автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Перспективы использования мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу в климатических условиях Казахстана

На правах рукописи

ЛИЗУНОВ Николай Юрьевич

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОБИЛЬНОЙ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ХОДУ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ КАЗАХСТАНА

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 СЕН 2015

005562407

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2015

005562407

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Научный руководитель: Киселев Игорь Георгиевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Теплотехника и теплосиловые установки» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I

Официальные оппоненты: Лебедев Виталий Матвеевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения

Триичеико Алексей Александрович

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Реакторные и котельные установки» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС (МИИТ).

Защита диссертации состоится «20» октября 2015г. в 11 час 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.231.01 при Санкт-Петербургском государственном технологическом университет растительных полимеров, по адресу: 198095, Россия, Санкт - Петербург, ул. Ивана Черных, д. 4

С диссертацией можно ознакомиться в' библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров и на сайте ЬПр/^Шф.БрЬ.ги/.

Автореферат разослан ч10» 2015 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук ^¿-Л/^^-^гс^ Л.Г. Махотина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и степень ее разработки. Республика Казахстан по площади занимает второе место в СНГ и девятое в мире. Климат резко континентальный; показатели средних температур в январе от -18 °С на севере до -3 °С на юге, средняя температура июля от +19 °С на севере до +29 °С на юге. Суточные перепады температур достигают 20-30 °С. Основным источником для производства энергии является уголь. Наравне с проблемой не полной электрификации территории, в стране существует дефицит электрической энергии.

Анализируя статистические данные об альтернативных источниках получения энергии, можно отметить, что производство биогаза, при утилизации биоотходов, является высокопотенциальным решением проблемы нехватки газообразного топлива и получение высококачественных биоудобрений, как побочный продукт.

Из-за неравномерного заселения страны строительство большого количества стационарных биогазовых заводов разной мощности является дорогостоящим и не всегда рентабельным. Решить этот вопрос можно создав мобильный аналог стационарной установки. Наилучшим образом для размещения специального оборудования подходят железнодорожные платформы и вагоны. Это, в свою очередь, поможет наиболее рационально использовать установку, так как железная дорога достаточно хорошо развита на территории Республики Казахстан. Следовательно, разработка мобильной биогазовой установки, способной обеспечить отдаленные казахстанские поселения биогазом и удобрениями, является актуальной.

Значительный вклад в развитие технологий и процессов получения биогаза внесли такие ученые и эксперты, как: А. Герман, A.A. Дроздов, В. Жирков, Б. Мутапиева, В. А. Сербии, Д.А. Фомин, О. В. Чеботарева, D. Dublein, В. Reutersberg, А. Steinhauser, М. Webb, F. Wolf и многие другие, а так же ведущие организации: ООО «ЭНТОРОС», ЗАО «Центр ЭкоРос», ООО «ГРИНТЕК», Zorg Biogas AG, EnviTec Biogas AG, Weltec Biopower GmbH и т.д.

Целью диссертационной работы является развитие новой сферы использования биогазовых установок, а именно создание мобильного комплекса на железнодорожном ходу с системой сушки и получения биоудобрений.

Основные задачи исследования: определить особенности, возникающие при эксплуатации мобильной установки на железнодорожном ходу;

- выполнить анализ существующих методов расчета заводов по производству биогаза и разработать методику расчета технологических процессов мобильного биогазового комплекса;

- разработать способ и методику расчета процесса сушки биоудобрений, определить все необходимые показатели в специфических условиях эксплуатащш биогазовой установки.

Научная новизна результатов диссертационного исследования:

- Уточнен метод расчета мобильной биогазовой установки для переработки отходов.

- Разработана методика расчета тепловых потерь мобильного метантенка и обоснована его оптимальная теплоизоляция для эксплуатации в климатических условиях Казахстана.

- Экспериментально определена универсальная кривая выхода биогаза и содержание в нем метана, определены теплофизические свойства биоудобрений, необходимые для расчета процессов сушки.

- Исследована возможность повышения эффективности биогазовой установки за счет использования теплоты отходящих газов локомотива.

