Обґрунтування створення електротепломеханічної системи перемішування та підігріву біомаси
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya2020.05.136Анотація
Нині зброджування біомаси у біогазових установках є одним з найпрогресивніших, екологічно та економічно вигідних рішень для отримання енергії із відходів. Однак, процес анаеробного зброджування відходів є довготривалим, тому одними з основних способів інтенсифікації біогазового виробництва є перемішування та підігрів біомаси у процесі бродіння. Стаття присвячена питанню обґрунтування створення електротепломеханічної системи для перемішування та підігріву біомаси у біогазовому реакторі. Поєднання двох процесів інтенсифікації у комбіновану систему викликає особливу увагу до енергоефективності такої системи, тому створення системи потребує поглибленого дослідження зміни теплового потоку від частоти обертання та наявності забруднюючого шару на поверхні нагрівача та визначення оптимальної частоти обертання мішалки. Дослідження проводилися для біогазового реактора циліндричної форми. Приймали, що забруднюючий шар рівномірно розподілений по поверхні лопатей та валу у які вмонтовано електричні нагрівачі. При визначені оптимальної частоти перемішування біомаси за критерій оптимальності приймали найменше значення розбіжності між тепловим потоком забрудненої та не забрудненої поверхні нагрівача. У ході дослідження встановлено, що при частоті обертання , розбіжність між величиною теплового потоку забрудненої поверхні та не забрудненої становить 40 %. При частоті обертання , розбіжність між значеннями становить 26 %. За обраним критерієм оптимальності оптимальна частота обертання електротепломеханічної системи з урахуванням забруднюючого шару знаходиться в діапазоні Виявлено, що збільшення частоти обертання призводить до зростання теплопередачі від електротепломеханічної системи до біомаси, а збільшення забруднюючого шару має суттєвий вплив на розповсюдження теплового потоку. Зростання теплового потоку від частоти перемішування має нелінійний характер як для нагрівача із забрудненням, так і без забруднення.
Ключові слова: енергоефективність, частота обертання, комбінована система, забруднення, критерій Рейнольдса
Посилання
Bereznitskaya, M. V., Butrim, O. V., Panchenko, G. G. (2008). Natsionalnyi kadastr antropohennykh vykydiv iz dzherel ta absorbtsii pohlynachamy parnykovykh haziv v Ukraini za 1990-2007 rr. [National inventory of anthropogenic emissions from sources and removals by sinks of greenhouse gases in Ukraine for 1990-2007]. Kyiv, Ukraine: Ministry of Environmental Protection of Ukraine, 319.
Nezdoyminov, V. I., Zyatina, V. I., Rozhkov, V. S. (2016). Matematicheskoye opisaniye osnovnykh faktorov, vliyayushchikh na formirovaniye vzveshennogo sloya osadka v ilootdelitele [Mathematical description of the main factors influencing the formation of a suspended sediment layer in a desilter]. In Modern Industrial and Civil Construction, 12(2), 51-58.
Ratushnyak, G. S., Dzhedzhula, V. V., Anokhin, K. V. (2010). Doslidzhennia parametriv protsesu peremishuvannia orhanichnoi masy v biohazovii ustanovtsi z vertykalnym propelernym peremishuvache [Energy-saving renewable heat sources]. Vinnitsa: VNTU, 170.
Ward, A. J., Hobbs, P. J., Holliman, P. J., Jones, D. L. (2008). Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresour. Technol. 99, 7928-7940.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.02.044
Spodoba, М. О., Zablodskiy, M. M., Radko, I. P. (2019). Doslidzhennia parametriv protsesu peremishuvannia orhanichnoi masy v biohazovii ustanovtsi z vertykalnym propelernym peremishuvache [Main components of methodology of construction of submersible electromechanical converter for biogas complexes]. V International Scientific and Practical Conference dedicated to the memory of Professor Viktor Mikhailovich Sinkov "Problems and prospects for the development of energy, electrical technology and automation in agriculture", Kyiv, NULES, 67.
