10694

181

вентиляционных выбросов позволяет сократить до 50...80 % теплоты, необходимой для обеспечения ветеринарно-гигиенических условий содержания поголовья птиц [9].

Литература

1.Бронфман, Л.И. Микроклимат помещений в промышленном животноводстве и птицеводстве / Л.И. Бронфман. – Кишинев: Штиинца,

1984. – 208 с.

2.Мухин, А.Г. Птицеводческие предприятия яичного направления /

А.Г. Мухин. – М.: ЦНИС, 1974. – 82 с.

3.Байдевлятов, А.Б. Система санитарно-ветиринарных мероприятий

в промышленном и племенном птицеводстве / А.Б. Байдевлятов, Л.А. Ольховик, И.Н. Дорошко. – Киев: Урожай, 1975. – 224 с.

4.Лебедь, А.А. Микроклимат животноводческих помещений /

А.А. Лебедь. – М.: Колос, 1984. – 199 с.

5.Зайцев, А.М. Микроклимат животноводческих помещений / А.М. Зайцев, В.И. Жильцов, А.В. Шавров. – М.: Агропромиздат, 1986. – 192 с.

6.Сканави, А.Н. Отопление /А.Н. Сканави. – М.:Стройиздат, 1988. –

416 с.

7.Егиазаров, А.Г. Отопление и вентиляция зданий и сооружений сельскохозяйственных комплексов / А.Г. Егиазаров. – М.: Стройиздат,

1981. – 239 с.

8.Болотов, П.М. Механизация птицеводства / П.М. Болотов, В.М. Лукьянов. – М.: Агропромиздат, 1988. – 215 с.

9.Прыгунов, Ю.М. Микроклимат животноводческих и птицеводческих зданий: Расчет и проектирование / Ю.М. Прыгунов, В.А. Новак, Г.П. Серых. – Киев: Будiвельник, 1986. – 80 с.

УДК 697:631.243.5

А.А. Магрычев

Применение биогаза в качестве топлива

Биогаз состоит из 50…80% СН4 и 50…20% СО2, соотношение которых зависит от характеристик процесса брожения и исходного субстрата. Также биогаз содержит незначительное количество Н2, Н2S, N2. Теплота сгорания биогаза, содержащего 60% метана, равна 22 МДж/м3. При замене топлива традиционных видов биогазом, необходимо учитывать удельную теплоту, выделенную при сгорании 1 м3 биогаза, и КПД энергоносителя. Эти данные представлены в табл.1.

182

Таблица 1

Коэффициенты полезного действия энергоносителей

С точки зрения использования первичного энергоносителя газовые приборы экономичнее электрических – высоки потери преобразования при получении электрического тока. Кроме того, при конденсации выпускных газов можно дополнительно выделить теплоту испарения воды, что при расчете баланса теплоты позволяет учесть не низшую, а высшую теплоту сгорания.

При получении электрического тока с помощью приводимого газовым двигателем генератора соблюдается соотношение: 1 м3 биогаза к 1,6 кВт∙ч электроэнергии. При этом имеется возможность утилизировать теплоту воды из системы охлаждения и теплоту, отводимую выпускными газами. Биогаз ведет себя как природный газ, но показатели его несколько хуже. Устройства и аппаратура, используемая для сжигания природного газа, при незначительных изменениях может быть приспособлена для метана.

Стоимость биогаза считается приемлемой, если стоимость его производства относится к удельной стоимости топлива других видов так же, как соответствующие значения энергии в единицах, принятых при отпуске.

Возможности применения биогаза в качестве топлива очень широки. Его можно сжигать в горелках отопительных установок, водогрейных котлов, газовых плит, использовать в холодильных установках абсорбционного типа, в инфракрасных излучениях, в автотракторных двигателях, в газовом цикле Отто (с искровым зажиганием) и газодизельном цикле (с впрыском небольшой дозы запального дизельного топлива). При замене карбюратора на смеситель, карбюраторные двигатели внутреннего сгорания легко переводятся на газ. Мощность двигателей снижается при переводе с дизельного топлива на природный газ почти на 20%, с природного на биогаз – на 10%. При работе на биогазе двигатель меньше изнашивается, чем при работе по газодизельному циклу.

