско-преподавательского состава кафедр "Тракторы и автомобили", "ЭМТП" и "Автомобильный транспорт" МГАУ имени В.П. Горячкина в 2006 г.

Публикации: По теме диссертации опубликованы 9 печатных работ, в том числе одна монография (на английском языке).

Структура и объем работы. Диссертация содержит 148 страниц машинописного текста, включая 26 рисунок, 18 таблиц и состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Список использованной литературы включает в себя 165 наименований, из них 80 на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика для повышения эффективности работы биоустановки. Такая методика может быть использована и для оценки эффективности сооружений, применяемых для получения альтернативных источников энергии сельскохозяйственного и промышленного назначения.

2. Изучена особенность работы двигателя внутреннего сгорания на биогазе и определены показатели эффективности работы двигателя Г-240 на биогазе. При работе на биогазе, с частотой вращения коленчатого вала 1500 мин"', двигатель Г-240 развивает номинальную мощность 37,6 кВт при среднем эффективном давлении 0,78 МПа. За час работы двигателя, вводимое в него биогазовое топливо образует около 567 МДж тепловой энергии, из которой только 135 МДж преобразуется в полезную работу, а остальное количество теплоты теряется в системе охлаждения и в отработавших газах. Однако, номинальный крутящий момент двигателя составляет 239 нм, что подтверждает целесообразность его использова1 ния на стационаре.

3. Обоснована и разработана система утилизации тепла вторичных энергетических ресурсов двигателя, предназначенная для обеспечения тепловой потребности биоустановки. Использование этого тепла для хозяйственных нужд биоустановок не только повышает ее энергетическую эффективность (на 20.30%), но и позволяет повышать тепловую эффективность двигателя внутреннего сгорания (на 8.10%).

4. При обработке экспериментальных и расчетных данных была разработана математическая модель, описывающая зависимость количества, утилизируемой теплоты от объема вторичного тепла двигателя. Было установлено, что тепловой потенциал охлаждающей жидкости составляет 5,71 ГДж/сут, а отработавших газов - 3,72 ГДж/сут. Однако, количество теплоты, утилизируемой из системы, не превышает 5,38

ГДж/сут, что составляет около 57% вторичных энергетических ресурсов, располагаемых двигателем.

5. Показано целесообразность использования теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости для поддержания теплового режима биоустановки. При брожении навоза в термофильном режиме теплота отработавших газов двигателя может обеспечить эффективную работу 8 биореакторов на протяжении 9 месяцев (март - ноябрь) в год. Отработавшие газы могут обеспечить бесперебойную работу реакторов даже при температуре -8 °С. Количество товарного биогаза, реализуемого в установке увеличивается на 30-35%, а дополнительное тепло, которое может быть использовано на другие нужды хозяйства, составляет 1,97-3,70 ГДж/сут (при термофильном режиме) или 2,93-4,66 ГДж/сут (при мезофильном режиме).

6. Разработана математическая модель определения экономической эффективности использования биоустановки сельскохозяйственного назначения. Экономический эффект в хозяйстве "АО Центр ЭКоРос" составляет 4806 у.е./год. Дальнейшего повышения экономической эффективности использования биоустановки в данном предприятии можно достичь путем снижения приведенных затрат, предлагаемой технологической линии, за счет совершенствования системы оборудований.

1. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учеб. Пособие для вузов/ Под ред. В.Н. Луканина. М.: ИНФРА-М, 1998. - 408 с.

2. Амерханов Р.А., Бессаров А. С., Драганов Б. X., Рудобашта С. П., Шишко Г. Г. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства/ Под редак. Б. X. Драганова. М.: Колос-пресс, 2002. - С.424.: ил.

3. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства. / Под ред. Б.Х. Драганова. Краснодар: 2001. - 200 с.

4. Антышев Н.М., Шапкайц А.Д.: Газодизельная тракторная энергетика: Экология и Экономика. // Экология и сельскохозяйственная техника. СПБ, 2002. том 3. С. 194-197.

5. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Высш. школа, 1979. - 446 с. ил. + прил.

6. Безруких П.П., Плушевский М.Б., Андреенко Т.И.: Энергетика на традиционных источниках. Результаты и задачи стандартизации. // Возобновляемая энергетика для сельского хозяйства. Научн. Труды ВИЭСХ. М. 2000. том 86.-С. 181-190.

7. Безруких П.П., Пашков Е.В., Церерин Ю.А., Плушевский М.Б.: О разработке комплекса нормативных документов в области нетрадиционной энергетики. // Энергетическое строительство. 1993. №12. С. 18.

8. Белов В.М., Девянин С. Н., Слепцов О. Н.: Применение в дизелях топлива растительного происхождения. // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ, 2003. Вып. 4.-С. 15-21.

9. Белозерцов В. Н., Бирюк В. В., Серебряков Р. А.: Автономные, экономичные экологически чистые системы локального теплоснабжения. Возобновляемая энергетика для сельского хозяйства: Научные труды ВИЭСХ. М.: 2000. том 86.-С. 173-180.

10. Бертокс П., Радц Д. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнений. М.: Мир, 1980.

11. Большаков В.А. и др.: Влияние выхлопных газов дизельных двигателей на растения. // Земледелие. 1995. №. 4.

12. Бордовский Г.А., Конратьев А.С., Чоудери А.Д.Р. Физические основы математического моделирования. М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 320 с.

13. Бубнов Д.Б. Адаптация дизеля сельскохозяйственного трактора для работы на рапсовом масле. Автореф. дис. канд. тех. наук. М.:ВИМ. 1996.

14. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. / Перевод с англ. Г. JI. Агафонова. Под редак. П.А. Власова. -М.:ФИЗМАТЛИТ, 2003. С.352.

15. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1984.

16. ВИНИТИ М. 1991. ЭТЭ № 47. -С.3-5. Biothermal treatment of waste. /Jormanaien Martti. //Modern Power System.1990. No. 10(11). C. 61-65.(171)

17. ВНИИСХ, PACXH. Биогаз как источник энергии. // Строй-профиль, 2002. №5.

18. Возобновляемая энергия в России от возможности к реальности.// ОЭСР/МЭА, 2004. -С.120.

19. Газобаллонные автомобили. Справочное издание/ Морев А.И., Ерохов В.И., Бекетов Б.А. М.: Транспорт, 1992. - 175 с.

20. Галиньш А., Грундулис А.: Комбинированные индивидуальные электро- и теплоснабжения сельскохозяйственных объектов. // Экология и сельскохозяйственная техника, 2002. том. 3. С.138-143.

21. Гелатуха Г.Г., Железная Т.А., Маценюк З.А. Концепция развития биоэнергетики в Украине./ Промышленность техника, 1999. Т.21. №.6. С. 94-102.

22. Гелатуха, Г.Г., Кобрзарь, С.Г. Современные технологии анаэробного сбраживания биомассы (обзор). /Экологии и ресурсосбережение, 2002. №4. С. 3-7.

23. Гольцов В. А., Везирогли Т. Н.: Планетарные аспекты перехода к водородной цивилизации будущего. // Водородная обработка материалов: Труды 3-й Межд. конф. "ВОМ-2001". Донецк-Мариуполь. 14-18 Мая, 2001г. Донецк, 2001. С.53-64.

24. Гриднев П.И. Энергетические аспекты процесса переработки навоза в анаэробных условиях // Механизация и автоматизация производственных процессов ферм крупного рогатого скота. Сборник научных трудов ВНИ-ИМЖ. Подольск, 1987. - С. 97-104.

25. Гура Б. Производство биогаза из жидкого и твердого навоза на сельскохозяйственных предприятиях. Варшава: Центральная биб-ка. 1987.