Deublein, D., Steinhauser, A. (2008). Biogas from Waste and Renewable Resources. An Introduction. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, 450.
https://doi.org/10.1002/9783527621705
Teleszewski, T. J., Zukowski, M. (2018). Analysis of Heat Loss of a Biogas Anaerobic Digester in Weather Conditions in Poland. Journal of Ecological Engineering, 19(4), 242-250.
https://doi.org/10.12911/22998993/89660
Zablodskiy, M.M., Spodoba, М.О. (2020). Improvement of the method for determining energy consumption in a biogas reactor. XII International Conference "Electronic Processes in Organic and Inorganic Materials" ICEPOM-12, (June 01-05, 2020), Kamianets-Podilskyi, 311.
Druzyanova, V. P., Kobyakova, E. N. (2016). Issledovaniye vykhoda biogaza pri razlichnykh temperaturakh mezofil'nogo rezhima v biogazovykh ustanovkakh malogo ob"yema [Investigation of biogas output at different mesophilic regime temperatures in small volume biogas plants]. Bulletin of the East Siberian State University of Technology and Management Ulan-Ude, 3 (60), 5-13.
Kovalev, A. A. (2014). Povysheniye energeticheskoy effektivnosti biogazovykh ustanovok [Increasing the energy efficiency of biogas plants]. Moscow. 114.
Sadchikov, A. V., Kokarev, N. F. (2016). Optimizatsiya teplovogo rezhima v biogazovykh ustanovkakh [Optimization of the thermal regime in biogas plants.] Fundamental research, 2 (1), 90-93.
Baader, V., Donet, E., Brennderfer M. (1982). Biogas. Theory and practice. Moskow: Kolos, 148.
Chebotareva, O. V., Serbin, V. A., Kolosova, N. V. (2012). Osobennosti teploobmena v metantenke pri sbrazhivanii neperemeshivayemoy biomassy [Features of heat transfer in the digester during the fermentation of nonstirred biomass]. 42-48.
Kolosova, N. V., Monаkh, S. I. (2017). Matematicheskaya model' teplomassoobmena pri poluchenii biogaza v metantenke. [Influence of the thickness of deposits on the coil of the digester on the intensity of heat transfer to the fermented biomass]. Energy Systems: coll. proceedings II Intern. scientific and technical conf. BSTU them. V. G. Shukhov (Belgorod, November 23-24, 2017), 50-53.
Zablodsky, M. M., Spodoba, M. O. (2020). Metodyka provedennia eksperymentalnykh doslidzhen biohazovoho reaktora z zahlybnoiu kombinovanoiu systemoiu peremishuvannia ta elektrychnoho pidihrivu [Methods of conducting experimental studies of a biogas reactor with combined mixing and electric heating system]. Proceedings of the IX International Scientific and Technical Conference, (Kyiv, May 19-22, 2020), "Problems of modern energy and automation in the system of nature management (theory, practice, history, education)", Kyiv, NULES, 99-100.
Gilchuk, V. V., Khalatov A. A. (2017). Teoriia teploprovidnosti. [The theory of thermal conductivity]. Natsionalnyi tekhnichnyi universytet Ukrainy «Kyivskyi politekhnichnyi instytut im. Ihoria Sikorskoho. Kyiv, 86.
Yurkova, V. V., Shklyar, V. I., Dubrovskaya V. V. (2014). Analiz energoeffektivnosti raboty kogeneratsionnykh ustanovok na biotoplive [Analysis of energy efficiency of cogeneration plants using biofuels]. Scientific journal of the Kyiv Polytechnic University. Igor Sikorsky "Energy, Economics, Technologies, Ecology", (3), 29-32.
Khusnutdinov, I. Sh., Zabbarov, R. R., Khanova, A. G., Nikolaev, V. F., Skvortsova, G. Sh. (2012). Tekhnologii pererabotki vysokoustoychivykh vodo-uglevodorodnykh emul'siy [Technologies for processing highly stable water-hydrocarbon emulsions]: monograph. azan': Izd-vo KNITU, 180.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