Теоретической и практической значимостью работы являются:

- Предложен комплексный метод теплового расчета мобильной биогазовой установки, учитывающий особенности технологии процесса и эксплуатации.

- Выполнена натурная трехмерная модель по размещению оборудования в вагонах.

- Показана рентабельность создания мобильной биогазовой установки.

- Разработан проект мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу.

Методология и методы исследования.

Задачи, исследуемые в диссертационной работе, были решены путем теоретического анализа и моделирования процессов производства биогаза в мобильной биогазовой установке с применением основных уравнений тепломассообмена. Для структуризации теоретических данных исследования и обработки экспериментальных данных использовались электронные таблицы Microsoft Excel 2007, MagicPIotPro, Edravv Max. Для создания натурной трехмерной модели комплекса применялась программа 3D МАХ 2012.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета тепловых потерь мобильного метантенка.

2. Применение комбинированного метода сушки в условиях ограниченного пространства железнодорожного вагона с использованием выхлопных газов локомотива в качестве греющего агента.

3. Экспериментальные данные по определению теплопроводности, теплоемкости и плотности биоудобрений.

4. Возможность применения в климатических условиях Казахстана мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу.

Достоверность научных исследований и диссертационных результатов подтверждается проверкой сходимости расчетных данных с экспериментальными, расхождение между которыми составляет не более 8 %, для изучения процесса получения биогаза, и не более 3%, при исследовании процессов тепловых потерь метантенка. Методики расчета теплопотерь для метантенка применены в работах в АО «КазНИИ Энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина» и ТОО «НИИ Транспорта и Коммуникаций».

Апробация работы.

Основные направления исследований и полученные результаты диссертации были представлены в виде докладов, которые обсуждались на: Межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Шаг в будущее. Неделя науки - 2011, 2013, 2014" и научно-практических семинарах кафедры "Теплотехника и ТСУ" (ФГБОУ ВПО ПГУПС Императора Александра I, г. Санкт-Петербург 2011- 2014); XIII Международной научно-практической конференции "Актуальные вопросы науки" (г. Москва, Научный журнал "Актуальные проблемы современной науки", 25.04.2014); XIII Международной научно-практической конференции "Техника и Технология: Новые перспективы развития" (г. Москва, Научный журнал "Естественные и технические науки", 26.05.2014).

Публикации.

На основе диссертационных исследований изданы четыре печатные работы, две из которых в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Объектом исследования выступает мобильная биогазовая установка.

Предметом исследования являются процессы, протекающие в составных элементах биогазовой установки при её эксплуатации.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 111 наименований и трех приложений. Общий объем диссертации составляет 143 страницы, включая 61 рисунок и 28 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, обозначены цели и задачи исследования, приведена общая характеристика работы.

В первой главе выполнен анализ географических особенностей, климатических условий, сети железных дорог и структуры имеющихся энергоресурсов Республики Казахстан.

Определены основные проблемы энергетики, такие как неполная электрификация поселений и дефицит электричества. Рассмотрены показатели использования альтернативных источников энергии в мире и Республике Казахстан, а так же их применение на транспорте. Наиболее перспективным и активно развивающимся видом нетрадиционного источника энергии является биогаз. Он возникает при ферментации органических веществ, таких как навоз, жидкое навозное удобрение, растения, пищевые отходы. В ферментерах и в башнях для брожения в результате анаэробной ферментации образуется биогаз. Стационарные биогазовые установки достаточно распространены в мире. Недостатками стационарных биогазовых установок являются: локальное использование; невозможность перемещения на новое место; дороговизна строительства и монтажа; невозможность переменной газификации отдаленных потребителей; большие затраты на сооружение сетей коммуникации (газовая станция - потребитель).

Рассмотрены основные методики расчета процессов, протекающих при работе имеющихся стационарных биогазовых установок.