26. Дашков В. Н., Китиков В. О., Бохан Н. И., Мелешенко Б. А.: Экологические аспекты ресурсосбережения в сельскохозяйственном производстве. // Экология и сельскохозяйственная техника. СПБ. 2002. Том 3. 9-14. с.

27. Двигатели внутреннего сгорания: Учеб./ Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высш. шк., 1995. - 1 кн. - 268 с.

28. Драганов Б.Х. Использование возобновляющихся и вторичных энергоресурсов в сельском хозяйстве. Киев: Выща школа, 1988. - 54 с.

29. Дьяченко Н.Х., Дашков С.Н., Костин А.К, Бурин М.М. Теплообмен в двигателях и Теплонапряженность их деталей. Д., 1969.

30. Ждановский Н.С., Ковригин А.И., Шкрабок B.C., Соминич А.В. Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа. JL, 1974.

31. Ильюхин М.С. Исследование и разработка систем снятия перегрева в теплице. Дисс. канд. техн. наук. М.: 1973. 119 с.

32. Зб.Ильюхин М.С. Теплоснабжение отраслей АПК. М.: Агропромиздат, 1990. - 173, 2. с.

33. Ильюхин М.С., Рудобашта С.П. и др. Теплоснабжение агропромышленных комплексов: Учеб. Пособие для вузов / С.П. Рудобашта, Ф.Т. Сидоренков, М.С. Ильюхин. М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 1996. - 127 с.

34. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: Учеб. Пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - С. 592.,ил.

35. Кириллов Н. Г.: Сжиженный газ для автотракторной техники: производство и оборудование. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2002. № З.-С. 12-14.

36. Кирюшатов А. И. Использование традиционных возобновляющихся источников энергии в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1991. - 96 с.

37. Ковалев А. А. Энергетические аспекты использования биомассы на животноводческих фермах России. // Российский химический журнал. Т. 41, 1997№6.-С. 100-105.

38. Ковалев А. А., Ножевникова А. Н. Технологические линии утилизации отходов животноводства в биогаз и удобрение. М.: Знание, 1990.

39. Ковалев А.А. Технологии и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм.: Афтореф. дис.д-ра техн. наук./ Всерос. НИИ Электрификации сел. хоз-ва. М.:1998. С.40.

40. Ковалев А.А., Марсагишвили Г.П., Гудиев Э.А. Анаэробная переработка твердого навоза в биогаз и органические удобрения // Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. Вып. I (66). М.: ВИ-ЭСХ, 1990. - С. 77-84.

41. Коваленко, П. Ю. Комплексная оценка повышения эффективности энергоблоков ТЭС путем утилизации уходящих газов в системах регенерации турбин: Дис. канд. техн. наук. Новосибирск, 2004. 146с.

42. Коваленко, Ю. Ф. Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов: Дис. канд. техн. наук. Челябинск, 2003. 203с.

43. Козьмин В. А. Исследование элементов системы утилизации теплоты на базе двигателя Стирлинга для автомобильной техники: Дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1994. 185с.

44. Коллеров Л.К., Газовые двигатели поршневого типа. Изд-во Машиностроение, 1968. 248 с.

45. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. Пособие для вузов. / А.И. Колчин, В.П. Демидов 3-е изд. перераб и доп. - М.: Высш. шк., 2003. - 496 с.:ил.

46. Костин А. К., Погачев Б. П. Кочинов Ю. Ю.: Работа дизелей в условиях эксплуатации. Л.: Машиностроение, 1989. 2284.С.

47. Костин А.К. и др. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания.: Справочное пособие / А.К. Костин, В.В. Ларионов, Л.И. Михайлов. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. С. 222. ил.

48. Котовсков, Я. В. Системные исследования многофункциональных теплообменников как средств защиты окружающей среды и ресурсосбережения: Дис. канд. техн. наук. Ростов Н/Д, 1998. 143 с.