В двигателях эффективно используется в среднем 30% энергии. Около 70% отбросной теплоты можно использовать, например, для подогрева воздуха (табл.2). Величина подогрева составляет 3..4 ºС, что достаточно, например, для сушки сена.

183

Таблица 2

Потребность в биогазе для привода вентилятора газовым двигателем и возможный подогрев воздуха отбросной теплотой

При производстве электроэнергии отбросную теплоту можно использовать на нагрев воды для бытовых нужд и содержания скота, отопления жилых помещений и теплиц, подогрева воздуха для сушилок, а также при создании микроклимата в животноводческих помещениях и нужной температуры брожения в биогазовых реакторах. Например, потребность в энергии и возможность «покрытия» ее биогазом при эксплуатации бойлеров с подогревом воды на нужды содержания коров и свиней от 10 до 60 ºС приведена в табл.3. Также биогаз можно использовать для отопления доильных помещений (отопительный период около 150 суток). Потребность в энергии и биогазе для этой цели приведена в табл. 4.

Таблица 3

Потребность в энергии и биогазе на одну голову для подогрева воды в бойлерах

184

Однако эти данные носят достаточно условный характер, т.к. зависят от множества факторов: химического состава субстрата, рациональным управлением процесса брожения биогаза, количеством поголовья скота в течение года и др. Одной из основных проблем является утилизация отбросной теплоты и планирование распределения потребностей в электроэнергии и теплоте.

Литература

1.НТП-АПК 17-99*. Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета.

2.Кирюшатов, А.И. Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии в сельскохозяйственном производстве / А.И. Кирюшатов. – М.: Агропромиздат, 1991. – 97 с.

3.Кирюшатов, А.И. Справочные таблицы для практических расчетов по курсу: Тепломассообмен в технологических процессах сельскохозяйственного производства/ А.И. Кирюшатов. – Саратов: СХИ,

1981. – 20 с.

УДК 627.8(470.341)

Г.А. Мишенькин

Разработка физической модели для опытного исследования многоступенчатого перепада

Опыт эксплуатации многоступенчатых перепадов показал их не совсем качественную работу в связи с разрушением переливных водобойных стенок. Все конструкции с горизонтальным основанием ступеней перепадов рассчитываются с условиями перехода потока из бурного состояния в спокойное, минуя критическую глубину. При этом длина ступеней перепада назначается по эмпирическому уравнению длины гидравлического прыжка.

По этой причине возникает желание отказаться от сооружения водобойных стенок, но с целью гашения энергии падающей струи принять основание ступени с обратным уклоном. В этом случае непосредственно у стенки падения образуется зона заглубления, которая способствует эффективному гашению энергии падающей струи, а отсутствие переливных стенок обеспечивает безударность прохода плавающих тел с одной степени на другую.

На рис. 1 представлена схема многоступенчатого перепада указанного типа.

185

Рис. 1. Схема формирования потока на первой ступени перепада.

Для моделирования работы перепада принимается многоступенчатый перепад на проходящий расход воды 10 м/с3, ширина перепада 5,0 м. Основание перепада рассчитывается с обратным уклоном, для исключения строительства переливной водобойной стенки.

Для моделирования принимается масштаб модели aL=10, исходя из геометрического подобия.

Таким образом, геометрические размеры модели будут соотноситься 1:10, то есть ширина по дну будет составлять 5/10=0,50 м. Уклоны на модели остаются неизменными.

Глубина воды H на первой ступени определяется из формулы

где m – коэффициент расхода для водосливов с широким порогом, принимается равным 0,32; bН – ширина перепада в натуре, bН=5,30 м; g – ускорение свободного падения, м/с2; Н0 – полный напор на гребне водослива, м.

При расходе QН=10 м/с3 средняя скорость νН воды будет составлять

Расход QМ и средняя скорость воды νМ на модели определяются по правилу Фруда:

186

Глубина воды в физической модели

Состояние потока на физической модели соответствует турбулентному режиму.