Во второй главе составлены блок-схемы технологического процесса (рис.1) и расчета мобильной биогазовой установки (рис.2). Основными параметрами работы которой являются:

- ежедневная загрузка свежего сырья;

- объем загрузки органического вещества в биореактор; тепловые потери биореактора с зимнее и летнее время;

- система получения и сушки биоудобрений;

- процесс очистки биогаза.

! Зогрулаягрвокачаяьногс \ $ ' По^гчя хпдг&го субстрата | ]

сырья в ваг с«-шпаге ль : 9

с Д* }

Удаление

('я* ">

Ь зад? щи» дгуоитеи

угяерсза

I Закачка бногазз в

[оззчд сложенной ггассыв : расш ?р{пелькый бзт:

Наях-гот« системы ! сутш

: Пермсачка жидких

• С1Т0у20бр«Ч1ТЙ в ваток с ; сушильным : оборудованием

Вьтпдрчав с >таи.тка

\

>} Залыгог ал сушилка

\ "Загрузка

^ биоузс&рекнй в

| вагок-хоппир

Исполь зов ани е несколыздз цигггрн д^п хранения жкясга йтоуаобрений •

Рис.1 Блок схема технологического процесса работы установки

В качестве биореактора использовался горизонтальный цилиндрический резервуар из металла. Время пребывания субстрата в нем 1бР = 10 дней. На железнодорожном ходу реактор ограничен размерами платформы, поэтому имеет определенные параметры: Обр = 3 м, Ьбр = 14 м. Температура брожения биомассы в биореакторе принята +55°С, а температура окружающей среды предполагается до -40°С.

Теплообмен метантенка рассмотрен в случае отсутствия тепловой изоляции и при ее наличии с различными скоростями движения состава. Разработана методика расчета тепловых потерь мобильного метантенка.

Благодаря универсальным кривым зависимости выхода биогаза, полученным в ходе исследований, (рис.3) и содержания в нем метана можно

качественно оценить процесс брожения и графическим путем найти точки изменения, точки перегиба, процесса производства биогаза.

Разработана методика расчета системы сушки биоудобрений: многокорпусная выпарная установка (МВУ) и вальцовая сушилка, работающие совместно. МВУ, имеющая три корпуса, рассчитывалась на основе материального и теплового баланса. Для подогрева теплоносителя в калорифере, генерирующего пар для первичного корпуса МВУ, и сопутствующих калориферах используются отходящие газы дизельного двигателя локомотива с 1=350-400°С.

— Производство биогаза — Концентрация метана

Недели

Рис. 3 Кривые зависимостей выхода биогаза

Они подаются нагнетателем по трубопроводу с эластично-гофрированным соединением между вагонами. Возможность использования проверена сходимостью показателей сушильных аппаратов и дизельного локомотивного двигателя мощностью 2000 л.с. Для прогрева вальцов второй ступени сушки применяется пар, образующийся в последнем корпусе МВУ. Это обеспечивает эффективную сушку без дополнительных затрат на подогрев теплоносителей, повышает эффективность установки в целом и утилизирует горячие дымовые газы, выбрасываемые в атмосферу.

Для определения параметров процесса сушки применяются два основных уравнения:

ди

— = атЧ2и + ат5УЧ

qв ггди = + ---—.

б г свр0 св дт

где а - коэффициент температуропроводности, ат - коэффициент потенциалопроводности, I - температура материала, qfi - внутренний источник теплоты, св - теплоемкость влажного материала, р0 - плотность

сухого материала, г - теплота парообразования, е - коэффициент внутреннего испарения влаги, 6 - термоградиентный коэффициент, и - влажность.

В конкретных процессах сушки уравнения имеют упрощенный вид, однако их решение не возможно без теплофизических значений высушиваемого материала, так как от них зависят коэффициенты температуро- и потенциалапроводности.

Температуропроводность рассчитывалась по теплофизическим значениям исследуемой биомассы, которые были получены в результате экспериментальных исследований, представленных в главе 4. На основании данных исследований построены зависимости основных показателей процесса сушки в зависимости от влажности, благодаря которым можно определить необходимые для расчетов частных случаев сушки значения теплопроводности, теплоемкости, плотности, температуропроводности (рис.4 - 7).