49. Кримов Николай. На чем поедем в XXI веке?: Альтернативные моторные топлива. // Энергетика и промышленность России. №3., 2002.

50. Лесков Сергей. В XXI век на Водороде и Палладии. // Известие-Наука. 15 Ноября 2003. - С. 5.

51. Льотко В., Люканин В.Н., Хачиян А.С.: Применение альтернативных топ-лив в двигателях внутреннего сгорания. М.: МАДИ (ТУ). 2000. - С.311.

52. Мазур, И.И., Молдаванов, О.И. : Курс инженерной экологии. -2-е изд., испр. и доп. М.: Высш. шк. 2001.- 510 с.

53. Мамедова М.Д., Васильев Ю.Н. Транспортные двигатели на газе. М.: Машиностроение, 1994. -224 с.

54. Насоновский М.Л., Савченко В.И., Митрохин П.А.: Надежность двигателя внутреннего сгорания при использовании альтернативных видов топлив. Сборник научных трудов МГАУ имени В. П. Горячкина. / под редак. Г.М. Кутькова. М. 1999. С.56-59.

55. Насоновский М.Л., Савченко В.И., Митрохин П.А.: Надежность дизельного двигателя при использовании рапсового масла в качестве топлива. Сборник научных трудов МГАУ имени В. П. Горячкина. / под редак. Г. М. Кутькова. М.: 1999. - С.52-55.

56. Национальная Газомоторная Ассоциация. Биогаз Ресурс возобновляемой энергии. // Информационный бюллетень. № 2(10) 2002.

57. Осадчий Г.Б.: Альтернативные источники энергии и энергоустановки. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999. № 2. -С. 10-11.

58. Осадчий Г.Б.: Нетрадиционные варианты хладотеплоснабжения зданий. // Техника и оборудование для села. Октябрь, 2003. №10

59. Панцхава Е.С., Пожарнов В.А. Минитепло-электростанция на отходах. // Сельскохозяйственный оптик. №3. Март, 2001.

60. Панцхава Е.С. Биогазовые технологии радикальное решение проблем экологии, энергетики и агрохимии // Теплоэнергетика. 1994. № 4. С. 36-42.

61. Перевод двигателей внутреннего сгорания на газообразное топливо. Сб. трудов МВТУ. Под ред. Д.Н. Вырубова. М., Машгиз, 1946.

62. Передерий А.Д., Фирсенков А.И., Челезнов В.В., Журавлев В.Н.: Тракторные самоходные шасси, предназначенные для работы на биогазе. // Науч. техн. бюлетинь по электрификации сельского хозяйства. 1989. Том 1. -С.53-56.

63. Райков И.Я. Испытание двигателей внутреннего сгорания. Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1975. 320 с.

64. Рекомендации по использованию компримированного природного газа в качестве моторного топлива для транспортно-энергетических средств сельскохозяйственного назначения. М.: ВИМ, 2003. - С. 72.

65. Рециркуляционное анаэробное сбраживание отходов сельского хозяйства с выработкой биогаза / Т.Я. Андрюхин, Н.К. Свириденко, Ю.В. Савельев и др. // Биотехнология. 1989. Т. 5. №2. С. 219-225.

66. Седых А.Д., Роднянский В.М.: Политика Газпрома в области использования природного газа в качестве моторного топлива. // Газовая промышленность. 1999. № 10.

67. Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб/ B.C. Шевелуха, Е.А. Калашникова, Е.С. Воронин и др., Под редак. B.C. Шевелухи 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2003. - 469с. ил.

68. Скороходов А.Н. Общая методика моделирования технологий и технических средств для их реализации по критериям энерго- и ресурсосбережения. // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. №4, 2005. С. 56-61.

69. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Учеб. для вузов 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 343 с.

70. Стребков Д., Харитонов В., Муругов В., Сокольский А.: Солнцу и Ветру на встречу. // Сельский механизатор. 1996. Вып. 2 -С.21-22.

