Расчёт основных параметров БГУ

Для примера рассчитываются параметры БГУ на примере фермерского хозяйства. Расчёт БГУ осуществляется с учётом того, какое сырье используется и где используется полученный биогаз: для отопления, горячего водоснабжения, электроснабжения и т.д. Данные для расчёта выработки биогаза в фермерском хозяйстве по разведению крупного рогатого скота приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5 – Исходные данные для расчёта выработки биогазовой установки

Значения средних температур наружного воздуха по месяцам для г. Астрахани, необходимые для расчёта количества тепла для отопления приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6 – Средние температуры наружного воздуха по месяцам для г. Астрахани

Часовой расход газа, необходимый на отоплении:

Q_от = V q_уд a (t _В - t_Н) n /1.163 0,85 (5.17)

где: V – строительный объем здания, м³; q_{уд ‒} удельная тепловая характеристика здания, Вт/м³ * °С; a - коэффициент, учитывающий влияние на тепловую нагрузку местных климатических условий;t_в – температура внутри помещения, °С; t_н ‒ температура наружного воздуха по месяцам в отопительный период, °С; n – число домов; ‒ теплотворная способность газа, МДж/м³.

Часовой расход газа, необходимый на горячее водоснабжение

Q_гв =N q_сут с (t _г – t _х ) (b + 1) n /24 * 4.187 * * 0.85 (5.18)

где: N – число жителей, чел.; Q _сут – расход горячей воды одним жителем в сутки, л; с ‒ удельная теплоёмкость воды, кДж/кг*°С; t _г – средняя температура воды в водоразборных стояках системы горячего водоснабжения, °С; t_х – температура холодной воды в водопроводе, °С; b ‒ коэффициент, значение которого зависит от протяжённости и мощности системы горячего водоснабжения; n – число домов; 0,85 – КПД котельной.

Результаты расчётов потребляемого газа на отопление и горячее водоснабжение сводим в табл. 5.7.

Таблица 5.7 – Результаты расчётов потребляемого газа на отопление и горячее водоснабжение

Таким образом, потребление биогаза в отопительный период составляет oт 8,89 до 11,88 м³/ч. В тёплый период при температуре воды 15-25°С расход биогаза на горячее водоснабжение составляет от 1,67 до 2,09 м³/ч. (в среднем. 1,88 м³/ч). Выполним расчёт основных параметров биореактора. Масса сухого сбраживаемого материала от всех коров в сутки

m = n _° f = 150 * 3 = 450 кг/сут = 12600 кг/цикл

Масса сухого сбраживаемого материала от всех коров в полного цикла продолжительностью τ_ПЦ =28 сут

M = m ∙ τ_ПЦ = 450 ∙ 28 = 12600 кг/цикл

Объ`м жидкой массы, заполняющей биореактор

. V _f = m/r_M = 450/50 = 9 м³/сут

Суммарный объем биореактора с учётом 10 % запаса на газовую прослойку

V_{БР =} V _f ∙ 1.1 = 9 ∙ 1,1 = 9.9 м³

Можно принять биореактор объёмом 10 м³.

Расчёт выработки биогаза производится по формуле:

V_БГ = a С_СОВ v_БГ r V_БР

где: a ‒ коэффициент, заполнения биореактора, a = 0,90 – 0,98; С_СОВ – содержание сухого органического вещества (СОВ),

С_СОВ = 5 – 10 % = 0,05-0,1;

v_БГ ‒ удельный выход биогаза, м³/кг СОВ; r - плотность жидкости в биореактора, кг/м³

V_БГ = 0,90∙ 0,10 ∙ 0,6 ∙ 1100 ∙ 9,9 = 588,1 м³

Объём товарного биогаза, используемого в системах теплоснабжения

V_БГ^т = h V_БГ = 0,8 ∙ 588,1= 470,4 м³

Объём биогаза, используемого на собственные нужды для подогрева биомассы в биореакторе с помощью газового водонагревателя

V_БГ^СН = (1-h)V_БГ = (1-0,8) ∙ 588,1= 117,6 м³

где h - коэффициент использования биогаза на собственные нужды h = 0,8.

Средний суточный выход товарного биогаза за период сбраживания τ_С 80 % биомассы

V_юбг ^сут = V _бг^т *0,80 / τ_С, м³/сут

где: τ_С – время сбраживания (τ_С = 14 суток).

V_БГ ^сут = 470,4*0,80/14 = 26,9 м³/ сут

Средний часовой выход биогаза

V _бг^{час =} V_бг^сут /24 = 26,9/24 = 1,12 м³/ч.

Суточная выработка тепла биогазовой установки

Q _бг ^сут = hтг V _бг ^сут СН₄

где: h _{т г} – КПД теплогенератора h _{т г} = 0,8. СН₄ – содержание метана в биогазе, СН₄ = 65 %=0,65; ^– низшая теплота сгорания метана, МДж/м ³ ,

= 35,76 МДЖ/кг.

Q _бг ^сут = 0,8 ∙ 26,9 ∙ 0,65 ∙ 35,76 = 500 МДж/сут.

В случае, когда биогаз на собственные нужды не расходуется (за счёт использования ВЭУ) объём товарного биогаза будет равен объёму вырабатываемого биогаза

V_БГ^т = V_БГ = 588,1 м³.

В этом случае соответственно увеличатся средняя суточная и средняя часовые выработки биогаза и выработка тепла БГУ

Средний суточный выход товарного биогаза составит

V_БГ ^сут = 26,9/0,8 = 33,6 м³/ сут

Средний часовой выход биогаза составит

V_бг^час = 33,6/24= 1,40 м³/ч

Суточная выработка тепла БГУ составит

Q _бг ^сут = 500/0,8 = 625 МДж/сут.

Выработка тепла ВЭУ для подогрева биомассы составляет 125 МДж/сут. Поэтому средняя мощность ВЭУ

N_ВЭУ = 125 ∙ 10⁶/24 ∙ 3600=1446 Вт = 1,446 кВт.

Может быть использована одна ВЭУ типа АВЭУ-4-6М с номинальной мощностью 4 кВт при скорости ветра 9 м/c с диаметром ветроколеса 6 м.