Резкое снижение значения теплоемкости на рис.5 объясняются влагосодержанием материала, при достижении 36% влажности теплоемкость начинает стремительно снижаться до значений около 1500 Дж/(гр*К). Дальнейший процесс сушки проходит без сильных колебаний значения теплоемкости высушиваемого материала.

Равномерное увеличение плотности на рис.6 объясняется уменьшением влажности раствора. Весь процесс сушки проходит плавно, без сильных колебаний значения плотности материала. Изменение значения теплопроводности материала так же происходит без резких скачков. Оно уменьшается при большей концентрации раствора.

0.19

*

/

/

ш

о

л-0.17

~

о

Н 0

0.14

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Влажность, % Рис.4 Зависимость теплопроводности от влажности

6000

5 10 15 20 25 30 Влажность, % Рис.5 Зависимость теплоемкости от влажности

1068

1062

1056

1050

1044

5 10 15 20 25 30 Влажность, % Рис.6 Зависимость плотности от влажности

Влажность, %

Рис.7 Зависимость температуропроводности от влажности

Коэффициент температуропроводности начинает резко возрастать при достижении концентрации раствора 64% до своих максимальных значений, затем немного снижается и дальнейший процесс происходит с незначительными скачками значения коэффициента.

В выпарной установке температура кипения 1:кшН раствора в каждом корпусе вычисляется как сумма температур греющего пара последующего корпуса и депрессий.

гдеДГ[,ДрС^ Ат,- соответственно гидравлическая, гидростатическая и температурная депрессии.

Концентрация раствора в каждом корпусе определяется по формуле:

, _ г Ьнач * С*нач _ _Ьнач * внач_

п нач "Gнaч-(w1+w2 + Wз + ••• + wny

Расчет подтвердил возможность совместной работы сушильных аппаратов за счет пара, вырабатываемого в них. При необходимости применения альтернативной системы сушки она может быть рассчитана на основе теплофизических данных, полученных в процессе исследования.

В третьей главе на основе разработанных методик и расчетов предложена модель мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу. Определены все его составляющие: метантенк, подготовительный вагон, склад жидких биоудобрений, сушильная установка, склад сухого удобрения, система очистки биогаза, газгольдер. В связи с отсутствием в

железнодорожной практике мобильных биогазовых комплексов, были разработаны натурные трехмерные модели каждого звена мобильной биогазовой установки. Изучены типы конструкций, принципы работы биореактора и особенности протекающих в нем процессов, на основе которых смоделирована модель железнодорожного метантенка, показанная на рис.8.

Разработаны схемы реализации системы сушки биоудобрений и очистки биогаза. Предложено возможное расположение оборудования, необходимого для этих процессов, на железнодорожных платформах.

Сушильная установка представляет собой совместную работу двух систем: МВУ и вальцовая сушилка. Такая схема реализации процесса обеспечивает наиболее рациональную работу системы в условиях ограниченного пространства железнодорожного вагона. В качестве

первичного греющего агента выпарной установки выступает пар, выработанный в калорифере, за счет отходящих выхлопных газов двигателя локомотива с 1=350-400°С, а полученный пар в третьем корпусе выпарной установки, используется для обогрева вальцовой сушилки. Сконденсированный пар используется для подогрева субстрата в метантенке.

Биогаз подвергается очистке от примесей путем адсорбции, согласно определенных требований, пока не достигнет состояния близкого по составу к природному газу, содержание СНд до 98%. Адсорбционные колонны продуваются воздухом или имеют системы сменных фильтров и мембран-уловителей. Подача газа осуществляется при помощи компрессоров. Процессы контролируются автоматикой.

Удаление остаточных газов осуществляется поэтапно:

1. Удаление сероводорода.

2. Осушение.

3. Выделение двуокиси углерода и других компонентов из биогаза.