71. Судаченко В.Н., Жебраков А.В.: использование вторичных энергоресурсов в тепличном овощеводстве. // Экология и сельскохозяйственная техника. 2002. том 3. С. 93-96.

72. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник/ Е.В. Аметисов, В.А. Григорьев, Б.Т. Емцев и др. Под общ. Ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. - 512с.

73. Теплоснабжение: Учебник для вузов/ А.А. Ионин, Б.М. Братенков, Е.Н. Терлецкая; Под ред. А.А. Ионина. М.: Стройиздат, 1982. - 336с.

74. Теплотехника: Учебник для вузов/В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Кам-фер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. -5-е изд., стер. М.: Высш. шк., - 671с.: ил.

75. Хевоче Ч.А.: Снижение выбросов сажи малоразмерного дизеля с непосредственным впрыском путем добавки рапсового масла в топливо. Авто-реф. Дис. канд. техн. наук. М.: РУДН. 1997. 21с.

76. Челбашов Д.В. Комплексное использование теплоты продуктов сгорания природного газа в теплоснабжении по производству строительной керамики: Дис. канд. техн. наук. Ростов Н/Д, 1998. 150с.

77. Чириков К.Ю., Пронин Е.Н.: Перспективы применения СПГ на транспорте. // Газовая промышленность, 1999. № 10.

78. Чудаков Л.Н. Чудаков А.Л.: О проекте создания когенерационной газогенераторной установки на производственных отходах растительного происхождения. // Экология и сельскохозяйственная техника. 2002. том 3 -С.187-192.

79. Чудиновских В.Н. Опыт использования альтернативных энергоносителей в мобильной энергетике. М.: ВНИИИТЭИагропром. 1988.

80. Abonel-Seand S.A., El-Shaarawi Н.М.: Performance and Emission Characteristics of Compressed Natural Gas Engine. ISATA 1998. Mat. 31.

81. Abraham J., Bracco F.V., Reitz R. D. Comparisons of Computed and Measured Premixed Charge Engine Combustion. // Combustion and Flame. Vol. 60. 1985. pp. 309-322.

82. Abramowski J., Posorski R. Wind Energy A True option for Developing Countries. // Renewable Energy World. Nov. 1998. Vol.1. N.3. p.62-64.

83. Antonia V. Herzog, Timothy E. Lipman, Daniel M. Kamman.: Renewable Energy Sources. Part 4C. EOLSS Publishers Co. Ltd. p. 63.

84. Bergstrom J., Brugard J. Modeling of a Turbocharged Spark Ignited Engine. Linkoping Institute of Technology, 1999.

85. Bill Kovarik, Henry Ford, Charles Kettering. "The Fuel of the Future". Society of Automotive Engineers. 1998.

86. Bray K., Champion M., Libby P. The interaction between and chemistry in premixed turbulence flames. // The Turbulent Reacting Flames. Vol. 40 of Lecture notes in Engineering. Borgi I. And Murphy S. (Eds). Springer 1989. pp. 541-563.

87. Brown R. K. & Green R. K. Investigation of a Hydrogen Fueled rotary Engine. Proc. IPENZ Annual Conf., Feb. 1996. pp. 241-246.

88. Bugaje I. M.: Remote Area Power Supply in Nigeria: The prospects of Solar Energy. // Renewable Energy. 1999. 18. p.491-500.

89. Cheremisinoff, N. P., P. N. j. a. Cheremisinoff, et al. Biomass : Applications, Technology, and Production. New York, 1980. M. Decker,.

90. Christine Hurley. Biogas Fueled Micro turbines A positive outlook for growth in the US. Cogeneration and On-Site Power generation. E-source. Nov.-Dec. 2003.-C.31-40.

91. COGEN Europe: A Guide to Cogeneration. The European Association for the Promotion of Cogeneration. EDUCOGEN, 2001. p. 51.