Всвязи с тем, что до сих пор нет четких указаний для выбора длины гидравлического прыжка с наклонным основанием, на физической модели предусматривается устройство для изменения длины основания степени, а также угла ее наклона.

Врезультате расчетов принимается физическая модель с геометрическими размерами: ширина по дну 0,50 м, высота 0,20 м, высота стенки падения 0,30 м, длина и угол наклона ступени основания – переменные, материал русла – стекло, для фиксации требуемых величин потока.

Путем изменения на физической модели длины ступени, а также угла

еенаклона изменяется сопряженная глубина hсII. Для надежной работы перепада с обратным уклоном ступеней величина сопряженной глубины должна быть меньше глубины воды на конце ступени h0I.

Полученные значения угла наклона и длины ступени будут соответствовать перепаду с заданными ранее параметрами ширины, расхода воды.

Для расчета перепада на другой расход воды опят повторяется, и находятся следующие оптимальные условия работы перепада при другом расчетном расходе.

Таким образом, строится график зависимости расхода воды от параметров угла наклона ступени и ее длины.

Литература

1.Чугаев, Р.Р. Гидравлика: учеб. для ВУЗов/ Р.Р. Чугаев. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. – 4-е изд., доп. и перераб.– 672 с.

2.Справочник по гидравлическим расчетам/ Под ред. Киселева П.Г.

–М.: Энергия, 1975.

3.Примеры расчетов по гидравлике/ Под ред. Альтшуля А.Д. – М.: Стройиздат, 1977.

188

2.малыми габаритами и массой, что достигается быстроходностью рабочих органов, совершающих вращательное движение и высокой степенью расширения в одной ступени;

3.нечувствительностью к наличию в рабочем потоке пузырьков пара и гидравлическим ударам (явление эрозии не оказывает влияния на прочностные характеристики винтов благодаря форме и массивности рабочих органов (зубьев);

4.высоким внутренним относительным КПД (67…70 %);

5.высокой степенью уравновешенности роторов расширителя, позволяющей отказаться от массивных фундаментов;

6.высокой равномерностью вращения;

7.простотой обслуживания и низкими эксплуатационными расходами.

Внедрение ГВТ в систему расширения продувочной воды может осуществляться параллельно вентилям, регулирующим величину расхода в трубопроводе от продувочного коллектора котлов (рис. 2).

Чтобы предварительно оценить целесообразность применения ГВТ на тепловой электростанции примем к рассмотрению систему расширения (рис. 2) трѐх котлов типа БКЗ-420-140НГМ, работающих в номинальном режиме со следующими характеристиками: паропроизводительность каждого котла Dп = 420 т/ч; давление в продувочном коллекторе 1 р1 = 15,0 МПа; величина продувки p = 0,005 Dп, т/ч. Предполагается, что конечное давление продувочной воды в расширителе второй ступени 11 поддерживается на уровне р11 = 1,0 МПа для возможности отвода пара из него в деаэратор, работающий под давлением 0,6 МПа.

Электрическая мощность ГВТ 3 N3, кВт, без учѐта работы расширения пара, образующегося в проточной части, определяется по формуле:

189

где G3 – массовый расход воды через проточную часть, кг/с; v3 – удельный объѐм воды в середине проточной части ГВТ, м3/кг; p3 – разность давлений до и после проточной части, кПа; ηгвт – коэффициент полезного действия (КПД) ГВТ, учитывающий механические потери энергии и потери в генераторе, ηгвт = 0,7; ηэ – КПД линий электропередачи, ηэ = 0,9.

Давление в расширителе продувки первой ступени 6 определим как среднее между давлениями в коллекторе 1 и расширителе 11:

р6 = р11 + (р1 – р11) / 2 = 1,0 + (15,0 – 1,0) / 2 = 8,0 МПа.

Перепады давления рабочего тела на ГВТ 3 и 8 составят: p3 = p8 = р1 – р6 = 15,0 – 8,0 = 7,0 МПа = 7 ∙ 103 кПа.