Рис.8 Мобильный метантенк на железнодорожном ходу

Для правильной и бесперебойной работы всего комплекса необходима определенная последовательность соединения вагонов, а именно:

- сушильная установка (сразу после локомотива);

- склад сухих биоудобрений (вагоны-хопперы модели 19-3116-04);

- склад жидких биоудобрений (цистерна модели 15-1566);

- мобильный метантенк;

- подготовительный вагон;

- система очистки биогаза;

- газгольдер (газовая цистерна).

Выработанный биогаз может быть использован как источник газоснабжения малых котельных с возможностью непосредственного подключения комплекса к системе газоснабжения, так и в качестве источника топлива для частных потребителей. Помимо предложенного способа хранения газа в цистерне, предложена закачка его в баллоны. При данной схеме его возможно использовать в аулах и деревнях без систем центрального газоснабжения. Параллельно комплекс утилизирует биологические отходы.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований трех процессов, первый - процесс переработки биологических отходов путем анаэробного брожения; второй - процесс тепловых потерь мобильного метантенка во время движения; третий - процесс сушки биоудобрений. Исследования первого процесса проводились в два этапа.

Первый этап: проведение эксперимента в Германии на базе стационарной биогазовой станции в городе Шмихэн.

В процессе эксперимента в стационарный биореактор загружался клевер на пяти различных стадиях роста. Анализировалось количество вырабатываемого биогаза и объем метана в нем в зависимости от стадии роста клевера. Эксперимент проводился весной - летом 2012 года при средней температуре воздуха +22°С. Результаты исследований выработки биогаза приведены в таблице 1.

Полученные кривые представлены в главе 2. Анализ количества полезных элементов в полученных биоудобрениях производился в лаборатории. Данные сведены в таблицу 2.

Таблица 1. Результаты исследования количества выхода биогаза

Сырье СМ, Г%1 оСМ, Г%1 V» Нл/кг Ум, Нм3/т У(сн4)> Г%1

1 2 3 4 5 6

Клевер до образования бутона 15 88,9 575,2 76,7 55,4

Клевер с начальной стадией образования бутона 15 89 592,5 79,1 54,9

продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6

Клевер со сформировавшимся бутоном 16 89,4 550,4 78,7 54,8

Клевер в начальной стадии цветения 17 89,8 524 80 54,2

Клевер в стадии отцветания 17 90,7 537,9 82,9 53,8

Погрешность измерений +/- 0,5 +/- 0,5 +/- 0,3 +/- 0,3 +/- 3

где СМ - сухой материал (СМ), оСМ - органическая часть в СМ.

Таблица 2. Полезные элементы в биоудобрении

Элементы

N. кг/тонна кг/тонна р2о5, кг/тонна к2о, кг/тонна МоО, кг/тонна

Твердая фракция, влажность 75% 3,3 0,85 1,38 4,5 0,5

Жидкая фракция, влажность 95% 2,5 1,1 2,1 2,3 0,59

Второй этап: проведение эксперимента в Казахстане, лабораторные исследования в городе Алматы.

Лабораторная установка выполнена из газонепроницаемого материала с соплами для выхода биогаза и отбора проб из реактора и измерительными приборами для контроля температуры и рН.

Контроль рН необходим для слежения за кислотностью среды и исключения гибели метанообразующих бактерий. Исходя из показателей рН среды, добавляются щелочные или кислотные растворы. Данные о процессе брожения и токсичности определяются при помощи автоматизированной системы ракес1-Ье<1

Анализ процесса брожения начинается, когда выход газа становится постоянным, загрузку реактора увеличивают постепенно на 3-5% в неделю, пока не будет достигнуто требуемое значение анализируемого параметра (контроль изменения органических кислот). Выход метана зависит в основном от содержания в биомассе белков, жиров и углеводов, данные анализов приведены в таблице 3.

В настоящем эксперименте процесс ферментации оценивался на основании количества метана, диоксида углерода, сероводорода и кислорода (таблица 4). Построены графики зависимости, которые совпали с данными, полученными в Германии. Из этого можно сделать вывод об универсальности полученных кривых.