92. Daly Herman. Sustainable Growth: An impossibility Theorem. First Published in Development. 1990.

93. Damkohler G. Der Einfluss der Turbulenz auf die Flammengeschwindigkeit in Gasgemischen // Z. Electrochem 46:601, 1940.

94. Der Einsatz von gasbetriebenen Fahrzeugen aus umweltpo- lischer Sicht; Immis-sion- sentlastung in Ballungsgebieten/ Knobloch Tore Peter, Jong Walter// Mineraloltech-nik., 1995, №10, p. 13-20.

95. Elena Douraeva. Opportunities for renewable Energy in Russia. IEA, 2003. p.23.

96. Energy for the Future: Renewable Sources of Energy. White Paper for a Community Strategy and Action Plan. Bruxells, 1997. p.53.

97. Finsterwalder G., Maurer K.: Schlepper mit zweistoffmotor fur Biogaz und Dieselkraffstoff. Entwicklung und Einsatzerfahrungen. // Landtechnik. 1986. Jg.42.H. 10.S.426-431.

98. Fredrick Peterson. Simulation of Turbocharged Spark Ignition Engine. LiTH-ISY-EX-3010. Linkoping University, Sweden. Linkoping, 2000.

99. Gas Flaring in Nigeria: A Human Rights, Environmental and Economic Monstrosity. Published by Friends of the Earth International, Amsterdam, the Netherlands. June, 2005. pp. 36.

100. Gerald T. Gardner, Paul C. Stan.: Psychological Stress: Denial as a response to Threats Perceived as Uncontrollable. //Environmental Problems and Human Behavior, <http://www.earthgreen.org/crisis>

101. Gindele J., Spicher U.: Investigation of the In-Cylinder Flow inside 1С Engines using PIN with Endoscopic Optics. 9th International Symposium on Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lissabon, 1998.

102. Goto Satoru, Itoh Yasuhiro, Higuchi Yutaka, Nagai Tatco/ Разработка газового двигателя, работающего на сильно обедненной газовоздущной смеси // Intern. Combust. Engine.- 1991.-30, №10.- р.42-45

103. Gujer W., Zehnder A.J .В. Conversion processes in anaerobic digestion. //Water Science and Technology. N.15. 1983. 127-167 c.

104. Handidu J. A. National Growth, Water Demand and Supply Strategies in Nigeria. // Nigerian Journal of Hydrologists. Vol. 2. N.l. Oct., 1990.

105. Haralambopoulos D., Spilonis I. Identification and Assessment of Environmental Benefits from Solar Hot Water production. // Renewable Energy, 1997. Vol.1 l.N.2. p.177-189.

106. Herweg R., Maly R. R. A Fundamental Model for Flame Kernel Formation in SI Engines. SAE 922243. 1992.

107. Heywood J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Book Company.

108. Heywood J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw Hills International Editions. 1988.

109. Hirschfelder J.O, Curtis C.F., Bird R.B. Molecular theory of gases and liquids. Wiley, N.Y. 1964.

110. IEA Statistics. Renewables Information. 2003 Edition, p.201.

111. Ikegami Makoto, Shioji Masahiro, Zhu Oi-Ming, Sato Ken'ichiro, Ta-kayanagi Fumishige/ Исследование характеристик двигателя с искровым зажиганием при работе на обедненных газовых смесях// Ninon kikai gakkai ronbunshu. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng.

112. Jakubowski J.: Silniki Samochodowe zasilane paliwane zastepezymi. War-szawaWKL, 1967.

113. Jane K. Jensen, Anker B. Jensen.: Biogas and Natural Gas fuel mixture for the future. First World Conference and Exhibition on Biomass for Energy and Industry. Seveile, 2000.

114. J-MICRO Cogeneration Systems. Environment-Friendly Cogeneration Systems. The Japan Steel Works Ltd., 2003. p.6.

115. King Steven R., Davis R. F. Natural gas metering and Composition Challenges in Compression Ignition Engines. Presented at the Emissions from Alternative Fueled Engines Conference. SAE TOPTEC. San Antonio. 1991.