Расход G3, кг/с, от трѐх котлов определяется из соотношения:

G3 = 3 ∙ р ∙ 1000 / 3600 = 3 ∙ 0,005 ∙ 420 ∙ 1000 / 3600 = 1,75 кг/с.

Давление в середине проточной части ГВТ 3 составляет 11,5 МПа. Удельный объѐм воды при этом давлении v3 = 0,0015074 м3/кг [2].

Подставляя найденные величины в (1) определим полезную мощность ГВТ 3:

N3 = 1,75 ∙ 0,0015074 ∙ 7 ∙ 103 ∙ 0,7 ∙ 0,9 = 11,6 кВт.

После прохождения ГВТ 3 пароводяная смесь поступает в расширитель 6, где образующийся пар отводится в деаэратор, а оставшаяся вода поступает в ГВТ 8. Количество образующегося пара D3вых, кг/с, рассчитывается по формуле:

D3вых = G3 (h3вх – h3вых) / (h´3вых – h3вых),

где h3вх, h3вых – энтальпии воды на входе и выходе ГВТ 3 кДж/кг; h´3вых – энтальпия вторичного пара на выходе проточной части, кДж/кг. Расчѐты

показывают, что после первой ступени расширения выкипает около 20% продувочной воды. Так как расчѐт мощности ГВТ 8 аналогичен расчѐту мощности ГВТ 3, то для определения N8 необходимо, опираясь на значение N3, только внести поправку на расход:

G8 = 0,8 ∙ N3 = 0,8 ∙ 11,6 = 9,2 кВт.

Общая электрическая мощность, получаемая от системы расширения продувочной воды составит:

N = N3 + N8 = 11,6 + 9,2 = 20,8 кВт

Некоторые российские производители турбин предоставляют широкий спектр своей продукции, отвечающий требованиям заказчика, а также возможность проектирования и изготовления турбины по выданному техническому заданию. Установка ГВТ параллельно регулирующим вентилям непрерывной продувки паровых котлов повысит эффективность тепловой электростанции.

Литература

1. Рыжкин, В. Я. Тепловые электрические станции : учеб. для вузов/ В.Я. Рыжкин; под редакцией В. Я. Гиршфельда. – М. : Энергоатомиздат, 1987. – 3-е изд., перераб. и доп. – 328 с. : ил.

190

2. Ривкин, С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара : справочник / С.Л. Ривкин, А.А. Александров. – М. : Энергоатомиздат, 1984. – 2-е изд., перераб. и доп. – 80 с. : ил.

УДК 628.5

М.Д. Пименов

Совершенствование систем водоотведения и утилизации отходов предприятий автотранспортного комплекса

Предприятия автотранспортного комплекса включают в себя:

-предприятия по изготовлению транспортных средств (автомобильные заводы);

-предприятия по эксплуатации транспортных средств (автозаправочные станции, автомойки);

-производство утилизации вышедших из строя транспортных средств.

К наиболее водоемким технологиям, приводящим к образованию концентрированных и разбавленных производственных сточных вод на предприятиях изготовления и эксплуатации автотранспортных средств можно отнести следующие:

технологии нанесения защитно-декоративных покрытий на детали, корпус автомобиля:

-гальваническое производство, сточные воды которого могут содержать различные ионы тяжелых и цветных металлов в широком интервале концентраций (от 10 млг/л до 300 г/л);

-лакокрасочные производства, приводящие к попаданию различных растворителей и других органических веществ в состав сточных вод;

процессы обслуживания эксплуатируемых автотранспортных средств на автозаправочных станциях и автомойках, приводящих к формированию производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты, взвешенные вещества и частично минеральные примеси;

процессы авторециклинга, при утилизации автотранспортных средств, также могут быть сопряжены с образованием кислых и щелочных сточных вод.

Насущной задачей рационального природопользования и охраны окружающей природной среды является повышение степени замкнутости перечисленных производств технологических процессов.

Целью моей магистерской диссертационной работы является разработка локальных систем водоотведения и водоснабжения на предприятиях автотранспортного комплекса, обеспечивающих удаление высокотоксичных (ионы хрома(VI), ряд органических примесей, отходов