Химические формулы разложения некоторых веществ:

Углеводы: С6Н1206 -» ЗС02 + ЗСН4

Жиры: С12Н2406 + ЗН20 4.5С02 + 7.5СН4

Протеины: С13Н2507Ы35 + 6Н20 -» 6.5С02 + 6.5СН4 + ЗЫН3 + Н25

Таблица 3. Содержание питательных веществ в силосе

Параметр Питательные вещества

Клечатка Безазотистые агенты Протеин Жир

1 2 3 4 5

Содержание в СМ, г/кг 201 641 81 32

Пригодных к усвоению в СМ, г/кг 126,63 499,98 45,36 25,28

Пригодных к усвоению в оСМ, г/кг 132,6 523,54 47,5 26,47

Выход газа с 1 кг оСМ в соответствии от питательных веществ, м3/кг 0,79 нет 0,70 1.25

Содержание метана, % от объема 50 нет 71 68

Выход газа из 1 кг оСМ силоса, м3/кг 0,51835 нет 0,03325 0,0331

Содержание метана в 1 кг оСМ силоса, м3/кг 0,25916 нет 0,02361 0,0225

Содержание метана в биогазе, % от объема 44,32 нет 4,04 3,85

Таблица 4. Состав биогаза

Параметр Значение Погрешность измерений, %

Объем СН4, % 63,4 +/-3

Объем С02, % 35,3 +/-3

Объем 02, % 1,3 +/- 1

Объем Н28, мг/м3 17 +/- 0,5

Исследования теплопотерь через ограждающие конструкции корпуса установки проводились в г. Алматы на базе ТОО "НИИ Транспорта и Коммуникаций" и АО "КазНИИ Энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина".

Исследования проводились в летнее время при температуре наружного воздуха +22 °С. Проводилось измерение температуры поверхности и показания плотности теплового потока. Для измерения температуры применялся контактный термометр ТК-5.01. Для определения плотности теплового потока использовался измеритель плотности теплового потока ИПП-2 со специальным зондом.

Измерения проводились при включенной системе обдува моделирующей движение состава со скоростью 70 км/ч (вариант Б) и при неподвижном составе (вариант А). Мощность системы обеспечения температуры внутри трубы во время испытаний с включенной системой обдува сначала оставалась неизменной, затем обеспечивала постоянную температуру +55 °С (мощность нагревателя увеличивалась). Такое решение было принято для исследования перепада температур при условии отсутствия дополнительных затрат на поддержание требуемой температуры и влияние тепловой изолящш. Погрешность измерений не превышает 5%.

Результаты исследований обосновали необходимость применения тепловой изолящш и обязательное использование калориферов для подогрева биомассы в зимнее и летнее время, так как при заданном режиме брожения теплоизоляция не может полностью решить проблему тепловых потерь в окружающую среду.

Изучение процесса сушки биоудобрений проводилось на базе лабораторий кафедры "Теплотехника и Теплосиловые установки" и кафедры "Строительные материалы" петербургского университета путей сообщения Императора Александра I.

Были определены теплофизические характеристики биоудобрений, необходимые для решения уравнений сушки, а так же получены их зависимости от влагосодержания. Значение теплопроводности биоудобрений определяем с помощью измерителя теплопроводности ИТП - МГ4. Инструментальная погрешность измерений показана в таблице 5.

Произведена оценка инвестиционной эффективности проекта. Обоснованы основные параметры для экономического расчета, приведены формулы.

Таблица 5. Инструментальная погрешность эксперимента

Средство измерения

Инструментальная погрешность

Мультиметр иТЗЗ

+/- 3 %

Электронные весы

+/- 1 г

Миливольтметр

+/-0,1 мВ

Измеритель теплопроводности ИТП-МГ4

+/- 5 %

Для оценки эффективности рассматривались два проекта. Проект А. Создание четырех стационарных биогазовых заводов производительностью по первоначальному сырью 25 м3 каждый.

Проект Б. Создание мобильного биогазового завода производительностью по первоначальному сырью 100 м3.

В таблице 6 сведены показатели эффективности проекта А и Б.