116. Lange W.W. The Effects of fuel properties on particulates emissions in heavy-duty trucks under transient operating conditions. // SAE trans. 1991. No.91-2425.

117. Liss W., Thrashe W. N. Natural gas A stationary Engine and vehicular Fuel. SAE Paper. No. 919999.

118. Lovisa Bjornsson. Intensification of the biogas process by improved process monitoring and biomass retention. PhD Dissertation. Lund University, Sweden. 2000. pp. 124.

119. Luft S.: Studium silnika о zaplonie samoczynym zasilanego alkohoem mety-lowym. Wydawnietwo Politechniki Radomskiej, Radom 1997. Monografia nr 29.

120. Magnussen B. F.; Hjertager В. H.: On Mathematical Modeling on Turbulent Combustion. 16th International Symposium on Combustion. The Combustion Institute, 1976. pp. 719-727.

121. Marshal W. F.: Effects of methyl esters of tallow and grease on exhaust emissions and performance of Cummins L10 engine. // Reports prepared for Fats and Proteins research Foundation, Inc. Ft. Myers, Beach FL. 1993.

122. McCabe, J., Eckenfelder, W. eds. Biological treatment of sewage and industrial wastes. Two volumes. New York: Reinhold Publishing. 1957.

123. McMichael A. J. Planetary Overload: Global Environmental Change and the Health of Human Species. Cambridge: Cambridge University Press. 1993. p. 8586.

124. Meynell P.J. Methane: Planning a Digester. New York Shocken Books. 1976. pp.3.

125. Michael Pidwirny. Energy use and Environmental Change in the Thompson-Okanogan Living Landscapes, <http://www.royal.okanagan.be. .ca>

126. Mikkonen S., Saikonen P. Reformulated Diesel Fuels in Finland. //ISATA 31. Dusseldorf, Germany. 1998.

127. Mittelbach M.P. et al. Diesel Fuel derived from vegetable oils, II: Emission test using rape oil methyl ester. // Energy Agriculture. 1985. No. 4. p.208-215.

128. Niehaus R.A., et al. Cracked Soybean Oil as Fuel for Diesel Engine. ASE pa-per.//ASE St. Joseph, MI. 1985.

129. Offiong A. Assessing the Economic and Environmental prospects of stand-by Solar Powered Systems in Nigeria. // J. Appl. Sci. Environ. Mgt. Vol. 7. N.I., 2003. p.37-42.

130. Ottomotor lauff mit Biogaz // Maschinenmarkt, 1991. №39. p.127.

131. Oystein Ulleberg. Stand-alone Power Systems for the Future: Optimal Design, Operation and Control of Solar-hydrogen Energy Systems: PhD Dissertation. Norwegian university of Science and Technology. Tondhein, 1998. p.225.

132. Paul Jun, Michael Gibbs, and Kathryn Gaffney. CH4 and NO2 emissions from livestock manure. In Good Practice Guidance and Uncertainty Management in Natural Greenhouse Gas Inventories. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2002. pp.321-338.

133. Paul Kormor. Wind Power: Opportunity or Albatross? Platts. The McGraw-Hill company, Inc. 2003. p.24.

134. Per Anderson, Lars Eriksson, Lars Nielsen. Modeling and Architecture Examples of Model Based Engine Control. CCSSE, Norrkoping, Sweden. 1999.

135. Per Anderson. Intake Air Dynamics on a Turbocharged Si-Engine with Wastegate. Linkoping University. Printed by UniTryck, Linkoping. Sweden, 2002. pp.85.

136. Peter Strandh. Combustion Engine Models for Hybrid Vehicle System Development. PhD Dissertation. Lund Institute of Technology. Lund, Sweden 2002. pp.114.

137. Production of biogas and a single method of H2S removal in a feedlot in Cote d'lvoire, West Africa. Conference proceedings: Waste management in developing countries. Berlin, Germany. 1988. p.315-320.