Таблица 6. Показатели эффективности проектов

Показатель эффективности проекта Проект А Проект Б Примечание

1 2 3 4

Чистый дисконтированный доход (ЧДД) (тыс. руб.) 3,18 5,07 ЧДД>0 — проекты эффективны ЧДД больше у проекта Б

Внутренняя норма доходности (ВНД) (%) 25,14 25,22 ВНД>25% (ставка дисконтирования) Проект Б более устойчив, чем проект А

Срок окупаемости проекта (годах) 5,99 5,96 Проект Б эффективнее, чем проект А

Индекс доходности (%) 1,0024 1,0038 Проект Б эффективнее, чем проект А

Рентабельность (%) 10,45% 10,81% Проект Б эффективнее, чем проект А

Из показателей эффективности, сведенных в таблице 6 видно, что реализация проекта создания мобильного завода по выработке биотоплива и переработки отходов экономически целесообразна.

ВЫВОДЫ

В данной работе разработано новое перспективное направление использования биогазовых технологий, а именно мобильная биогазовая установка на железнодорожном ходу. При теоретическом и экспериментальном исследовании данного вопроса получены следующие практические и научные результаты:

1. Разработана методика расчета тепловых потерь мобильного метантенка при движении поезда с учетом особенностей процессов, протекающих в биореакторе и климатических условий Казахстана.

2. Экспериментальным путем изучен процесс получения биогаза в лабораторных и производственных условиях. Полученные численные данные не расходятся с рассчитанными и принятыми теоретически более чем на 8%.

3. На лабораторной установке проверена работоспособность методики расчета тепловых потерь. Полученные экспериментальным путем данные расходятся с расчетными не более чем на 3%. Это подтверждает правильность теоретических предположений. Исследованы различные виды теплоизоляции.

4. Исследован процесс сушки биоудобрений и получены значения теплоемкости, теплопроводности и плотности материала для возможности реализации расчета процесса сушки.

5. Для повышения коэффициента полезного действия всего поезда, а особенно процесса удаления влага, в качестве греющего агента калорифера выработки пара для выпарной установки применяются отходящие газы двигателя локомотива, а выпаренная влага из многокорпусной выпарной установки подается в вальцовую сушилку для прогрева вальцов. Таким образом, процесс получается замкнутым и максимально эффективным.

6. Рассмотрены возможные варианты использования выработанного биогаза. Он может быть использован, как источник газоснабжения малых котельных с возможностью непосредственного подключения комплекса к системе газоснабжения, так и в качестве источника топлива для частных потребителей.

7. Обоснована экономическая целесообразность использования мобильного биогазового комплекса на железнодорожном ходу, как замена ряда стационарных заводов по переработке биоотходов и выработке биогаза и биоудобрений.

Основные положения диссертации изложены в следующих

публикациях:

1. Киселев И.Г., Лизунов Н.Ю. Мобильный биогазовый комплекс на железнодорожном ходу. // Известия петербургского университета путей сообщения. - 2013. - №2 (35). - с. 116-120.

2. Лизунов Н.Ю. Теплопотери и тепловая изоляция метантенка мобильного биогазового комплекса в климатических условиях Казахстана. // Известия петербургского университета путей сообщения. - 2014. - №1 (38). - с. 1116.

3. Лизунов Н.Ю. Методика расчета мобильного биогазового комплекса. // Научный журнал «Естественные и технические науки» / Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Техника и технология: Новые перспективы развития». - М.: "Спутник +". - 2014. - с. 76-80.

4. Лизунов Н.Ю. Перспективы использования мобильной биогазовой станции на железнодорожном ходу. // Научный журнал «Актуальные проблемы современной науки». / Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки». - М.: "Спутник +". - 2014. - с. 82-84.

Подписано в печать с оригинал-макета 30.06.2015.

Формат 60x84 1/16. Бумага для множ. апп. Печать ризография.

Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

Заказ 635

ФГБОУ ВПО ПГУПС. 190031, СПб., Московский пр., 9.

Типография ФГБОУ ВПО ПГУПС. 190031, СПб., Московский пр., 9.