138. Reece D.L., Peterson S.C. Combustion of a Soybean methyl ester in a direct injection diesel engine. SAE paper. // SAE, Warren dale, 1993. No. 93-0934.

139. Reissing J., Kech J. M., Mayer K., Gindele J., Kubach H., Spicher U. Optical Investigations of a Gasoline Direct Injection Engine. SAE 1991-01-3688. 1999.

140. Roger Salzmann. Fuel Staging for NOx Reduction in Automatic Wood Furnace: Dis. Doctor of tech. sciences. Swiss Federal Institute of Technology, Zurich, 2000. p. 169.

141. Safely L.M., M.E. Casada, J.W. Woodbury, and K.F. Roos (1992). Global Methane Emissions from Livestock and Poultry Manure. US Environmental Protection Agency, Global Change Division, Washington D.C., February 1992, EPA/400/1091/048.

142. Sakonji Tatsuo, Shoji Fujio, Ikeda Katsumi, Tsuji Mitsuru, Daisho Yasuhiro. / Влияние газовых топлив на снижение показателей двигателей с искровым зажиганием// Ninon kikai gakkai ronbunshu. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. В.- 1995.-61, №586. p.233.

143. Sawayama Shigeki. Development of Efficient Biogas-powered 6 kW Gas Engine Cogeneration System. // AIST Today, 2003. Vol. 3 N. 6. p.21.

144. Schumacher L.G., Borgelt S.C., Fosseen D., Goetz W., Hires W.G.: 6V-92TA DDC Engine Exhaust Emissions Tests Using Methyl Ester: Soybean Oil/Diesel Fuel Blends. // Biosource Technology. 1995.

145. Schumacher L.G., Borgelt S.C., Hires W.G.: Biodiesel on the Road A report from Missouri. ASAE. 1993. No. 93-5017.

146. Schumacher L.G., Borgelt S.C., Hires W.G.: Fueling a Diesel Engine with methyl ester soybean oil. // Liquid Fuels from Renewable Resources-Proceedings of an Alternative Energy Conference. Nashville, TN. 1992.

147. Semenov N.N. Chemical Kinetics and Chain Reactions. Oxford University press. London, 1935.

148. Simonson J.R. An Analysis of Dual-fuel Processes in Compression Ignition Engine. Engineering, 1954. Vol.178, p.363.

149. Skret I., Szlachta Z. Ekologiczne efekty zastosowania miejskiego oleju nape-glowego ONM "Standanrd" do napedu silnika wysokopreznego. Materialy KONE'S 95. Warszawa-Poznan, 1995.

150. Stuckey, D.C. "Biogas: a global perspective." In: Biogas Technology, Transfer and Diffusion, M.M. El-halwagi (ed), Elsevier, New York, U.S.A, 1984. pp. 18-44.

151. Sweden in the 1970's. <http://www.utb.boras.se/uk/se>

152. The 1970's Energy Crisis, <http://cr.middlebury.edu/es/>

153. Timothy T.M., Jesse C.J. Automotive Fuels. // Society of Automotive Engineers, 1995. USA.

154. Van Brakel, J. The Ignis Fatuus of Biogas Small-Scale Anaerobic Digesters ("Biogas Plants"): A Critical Review of the Pre-1970 Literature, Delft University Press, 1980.

155. Yancun, С., H. Cong, Liang Pusen. "Development of a new energy village -Xinbu, China." In: Integrated Rural Energy Planning, Y. ElMahgary and A.K. Biswas (eds.), Butterworths Publishing, Guildford, England, 1985. pp.99-108.

156. Ziejewski M., Kaufman K.R., Schwab A.W., Prydec E.H. Diesel engine evaluation of an nonionic sunflower oil-aqueous ethanol microemulsion. //Journal of the American Oil Chemists Society. 1984. Vol.61(10). p. 1620-1626.